NANOCATALYSIS, ADSORPTION, AND SIMULATION RESEARCH GROUP
การเร่งปฏิกิริยาระดับนาโน การดูดซับ และการคำนวณ
กลุ่มวิจัยการเร่งปฏิกิริยาระดับนาโน การดูดซับ และการคำนวณ (NCAS) เป็นกลุ่มวิจัยภายใต้ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (ศน.) ที่มุ่งเน้นงานวิจัยด้านการออกแบบ สังเคราะห์ ขึ้นรูปและวิศวกรรม วัสดุนาโนเพื่อประยุกต์ใช้งานด้านสิ่งแวดล้อมและพลังงาน โดยใช้กระบวนการทดลองร่วมกับการใช้เทคนิคเชิงคำนวณในระดับต่างๆ รวมไปถึงระบบเครือข่ายสำหรับติดตามและควบคุม (IoT) อันประกอบด้วยงานวิจัยทางด้าน 1) ตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวดูดซับ เยื่อเลือกผ่านและวัสดุนาโนขั้นสูงต่างๆ เช่น นาโนคาร์บอน วัสดุโครงข่ายโลหะอินทรีย์ วัสดุนาโนคอมพอสิต นาโนลิกโนเซลลูโลส เป็นต้น 2) กระบวนการดักจับและใช้ประโยชน์ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ กระบวนการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ พลังงานหมุนเวียนสะอาด สารเคมีฐานชีวภาพ สารเคมีมูลค่าเพิ่ม วัสดุชีวภาพ และ กระบวนการบำบัดสิ่งแวดล้อม 3) งานวิจัยและพัฒนาด้านการคำนวณ รวมถึงการใช้เทคนิคการจำลองต่าง ๆ ตั้งแต่ระดับอะตอมจนถึงระดับที่ใหญ่ขึ้น และการใช้ IoT สำหรับการวิเคราะห์และวินิจฉัยปัญหาสำคัญระดับชาติ การวิจัยและพัฒนาด้วยวิธีคำนวณ ได้แก่ การใช้เทคนิค และ IoT เพื่อการวิเคราะห์ วินิจฉัย ปัญหาสำคัญต่าง ๆ ของประเทศ เพื่อยกระดับให้ศน. เป็นองค์กรวิจัยและพัฒนาชั้นนำด้านนาโนเทคโนโลยีของอาเซียน และ NCAS จะเป็นต้นแบบหน่วยวิจัยชั้นนำระดับนานาชาติในการบูรณาการประยุกต์ใช้นาโนเทคโนโลยีในการพัฒนาเศรษฐกิจและคุณภาพชีวิตอย่างปลอดภัยและยั่งยืน
ผลงานวิจัยเด่นของกลุ่มวิจัย (Key Research)
Key Research 1 : กระบวนการดักจับคาร์บอนและการใช้ประโยชน์ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
เทคโนโลยีด้านวัสดุและระบบสำหรับกระบวนการดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และการใช้ประโยชน์ CO2 ผ่านกระบวนการเร่งปฏิกิริยาเชิงความร้อน ไฟฟ้า และแสง เพื่อได้เป็นผลิตภัณฑ์มูลค่าสูงและจำเป็นสำหรับภาคอุตสาหกรรม ได้แก่ ก๊าซสังเคราะห์ (syngas) เมทานอล โอเลฟินส์ และนาโนคาร์บอน สำหรับอุตสาหกรรมพลังงาน และพลาสติก การดักจับ CO2 โดยตรง (direct carbon capture) ด้วยเทคโนโลยี solid adsorption และ ทางอ้อม (nature-based carbon capture) ผ่านตัวกลางชีวมวล ด้วยเทคโนโลยี Activated nanocarbon, Biocoal และ Biojet (SAF) สำหรับอุตสาหกรรมพลังงานและ BCG เพื่อเป้าหมายการปล่อยคาร์บอนสุทธิเป็นศูนย์ (Carbon Neutrality) ของประเทศไทย
รางวัลที่ได้รับ
- รางวัลผลงานวิจัยระดับดี ประจำปีงบประมาณ 2566 และ 2567 จาก สำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.)
- รางวัลทุนวิจัยลอรีอัล ประเทศไทย “เพื่อสตรีในงานวิทยาศาสตร์” ประจำปี 2567
- รางวัลเหรียญเงินในการประกวด ผลงานวิจัย สิ่งประดิษฐ์และนวัตกรรมในเวที SPECIAL EDITION 2022 – INVENTION GENEVA EVALUATIONDAYS ณ สมาพันธรัฐสวิส
งาน/การประชุม/การแข่งขัน ที่เกี่ยวข้องกับรางวัลที่ได้รับ
- งานวันนักประดิษฐ์ ประจำปี 2566 และ 2567
- งานมอบทุนวิจัยในโครงการทุนวิจัย ลอรีอัล ประเทศไทย ประจำปี 2567
- การประกวด ผลงานวิจัย สิ่งประดิษฐ์และนวัตกรรมในเวที SPECIAL EDITION 2022 – INVENTION GENEVA EVALUATIONDAYS ณ สมาพันธรัฐสวิส ในรูปแบบออนไลน์
Key Research 2 : การพัฒนาคุณภาพน้ำอุปโภคบริโภคที่มีการปนเปื้อนมลสารซึ่งส่งผลต่อสุขภาพของประชาชนด้วยเทคโนโลยีและนวัตกรรม
ระบบประปาชุมชนหรือประปาหมู่บ้านของไทยส่วนใหญ่ถูกติดตั้งเป็นเวลานานทำให้ทั้งโครงสร้างและอุปกรณ์ที่ใช้เกิดการเสื่อมคุณภาพ อีกทั้งด้วยคุณภาพน้ำดิบที่แย่ลง มีการปนเปื้อนสารเคมี สารพิษต่างๆมากขึ้น ส่งผลต่อสุขภาวการณ์เจ็บป่วยด้วยโรคต่างๆมากขึ้นด้วย รวมถึงหลายแห่งยังขาดการดูแลที่ถูกต้อง ทำให้ระบบต่างๆนั้นมีประสิทธิภาพที่ต่ำลง ใช้ต้นทุนสูงขึ้น จนบางพื้นที่ต้องหยุดให้บริการในที่สุด ทีมวิจัยได้ดำเนินการศึกษาวิจัยในการบรรเทาปัญหาดังกล่าวในหลายมิติเช่น การพัฒนานวัตกรรมวัสดุดูดซับสารเคมีและโลหะหนักด้วยเทคนิคการเคลือบและปรับปรุงพื้นผิวด้วยนาโนเทคโนโลยีต่างๆ (Surface nanocoating and modifying) เช่น ถ่านกัมมันต์ปรับปรุงพื้นผิว (Doped/Modified Activated Carbon) ถ่านกระดูกปรับปรุงพื้นผิว (Modified Bone char) วัสดุเซรามิคส์สำหรับการกรองและดูดซับ เป็นต้น รวมถึงการประยุกต์ใช้วัสดุเหลือทิ้งในชุมชนเช่น เปลือกกล้วย เปลือกไข่ ที่สามารถหาได้ง่ายแต่มีประสิทธิภาพมาใช้ในการช่วยลดปริมาณสารตกค้างในน้ำดื่ม น้ำใช้ของประชาชนได้ นอกจากนี้ทีมวิจัยยังได้พัฒนาแนวทางในการปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตน้ำของระบบให้สามารถผลิตน้ำ เช่น การใช้สารช่วยตกตะกอนเช่น PAC (Poly Aluminium Chloride) ทดแทนสารส้มซึ่งสามารถจับกลุ่มตะกอนได้ดีกว่า ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตน้ำของระบบเดิมได้แม้ไม่มีการเปลี่ยนแปลงอุปกรณ์ที่ติดตั้ง การติดตั้งแผ่นช่วยตกตะกอน (Tube/Lamella settler) ที่มีการปรับปรุงพื้นผิวเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการตกตะกอน ลดการอุดตันหน้าทรายกรอง รวมถึงมีการพัฒนาชุดอุปกรณ์วัดความขุ่นแบบท่อชนิดแผ่นสังเกตเคลื่อนที่ (Turbid Tube) ที่ช่วยให้ทราบค่าความขุ่นของน้ำดิบที่แม่นยำขึ้น ใช้งานร่วมกับชุดอุปกรณ์ทดสอบปริมาณสารส้ม (Mini Jar test) ในการทดสอบการตกตะกอนทางเคมีของน้ำตัวอย่างก่อนจะปรับใช้ระบบผลิตน้ำจริง ช่วยให้ผู้ดูแลระบบสามารถหาปริมาณสารเคมีที่เหมาะสมที่สุดในการสร้างตะกอนได้โดยไม่ต้องใช้ห้องปฏิบัติการมาตรฐานหรืออุปกรณ์ที่มีราคาสูง ลดค่าใช้จ่ายในการผลิตน้ำ รวมถึงลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและความเสี่ยงต่อสุขภาพเนื่องมาจากใช้สารเคมีเกินได้ โดยเป้าหมายหลักของการวิจัยคือการสร้างให้ชุมชนสามารถจัดการกระบวนการผลิตน้ำของตนเองได้อย่างมีมาตรฐานและยั่งยืนด้วยเทคโนโลยีที่เหมาะสม
รางวัลที่ได้รับ
รางวัล Popular Vote บูธนิทรรศการยอดเยี่ยม
งาน/การประชุม/การแข่งขัน ที่เกี่ยวข้องกับรางวัลที่ได้รับ
งานประกวดและนิทรรศการ “ชุมชนนวัตกรรมแห่งการเรียนรู้” ครั้งที่ 2
Key Research 3 : การค้นหาตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อผลิตพลังงานไฮโดรเจนด้วยปัญญาประดิษฐ์และการคำนวณเคมีคอมพิวเตอร์
ไฮโดรเจนเป็นพลังงานทางเลือกที่ปัจจุบันได้รับการศึกษาพัฒนาอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากไฮเดรเจนเป็นพลังงานสะอาด ไม่ก่อให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในกระบวนการเผาไหม้ นอกจากนี้กระบวนการการผลิตไฮโดรเจนยังสามารถทำได้โดยการแยกโมเลกุลน้ำ (H2O) ออกเป็น แก๊สไฮโดรเจน (H2) และ ออกซิเจน (O2) ด้วยเซลล์ไฟฟ้าเคมี ซึ่งไม่ก่อให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในกระบวนการผลิตเช่นกัน ทำให้ไฮโดรเจนเป็นพลังงานสะอาดอย่างแท้จริง อย่างไรก็ตามปฏิกิริยาการผลิตไฮโดรเจนที่ขั้วไฟฟ้าแคโทดของเซลล์ไฟฟ้าเคมี ยังมีความจำเป็นต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาจากโลหะแพลทินัมซึ่งมีราคาสูงมาก
เพื่อค้นหาตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดใหม่ที่มีราคาถูกและมีประสิทธิภาพสูงเพื่อทดแทนโลหะแพลทินัม ทีมวิจัยได้พัฒนาโมเดลปัญญาประดิษฐ์เพื่อช่วยเหลือในการคัดเลือกตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดีที่สุดจากความเป็นไปได้ปริมาณมาก ทำให้สามารถลดเวลาและทรัพยากรที่ต้องใช้ อันเนื่องมาจากความสามารถของปัญญาประดิษฐ์ที่สามารถเรียนรู้โครงสร้างของสารเคมีและคุณสมบัติของตัวเร่งปฏิกิริยาและสามารถนำไปใช้ทำนายคุณสมบัติของตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดใกล้เคียงกันได้ โดยได้พัฒนาสถาปัตยกรรมแบบจำลองชนิด crystal graph convolutional neural network (CGCNN) ที่สามารถเรียนรู้โครงสร้างเคมีของตัวเร่งปฏิกิริยาได้โดยตรงโดยไม่ต้องผ่านการบวนการวิศวกรรมคุณลักษณะ (Feature Engineering) โดยการประยุกต์ใช้โมเดลปัญญาประดิษฐ์ดังกล่าวเช้ากับระเบียบวิธีคำนวณ Density functional theory จะช่วยทำให้การค้นหาตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดใหม่สำหรับการใช้แทนที่ตัวเร่งปฏิกิริยาจากแพลทินัมที่มีราคาสูง
กลุ่มของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทางทีมวิจัยศึกษาและพัฒนาในงานนี้ได้แก่ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดอะตอมคู่ (Dual Atom Catalyst, DAC) ที่ประกอบด้วยคู่ของโลหะอะตอมเดี่ยวเจือบนแผ่น N-doped graphene ซึ่งกำลังได้รับความสนใจและการศึกษาคุณสมบัติ เนื่องจากมีความเสถียรและ %loading ของโลหะเจือที่สูง นอกจากนั้นยังมีความสามารถในการทำงานร่วมกันของคู่โลหะในการเร่งปฏิกิริยาเคมี และ นำมาซึ่งความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาที่โดดเด่นกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดอื่นๆ
รางวัลที่ได้รับ
รางวัลวิจัยระดับดี (ปี 2567) จาก สำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.)
ช่องทางติดต่อ
ดร.ณัฏฐพร พิมพะ
Email : nuttaporn@nanotec.or.th Tel : 02-564-7100