ไอน้ำเป็นสิ่งที่เรามองไม่เห็น แต่ใครจะไปคิดละครับว่า เราสามารถนำมันมาเป็นพลังงานทดแทนได้ แถมยังมีพลังงานมากพอที่จะสามารถเปลี่ยนมันเป็นกระแสไฟฟ้าเพื่อขับเคลื่อนอุปกรณ์ต่างๆได้อีกด้วย
เมื่อวันที่ 16 มิถุนายน นักวิทยาศาสตร์มหาวิทยาลัยโคลัมเบียได้รายงานบนเว็บไซต์ว่าสามารถพัฒนาเครื่องยนต์สองชนิดเหมือนกับในนิยายวิทยาศาสตร์ที่สามารถใช้พลังงานจากไอน้ำได้ ซึ่งก็คือ 1. เครื่องยนต์ที่แปลงพลังงานไอน้ำเป็นพลังงานไฟฟ้าให้หลอดไฟติดได้ 2. เครื่องยนต์ที่แปลงพลังงานไอน้ำเป็นพลังงานกลให้รถยนต์ของเล่นเคลื่อนที่ได้ แต่ทางนักวิทยาศาสตร์จะนำเสนออุปกรณ์ในชิ้นที่ 2 เป็นตัวหลัก ดังรูปด้านล่าง
นักวิทยาศาสตร์ได้แนวคิดนี้มาจากไหนกัน?
Sahin เป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ที่ได้พัฒนาอุปกรณ์นี้ เมื่อปีที่แล้วเขาได้พบคุณสมบัติหนึ่งของสปอร์แบคทีเรีย (Bacterial spores) ที่สามารถยืดหดตามแนวยาวได้ตามความชื้นของอากาศที่เปลี่ยนไป ซึ่งนั่นทำให้เขาได้แนวคิดที่ว่า การยืดหดตามแนวยาวนี้เองที่อาจนำมาประยุกต์สร้างเครื่องยนต์ที่สามารถแปลงพลังงานจากไอน้ำ (ที่มีความชื้นอยู่) ไปสร้างแรงขับเคลื่อนเชิงกล หรือสร้างกระแสไฟฟ้าได้
อุปกรณ์นี้ทำงานอย่างไร
ขอให้มองไปที่รูป a และ b ก่อน ตามที่กล่าวไปก่อนหน้านี้ จะเห็นว่าแผ่นเทปที่ถูกฉาบด้วยสปอร์ของแบคทีเรียเป็นเส้นๆ มีการเปลี่ยนแปลงความยาวไปตามความชื้นของสภาพอากาศที่เปลี่ยนไป หากความชื้นสูงแผ่นเทปจะยืดออก หากความชื้นลดต่ำลงแผ่นเทปจะหดตัวทำให้เกิดการม้วน
ภาพ c d e f แสดงการยืดตัวของสปอร์แบคทีเรียที่เปลี่ยนไปตามความชื้น และภาพ g h i แสดงความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณต่างๆที่นักวิทยาศาสตร์สนใจ
เมื่อนักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างเทปที่มีคุณสมบัติข้างต้นได้ ต่อไปก็นำตัวถ่วงเล็กๆมาติดที่ปลายด้านหนึ่งของเทป แล้วนำไปติดกับวงล้อ ดังรูปด้านล่าง (ตัวถ่วง คือ สีฟ้า)
วงล้อหมุนได้อย่างไร?
เมื่อแผ่นเทปที่อยูบริเวณด้านนอก หรือบริเวณที่มีความชื้นน้อย (Dry) จะเกิดการหดตัวของแผ่นเทปทำให้แผ่นเทปงอตัว แต่เมื่อวงล้อเริ่มเคลื่อนที่เข้าไปยังบริเวณที่มีความชื้นสูง (Humid) จะเกิดการขยายตัวจนตรึง และสร้างแรงเหวี่ยงให้ตัวถ่วง (สีฟ้า) ไปถ่วงในด้านที่มีความชื้น (Humid) ก่อให้เกิดแรงหมุนขึ้นเล็กน้อย แต่เนื่องจากมีแผ่นเทปจำนวนมาก ทำให้สามารถสร้างแรงขับเคลื่อนได้ถึงขนาดหนึ่งที่พอจะทำให้รถของเล่นเคลื่อนที่ได้ กระบวนนี้จะเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องจนกว่าความต่างระหว่างความชื้นสองบริเวณ Humid และ Dry ดังรูป ไม่มากพอที่จะทำให้วงล้อหมุนได้อีกต่อไป ซึ่งในการทดลองนักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องฉีดน้ำเข้าไปยังบริเวณ Humid เพื่อเพิ่มความชื้น
ในอนาคตนักวิทยาศาสตร์หวังว่า วันหนึ่งถ้าสามารถขยายขนาดของเครื่องกลที่สามารถใช้พลังงานจากไอน้ำให้มีขนาดใหญ่ขึ้นกว่านี้ได้ จะสามารถผลิตพลังงานได้มากกว่าเดิม และถ้าเอาไปวางในบริเวณที่มีการระเหยของไอน้ำสูง (ความชื้นสูง) ก็จะสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้น (เพราะอัตราเร็วเชิงมุมมากขึ้นด้วย โดยที่อัตราเร็วเชิงมุมขึ้นอยู่กับความต่างระหว่างความชื้นในบริเวณ Humid และบริเวณ dry) บริเวณที่คาดว่าจะนำไปตั้งในอนาคตก็ คือ อ่าว หรืออ่างเก็บน้ำ นั่นเองครับ
ชมคลิปวีดิโอ
“Renewable energy from evaporating water.”. [Online]. Available : sciencedaily 2015.
“Scaling up nanoscale water-driven energy conversion into evaporation-driven engines and generators.”. [Online]. Available : nature.com 2015.
“Renewable Energy from Evaporating Water.”. [Online]. Available : youtube 2015.
“Biophysicist Harnesses Power of Evaporation, Discovers Potential New Source of Renewable Energy.”. [Online]. Available : Columbia university 2015.
