ทีมวิจัยนาโนเทค ออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยานาโนแม่นยำสูง เพื่อเปลี่ยนก๊าซ CO2 เป็นสารเคมีมากมูลค่า

ณ วินาทีนี้ พวกเราคงทราบกันดีแล้วว่า ภาวะโลกร้อนนั้นไม่ใช่เรื่องเล่นๆ อีกต่อไป ทางออกเดียวคือพวกเราจะต้องช่วยกันลดปริมาณก๊าซเรือนกระจก โดยเฉพาะก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ที่สะสมในชั้นบรรยากาศอย่างเร่งด่วน แน่นอนว่าวิธีการแก้ปัญหาในอุดมคติคือการหยุดปลดปล่อย CO2 ในทันที แต่ในความเป็นจริง เราไม่อาจทำเช่นนั้นได้ เพราะกิจกรรมเชิงเศรษฐกิจและสังคมทุกประเภทล้วนเกี่ยวข้องกับการปลดปล่อย CO2 ไม่ว่าทางใดทางหนึ่ง
แต่หากเราสามารถนำก๊าซ CO2 มาใช้ประโยชน์ได้ แทนที่จะปลดปล่อยมันออกไปล่ะ?

 

นั่นคือโจทย์ที่ทีมวิจัย NCAS จากศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ นำโดย ดร. ศรัณญา จันทราภิรมย์ และคณะ ร่วมกับภาควิชาเคมี มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี พยายามแก้ ซึ่งนำไปสู่การพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่สามารถเปลี่ยนก๊าซ CO2 โดยใช้พลังงานไฟฟ้า (Electrochemical CO2 reduction reaction, CO2RR) ไปเป็น เอทิลีน และเอทานอล ซึ่งเป็นสารเคมีสำคัญในกระบวนการผลิตพลาสติกและเชื้อเพลิง โดยการเปลี่ยน CO2 เป็นสารเคมีด้วยพลังงานไฟฟ้านั้นเป็นส่วนหนึ่งของเทคโนโลยีการดักจับ การใช้ประโยชน์ และกักเก็บคาร์บอน (Carbon capture, Utilization, and Storage, CCUS) ซึ่งช่วยลดการปลดปล่อยก๊าซ CO2 ด้วยการนำมาเปลี่ยนเป็นสารเคมีที่ใช้ประโยชน์ได้ ซึ่งจะสร้างแรงจูงใจทางเศรษฐกิจให้กระบวนการลดภาวะโลกร้อน เปรียบเสมือนการยิงปืนนัดเดียวได้นกสองตัว

 

โดยทั่วไปการนำอะตอมของคาร์บอนจาก CO2 สองโมเลกุลมาเชื่อมต่อกันให้กลายเป็นเอทิลีน และเอทานอลด้วยไฟฟ้าที่อุณหภูมิห้องนั้นเกิดได้ยาก เนื่องจากต้องใช้พลังงานไฟฟ้าสูง อีกทั้งยังต้องการตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีความจำเพาะสูง ซึ่งในปัจจุบันมีเพียงวัสดุจำพวกทองแดงที่สามารถเร่งปฏิกิริยานี้ได้บ้างแต่ก็ยังไม่ดีพอ ทีมวิจัยจึงได้ปรับปรุงตัวเร่งปฏิกิริยาทองแดงเสียใหม่ โดยผสมโลหะสังกะสีลงไปจนเกิดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาอัลลอยด์ระหว่างทองแดงและสังกะสี (Cu-Zn alloy) ที่กระจายตัวบนคาร์บอนที่มีรูพรุนสูงที่ได้จากการเผาวัสดุโครงข่ายโลหะอินทรีย์ (Metal-organic Framework, MOF)
ตัวเร่งปฏิกิริยา Cu-Zn alloy นี้สามารถ เปลี่ยนก๊าซ CO2 เป็นเอทิลีนและเอทานอล ด้วยความจำเพาะสูงกว่าการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาทองแดงเดี่ยวๆ ถึง 5 เท่า ซึ่งผลการคำนวณทางคอมพิวเตอร์ (ซึ่งทีมของ ดร. ผุศนา หิรัญสิทธิ์ พัฒนาขึ้นในงานวิจัยก่อนหน้า ดังที่เราได้เล่าไปเมื่อตอนที่แล้ว) แสดงให้เห็นว่า อะตอมของสังกะสีเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเชิงอิเล็กโทรนิกส์ของทองแดง ทำให้โมเลกุลของ CO2 ดูดซับลงบนพื้นผิวของตัวเร่งได้ง่ายขึ้น ผลิตสารมัธยันต์ประเภท CO ที่สำคัญต่อการเกิดปฏิริยามากขึ้น และนำไปสู่ประสิทธิภาพในการทำปฏิกิริยาที่สูงขึ้น

 

นอกจากโจทย์การเปลี่ยน CO2 เป็นสารเคมีด้วยไฟฟ้าแล้ว ทีมวิจัย NCAS ของพวกเรายังวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีที่จะช่วยลดปริมาณก๊าซเรือนกระจกอีกมากมายหลายโจทย์ เพื่อเตรียมความพร้อมให้ประเทศไทยเข้าสู่ความเป็นกลางทางคาร์บอนได้ไม่ช้าก็เร็วในอนาคต

 

ติดตามอ่านข่าวสารความคืบหน้างานวิจัยรักษ์โลกจากเพจ NCAS หรือเว็บไซด์ของพวกเรา (www.nanotec.or.th/ncas) และเชิญไปเสพงานวิจัยเรื่อง “Tuning CuZn interfaces in metal–organic framework-derived electrocatalysts for enhancement of CO2 conversion to C2 products” ของ ดร.ศรัณญา ได้ที่วารสาร Catalysis Science & Technology (https://doi.org/10.1039/D1CY01839F.)

 

เรียบเรียงโดย ดร. ศรัณญา จันทราภิรมย์

โพสต์ที่คุณน่าจะสนใจ

CCUS เทคโนโลยีกำจัดคาร์บอน สู่ทางรอดของประเทศไทย?

สวัสดีปีใหม่ 2567 ผู้อ่านทุกท่าน ปีเก่าผ่านไปปีใหม่เข้ามาพร้อมกับความท้าทายโจทย์ใหญ่โจทย์เดิม คือ สภาวะโลกร้อน ที่ทำให้เกิดสภาพอากาศแปรปรวน อันส่งผลกระทบต่อชีวิตมนุษย์และระบบนิเวศของโลก สภาวะโลกร้อนนี้มีสาเหตุหลักมาจากกิจกรรมของมนุษย์ที่เพิ่มปริมาณก๊าซเรือนกระจกในบรรยากาศ โดยก๊าซเรือนกระจกหลักก็คือคาร์บอนไดออกไซด์

CARBANO เทคโนโลยีผลิตถ่านกัมมันต์ประสิทธิภาพสูงจากวัสดุคาร์บอน

ประเทศไทยขึ้นชื่อว่าเป็นประเทศแห่งอุตสาหกรรมเกษตรและมีวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรที่มากมายหลายหลาก การนำวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรมาแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์มูลค่าสูงจึงเป็นหนึ่งในแนวคิดสำคัญที่จะช่วยเพิ่มรายได้ให้กับอุตสาหกรรมเกษตรของประเทศไทย หนึ่งในผลิตภัณฑ์มูลค่าสูงที่สามารถผลิตได้จากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร คือ ถ่านกัมมันต์ (activated carbon) ซึ่งเป็นถ่านที่มีรูพรุนปริมาณมาก สามารถนำไปใช้ดูดซับและกำจัดสิ่งปนเปื้อนเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่สะอาดเหมาะกับการนำไปใช้อุปโภคและบริโภคในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น

รางวัลโนเบล สาขาเคมี 2023 ผู้ปลูกควอนตัมดอทส์ เมล็ดพันธุ์แห่งวงการนาโนเทคโนโลยี

รางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2023 ได้มอบรางวัลให้กับการค้นพบและการพัฒนาควอนตัมดอทส์(Quantum Dots, QTDs) หรือ “จุดควอนตัม” ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีขนาดเล็กมากในระดับ 1-10 นาโนเมตร

รู้จักกับ “ลิกนิน” สารธรรมชาติที่แสนจะไม่ธรรมดา

ลิกนิน (Lignin) เป็นพอลิเมอร์ธรรมชาติ ที่สามารถพบได้ในพืชทั่วไปสูงถึง 30% ทำหน้าที่เปรียบเสมือนกาวประสานช่วยยึดโครงสร้างพืชให้มีความแข็งแรง นอกจากนี้ยังช่วยลดการระเหยของน้ำ และช่วยป้องกันการถูกทำลายของเนื้อเยื่อจากจุลินทรีย์ได้อีกด้วย ลิกนินมีโครงสร้างแบบอะโรมาติก (Aromatic

หมวดหมู่

โพสต์ยอดนิยม

Nobel Prize in Chemistry 2022

พันธะเคมี ว่าง่ายๆ ก็คือแรงที่เชื่อมต่ออะตอมต่างๆ เข้าด้วยกันให้เกิดเป็นโมเลกุลที่มีคุณสมบัติหลากหลาย การสร้างพันธะเคมี จึงเป็นเครื่องมือสำคัญที่นักเคมีใช้ในการสังเคราะห์สารเคมีต่างๆ ที่ใช้ประโยชน์ได้ในชีวิตประจำวัน ตัวอย่างเช่น กาวตราช้าง ที่ตอนอยู่ในหลอดเป็นของเหลวใส

นาโนสารสนเทศและปัญญาประดิษฐ์ ใน ยุค Web 3.0

เราคงคุ้นเคยกับคำว่า ปัญญาประดิษฐ์ หรือ AI เป็นอย่างดี ว่าจะมาช่วยมนุษย์ทำงาน คิดวิเคราะห์ข้อมูล และช่วยในการตัดสินใจ ทำให้เราทำงานได้รวดเร็วและมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น เนื่องจาก

การคำนวณเคมีเชิงคอมพิวเตอร์ภายใต้กลุ่มวิจัย NCAS (ตอนที่ 1)

การพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีใหม่ๆ เพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการเคมี โดยหลักการนั้นไม่ต่างจากการออกแบบรถยนต์ ที่ต้องอาศัยความรู้ความเข้าใจเชิงลึกเกี่ยวกับการทำงานของเครื่องยนต์ แต่ในกรณีของตัวเร่งปฏิกิริยาเคมี เครื่องยนต์กลไกที่เป็นหัวใจของการเกิดปฏิกิริยานั้น เป็นผลมาจากแรงอันตรกิริยาที่เป็นแรงดูดหรือแรงผลักระหว่างพื้นผิวของตัวเร่งและโมเลกุลของสาร ซึ่งปรากฎการณ์ดังกล่าวนั้นเกิดขึ้นในระดับนาโนเมตรหรือเล็กกว่า การวิเคราะห์วัสดุที่มาตราส่วนดังกล่าวนั้นมีความซับซ้อนและมักมีข้อกำจัดด้านเครื่องมือ หรือในบางกรณีสมบัติที่สำคัญนั้นยังไม่สามารถวัดได้โดยเครื่องมือที่มีอยู่ในปัจจุบัน

โพสต์ล่าสุด

CCUS เทคโนโลยีกำจัดคาร์บอน สู่ทางรอดของประเทศไทย?

สวัสดีปีใหม่ 2567 ผู้อ่านทุกท่าน ปีเก่าผ่านไปปีใหม่เข้ามาพร้อมกับความท้าทายโจทย์ใหญ่โจทย์เดิม คือ สภาวะโลกร้อน ที่ทำให้เกิดสภาพอากาศแปรปรวน อันส่งผลกระทบต่อชีวิตมนุษย์และระบบนิเวศของโลก สภาวะโลกร้อนนี้มีสาเหตุหลักมาจากกิจกรรมของมนุษย์ที่เพิ่มปริมาณก๊าซเรือนกระจกในบรรยากาศ โดยก๊าซเรือนกระจกหลักก็คือคาร์บอนไดออกไซด์

CARBANO เทคโนโลยีผลิตถ่านกัมมันต์ประสิทธิภาพสูงจากวัสดุคาร์บอน

ประเทศไทยขึ้นชื่อว่าเป็นประเทศแห่งอุตสาหกรรมเกษตรและมีวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรที่มากมายหลายหลาก การนำวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรมาแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์มูลค่าสูงจึงเป็นหนึ่งในแนวคิดสำคัญที่จะช่วยเพิ่มรายได้ให้กับอุตสาหกรรมเกษตรของประเทศไทย หนึ่งในผลิตภัณฑ์มูลค่าสูงที่สามารถผลิตได้จากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร คือ ถ่านกัมมันต์ (activated carbon) ซึ่งเป็นถ่านที่มีรูพรุนปริมาณมาก สามารถนำไปใช้ดูดซับและกำจัดสิ่งปนเปื้อนเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่สะอาดเหมาะกับการนำไปใช้อุปโภคและบริโภคในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น

รางวัลโนเบล สาขาเคมี 2023 ผู้ปลูกควอนตัมดอทส์ เมล็ดพันธุ์แห่งวงการนาโนเทคโนโลยี

รางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2023 ได้มอบรางวัลให้กับการค้นพบและการพัฒนาควอนตัมดอทส์(Quantum Dots, QTDs) หรือ “จุดควอนตัม” ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีขนาดเล็กมากในระดับ 1-10 นาโนเมตร