โปรแกรมวิจัยทางฟิสิกส์เพื่อการพลังงานและสิ่งแวดล้อม

 

บทนำ

            พลังงานเป็นปัจจัยพื้นฐานสำคัญของการพัฒนาอารยธรรมมนุษย์ตลอดมา นับตั้งแต่มนุษย์เริ่มรู้จักจุดไฟขึ้นเอง เมื่อประมาณ 600,000 ปีก่อน ต่อมาหลังการค้นพบน้ำมันในปี
พ.ศ. 2402 แหล่งพลังงานหลักได้เปลี่ยนเป็นเชื้อเพลิงฟอสซิล ซึ่งใช้แล้วหมดไป และที่สำคัญ เป็นทรัพยากรธรรมชาติที่ประเทศไทยมีไม่พอใช้ ต้องนำเข้าจากต่างประเทศทุกปี เพื่อความมั่นคงของชาติ จำเป็นที่จะต้องค้นคว้าวิจัยเสียแต่เนิ่นๆเรื่องพลังงานทดแทน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานสีเขียวที่ใช้ไม่มีวันหมดซึ่งประเทศไทยมีอยู่แล้วอย่างเหลือเฟือ โดยการสนับสนุนของศูนย์ความเป็นเลิศด้านฟิสิกส์ ระหว่างปีงบประมาณ พ.ศ.2560-2562 โปรแกรมวิจัยทางฟิสิกส์เพื่อการพลังงานและสิ่งแวดล้อมจะมุ่งทำการวิจัยและพัฒนาด้านแหล่งพลังงานทดแทนต้นทุนต่ำและเทคนิคเสาะหาแหล่งพลังงานที่มีประสิทธิภาพ ที่สอดคล้องกับเทรนด์ของโลกในเรื่องของการอนุรักษ์ธรรมชาติและสิ่งแวดล้อมอย่างยั่งยืนด้วย จาก 2 โปรแกรมวิจัยรองดังต่อไปนี้

 

1. โปรแกรมวิจัยนวัตกรรมทางฟิสิกส์เพื่อการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์อุบัติใหม่ชนิดเพอรอฟสไกต์

            จากข้อมูลของ Inetrnational Energy Agency (IEA) พบว่ายอดผลิตเพื่อจำหน่ายของรถยนต์ไฟฟ้าทั่วโลกในปีพ.ศ. 2558 เทียบกับพ.ศ. 2557 เติบโตถึง 70% คือ จากประมาณ 500,00 คัน เพิ่มขึ้นเป็น 1.2 ล้านคัน โดยยอดผลิตเพื่อจำหน่ายกว่า 80% อยู่ที่ 5 ประเทศต่อไปนี้คือ สหรัฐอเมริกา, จีน, ญี่ปุ่น, เนเธอร์แลนด์ และนอรเวย์ โดยสหรัฐอเมริกามีสัดส่วนยอดขายถึง 34% ของทั่วโลก ในส่วนของประเทศไทยนั้น คณะอนุกรรมาธิการปฏิรูปพลังงานทดแทน พลังงานหมุนเวียน และอนุรักษ์พลังงาน ในคณะกรรมาธิการปฏิรูปพลังงาน สภาปฏิรูปแห่งชาติได้ประเมินการขยายตัวของรถยนต์ไฟฟ้าในประเทศไทยว่า ระหว่างปีพ.ศ. 2555 – 2579 จะมีจำนวนขายสะสมของรถยนต์ไฟฟ้าที่จำนวน 17, 987, 663 คัน แสดงให้เห็นถึงความต้องการใช้รถยนต์ไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องชัดเจน ซึ่งหัวใจของการขับเคลื่อนยานยนต์ไฟฟ้าคือมอเตอร์ไฟฟ้า ที่ได้รับพลังงานจากแบตเตอรี่ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเตรียมความพร้อมเรื่องแหล่งพลังงานไฟฟ้าสำหรับใช้อัดประจุไฟฟ้าให้แก่แบตเตอรี่ของยานยนต์ไฟฟ้า แหล่งพลังงานทดแทนที่มีความเหมาะสมและมีศักยภาพที่สุดก็คือพลังงานไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ เพราะสามารถตั้งสถานีอัดประจุไฟฟ้าได้ทุกที่ที่แสงแดดส่องถึง ดังแสดงในรูปที่ 1 ดังนั้น เพื่อตอบสนองต่อแนวโน้มของอนาคตและสนับสนุนนโยบายส่งเสริมการผลิตยานยนต์ไฟฟ้า หรือ ยานยนต์แห่งอนาคต (Next-Generation Automotive) ตามยุทธศาสตร์ Thailand 4.0 ของรัฐบาลจึงจำเป็นจะต้องแสวงหาเทคโนโลยีใหม่เพื่อลดต้นทุนและเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ เซลล์แสงอาทิตย์ที่มีกระบวนการผลิตที่ง่ายและมีประสิทธิสูงมากพอ (มากกว่า 20%) ก็คือ Perovskite solar cell ซึ่งถือว่าเป็นเซลล์แสงอาทิตย์
รุ่นที่ 3 (3rd generation emerging thin film solar cell) ชนิดหนึ่ง ดังแสดงใน รูปที่ 2 จึงได้สนับสนุนและส่งเสริมการวิจัยและพัฒนาใน 5 โครงการวิจัยดังต่อไปนี้ (โปรดคลิกเพื่อดูรายละเอียดของแต่ละโครงการวิจัย)

 

โครงการวิจัย 1.1: เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสไกต์ที่มีประสิทธิภาพสูงและราคาถูกเพื่อทดแทนการใช้เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิกอน
โครงการวิจัย 1.2: การประดิษฐ์สารกึ่งตัวนำชนิดพีเพื่อประยุกต์ใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสไกต์
โครงการวิจัย 1.3: การเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิด CIGS ด้วยโครงสร้างเซลล์แบบแทนเดม Perovskite-CIGS
โครงการวิจัย 1.4: การเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์และเสถียรภาพเชิงโครงสร้างของสารกึ่งตัวนำ
CH3NH3Pb1-xSnx(I1-y(Br,Cl)y)3 ในเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสไกต์ โดยใช้ทฤษฎีเชิงฟังก์ชันของความหนาแน่นและแบบจำลองการเคลื่อนที่ของพาหะอิสระ

โครงการวิจัย 1.5: การคำนวณโครงสร้างผลึกและค่าการดูดกลืนแสงของสารเพอรอฟสไกต์ชนิด CsSnxPb1-xI3
โครงการวิจัย 1.6: สมบัติเชิงโครงสร้างและเชิงอิเล็กทรอนิกส์ของเมทิลแอมโมเนียมเลดไอโอด์เพอรอฟสไกต์ภายใต้ความดันสูง


รูปที่ 1 (ก) สถานีอัดประจุไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ของบริษัท HONDA
(ที่มารูป: http://www.plugincars.com/honda-explores-electric-vehicle-solar-charging-106587.html)




รูปที่ 1 (ข) สถานีอัดประจุไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ประจำบ้าน
(ที่มารูป:http://www.evsolarchargingstations.com/2.18kw-solar-carport-charging-system.htm)




รูปที่ 2 เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสไกต์เป็นชนิดหนึ่งของเซลล์แสงอาทิตย์รุ่นที่ 3 ที่หมายถึงเซลล์แสงอาทิตย์กลุ่มที่ใช้เทคโนโลยีโฟโตโวลตาอิก
(Photovoltaic technology หรือ PV technology) แบบใหม่ที่จะทำให้มีประสิทธิภาพเหนือขีดจำกัดช็อคลีย์-ไควส์เซอร์ (Shockley-Queisser limit) ได้
(ดัดแปลงจาก: http://www.idtechex.com/research/reports/perovskite-photovoltaics-2015-2025-technologies-markets-players-000442.asp)



2.โปรแกรมวิจัยนวัตกรรมทางควอนตัมฟิสิกส์เพื่อการสำรวจน้ำมันและแก๊ส

 

           น้ำมันและแก๊สธรรมชาติไม่ได้มีประโยชน์ในด้านเป็นแหล่งพลังงานเท่านั้น แต่ยังเป็นสารตั้งต้นสำคัญของผลิตภัณฑ์ที่จำเป็นต่อสังคมมนุษย์มากมาย เช่น ผลิตภัณฑ์น้ำมันเครื่องบินโดยสาร, น้ำมันหล่อลื่น, ปุ๋ย, พลาสติก, เครื่องสำอาง, ยางสังเคราะห์และยา เป็นต้น (รูปที่ 3) การลดน้อยถอยลงของแหล่งน้ำมันและแก๊สธรรมชาติเพราะเอามาใช้ผลิตพลังงานไฟฟ้าและใช้กับรถยนต์อย่างมากมายมาเป็นเวลานานนั้น จึงเป็นเรื่องน่าวิตกในแง่ของเสถียรภาพของสังคมมนุษย์ ด้วยปริมาณที่ลดลงมาก การสำรวจหาแหล่งน้ำมันและแก๊สในธรรมชาตินับวันจึงลำบากมากขึ้น จึงมีความจำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีการสำรวจน้ำมันและแก๊สธรรมชาติที่มีประสิทธิภาพสูงมากขึ้น โปรแกรมวิจัยรองที่ 2 จึงมุ่งการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีการสำรวจน้ำมันและแก๊สธรรมชาติที่มีความไวสูงที่อาศัยหลักการฟิสิกส์ควอนตัมขั้นสูง โดยประกอบด้วย 3 โครงการวิจัย กล่าวคือ (โปรดคลิกเพื่อดูรายละเอียดของแต่ละโครงการวิจัย)

 

 



รูปที่ 3 แสดงส่วนหนึ่งของผลิตภัณฑ์ใช้กันในชีวิตประจำวันที่ทำมาจากน้ำมัน, ถ่านหิน และแก๊สธรรมชาติ
(ที่มารูป: http://abambooproject.blogspot.com/2013/07/the-need-for-biobased-consumer-products.html)



 


โปรแกรมวิจัยหลัก