กระแสการใช้ยานยนต์ไฟฟ้าที่ หนุนให้เกิดความต้องการ การใช้แบตเตอรี่ลิเทียมไอออนเพิ่มขึ้นเกือบร้อยละ 80 และการที่หลายประเทศออกนโยบายด้านสิ่งแวดล้อม ได้สร้างแรงกระเพื่อมให้วงการอุตสาหกรรมแบตเตอรี่มีการปรับตัวตาม รายงานของ Wood Mackenzie บริษัทที่ปรึกษาด้านพลังงานและอื่น ๆ คาดการณ์ว่าแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนทั่วโลกจะมีกำลังการผลิตอยู่ที่ 5,500 gigawatt-hour (GWh) ในปี 2030 ซึ่งเพิ่มขึ้นจากปี 2021 มากถึง 5 เท่า และมีโรงงานผลิตแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนมากกว่า 300 แห่งทั่วโลก
สำหรับประเทศไทย มีสตาร์ตอัพและธุรกิจที่หันมาผลิตแบตเตอรี่เพื่อใช้ในยานยนต์ไฟฟ้าเพิ่มอย่างต่อเนื่อง รวมทั้งมีการคิดค้นแนวทางการผลิตใหม่ ๆ หนึ่งในกระบวนการที่น่าสนใจคือ การนำของเหลือใช้อย่าง “แกลบและขยะโซลาร์เซลล์” มาใช้เป็นวัสดุสำหรับผลิตแบตเตอรีลิเทียมไอออน ช่วยสร้างมูลค่าให้วัสดุของไทยในอุตสาหกรรมแบตเตอรี แถมยังสร้างสิ่งแวดล้อมที่ดีให้กับโลก ผลงานทีมวิจัยจากโรงงานแบตเตอรีและพลังงานยุคใหม่ มหาวิทยาลัยขอนแก่น โดยได้รับรางวัลชนะเลิศ ด้านสังคมและสิ่งแวดล้อม ประเภทหน่วยงานภาครัฐ จากรางวัลนวัตกรรมแห่งชาติ ประจำปี 2566 จากสํานักงานนวัตกรรมแห่งชาติ (องค์การมหาชน) หรือ NIA กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (อว.)
จากแกลบ – ขยะโซลาร์เซลล์ สู่แบตเตอรี่ลิเทียมไอออน
ผลงานแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนจากแกลบ – ขยะโซลาร์เซลล์ ที่โรงงานแบตเตอรีและพลังงานยุคใหม่ มหาวิทยาลัยขอนแก่น คิดค้นและพัฒนาขึ้น ได้รับแรงสนับสนุนมาจากความต้องการที่จะเปลี่ยนของเหลือใช้อย่างแกลบ และขยะโซลาร์เซลล์ให้เป็นวัสดุขั้วไฟฟ้าที่มีชื่อว่า “นาโนซิลิกอน” เพื่อใช้ในแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน ซึ่งประเทศไทยมีแกลบเป็นของเหลือทิ้งทางการเกษตรปริมาณมหาศาล แต่ถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมมูลค่าไม่สูงมาก และมูลค่าเหล่านั้นไม่ได้กลับไปสู่เกษตรกรหรือผู้ผลิตโดยตรง รวมถึงมีขยะโซล่าร์เซลล์ที่หมดอายุการใช้งานราว 4,000 ตัน ในปี 2565 และคาดการณ์ว่าอีก 20 ปีข้างหน้าขยะโซลาร์เซลล์จะมีปริมาณเพิ่มขึ้นถึงหลักล้านตัน มารีไซเคิลเป็นขั้วไฟฟ้าในแบตเตอรีจากส่วนประกอบสำคัญอย่าง “ซิลิกอน”
เนื่องจากประเทศไทยไม่มีกระบวนการนำโซลาร์เซลล์ที่พังมารีไซเคิลเป็นแผงโซลาร์เซลล์ใหม่ หรือผลิตเป็นอย่างอื่น เพราะมองว่าต้นทุนสูง ไม่คุ้มที่จะลงทุน ที่ผ่านมาจึงกำจัดด้วยการทิ้งในหลุมฝังกลบเกือบร้อยเปอร์เซ็นต์ เมื่อฝนตก น้ำท่วม สารเคมีที่อยู่ในนั้นก็อาจจะส่งผลต่อสิ่งแวดล้อมได้ อุตสาหกรรมการรีไซเคิลโซลาร์เซลล์ จึงไม่ใช่เศรษฐกิจหมุนเวียนที่ยั่งยืนของประเทศ
เนรมิต “แกลบ – ขยะโซลาร์เซลล์” สู่แหล่งพลังงานแบตเตอรี่ ด้วยนวัตกรรม
แบตเตอรีจะจุได้เยอะ วิ่งได้ไกล ชาร์จไฟได้มากแค่ไหน? ขึ้นอยู่กับหัวใจหลักสำคัญอย่างวัสดุที่ใช้ทำขั้วไฟฟ้า
มหาวิทยาลัยขอนแก่น จึงได้จัดตั้งโรงงานแบตเตอรีและพลังงานยุคใหม่ เพื่อทำหน้าที่ผลิตและจำหน่ายแบตเตอรี่ให้กับประเทศ ดังนั้น เมื่อมีการทำวิจัยเกี่ยวกับวัสดุที่จะนำมาใช้ผลิตเป็นแบตเตอรี รศ. ดร.นงลักษณ์ มีทอง อาจารย์สาขาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ ในฐานะผู้อำนวยการโรงงานแบตเตอรีและพลังงานยุคใหม่ มหาวิทยาลัยขอนแก่น จึงคำนึงถึงประโยชน์ที่คนในประเทศจะได้รับ จากการที่ประเทศไทยมีทรัพยากรที่สามารถนำมาผลิตเป็นแบตเตอรี เพื่อสร้างประโยชน์ให้กับประเทศมากกว่าที่จะเป็นเพียงแค่การซื้อมาขายไปเหมือนเช่นในอดีตที่ผ่านมา
รศ. ดร.นงลักษณ์ อธิบายว่า แบตเตอรีมีส่วนประกอบสำคัญและมีมูลค่าสูงอยู่ 2 ส่วน คือ ขั้วไฟฟ้าฝั่งขั้วบวก หรือ แคโทด (Cathode) ซึ่งมีองค์ประกอบเป็นสารประเภทลิเทียม ขั้วไฟฟ้าฝั่งขั้วลบ หรือ แอโนด (Anode) มีองค์ประกอบเป็นสารประเภทกราไฟท์และซิลิกอน ปัจจุบันผู้ผลิตแบตเตอรีรายใหญ่ของประเทศไทยยังนำเข้าวัสดุเคมีภัณฑ์ทั้งขั้วบวกและขั้วลบจากต่างประเทศร้อยเปอร์เซ็นต์ เพราะไทยไม่มีเหมืองแร่อย่างเช่นประเทศออสเตรเลียและอเมริกาใต้ ซึ่งขั้นตอนกว่าจะได้วัสดุเคมีภัณฑ์ประเภทซิลิกอนมานั้น ต้องดูดทรายจากทะเลมาเผาด้วยอุณหภูมิ 2,000 กว่าองศาเซลเซียส หรือขุดภูเขาหาแร่ควอตซ์ การทำเหมืองจึงจัดเป็นอุตสาหกรรมที่ใช้พลังงานสูง หากประเทศไทยมีวัสดุที่จะช่วยให้การผลิตแบตเตอรีเกิดขึ้นได้โดยไม่ทำลายสิ่งแวดล้อม แถมยังช่วยลดการเกิดขยะให้กับโลก ก็ถือเป็นตัวเลือกที่ควรได้รับการพัฒนา
“ถ้าถามว่าประเทศไทยสามารถหาซิลิกอนจากแหล่งใดได้บ้าง จะเห็นว่าไทยเป็นเมืองเกษตรกรรม และมีการใช้โซลาร์เซลล์ในหลายพื้นที่ ซึ่งโซลาร์เซลล์ 1 แผงจะมีซิลิกอนประมาณ 1 กิโลกรัม ส่วนแกลบก็เป็นพืชที่มีส่วนผสมของซิลิกอนสูงที่สุดในบรรดาพืชทั้งหมดที่เรามี
ดังนั้น เทคโนโลยีและนวัตกรรมที่มหาวิทยาลัยขอนแก่นพัฒนาขึ้น จะเป็นการสกัดวัสดุที่ชื่อว่า “นาโนซิลิกอน” จากแกลบและแผงโซลาร์เซลล์ เพื่อใช้ผลิตเป็นขั้วลบในแบตเตอรีลิเทียมไอออน ซึ่งการเอาแกลบมาทำเป็นนาโนซิลิกอนจะใช้อุณหภูมิในการเผาต่ำกว่า 600 – 700 องศาเซลเซียส ถือว่าน้อยกว่าการใช้พลังงานในอุตสาหกรรมการผลิตแร่รูปแบบเหมืองหลายเท่าตัว เพราะการทำเหมืองมันคือการขุด เผา ล้าง และทำลาย จึงส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมสูง ต่างจากนาโนซิลิกอนที่ได้จากแกลบและขยะโซลาร์เซลล์ ซึ่งนอกจากจะมีประสิทธิภาพมากกว่าวัสดุนาโนซิลิกอนรูปแบบเดิมแล้วยังช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม อีกทั้งมีกระบวนการสังเคราะห์ที่ง่ายกว่า คนผลิตได้รับความเสี่ยงจากอันตรายที่ต่ำกว่า จึงช่วยลดต้นทุนการผลิตให้กับประเทศไปได้หลายเท่า”
น้ำหนักเบา เก็บพลังงานความจุไฟฟ้าได้เพิ่มขึ้น อย่างน้อยร้อยละ 15
นาโนซิลิกอน จากแกลบและแผงโซลาร์เซลล์ ที่มหาวิทยาลัยขอนแก่นพัฒนาขึ้น ปัจจุบันถูกใช้เป็นวัสดุขั้วลบในแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่สามารถรองรับการทำงานได้หลากหลาย ทั้งกลุ่มอุปกรณ์พกพา (Portable) กลุ่มการเดินทางและขนส่ง (Mobility) และกลุ่มกักเก็บพลังงาน (Energy Storage) ซึ่งแบตเตอรีลิเทียมไอออนที่มีซิลิกอนเข้าไปเป็นส่วนประกอบหลักในการผลิตจะมีจุดเด่นตรงที่น้ำหนักเบา เก็บพลังงานความจุไฟฟ้าได้เพิ่มขึ้นอย่างน้อยร้อยละ 15 ทำให้ยานยนต์ไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรีชนิดนี้ มีระยะการขับเคลื่อนได้ไกลกว่าเดิม ลดโอกาสการระเบิด ปลอดภัยกว่าวัสดุที่ใช้ในท้องตลาดทั่วไป และรองรับการชาร์จเร็วกว่าเดิม 4 เท่า
ผลิตภัณฑ์ที่ทางโรงงานแบตเตอรี่และพลังงานยุคใหม่ มหาวิทยาลัยขอนแก่น ผลิตและจำหน่ายในปัจจุบัน จะมีทั้งแบตเตอรีแพ็กสำหรับมอเตอร์ไซค์ไฟฟ้า รถกอล์ฟไฟฟ้า และระบบกักเก็บพลังงานสำหรับโซล่าร์เซลล์ ซึ่งสถาบันมีโครงการสนับสนุนให้นักศึกษาและบุคลากร ใช้มอเตอร์ไซค์ไฟฟ้าที่นำแบตเตอรีที่มหาวิทยาลัยผลิตขึ้นมาวิ่งใช้งานในบริเวณมหาวิทยาลัย
นอกจากนี้ ยังมีกลุ่มอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ ที่นิยมใช้นาโนซิลิกอนเป็นส่วนประกอบ เช่น พาวเวอร์แบงก์ สิ่งที่เราขับเคลื่อนเป็นเทคโนโลยีที่อยู่ในห่วงโซ่มูลค่าของการผลิตวัสดุแบตเตอรี่ โดยการประยุกต์เอาวัสดุนาโนซิลิกอนไปใช้งานในอุปกรณ์และแบตเตอรี่ที่มีอยู่ตามท้องตลาดให้เกิดมูลค่ามากขึ้น
ยกระดับวงการอุตฯ แบตเตอรีไทย
รศ. ดร.นงลักษณ์ มองว่า อุตสาหกรรมการผลิตวัสดุสำหรับแบตเตอรีเป็นห่วงโซ่อุปทานโลก (Global Supply Chain) กลุ่มเป้าหมายของไทย จึงไม่ใช่แค่ผู้ผลิตแบตเตอรีในประเทศเท่านั้น การทำให้นักลงทุนต่างชาติที่ต้องการมาลงทุนด้านการผลิตวัสดุภายในประเทศไทย มองเห็นถึงโอกาสในการขยายตลาดให้ใหญ่ขึ้นจึงเป็นสิ่งที่ท้าทาย
“โอกาสของประเทศไทย คือจะทำอย่างไรให้วัสดุนาโนซิลิกอนที่เกิดจากทรัพยากรของไทยอย่างแกลบและขยะโซลาร์เซลล์ สามารถเข้าไปอยู่ในห่วงโซ่คุณค่าอุตสาหกรรมการผลิตแบตเตอรีระดับโลกได้”
ดังนั้น การสร้างความเชื่อมั่นในเทคโนโลยีและวัสดุที่ไทยสร้างขึ้นเป็นสิ่งที่มหาวิทยาลัยขอนแก่นพยายามสร้างและขับเคลื่อน เพื่อให้ภาคอุตสาหกรรมการผลิตแบตเตอรีทั้งในประเทศไทยและระดับโลก เห็นว่าไทยสามารถนำของที่มีมูลค่าต่ำอย่างแกลบและขยะโซลาร์เซลล์มาทำให้มีมูลค่าสูงขึ้นได้ และยังสร้างประโยชน์และสร้างรายได้เพิ่มให้กับคนในประเทศจากการเป็นผู้ผลิตวัตถุดิบให้กับอุตสาหกรรมแบตเตอรี
ยุทธนากร คณะพันธ์ นักศึกษาปริญญาเอก สาขาวิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น หนึ่งในทีมผู้ร่วมวิจัย อธิบายเพิ่มเติมว่า เทคโนโลยีที่สร้างขึ้นนี้ จะเปลี่ยนบริบทให้คนรับซื้อของเก่าในห่วงโซ่มูลค่าของการรีไซเคิลขยะโซลาร์เซลล์และชาวนาเป็นผู้จัดหาวัสดุ คล้ายกับคนทำเหมืองแร่ในต่างประเทศด้วยการสร้างรายได้เพิ่ม เช่น แผงโซลาร์เซลล์ 1 แผง จะมีน้ำหนักประมาณ 20 กิโลกรัม โดยปกติถ้านำไปรีไซเคิล แยกชิ้นส่วนกรอบอลูมิเนียมและกระจกแผงโซลาร์เซลล์ไปขาย จะมีมูลค่าเพียง 100-200 บาทเท่านั้น
เช่นเดียวกับแกลบที่เมื่อนำไปเผาเป็นไบโอแมสออกมาเป็นขี้เถ้าจะไม่สามารถสร้างมูลค่าได้ แต่หากนำมาสังเคราะห์เป็นนาโนซิลิกอนไปขายให้กับภาคธุรกิจที่ทำแบตเตอรี่จะสามารถเพิ่มมูลค่าให้กับนาโนซิลิกอนได้ประมาณ 1,000 บาทต่อกิโลกรัม อีกทั้งยังช่วยลดผลกระทบต่อชุมชนและสิ่งแวดล้อม ซึ่งนำไปสู่การรีไซเคิลขยะโซลาร์เซลล์ที่เหมาะสม และสามารถใช้พลังงานสะอาดได้อย่างยั่งยืน
ต่อยอดหนุนไทยใช้โซเดียม สร้างแบตเตอรีโซเดียมไอออน
นอกจากแกลบและขยะโซลาร์เซลล์ ไทยยังมีวัสดุประเภทโซเดียมที่สามารถนำมาสร้างมูลค่าเพิ่มมหาศาลให้กับอุตสาหกรรมผลิตแบตเตอรี่ของประเทศในระยะยาวได้ เพราะหากใช้โซเดียมอยู่แค่ในอุตสาหกรรมทั่วไป หรืออุตสาหกรรมอาหาร อาจจะมีมูลค่าแค่หลักร้อยหรือหลักสิบเท่านั้น
ดังนั้น แบตเตอรีโซเดียมไอออน ที่มหาวิทยาลัยขอนแก่นนำวัสดุประเภทโซเดียมจากแหล่งแร่เกลือหินมาผลิตเป็นขั้วไฟฟ้าที่เป็นขั้วบวกจะสามารถสร้างมูลค่าได้สูง
ส่วนขั้วลบเป็นคาร์บอนแข็ง สารที่เอามาผลิตส่วนใหญ่เป็นไบโอแมสจากกะลามะพร้าว กะลาปาล์ม ถ่านยูคาลิปตัส การที่ไทยสามารถหาวัสดุมาผลิตแบตเตอรี่ได้เองทั้งขั้วบวกและขั้วลบ นอกจากจะช่วยลดการนำเข้าวัสดุจากต่างประเทศ ยังเป็นความมั่นคงด้านพลังงานของประเทศ
“รางวัลนวัตกรรมแห่งชาติ” เครื่องหมายการันตีคุณภาพนวัตกรรมไทยสู่เครือข่ายตลาดโลก
การที่งานวิจัย “แบตเตอรีชนิดลิเทียมไอออนจากแกลบและขยะโซลาร์เซลล์” ของมหาวิทยาลัยขอนแก่น คว้ารางวัลชนะเลิศ ด้านสังคมและสิ่งแวดล้อม ประเภทหน่วยงานภาครัฐ จากรางวัลนวัตกรรมแห่งชาติ ประจำปี 2566 ซึ่งจัดโดยสำนักงานนวัตกรรมแห่งชาติ (องค์การมหาชน) หรือ NIA
รศ. ดร.นงลักษณ์ ต้องขอขอบคุณคณะกรรมการรางวัลนวัตกรรมแห่งชาติที่เข้าใจเป้าหมายของมหาวิทยาลัยขอนแก่นในการพยายามขับเคลื่อนงานวิจัย และถือเป็นใบเบิกทางแห่งโอกาสที่ช่วยให้ผลงานซึ่งทุ่มเทมานานถึง 10 ปี ได้เป็นที่รู้จักในกลุ่มผู้มีส่วนได้ส่วนเสียในห่วงโซ่อุปทานของอุตสาหกรรมผลิตแบตเตอรี่
นอกจากนี้ รางวัลยังเป็นตัวการันตีให้ทีมวิจัยว่า เราพยายามสร้างระบบนิเวศด้านการผลิตแบตเตอรีให้เกิดขึ้นในประเทศไทย ทำให้คนไทยและนักลงทุนต่างชาติเห็นว่าไทยมีโอกาสที่จะนำวัสดุที่มีอยู่ในประเทศเข้าไปอยู่ในห่วงโซ่อุปทานโลกได้ ไม่ต่างกับอีกหลายประเทศในตลาดโลก
ดร. กริชผกา บุญเฟื่อง ผู้อำนวยการสำนักงานนวัตกรรมแห่งชาติ (องค์การมหาชน) หรือ NIA เผยว่า “รางวัลนวัตกรรมแห่งชาติ จัดขึ้นต่อเนื่องเป็นปีที่ 20 เพื่อประกาศเกียรติคุณและเชิดชูเกียรติแก่คนไทยที่ริเริ่มสร้างสรรค์ผลงานอันเป็นนวัตกรรมที่โดดเด่น และเกิดคุณค่าที่ชัดเจนต่อประเทศชาติใน 4 ด้าน ได้แก่ เศรษฐกิจ (สร้างคุณค่าเชิงพาณิชย์ และเกิดประโยชน์ต่อเศรษฐกิจของประเทศ) สังคมและสิ่งแวดล้อม (สร้างคุณค่าต่อสังคม ชุมชน และสิ่งแวดล้อม) ผู้สื่อสารนวัตกรรม (ผู้สร้างสรรค์เนื้อหาและวิธีการสื่อสารโดยใช้เทคโนโลยีและรูปแบบการสื่อสารใหม่) และองค์กรนวัตกรรม (องค์กรที่โดดเด่นด้านการบริหารจัดการนวัตกรรมในองค์กร ตั้งแต่ระดับยุทธศาสตร์ ระดับกระบวนการ ถึงระดับโครงสร้างพื้นฐานขององค์กร) โดยตั้งเป้าส่งเสริมให้เกิดการตื่นตัวด้านนวัตกรรมขึ้นในทุกภาคส่วนของสังคมไทย สร้างให้เกิดความภาคภูมิใจในศักยภาพนวัตกรรมจากฝีมือคนไทย และสร้างให้เกิดภาพลักษณ์สู่การเป็นประเทศแห่งนวัตกรรม
ข่าวอื่น ๆ ที่น่าสนใจ
เป๊บซี่โค ชูเกษตรยั่งยืน ตอบโจทย์เกษตรกรมันฝรั่งเงินล้าน
รีเล็กซ์โซลูชันส์ แนะค้าปลีกใช้ระบบอัตโนมัติ ช่วยลดปัญหาขยะอาหารในไทย
