ท่ามกลางกระแสผลักดันงานวิจัยสีเขียว ที่มุ่งเน้นด้านสิ่งแดวล้อมและความยั่งยืน เทคโนโลยีการดักจับ การใช้ประโยชน์ และการกักเก็บก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CCUS) เข้ามามีบทบาทสำคัญ NANOTEC Newsletter ฉบับนี้ขอพาไปคุยกับ “ดร. ปองกานต์ จักรธรานนท์” จากทีมวิจัยตัวเร่งปฏิกิริยา กลุ่มวิจัยการเร่งปฏิกิริยาระดับนาโน การดูดซับ และการคำนวณ ที่เปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากแหล่งปล่อยก๊าซเรือนกระจกเป็นเคมีภัณฑ์ที่มีมูลค่า ตอบโจทย์ด้านปัญหาสิ่งแวดล้อมและความยั่งยืน พร้อมรับทุนในโครงการทุนวิจัย ลอรีอัล ประเทศไทย “เพื่อสตรีในงานวิทยาศาสตร์” (For Women in Science) สาขาวิทยาศาสตร์กายภาพ ประจำปี 2567 ซึ่งได้รับทุนวิจัย 250,000 บาท พร้อมโล่เกียรติคุณ
“ปัญหาการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ปริมาณมหาศาลจากภาคพลังงานและภาคการผลิต เทคโนโลยีการดักจับ การใช้ประโยชน์ และการกักเก็บก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CCUS) จึงเป็นที่คาดหวังว่า จะเข้ามามีบทบาทสำคัญในการแก้ปัญหาเพื่อนำพาประเทศไทยสู่การบรรลุเป้าหมายความเป็นกลางทางคาร์บอนได้” ดร. ปองกานต์ชี้
หลังศึกษาวิเคราะห์เทคโนโลยีต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง นักวิจัยนาโนเทคให้ความสนใจปฏิกิริยารีดักชันเชิงเคมีไฟฟ้าของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2RR) ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่สามารถผลิตสารเคมีมูลค่าสูงจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้หลายหลายชนิด แต่การผลิตสารเคมีเหล่านี้ยังมีข้อจำกัด คือมีกลไกซับซ้อน ใช้พลังงานสูง และมักประสบปัญหาการเลือกเกิดปฏิกิริยาที่ต่ำ ทั้งนี้ ในระบบปฏิกิริยาการเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นสารเคมีเชิงไฟฟ้า เซลล์ไฟฟ้าที่ใช้ทำปฏิกิริยาประกอบด้วยขั้วไฟฟ้า 2 ขั้ว คือขั้วแอโนด (Anode) และขั้วแคโทด (Cathode) ปฏิกิริยารีดักชันของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะเกิดขึ้นที่ขั้วแคโทด โดยระหว่างเกิดปฏิกิริยา ขั้วแอโนดจะทำปฏิกิริยาออกซิเดชันของน้ำและเกิดเป็นก๊าซออกซิเจน (OER) เป็นปฏิกิริยาร่วม ซึ่งกระบวนการนี้ต้องใช้พลังงานสูง เป็นที่มาของงานวิจัยเรื่อง การเร่งปฏิกิริยาเชิงเคมีไฟฟ้าเพื่อความยั่งยืนทางพลังงานและสิ่งแวดล้อม
งานวิจัย ” การเร่งปฏิกิริยาเชิงเคมีไฟฟ้าเพื่อความยั่งยืนทางพลังงานและสิ่งแวดล้อม” มุ่งเป้าพัฒนาเซลล์ไฟฟ้าที่สามารถทำปฏิกิริยาทั้งสองได้อย่างควบคู่กัน เพื่อเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากแหล่งปล่อยก๊าซเรือนกระจกเป็นเคมีภัณฑ์ที่มีมูลค่าได้อย่างมีประสิทธิภาพ พร้อมกับการออกซิไดซ์ชีวมวลจากอุตสาหกรรมการเกษตรและอุตสาหกรรมกระดาษ ให้กลายเป็นวัสดุและสารเคมีที่มีมูลค่าสูงขึ้นได้ด้วย โดยใช้วิธีพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีความจำเพาะสูงสำหรับกระบวนการ CO2RR และทดสอบตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวในเซลล์ไฟฟ้าที่สามารถขยายขนาดได้ จากนั้น ปรับปรุงคุณสมบัติของตัวเร่งให้ผลิตสารเคมีได้สูง เสถียร และทนทานต่อสิ่งเจือปนในสารตั้งต้น รวมไปถึงการคัดเลือกชีวมวลที่เหมาะกับการทำปฏิกิริยาเคมีเชิงไฟฟ้า พัฒนาระบบการออกซิไดซ์ชีวมวลแล้วจึงพัฒนาระบบการทำปฏิกิริยาแบบควบคู่ระหว่าง CO2RR และการออกซิไดซ์ชีวมวล
นอกจากนี้ ยังศึกษาความเป็นไปได้เชิงเศรษฐศาสตร์ พร้อมประเมินวัฏจักรชีวิตของเทคโนโลยี เพื่อให้ท้ายที่สุดแล้วจะสามารถพัฒนาเทคโนโลยีการเร่งปฏิกิริยาเชิงเคมีไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูง ต้นทุนต่ำ และสามารถขยายขนาดการผลิตสู่ระดับโรงประลอง (pilot scale) เพื่อนำไปสู่การใช้งานจริงในภาคอุตสาหกรรมได้ และจะช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากอุตสาหกรรมหนัก ควบคู่ไปกับการส่งเสริมการเติบโตทางเศรษฐกิจอย่างยั่งยืนในภาคอุตสาหกรรมเคมีและพลังงานของประเทศไทย
ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ มีนักวิจัยได้รับทุนในโครงการทุนวิจัยลอรีอัล ประเทศไทย “เพื่อสตรีในงานวิทยาศาสตร์” (For Women in Science) รวม 6 ท่าน ดังนี้ ดร.อุรชา รักษ์ตานนท์ชัย (ปี 2554) ดร.สุภาวดี นาเมืองรักษ์ (ปี 2559) ดร. ผุศนา หิรัญสิทธิ์ (ปี 2560) ดร.สุวัสสา บำรุงทรัพย์ (ปี 2563) ดร.อัญชลี จันทร์แก้ว (ปี 2565) และ ดร. ปองกานต์ จักรธรานนท์ (ปี 2567) ตามลำดับ
ทั้งนี้ โครงการทุนวิจัยลอรีอัล “เพื่อสตรีในงานวิทยาศาสตร์” หรือ For Women in Science ริเริ่มขึ้นในปี 2540 โดย มูลนิธิลอรีอัล ด้วยความร่วมมือจากยูเนสโก แต่ละปีได้สนับสนุนนักวิจัยสตรีรุ่นใหม่มากกว่า 250 ท่าน ในโครงการระดับประเทศและระดับภูมิภาคทั่วโลก และได้มอบทุนเกียรติยศนานาชาติแก่นักวิจัยสตรีระดับ Laureates ไปแล้วมากกว่า 100 ท่าน ซึ่งมีถึง 7 ท่าน ที่ก้าวสู่ความสำเร็จได้รับรางวัลโนเบล สำหรับในประเทศไทย โครงการทุนวิจัยลอรีอัล ประเทศไทย “เพื่อสตรีในงานวิทยาศาสตร์” มอบทุนวิจัยทุนละ 250,000 บาท ให้กับนักวิจัยสตรีที่มีอายุไม่เกิน 40 ปี ในสาขาวิทยาศาสตร์ชีวภาพ และสาขาวิทยาศาสตร์กายภาพ ลอรีอัล กรุ๊ป ในประเทศไทย ได้ดำเนินงานโครงการมาเป็นปีที่ 22 โดยมีนักวิจัยสตรีไทยที่ได้รับทุนสนับสนุนจากโครงการนี้รวมแล้วทั้งสิ้น 87 ท่าน จาก 20 สถาบัน