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

Biorefinery series: การผลิตกรดแลคติกจากน้ำตาล ด้วยกระบวนการเชิงเคมีความร้อน

ไบโอรีไฟเนอรี่ (Biorefinery) หรือ อุตสาหกรรมพลังงานและเคมีชีวภาพ คือ อุตสาหกรรมการผลิตแห่งอนาคตที่นำชีวมวล หรือวัตถุดิบที่ได้จากพืช มาใช้เป็นสารตั้งต้น (feedstock) ในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ

Biorefinery series: น้ำมันเชื้อเพลิงอากาศยานชีวภาพจากน้ำมันปาล์ม

น้ำมันปาล์มเป็นน้ำมันพืชที่ได้จากผลของต้นปาล์มน้ำมันซึ่งเป็นพืชเศรษฐกิจที่หมุนเวียนได้ น้ำมันปาล์มนั้นสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้อย่างหลากหลาย ตั้งแต่นำมาใช้ได้โดยตรงเพื่อการปรุงอาหาร นำมาผลิตเป็นผลิตภัณฑ์เครื่องสำอาง หรือนำมาใช้เป็นสารตั้งต้นในอุตสาหกรรมโอลีโอเคมี (oleochemical industry) เช่น ผลิตสารหล่อลื่นชีวภาพ (biolubricant)

โพสต์ล่าสุด

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