พลังงาน พลังงาน พลังงาน
โดย เกียรติชัย ศีลจิตส่ง
kiatichai.sil@egco.com
ที่มา : วารสารประสิทธิภาพพลังงาน ฉบับที่ 51
คำว่า "พลังงาน" ในภาษาอังกฤษได้ให้คำจำกัดความไว้ว่า "The ability to do work" ส่วนภาษาไทยมีผู้ให้คำจำกัดความไว้ว่า "ความสามารถในการทำงาน "หรือ" ความสามารถที่ทำให้เกิดการทำงาน
การทำงาน ในที่นี้หมายถึงการเคลื่อนไหววัตถุ การยกของ การหุงต้ม การให้แสงสว่าง ทั้งหลายเหล่านี้ก็คือตัวอย่างของการทำงาน
เมื่อมนุษย์รับประทานอาหารร่างกายจะแปลงอาหารให้เป็นพลังงานเพื่อการทำงาน เมื่อเราเดินหรือวิ่งหรือแม้แต่คิดหรืออ่านหรือเขียนร่างกายเผาพลาญอาหารซึ่งเป็นแหล่งพลังงานให้สามารถทำงาน ในทำนองเดียวกันยานยนต์เครื่องบินเรือและเครื่องจักรก็ล้วนเป็นการแปลงเชื้อเพลิงซึ่งเป็นแหล่งพลังงานอีกรูปแบบหนึ่งไปเป็นการทำงานเช่นกัน
พลังงานมาจากไหน ?
แหล่งพลังงานมีอยู่หลายชนิดที่สามารถทำให้โลกเราเกิดการทำงาน และหากศึกษาวิเคราะห์ในเชิงลึกแล้วจะพบว่าแหล่งต้นตอของพลังงานที่ใช้ทำงานในชีวิตประจำวันส่วนใหญ่ก็ล้วนมาจากพลังงานอันมหาศาลที่แผ่จากดวงอาทิตย์มาสู่โลกเรานี่เอง พลังงานจากดวงอาทิตย์นี้นอกจากจากจะสามารถใช้ประโยชน์จากแสงและความร้อนในการทำงานโดยตรง เช่น การให้แสงสว่าง การให้ความร้อนความอบอุ่น การตากแห้งต่าง ๆ แล้วก็ยังก่อให้เกิดแหล่งพลังงานอื่น ๆ อีกมากมาย เช่น
พลังงานลม ในรูปของพลังงานจลน์ของลม
พลังงานน้ำ ในรูปของพลังงานศักย์ของน้ำฝนที่ตกลงมา และถูกกักเก็บไว้ในที่สูง
พลังงานมหาสมุทร ในรูปของพลังงานจลน์ของคลื่นและกระแสน้ำและพลังงานความร้อนในน้ำของมหาสมุทร
พลังงานชีวมวล ในรูปของพลังงานเคมีของชีวมวล
พลังงานฟอสซิล ในรูปของพลังงานเคมีของถ่านหิน น้ำมัน และก๊าซธรรมชาติ แหล่งพลังงานดังกล่าวนี้อาจกล่าวเป็นอีกนัยว่าเป็นแหล่งพลังงานทางอ้อมของดวงอาทิตย์ก็ได้
พลังงานลม
มีสาเหตุใหญ่มาจากความร้อนที่แผ่จากดวงอาทิตย์สู่โลกเราให้กับอากาศไม่เท่าเทียมกัน ทำให้อากาศร้อนที่เบากว่าลอยขึ้นและอากาศเย็นที่หนักกว่าลอยเข้ามาแทนที่ เช่น อากาศใกล้บริเวณศูนย์สูตรจะร้อนกว่าอากาศใกล้บริเวณขั้วโลกอากาศที่เบากว่าจะลอยตัวขึ้นขณะที่อากาศหนักกว่าจะเคลื่อนเข้ามาแทนที่
พลังงานน้ำ
มีสาเหตุใหญ่มาจากความร้อนที่แผ่จากดวงอาทิตย์ให้กับน้ำบนโลกเราทำให้เกิดไอน้ำระเหยขึ้นไปเป็นก้อนเมฆ และตกลงมาเป็นน้ำฝนและหากถูกกักเก็บไว้เป็นแหล่งน้ำบนที่สูงบนภูเขา หรือถูกเก็บไว้หลังเขื่อนที่มนุษย์สร้างขึ้นมา ก็จะกลายเป็นพลังงานศักย์ของน้ำ
พลังงานมหาสมุทร
พลังงานคลื่นมีสาเหตุใหญ่มาจากน้ำบนผิวมหาสมุทรถูกพัดด้วยพลังงานลมจนเกิดการเคลื่อนไหวเป็นคลื่น
พลังงานกระแสน้ำเป็นลักษณะเดียวกับลมแตกต่างกันตรงที่แทนที่จะเป็นอากาศก็เป็นน้ำในมหาสมุทรแทน
พลังงานความร้อนในมหาสมุทรเกิดจากบริเวณผิวน้ำของมหาสมุทรที่ได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์ (ที่ประมาณยี่สิบกว่าองศาเซลเซียส) ซึ่งจะร้อนกว่าน้ำส่วนที่ลึกลงไป (ที่น้ำลึกประมาณ 1 กิโลเมตร มีอุณหภูมิประมาณ 4 องศาเซลเซียส) ความแตกต่างของอุณหภูมิเช่นนี้ถือได้ว่าเป็นแหล่งพลังงานชนิดหนึ่งเช่นกัน
พลังงานชีวมวล
พืชทั้งหลายในโลกเราก่อเกิดขึ้นมาได้ล้วนแต่อาศัยพลังงานจากดวงอาทิตย์ พืชทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์แล้วเก็บสะสมไว้เพื่อการดำรงชีพและเป็นส่วนประกอบสำคัญที่ก่อให้เกิดการเจริญเติบโตตามส่วนต่าง ๆ ของพืช เช่น ราก ลำต้น ใบ ดอกไม้ และผล ขบวนการสำคัญที่เก็บสะสมพลังงานแสงอาทิตย์นี้เรียกกันว่ากระบวนการสังเคราะห์แสงโดยอาศัยสารคลอโรฟิลล์ (Chlorophyll) บนพืชสีเขียวที่ทำตัวเสมือนเป็นโรงงานเล็ก ดูดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) จากอากาศ และน้ำ (H2O) จากดินมาทำปฏิกิริยากันแล้วผลิตเป็นสารประกอบกลุ่มหนึ่งขึ้นมา เช่น น้ำตาล แป้ง และเซลลูโลส ซึ่งเรียกรวม ๆ ว่าคาร์โบไฮเดรต (Carbohydrate) พลังงานแสงอาทิตย์นี้จะถูกสะสมในรูปแบบของพันธเคมี (Chemicalbonds) ของสารประกอบเหล่านี้
สัตว์ทั้งหลายมีทั้งกินพืชและสัตว์ มนุษย์กินพืช และสัตว์การกินกันเป็นทอด ๆ (ห่วงโซ่อาหาร) ของสิ่งมีชีวิต ทำให้มีการถ่ายทอดพลังงานเคมีจากพืชไปสู่สัตว์และสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ซึ่งอาจกล่าวโดยสรุปคือ การทำงานของสิ่งมีชีวิตโดยพื้นฐานล้วนอาศัยพลังงานจากดวงอาทิตย์และการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตก็เป็นแหล่งสะสมพลังงานที่ได้รับจากดวงอาทิตย์อีกเช่นกัน
พลังงานชีวมวลก็คือ พลังงานที่สะสมอยู่ในสิ่งมีชีวิตที่สามารถนำมาใช้ทำงานได้ เช่น ต้นไม้ กิ่งไม้ หรือเศษวัสดุจากการเกษตรหรืออุตสาหกรรม เช่น แกลบ ฟาง ชานอ้อย ขี้เลื่อย เศษไม้ เปลือกไม้ มูลสัตว์ รวมทั้งของเหลือหรือขยะจากครัวเรือนมนุษย ์เราได้ใช้พลังงานจากชีวมวลมาเป็นเวลานานแล้วจนถึงปัจจุบันก็ยังมีการน้ำมาใช้ประโยชน์ในสัดส่วนที่ไม่น้อยเลยโดยเฉพาะประเทศที่กำลังพัฒนาอย่างบ้านเราตามชนบทก็ยังมีการใช้ไม้ฟืนหรือถ่านในการหุงหาอาหาร
พลังงานฟอสซิล
เชื้อเพลิงฟอสซิลเกิดจากการย่อยสลายของสิ่งมีชีวิตภายใต้สิ่งแวดล้อมที่เหมาะสม เมื่อพืชและสัตว์สมัยดึกดำบรรพ์ (ยุคไดโนเสาร์) เสียชีวิตลงจะถูกย่อยสลายและทับถมกันเป็นชั้น ๆ อยู่ใต้ดินหรือใต้พิภพ ซึ่งใช้เวลาหลายล้านปีกว่าที่จะเปลี่ยนซากเหล่านี้ให้กลายเป็นเชื้อเพลิงฟอสซิลที่รู้จักกันทั่วไปคือ ถ่านหิน น้ำมัน และก๊าซธรรมชาติ
ตามที่ได้กล่าวไว้ในหัวข้อที่แล้วว่าสิ่งมีชีวิตก็เป็นแหล่งกักเก็บของพลังงานจากดวงอาทิตย์รูปแบบหนึ่ง ดังนั้นพลังงานฟอสซิลนี้ก็ถือว่าเป็นแหล่งกักเก็บที่เกิดขึ้นหลายล้านปีก่อนของสิ่งมีชีวิตในยุคนั้น
พลังงานเหล่านี้จะถูกปลดปล่อยออกมาได้หรือเอามาใช้ทำงานได้ก็มีอยู่วิธีเดียวเท่านั้นคือ การเผาไหม้ซึ่งจะทำให้คาร์บอนและไฮโดรเจนที่อยู่ในเชื้อเพลิงรวมกับออกซิเจนในอากาศเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ นอกจากนี้ยังมีสารอื่น ๆ อันเป็นองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตที่เจือปนอยู่ในเชื้อเพลิงอีก เช่น ซัลเฟอร์และไนโตรเจน ก็จะถูกปลดปล่อยออกมาเป็นก๊าซซัลเฟอร์ออกไซด์ (SOX) และไนโตรเจนออกไซด์ - (NOX) เมื่อทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศ
ทั้งหมดนี้อาจสรุปง่าย ๆ ได้ว่าพลังงานจากดวงอาทิตย์ คาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำเมื่อสมัยล้าน ๆ ปีก่อนนี้ถูกสะสมไว้ในเชื้อเพลิงฟอสซิลในรูปของไฮโดรคาร์บอน และเมื่อนำมาเผาไหม้ก็จะได้พลังงานออกมาเพื่อการทำงานพร้อม ๆ กับคาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำซึ่งอาจรวมถึงสารอื่น ๆ ที่เจือปนอีกด้วยและโปรดสังเกตว่าระยะเวลาการสร้างและสะสมกับระยะเวลาการเผาเพื่อใช้งานมันต่างกันมาก ๆ นอกจากนี้ยังดูดคาร์บอนไดออกไซด์ และอื่น ๆ ในสมัยนั้นมาคายออกสู่บรรยากาศในสมัยนี้อีกเป็นจำนวนมากอีกด้วย
และเมื่อเทียบระยะเวลาของการแปลงรูปพลังงานจากดวงอาทิตย์เป็นเชื้อเพลิงฟอสซิลกับแหล่งพลังงานชนิดอื่นที่แปลงรูปมาจากดวงอาทิตย์ เช่น พลังงานลม พลังงานน้ำ ฯลฯ ก็แตกต่างกันมาก ๆ อีกเช่นกัน ซึ่งหากเชื้อเพลิงฟอสซิลถูกนำไปใช้ประโยชน์แล้วก็ถือได้ว่าใช้แล้วหมดไปไม่สามารถจะสร้างขึ้นมาใหม่ได้อีกต่อไป สำหรับแหล่งพลังงานอื่นจะสามารถสร้างขึ้นใหม่ได้อีกเรื่อย ๆ ตราบเท่าที่ยังมีดวงอาทิตย์แผ่พลังงานมายังโลกเรานี้ซึ่งเราเรียกพลังงานที่สร้างขึ้นมาใหม่ได้นี้ว่า พลังงานหมุนเวียน หรือ Renewable Energy
ปัจจุบันมนุษย์ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลเพื่อการทำงานเป็นสัดส่วนที่สูงมาก เช่น การขนส่ง การผลิตไฟฟ้า โรงงานอุตสาหกรรม คำถามมีอยู่ว่าแล้วมันจะมีโอกาสถูกใช้หมดไหม มีการคาดคะเนกันมากมายในเรื่องนี้ ซึ่งอาจจะประมาณได้คร่าว ๆ ว่าเชื้อเพลิงนี้คงจะถูกใช้หมดไปหรือเหลือน้อยมากในระยะเวลาไม่กี่ร้อยปี ในบรรดาเชื้อเพลิงฟอสซิลแล้ว ถ่านหินนับว่ามีปริมาณมากที่สุด น้ำมันเป็นเชื้อเพลิงที่มีความยืดหยุ่นและสะดวกในการใช้ประโยชน์มากที่สุด ส่วนก๊าซธรรมชาติจะเป็นพลังงานที่สะอาดมากที่สุด
จากมนุษย์ในยุคปัจจุบันได้กอบโกยทรัพยากรที่มีอยู่จำกัดนี้แล้วยังจะมีเหลือให้มนุษย์รุ่นหลังมีโอกาสได้รับประโยชน์จากทรัพยากรนี้บ้างไหม ในสภาวะปัจจุบันทางออกที่จะยืดอายุการใช้ให้นานออกไปก็เห็นจะมีอยู่ไม่กี่หนทาง เช่น การใช้อย่างประหยัดเท่าที่จะจำเป็นและใช้อย่างมีประสิทธิภาพ และด้วยสภาพอัตราการใช้เชื้อเพลิงชนิดนี้ของมนุษย์เราในปัจจุบันจะทำให้ปริมาณสำรองที่มีอยู่ลดน้อยลงไปเรื่อย ๆ และราคาของเชื้อเพลิงก็มีแนวโน้มว่าจะสูงขึ้นเรื่อย ๆ จนกระทั่งถึงจุด ๆ หนึ่ง ที่จะต้องมีแหล่งพลังงานอื่นที่มีปริมาณและศักยภาพมากพอและสามารถพัฒนาขึ้นมาใช้ประโยชน์ หรือนำมาทำงานได้ใกล้เคียงกันในราคาที่แข่งขันกันได้และมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในระดับที่ยอมรับได้ด้วย แหล่งพลังงานทั้งหมดที่กล่าวมาข้างต้นล้วนแต่มีต้นกำเนิดมาจากดวงอาทิตย์เป็นสำคัญ แล้วมีแหล่งพลังงาน อะไรบ้างที่มีต้นกำเนิดจากโลกเราเอง
พลังงานความร้อนใต้พิภพ
ภายในใจกลางโลกที่ร้อนระอุด้วยแมกมาอันเป็นแหล่งพลังงานความร้อนอันมหาศาลอันหนึ่ง ผลของความร้อนอันนี้แสดงออกมาในรูปแบบของภูเขาไฟตามบริเวณรอยแยกของเปลือกโลกเรา บริเวณหินร้อนนี้เป็นแหล่งพลังงานประเภทหนึ่งที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ และถ้ามีน้ำที่ซึมตามรอยแตกหรือรูพรุนของหินจากผิวโลกลงไปไหลผ่านบริเวณนี้ จะทำให้น้ำร้อนขึ้นและน้ำร้อนบางส่วนก็จะแทรกตามรอยแตกของหินผุดขึ้นมาปรากฏเป็นน้ำพุร้อน มนุษย์เรารู้จักการใช้ประโยชน์โดยตรงจากปรากฏการณ์ตามธรรมชาตินี้มานานแล้ว เช่นการต้มไข่ การลวกอาหารต่างๆ การอาบน้ำร้อนเป็นต้น นอกจากนี้ถ้าปริมาณน้ำร้อนดังกล่าวที่อยู่ใต้พิภพนี้มีปริมาณมากพอก็สามารถนำมาผลิตไฟฟ้าได้ด้วยดังที่ปรากฏมาแล้วในหลาย ๆ ประเทศโดยเฉพาะประเทศที่อยู่บริเวณที่มี ภูเขาไฟ เช่น สหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น และฟิลิปปินส์
พลังงานนิวเคลียร์
การเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์นั้นต้องอาศัยแร่ธาตุบางอย่าง เช่น แร่ยูเรเนียม ธาตุดิวเทอร์เรียม เป็นเชื้อเพลิงซึ่งอาจถือได้ว่าเป็นแหล่งพลังงานที่มีต้นกำเนิดจากโลกเรานี้
นักวิทยาศาสตร์ผู้โด่งดัง อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) ผู้คิดค้นสูตรคณิตศาสตร์ขึ้นเป็นคนแรกที่ว่าด้วยมวลสารสามารถแปลงเป็นพลังงาน และพลังงาน (E) ที่เกิดขึ้นมีปริมาณเท่ากับ (M) ที่หายไปจากการปฏิกิริยาคูณด้วยความเร็วแสง (C) ยกกำลัง 2 ตามสูตรคณิตศาสตร์ดังนี้
E = mc2
เป็นที่ทราบกันแล้วว่าแสงเดินทางเร็วมาก ๆ (3x108 เมตรต่อวินาที) และเมื่อยิ่งยกกำลังสองแล้วพลังงานที่ให้ออกมาในรูปของความร้อนและแสงนั้นจึงมีปริมาณมหาศาลมาก การปฏิกิริยานิวเคลียร์มีอยู่ 2 ประเภท คือ แบบฟิชชัน (Fission) และ ฟิวชัน (Fusion)
พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชัน
นิวเคลียร์ฟิชชัน คือ ปฏิกิริยานิวเคลียร์องอะตอมของธาตุหนักถูกทำให้แยกออกจากกัน และปล่อยพลังงานออกมาด้วย เช่น เมื่ออะตอมของยูเรเนียม-235 ถูกยิงด้วยอนุภาคนิวตรอนก็จะแยกออกจากกันเกิดนิวตรอนขึ้นจำนวนหนึ่ง (2-3 ตัว) พร้อมทั้งปลดปล่อยพลังงานปล่อยออกมาในรูปกัมมันตรังสี และความร้อน นิวตรอนที่เกิดขึ้นใหม่นี้ก็จะไปชนกับอะตอมของยูเรเนียมอีกทำให้เกิดการแตกตัวอย่างต่อเนื่องซึ่งเรียกกันว่าปฏิกิริยาลูกโซ่ และหากยูเรเนียมมีความเข้มข้นพอที่จะทำให้ปฏิกิริยาเช่นนี้เกิดต่อเนื่องไปเรื่อย ๆ จะเกิดพลังงานอันมหาศาลดังตัวอย่างของระเบิดปรมาณู และหากสามารถควบคุมติวตรอนที่เกิดขึ้นจากการปฏิกิริยาได้ก็จะสามารถควบคุมปริมาณของพลังงานที่ปล่อยออกมาให้พอเหมาะกับความต้องการที่จะนำไปใช้ประโยชน์สำหรับมวลมนุษย์ได้ ดังตัวอย่างของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีอยู่ในปัจจุบัน
สำหรับเรื่องการจัดการกับกากเชื้อเพลิง หลังจากการเกิดปฏิกิริยาที่ยังคงมีกัมมันตรังสีอยู่นี้ก็ยังเป็นเรื่องถกเถียงกันถึงเรื่องความปลอดภัยจากการที่ต้องเก็บกันเป็นระยะเวลานาน ๆ
พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชัน
สำหรับนิเคลียร์ฟิวชันนั้นคือ การปฏิกิริยาของอะตอมเบา 2 อะตอมรวมเข้าด้วยกัน (Fuse) เป็นอะตอมหนักขึ้นมาใหม่ พร้อมทั้งปล่อยพลังงานออกมาด้วย เช่น อะตอมของไอโซโทปของไฮโดรเจน 2 ชนิดคือ ดิวเทอร์เรียม และตริเตียมรวมกันเป็นอะตอมของฮีเลียม และปล่อยนิวตรอนออกมาซึ่งจะทำให้มวลส่วนหนึ่งหายไปกลายเป็นพลังงานที่ปล่อยออมมา เชื้อเพลิงของฟิวชัน เช่น ดิวเทอร์เรียมสามารถสกัดจากน้ำธรรมดาที่มีอยู่มากมายในโลกเรานี้เองและตริเตียมนั้นสามารถสร้างขึ้นจากลิเธียม (Lithium) ซึ่งเป็นโลหะเบาประเภทหนึ่งรวมกับนิวตรอนที่ได้จากปฏิกิริยาฟิวชัน
อันที่จริงดวงอาทิตย์ที่แผ่พลังงานอันมหาศานั้นก็เกิดจากนิงเคลียร์ฟิวชันนั่นเอง ฟิวชันนี้จะเกิดได้ต้องอยู่ในสภาวะอันหนึ่ง (Plasma) ที่อุณหภูมิสูงมาก (ประมาณ 100 ล้านองศา) ต้องการพลังงานเพียงพอที่จะทำให้เกิดการรวมกัน (Fuse) ของอะตอมและจะต้องทำให้ยึดเหนี่ยวอยู่ด้วยกันให้นานพอที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยาขึ้น ซึ่งบนดวงอาทิตย์นั้นอาศัยแรงดึงดูด (Gravity) ของดวงอาทิตย์เป็นแรงยึดเหนี่ยว
สำหรับบนโลกเรานั้นการสร้างสภาวะให้เกิดฟิวชันหรือการจำลองดวงอาทิตย์เพื่อการใช้ประโยชน์จากพลังงานนี้ รวมทั้งการศึกษาถึงผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นเป็นเรื่องที่ท้าทายของนักวิทยาศาสตร์อย่างมาก ซึ่งในปัจจุบันนี้ยังจัดอยู่ในขั้นทดลอง และยังไม่มีโรงไฟฟ้าจากการฟิวชันเกิดขึ้นเลย
ที่น่าสังเกตอันหนึ่งก็คือ เชื้อเพลิงฟิวชันนี้ถือว่าเป็นพลังงานหมุนเวียนอันหนึ่งตราบเท่าที่โลกเรายังมีน้ำอยู่ และเป็นแหล่งพลังงานขนาดมหาศาลอันหนึ่งที่โลกเราฝากความหวังไว้ที่จะนำมาใช้ประโยชน์โดยเฉพาะเพื่อการผลิตไฟฟ้าในอนาคต
พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงในมหาสมุทร
พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงที่เกิดขึ้นในมหาสมุทรได้จัดแยกออกจากแหล่งพลังงานมหาสมุทรอื่น ๆที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น เนื่องจากแหล่งพลังงานในมหาสมุทรนี้มีสาเหตุมาจากแรงดึงดูดของดวงจันทร์มากกว่าดวงอาทิตย์และเป็นแหล่งพลังงานเดียวที่เกิดจากดวงจันทร์เป็นหลักและมีอิทธิพลถึงโลกเรานี้ ปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงนี้เกิดขึ้นเมื่อดวงอาทิตย์ โลก และดวงจันทร์โคจรมาอยู่ในแนวเดียวกัน แรงดึงดูดของดวงจันทร์ซึ่งอยู่ใกล้โลกเรามากกว่านั้นจะดึงให้น้ำตามบริเวณเขตศูนย์สูตรในมหาสมุทรสูงขึ้น และเมื่อการโคจรนี้ทำให้ดวงจันทร์ตั้งฉากกับดวงอาทิตย์ก็จะทำให้น้ำบริเวณศูนย์สูตรนี้ลดลง วงจรการขึ้นลงของน้ำในมหาสมุทรนี้ก็จะสอดคล้องระยะเวลาการโคจรของดวงจันทร์รอบโลกเรานี้เองซึ่งจะสังเกตได้ว่าน้ำจะขึ้นสูงเมื่อใกล้วันข้างขึ้นและข้างแรมตามปฏิทินจันทรคติ ความแตกต่างของน้ำทะเลระหว่างช่วงที่ขึ้นสูงและช่วงที่ต่ำถือได้ว่าเป็นพลังงานศักย์อันหนึ่งที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้
พลังงานอื่น ๆ
มนุษย์จะสามารถใช้ประโยชน์จากแหล่งพลังงานอื่นอีกไหมนอกจากที่กล่าวไว้แล้วทั้งหมด ถ้าจะมีก็คงเป็นแหล่งที่ไม่มีสาระสำคัญอะไรหรือเป็นแหล่งที่ไกลจากความเป็นจริงที่มนุษย์เราจะนำมาใช้ประโยชน์หรือทฤษฏีและเทคโนโลยีของเรายังเข้าไม่ถึง เช่น พลังงานสายฟ้าจากก้อนเมฆ แร่ธาตุที่เป็นแหล่งพลังงานที่อยู่นอกโลกเรา เช่น ดวงจันทร์ หรือดาวดวงอื่น ๆ เป็นต้น
พลังงานที่มนุษย์เราสามารถนำมาใช้ประโยชน์จริงในโลกนี้ก็ล้วนมีแหล่งจากที่ได้กล่าวไว้แล้วทั้งหมดและก็มีความเป็นไปได้ที่จะกล่าวอ้างถึงแหล่งพลังงานอื่น ๆ อีกซึ่งหากวิเคราะห์หรือพิสูจน์ลงไปแล้วก็มีต้นตอไม่พ้นแหล่งดังกล่าวได้
เลือกแหล่งพลังงานชนิดไหนดี
แหล่งพลังงานแต่ละชนิดที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ดังกล่าวมาแล้วนั้นล้วนแต่มีข้อดีข้อเสียแตกต่างกันไป ปัจจัยสำคัญที่นำมาวิเคราะห์เปรียบเทียบเพื่อการเลือกใช้ให้เหมาะสมมีอยู่ 3 ด้าน คือ
1. เทคนิคหรือเทคโนโลยี ที่จะแปลงแหล่งพลังงานมาใช้ประโยชน์ได้นั้นมีกี่ชนิด ประกอบด้วยอุปกรณ์อะไร แต่ละชนิดมีข้อดีและข้อเสียอย่างไร (เช่นประสิทธิภาพ อายุการใช้งาน ระยะเวลาในการติดตั้ง และก่อสร้าง) จะต้องวิเคราะห์เพื่อเปรียบเทียบว่ามีความเหมาะสมมากน้อยเพียงใด ทั้งนี้ อาจรวมถึงเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการลดมลภาวะประกอบอีกด้วยและแน่นอนที่สุดว่าแหล่งพลังงานที่จะเลือกนั้นจะต้องมีปริมาณหรือศักยภาพมากพอที่จะมีความเหมาะสมในเชิงเศรษฐศาสตร์อีกด้วย
2. เศรษฐศาสตร์ เป็นการศึกษาวิเคราะห์ที่ครอบคลุมถึงต้นทุนที่ลงไปครั้งแรก (เช่น อุปกรณ์ การติดตั้ง และก่อสร้าง เป็นต้น) ค่าเชื้อเพลิง ค่าดำเนินการ ค่าบำรุงรักษา ดอกเบี้ย และอายุการใช้งานเพื่อเปรียบว่าเทคโนโลยีของการใช้แหล่งพลังงานแต่ละชนิดมีความคุ้มค่ามากน้อยเพียงใด หรืออาจกล่าวว่าชนิดไหนถูกกว่ากัน
3.สังคมและสิ่งแวดล้อมเพื่อศึกษาว่าเทคโนโลยีของการใช้แหล่งพลังงานแต่ละชนิดมีผลกระทบต่อสังคมและสิ่งแวดล้อมในระดับไหน และระดับไหนถึงจะเหมาะสมและยอมรับได้
มนุษย์เป็นผู้ใช้ประโยชน์จากพลังงาน เป็นผู้บริโภคพลังงาน (ต้นเหตุ) มนุษย์ก็ต้องเป็นผู้เลือกและผลที่ตามมาไม่ว่าจะเป็นบวกหรือลบก็จะย้อนกลับมากระทบต่อมนุษย์อีกเช่นกัน (ปลายเหตุ) ดังนั้น ปัจจัยทั้งสามนี้มีความสำคัญไม่ยิ่งหย่อนไปกว่ากันเลย โดยเฉพาะอย่างยิ่งกิจกรรมขนาดใหญ่ที่การลงทุนสูง เช่น การผลิตไฟฟ้า ยิ่งต้องมีการศึกษาวิเคราะห์ให้รอบคอบมากขึ้น นอกจากปัจจัยทั้งสามดังกล่าวแล้ว อาจมีการพิจารณาถึงปัจจัยด้านความมั่นคงของประเทศประกอบอีกด้วย
การยอมรับของสังคมและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม นับว่าเป็นปัจจัยที่มีความสำคัญและซับซ้อนมากขึ้นเรื่อย ๆ สิ่งที่มนุษย์ต้องยอมรับความจริงอย่างหนึ่งคือ ไม่ว่าจะใช้ประโยชน์จากแหล่งพลังงานอะไรก็ตาม ย่อมจะต้องมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมไม่มากก็น้อย และมีเทคโนโลยีอะไรบ้าง (ซึ่งหมายถึงต้นทุน) ที่จะช่วยให้ลดผลกระทบอันนี้และผลกระทบระดับไหนถึงเป็นที่ยอมรับได้ ปัญหาของสิ่งแวดล้อมมีทั้งผลกระทบระยะสั้นและระยะยาว (ปัญหาของคาร์บอนไดออกไซด์จากเชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นที่คาดคะเนว่าจะเกิดปัญหาระยะยาวได้)
ดังที่ได้กล่าวมาแล้วปัจจุบันมีการใช้ประโยชน์จากแหล่งฟอสซิลเป็นสัดส่วนที่สูงที่สุด เช่น การขนส่ง การผลิตไฟฟ้า ซึ่งน่าจะเป็นตัวบ่งชี้ปัจจัยทั้งสาม มีความเหมาะสมกับสภาวะปัจจุบัน อาจมีคนอีกจำนวนมากที่อาจสงสัยว่าแล้วแหล่งพลังงานหมุนเวียนนั้นไม่เหมาะสมหรือ ในเมื่อแหล่งพลังงานชนิดนี้เกิดได้ตามธรรมชาติและไม่มีต้นทุนด้านตัวแหล่งพลังงานเองเหมือนเชื้อเพลิงอื่น ๆ เนื่องจากเป็นแหล่งพลังงานได้ฟรี เช่น แสงอาทิตย์ และลม เป็นต้น อันที่จริงแล้วแหล่งพลังงานหมุนเวียนนี้ส่วนใหญ่จะยังคงติดปัญหาในเชิงเศรษฐศาสตร์ หรืออาจกล่าวได้ว่าการลงทุนทางเทคโนโลยียังสูงมาก ถึงแม้สมมุติว่ามีการพัฒนาเทคโนโลยีมากขึ้น เพื่อให้ต้นทุนถูกลงจนกระทั่งมีความเหมาะสมในเชิงเศรษฐศาสตร์แล้วก็ตาม แหล่งพลังงานชนิดนี้ส่วนใหญ่ก็ยังต้องการเนื้อที่เป็นบริเวณกว้างมาก ๆ ในการนำมาใช้ประโยชน์
ประเด็นที่จะต้องมีการพิจารณาตามมาก็คือ พื้นที่ในโลกเรามีจำกัด มีการจัดแบ่งการใช้ประโยชน์หลายประการด้วยกันคือ เป็นที่อยู่อาศัยของมนุษย์เพื่อการทำเกษตรกรรม (สำหรับพืชและสัตว์เพื่อเป็นอาหารของมนุษย์) ที่อยู่อาศัยของพืชและสัตว์ตามธรรมชาติ (โดยเฉพาะพื้นที่ป่าเขาธรรมชาติเป็นที่อยู่ของพืชและสัตว์ที่มนุษย์หวงแหน) พื้นที่สำหรับพักผ่อนหย่อนใจ เป็นต้น ซึ่งหากพิจารณาถึงปัจจัยเหล่านี้แล้ว พื้นที่ที่จะสามารถจัดสรรไปใช้ประโยชน์ทางด้านพลังงานหมุนเวียนนี้ก็น่าจะมีขีดจำกัด และเมื่อเทียบกับปริมาณการใช้พลังงานทั้งหมดของโลกทั้งในปัจจุบันและการขยายตัวในอนาคตแล้ว พลังงานที่ต้องใช้พื้นที่มากดังกล่าวนี้ก็น่าจะสามารถเข้ามามีบทบาทในระดับหนึ่งเท่านั้น
ตัวอย่างกรณีที่มีการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานน้ำนั้น ถึงแม้อาจจะมีความเหมาะสมในเชิงเทคนิคและเศรษฐศาสตร์ แต่ก็ต้องเสียพื้นที่ (โดยเฉพาะพื้นที่ป่าเขา) เป็นบริเวณกว้างเพื่อกักเก็บน้ำฝนเป็นพลังงานศักย์สำหรับผลิตไฟฟ้า แต่ก็ยังมีปัญหาการยอมรับของสังคมที่เกี่ยวกับผลกระทบที่เกิดขึ้นต่อพื้นที่ป่าไม้ และวงจรชีวิตของสัตว์ป่าและสัตว์น้ำ สำหรับประโยชน์ต่อสังคมนั้น นอกเหนือจากจะผลิตไฟฟ้านั้นก็ยังมีอื่น ๆ อีกมากมายเช่นกัน เช่น ช่วยกันบรรเทาภัยน้ำท่วม , ช่วยระบบชลประทาน
อีกตัวอย่างหนึ่งที่มีคนกล่าวถึงกันมากคือ การผลิตไฟฟ้าโดยตรงจากแสงอาทิตย์โดยใช้เทคโนโลยีของโซลาเซลล์ (Solar Cell หรือ Photovoltaic Cell) หรือเซลล์แสงอาทิตย์ เทคโนโลยีนี้ในทางปฏิบัติแล้วไม่ต้องสงสัยเลยว่าสามารถนำไปใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าได้จริง ๆ แต่เนื่องจากซิลิกอนซึ่งเป็นวัสดุหลักที่เป็นที่นิยมนำมาทำเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ ในปัจจุบันถึงแม้จะสกัดมาจากทรายเป็นส่วนใหญ่แต่ด้วยการที่มันต้องการความบริสุทธิ์ของซิลิกอนสูงมาก ๆ ประกอบกับต้องมีขบวนการอีกหลายขั้นตอน และต้องการวัสดุประกอบอีกจำนวนหนึ่งกว่าจะได้แผงโซลาเซลล์ จึงทำให้พลังงานที่ใช้และและราคาต้นทุนในการผลิตสูงมาก นอกจากนี้เมื่อเวลาไม่มีแสอาทิตย์ เช่น เมฆบัง ฝนตก หรือบางคืนก็ไม่สามารถผลิตไฟฟ้าได ้จึงอาจต้องพึ่งพาหรือใช้ผสมผสานกับอุปกรณ์หรือระบบอื่นๆ อีกด้วย เช่น ใช้แบตเตอรี่เก็บไฟฟ้าที่ผลิตออกมาโดยตรงก็เป็นกระแสตรงขณะที่อุกรณ์ไฟฟ้าที่เราใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบันเกือบทั้งหมดต้องการกระแสสลับ สิ่งเหล่านี้ก็จะทำให้ต้นทุนในการใช้ประโยชน์จากแหล่งพลังงานชนิดนี้สูงขึ้นไปอีก
ท้ายสุดนี้พื้นที่ที่จะใช้รับแสงอาทิตย์นี้ก็กินบริเวณกว้างพอสมควร (ด้วยปริมาณการใช้ไฟฟ้าประมาณหนึ่งแสนล้านหน่วยต่อปีของประเทศไทยในปัจจุบันต้องการพื้นที่ในการติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์ราว ๆ กับขนาดของพื้นที่กรุงเทพฯ ทั้งจังหวัด) แต่หากเมื่อเปรียบเทียบกับพลังงานน้ำแล้ว ก็ยังมีข้อได้เปรียบตรงที่ว่าเซลล์แสงอาทิตย์นี้สามารถเลือกใช้พื้นที่ที่เราต้องการติดตั้งได้ง่ายกว่า ตราบใดที่ที่นั้นยังมีแสงอาทิตย์ส่องไปทั่วถึง เช่น พื้นที่บนหลังคาบ้านพื้นที่ว่างเปล่าที่ไม่สามารถใช้ประโยชน์อย่างอื่นเป็นต้น สำหรับเรื่องที่จะทำให้ต้นทุนของเทคโนโลยีนี้ถูกลงในอนาคตนั้นก็ขอฝากความหวังไว้กับนักวิทยาศาสตร์ในการพัฒนาและค้นหาเทคโนโลยีใหม่ ๆ เข้ามาช่วย
ถึงกระนั้นก็ตามเซลล์แสงอาทิตย์ก็มีคุณสมบัติพิเศษ (ที่น่ารักมาก) ที่เป็นข้อได้เปรียบตรงที่มีรูปร่างลักษณะเป็นแผ่นราบไม่มีอุปกรณ์ที่เคลื่อนไหวและเสียงรบกวนเหมือนเครื่องยนต์ทั่วไป สามารถออกแบบให้พับเก็บได้ วางตรงไหนก็ได้ที่มีแสงอาทิตย์ และการกำหนดกำลังการผลิตก็ทำได้ง่าย เพียงแต่กำหนดขนาดพื้นที่ของเซลล์เท่านั้น เราจึงสามารถจะมีโรงไฟฟ้าขนาดจิ๋วได้โดยเพียงแต่ใช้เนื้อที่เซลล์เพียงนิดเดียวเพื่อรับแสงก็สามารถใช้งานได้แล้ว ดังที่ปรากฏบนเครื่องคิดเลขและนาฬิกา ในบริเวณชนบทและที่ทุรกันดารหรือเกาะที่อยู่ห่างไกลและสายส่งไฟฟ้า ยังเข้าไปไม่ถึงนั้นก็อาจจะมีความคุ้มค่าในเชิงเศรษฐศาสตร์ในการใช้ประโยชน์จากเซลล์แสงอาทิตย์ เพื่อการผลิตไฟฟ้าได้เหมือนกันและการใช้ประโยชน์อย่างคุ้มค่ามากที่สุดในปัจจุบันก็คือ การผลิตไฟฟ้าใช้บนยานอวกาศและดาวเทียม
สำหรับกรณีของการใช้ประโยชน์จากพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันนั้น ไม่น่าจะต้องใช้เนื้อที่เป็นบริเวณกว้างเหมือนแหล่งอื่น แต่ก็ยังติดปัญหาทางเทคโนโลยีดังที่ได้กล่าวมาแล้วข้างต้น
จิตสำนึก
การใช้พลังงานเพื่อการทำงานสนองความต้องการของสังคมมนุษย์มีการพัฒนามาเป็นลำดับนับวันก็จะซับซ้อนมากขึ้น มีการเชื่อมโยงกับเศรษฐกิจและสังคมอย่างเหนียวแน่น โลกเรานี้มีประชากรเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ซึ่งจะมีผลให้มีปริมาณการใช้พลังงานเพิ่มขึ้นเป็นลำดับ และหากมองเผื่อไปในอนาคตจะมีการขยายตัวไปอีกมากมายเพียงใด ยิ่งถ้าสังคมของประเทศที่กำลังพัฒนาที่มีประชากรกว่าค่อนโลกซึ่งปัจจุบันยังมีอัตราการใช้พลังงานต่ำอยู่ หากได้รับการพัฒนาถึงจุดที่มีอัตราการใช้พลังงานต่อคนเทียบเท่าสังคมประเทศที่เจริญทางอุตสาหกรรมแล้ว มนุษย์เราจะหาแหล่งพลังงานและพัฒนาเทคโนโลยีขึ้นมารองรับได้เพียงพอไหม พร้อม ๆ กันนี้ ยังต้องมีการพัฒนาระบบการแก้ปัญหาผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่อาจเกิดขึ้นควบคู่ไปกับมาตรการใช้พลังงานอย่างประหยัดและมีประสิทธิภาพอีกด้วย
ด้วยความหวังว่าเรื่องนี้ไม่เกินขีดความสามารถสติปัญญาและจิตสำนึกต่อคุณค่าของพลังงานและสิ่งแวดล้อมของมนุษย์ |
จากคุณ Wit-Tha-Ya
เมื่อวันที่ 2 พฤษภาคม 47
เวลา 6:35:55
|
|
|
