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