ย้อนกลับไปในช่วงทศวรรษที่ 1800 โลกเผชิญกับวิกฤติขาดแคลนทรัพยากรอาหารและปุ๋ยอย่างรุนแรงจากการเพิ่มขึ้นของประชากร ซึ่งสวนทางกับความสามารถในการผลิตภาคเกษตรกรรม ในขณะนั้นนานาประเทศพยายามแก้ปัญหาด้วยการแย่งชิงทรัพยากรที่มีจำกัดอย่าง “ขี้นก” (Guano) จนนำไปสู่ความขัดแย้งระหว่างประเทศ ท่ามกลางวิกฤตินั้น Fritz Haber นักเคมีชาวเยอรมันได้ค้นพบวิธีการสังเคราะห์แอมโมเนียจากไนโตรเจนในอากาศ ซึ่งต่อมาได้รับการขยายผลสู่ระดับอุตสาหกรรมโดย Carl Bosch กระบวนการดังกล่าวกลายเป็นรากฐานสำคัญที่ช่วยให้โลกสามารถผลิตอาหารเลี้ยงดูประชากรมาจนถึงปัจจุบัน
Evelyn Wang รองประธานบริหารด้านพลังงานและสภาพภูมิอากาศแห่งสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) กล่าวปาฐกถาในงาน The Powering Southeast Asia through 2050: Building a Sustainable and Energy-Resilient ASEAN Conference จัดโดย MIT Sloan ASEAN Office (MSAO)โดยยกกรณีศึกษาของ Haber และ Bosch ขึ้นมาเปรียบเทียบกับสถานการณ์ปัจจุบัน เพื่อชี้ให้เห็นว่าการแก้ปัญหาระดับโลกต้องอาศัยการผสมผสานระหว่างแนวคิดที่ท้าทายความเชื่อเดิม วิทยาศาสตร์ขั้นสูง และวิศวกรรมที่สามารถขยายผลได้จริง ซึ่งเป็นองค์ประกอบจำเป็นสำหรับการเผชิญหน้ากับความท้าทายด้านสภาพภูมิอากาศและพลังงานในยุคนี้
ความท้าทายของพลังงานในยุคดิจิทัล
ปัจจุบันโลกกำลังเผชิญโจทย์สำคัญในการจัดหาพลังงานให้เพียงพอต่อความต้องการที่พุ่งสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะจากการขยายตัวของเทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์ (AI) และศูนย์ข้อมูล (Data Center) รวมถึงกระบวนการเปลี่ยนมาใช้พลังงานไฟฟ้า (Electrification) ในภาคส่วนต่างๆ ซึ่ง Evelyn Wang ชี้ว่าปัจจัยเหล่านี้อาจผลักดันให้ความต้องการแหล่งพลังงานที่ปราศจากการปล่อยมลพิษต้องขยายตัวเพิ่มขึ้นมากกว่า 5 เท่า เพื่อรองรับโครงสร้างพื้นฐานดิจิทัลและเศรษฐกิจโลก
แม้การเข้าถึงพลังงานที่มากขึ้นจะช่วยยกระดับความเป็นอยู่และเศรษฐกิจในระดับโลก แต่การพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นแหล่งพลังงานหลัก ซึ่งมีการใช้เพิ่มขึ้นเกือบ 7 เท่านับตั้งแต่ปี 1950 ได้แลกมาด้วยราคาที่ต้องจ่ายคือการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่สูงขึ้น ความท้าทายในวันนี้จึงเป็นการแก้โจทย์ที่ยากยิ่งกว่าในอดีต คือการตอบสนองความต้องการพลังงานมหาศาลพร้อมกับแยกการผลิตพลังงานออกจากการปล่อยมลพิษ นอกจากนี้ยังมีข้อจำกัดด้านเศรษฐศาสตร์ของเทคโนโลยีปัจจุบัน เช่น การใช้เทคโนโลยีการดักจับคาร์บอน (Carbon Capture) ร่วมกับการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล ซึ่งแม้จะช่วยลดมลพิษได้ แต่จะส่งผลให้ต้นทุนพลังงานเพิ่มขึ้นกว่า 2 เท่า ซึ่งสะท้อนให้เห็นว่าลำพังเทคโนโลยีที่มีอยู่ในปัจจุบันยังไม่เพียงพอและมีต้นทุนที่สูงเกินกว่าจะแก้ปัญหาในระดับโครงสร้างได้
ก้าวข้ามขีดจำกัดพลังงานหมุนเวียน แสวงหาแหล่งพลังงานใหม่
ในด้านเทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียน Evelyn Wang เปิดเผยข้อมูลว่าในช่วง 5 ปีที่ผ่านมา กำลังการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์เพิ่มขึ้นถึง 4 เท่า และพลังงานลมเพิ่มขึ้นเกือบ 2 เท่าจากการลดลงของต้นทุนอย่างมหาศาล อย่างไรก็ตาม ความท้าทายหลักยังคงเป็นเรื่องความไม่สม่ำเสมอของแหล่งพลังงาน ซึ่งจำเป็นต้องพึ่งพานวัตกรรมการกักเก็บพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น โดยโลกต้องการขีดความสามารถในการกักเก็บพลังงานเพิ่มขึ้นอย่างน้อย 5 เท่า รวมถึงต้องการระบบกักเก็บพลังงานระดับฤดูกาล (Seasonal Storage) ขนาดหลายร้อยกิกะวัตต์-ชั่วโมง ควบคู่ไปกับการลดต้นทุนลงอีก 2-3 เท่า
ตัวอย่างความก้าวหน้าในการแก้ปัญหานี้คือ “Form Energy” สตาร์ตอัปจาก MIT โดยศาสตราจารย์ Yet-Ming Chiang ที่พัฒนาแบตเตอรี่เหล็ก-อากาศ (Iron-air batteries) โดยอาศัยหลักการทางเคมีของการเกิดสนิมแบบย้อนกลับ (Reversible rusting) ซึ่งใช้เหล็กเป็นวัสดุหลักที่มีความอุดมสมบูรณ์และต้นทุนต่ำ ทำให้สามารถขยายผลสู่ระดับอุตสาหกรรมได้ง่าย โดยปัจจุบัน Form Energy กำลังเดินหน้าโรงงานผลิตแห่งแรกที่มีเป้าหมายกำลังการผลิตอย่างน้อย 500 เมกะวัตต์ภายใน 2 ปีข้างหน้า
นอกเหนือจากการกักเก็บพลังงาน โลกยังต้องการแหล่งพลังงานที่มีความเสถียร (Firm Power) อย่างนิวเคลียร์ฟิชชัน แต่เนื่องจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบดั้งเดิมมีต้นทุนการก่อสร้างสูงและใช้เวลานาน แนวโน้มปัจจุบันจึงมุ่งไปที่การออกแบบเตาปฏิกรณ์ขั้นสูงแบบโมดูลาร์ (Small Modular Reactors) ที่เน้นการผลิตที่รวดเร็วและลดต้นทุนเงินทุนเริ่มต้น ซึ่งคาดว่าจะช่วยเพิ่มอัตราการติดตั้งได้ถึง 5 เท่า
Evelyn Wang กล่าวถึงศักยภาพของแหล่งพลังงานปฐมภูมิใหม่ที่แม้อยู่ในช่วงเริ่มต้นแต่มีความเป็นไปได้สูงทางเศรษฐศาสตร์ ได้แก่ “พลังงานความร้อนใต้พิภพขั้นสูง” (Advanced Geothermal) ที่ใช้นวัตกรรมวัสดุขุดเจาะทนความร้อนและความดันสูงเพื่อเข้าถึงแหล่งพลังงานในพื้นที่ที่เดิมเข้าถึงไม่ได้ และ “พลังงานฟิวชัน” (Fusion) ซึ่งสตาร์ตอัป Commonwealth Fusion Systems ที่แยกตัวมาจาก MIT กำลังสร้างโรงไฟฟ้าฟิวชันระดับกริดแห่งแรกของโลกขนาด 400 เมกะวัตต์ โดยอาศัยเทคโนโลยีแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงที่ช่วยลดขนาดและต้นทุนระบบลงได้อย่างมีนัยสำคัญ
อีกหนึ่งความหวังใหม่ที่น่าจับตามองคือ “ไฮโดรเจนจากธรณีภาค” (Geologic Hydrogen) ซึ่งเกิดจากกระบวนการทางธรณีเคมีตามธรรมชาติ เช่น การเกิดออกซิเดชันของแร่ธาตุที่มีเหล็กสูงอย่างโอลิวีน (Olivine) ที่ทำปฏิกิริยากับน้ำ โดยมีการค้นพบแหล่งพลังงานลักษณะนี้ที่ภูเขา Chimera ในตุรกีและในประเทศมาลี หากสามารถบริหารจัดการแหล่งกักเก็บได้ ไฮโดรเจนชนิดนี้จะมีต้นทุนที่แข่งขันได้กับกระบวนการผลิตจากเชื้อเพลิงฟอสซิล นอกจากนี้ยังมีนวัตกรรมจากบริษัท Addis Energy ที่พัฒนาเทคโนโลยีฉีดไนโตรเจนและไอน้ำเข้าสู่ชั้นหินเพื่อผลิตแอมโมเนียใต้ดิน ซึ่งเป็นวิธีการที่ลดการใช้พลังงานและการปล่อยคาร์บอนได้อย่างมหาศาลเมื่อเทียบกับกระบวนการดั้งเดิม
พลิกโฉมโครงสร้างพื้นฐานการขนส่งพลังงาน
ในประเด็นด้านโครงสร้างพื้นฐาน Evelyn Wang ชี้ให้เห็นถึงจุดอ่อนสำคัญของระบบพลังงานปัจจุบัน โดยยกตัวอย่างในสหรัฐอเมริกาที่สูญเสียพลังงานไปถึง 2 ใน 3 ในระหว่างกระบวนการแปลงสภาพและขนส่งจากแหล่งผลิตไปยังผู้ใช้งาน ซึ่งเท่ากับว่าโลกกำลังสูญเสียทรัพยากรและเงินลงทุนไปโดยเปล่าประโยชน์ เพื่อแก้ไขปัญหานี้ แนวคิด “ซูเปอร์ไฮเวย์พลังงานแบบพหุรูปแบบ” (Intermodal Energy Superhighway) จึงถูกนำเสนอเพื่อปฏิรูประบบการส่งพลังงานใหม่ทั้งหมด โดยมีหัวใจสำคัญคือการขนส่งพลังงานในรูปแบบที่ปลายทางต้องการใช้งานโดยตรงเพื่อลดการสูญเสียจากการแปลงรูปพลังงาน เช่น หากโรงงานอุตสาหกรรมต้องการความร้อน ระบบควรสามารถส่งพลังงานความร้อนจากแหล่งกำเนิดอย่างนิวเคลียร์หรือจีโอเทอร์มอลไปถึงโรงงานได้โดยตรงโดยไม่ต้องแปลงเป็นไฟฟ้าก่อน ซึ่งวิธีการนี้จะช่วยให้ประสิทธิภาพการใช้พลังงานรวมสูงเกินกว่าร้อยละ 90
นอกจากนี้ ความต้องการขนส่งไฟฟ้าที่คาดว่าจะเพิ่มขึ้น 2-4 เท่าภายในปี 2050 ทำให้เทคโนโลยีสายส่งแบบเดิมอาจไม่เพียงพอ บริษัท Veer สตาร์ตอัพที่ก่อตั้งโดย Tim Heidel ศิษย์เก่า MIT ได้พัฒนานวัตกรรมสายส่งไฟฟ้าตัวนำยิ่งยวด (Superconducting power transmission cable) ที่ใช้เทปตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงร่วมกับระบบระบายความร้อนด้วยไนโตรเจน ทำให้สามารถส่งพลังงานไฟฟ้าได้มากกว่าสายส่งทั่วไปถึง 5-10 เท่าในขนาดพื้นที่ติดตั้งเท่าเดิม ซึ่งช่วยลดข้อจำกัดในการขยายเครือข่ายสายส่งไฟฟ้าขนาดใหญ่
ในด้านการขนส่งเชื้อเพลิงแห่งอนาคตอย่างไฮโดรเจน ศาสตราจารย์ Bill Green และคณะได้เสนอทางออกเพื่อแก้ปัญหาคอขวดด้านการกักเก็บและขนส่ง ด้วยการใช้ “ตัวนำไฮโดรเจนเหลวอินทรีย์” (Liquid Organic Hydrogen Carriers) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่เก็บไฮโดรเจนไว้ในรูปแบบพันธะเคมีในของเหลวที่มีความเสถียร แทนการกักเก็บด้วยความดันสูงหรืออุณหภูมิต่ำแบบดั้งเดิม วิธีการนี้ช่วยให้สามารถขนส่งไฮโดรเจนได้ปลอดภัยและง่ายดายเหมือนกับน้ำมันเชื้อเพลิงทั่วไป โดยสามารถใช้ร่วมกับโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่เดิมได้ทันที
นวัตกรรมเพื่อความยั่งยืนในระดับชุมชน
นอกเหนือจากมิติของพลังงานและโครงสร้างพื้นฐาน Evelyn Wang ได้กล่าวถึงความสำคัญของการลดคาร์บอนในภาควัสดุและระบบอาหาร ซึ่งต้องอาศัยนวัตกรรมที่ลึกซึ้งไม่แพ้กัน โดยยกตัวอย่างงานวิจัยจากห้องแล็บของศาสตราจารย์ Ariel Furst ที่พัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาเชื่อมต่อกับ DNA เพื่อแปลง CO2 ให้เป็นสารเคมีตั้งต้นด้วยกระบวนการที่มีประสิทธิภาพสูง และเทคโนโลยีของบริษัท Pivot Bio โดยศาสตราจารย์ Chris Voigt ที่ใช้จุลินทรีย์วิศวกรรมส่งไนโตรเจนให้พืชโดยตรงที่ราก เพื่อทดแทนปุ๋ยเคมีที่กระบวนการผลิตปล่อยคาร์บอนสูง
ประเด็นสำคัญที่สุดที่ Evelyn Wang เน้นย้ำคือ “ชุมชน” ในฐานะหน่วยวัดความสำเร็จที่แท้จริงของการแก้ปัญหาสภาพภูมิอากาศ ผ่านโครงการ “MIT Climate Project” ซึ่งมีเป้าหมายหลักคือการสร้างความเป็นอยู่ที่ดีของมนุษย์ (Human Well-being) โดยโครงการนี้มุ่งเน้นการแก้ปัญหาใน 4 พื้นที่ยุทธศาสตร์หลักที่ระบบต่างๆ มาบรรจบกัน
ประการแรกคือ “การสร้างความยืดหยุ่นให้พื้นที่ชายฝั่ง” (Coastal Resilience) เพื่อรับมือกับระดับน้ำทะเลที่สูงขึ้นและพายุที่รุนแรง โดยเน้นการใช้วิธีธรรมชาติบำบัด (Nature-based solutions) ผสมผสานกับโครงสร้างพื้นฐานแบบไฮบริดเพื่อปกป้องระบบนิเวศและชุมชน ประการที่สองคือ “การลดคาร์บอนในท่าเรือและการขนส่ง” (Decarbonizing Ports & Shipping) เนื่องจากท่าเรือเป็นจุดขับเคลื่อนการค้าโลกแต่สร้างมลพิษมหาศาลให้กับชุมชนโดยรอบ การแก้ปัญหาจึงต้องใช้นวัตกรรมเชื้อเพลิงสะอาด การเปลี่ยนระบบปฏิบัติการเป็นไฟฟ้า และการวางแผนที่ยึดชุมชนเป็นศูนย์กลาง
ประการที่สามคือ “ศูนย์ข้อมูลแห่งอนาคต” (Data Centers) เพื่อรองรับการเติบโตของ AI ที่จะสร้างแรงกดดันต่อทรัพยากรน้ำและไฟฟ้าของชุมชน แนวทางคือการพัฒนาระบบคอมพิวเตอร์และเซมิคอนดักเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูง รวมถึงระบบจัดการความร้อนที่ยั่งยืน และประการสุดท้ายคือ “เกษตรกรรมยุคใหม่” ที่ต้องบูรณาการชีววิทยา ระบบเซนเซอร์ และวัสดุศาสตร์เข้าด้วยกัน เพื่อสร้างความมั่นคงทางอาหารพร้อมกับการลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
Evelyn Wang ทิ้งท้ายด้วยการย้ำว่า ผลลัพธ์ของโครงการเหล่านี้จะไม่ได้วัดเพียงแค่ปริมาณ CO2 ที่ลดลง แต่ต้องวัดจากผลลัพธ์ทางสุขภาพ การลดของเสีย การบรรเทาภัยพิบัติ และประโยชน์ทางนิเวศวิทยา โลกต้องการ “ช่วงเวลาแบบ Haber-Bosch” (Haber-Bosch Moments) อีกหลายครั้งเพื่อกู้วิกฤติสภาพภูมิอากาศ และความก้าวหน้าที่แท้จริงจะเกิดขึ้นจากการผสมผสานวิทยาศาสตร์ที่กล้าหาญเข้ากับวิศวกรรมที่ขยายผลได้ เพื่อสร้างอนาคตที่สะอาดและยั่งยืนสำหรับทุกคน
ข่าวอื่น ๆ ที่น่าสนใจ
กลยุทธ์เพื่อสิ่งแวดล้อม ช่วยเพิ่มผลประกอบการหรือไม่
จุฬาฯ เปิด ‘ศูนย์กันก่อนท่วม’ ชูโมเดลรุกฆาตแก้ต้นน้ำ รับมือวิกฤติปี 69
