พลังงานไฟฟ้าจากผักขม

เป็นการนำเอากระบวนการสังเคราะห์แสงมาช่วยในการผลิตกระแสไฟฟ้าให้เครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดเล็กนับว่าเป็นนวัตกรรมใหม่ในการผลิตพลังงาน

        หลักการของการผลิตกระแสไฟฟ้านี้จะใช้แก้วใสบางๆ ชั้นต่อมาฉาบด้วยตัวนำไฟฟ้า ละชั้นบางๆของทองคำเพื่อนำไปทำปติกริยาทางเคมี

การทำงานของโปรตีนในผักโขม ที่สังเคราะห์แสงแล้วส่งพลังงานไปยังขั้วไฟฟ้าที่แผ่นเงินด้านล่าง ต่อไปนี้ "ผักโขม" จะผลิตพลังงานให้กับมนุษย์ได้ ไม่ใช่แค่ทางร่างกาย แต่ช่วยสร้างกระแสไฟฟ้าได้อีกด้วย        เอพี/ซีเน็ต – ต่อไปนี้การบริโภค “ผัก” ในอีกหนึ่งทศวรรษข้างหน้าจะไม่ใช่เพียงแค่การ “กิน” แต่ัยังหมายถึงการนำไป “สังเคราะห์” ออกมาเป็นพลังงานส่งต่อไปให้อุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้าแบบพกพาต่างๆ ไม่ว่าจะเป็น มือถือหรือคอมพิวเตอร์                “นาโนเล็ตเตอร์” (NanoLetters) วารสารของสมาคมเคมีอเมริกา (American Chemical Society) รายงานว่า นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซส หรือเอ็มไอที (MIT - Massachusetts Institute of Technology) สามารถใช้ “ผักโขม” เป็นตัวเปลี่ยนแสงอาทิตย์ให้กลายเป็นพลังงานได้เป็นครั้งแรก ซึ่งต่อไปในอนาคตอาจจะพัฒนาไปเป็นตัวส่งพลังงานให้กับเครื่องคอมพิวเตอร์แล็บท็อป โทรศัพท์มือถือ และอื่นๆ อีกมากมาย                ทั้งนี้ “กระบวนการสังเคราะห์แสง” หรือ ”โฟโตชินเธซิส” เป็นกระบวนการที่พืชรับพลังงานจากแสงอาทิตย์ โดยวิธีการแปลงลำแสงมาเป็นพลังงาน ไม่เหมือนกับมนุษย์และสัตว์ที่เติมพลังงานชีวิตด้วยการ “กิน” ซึ่งกระบวนการเหล่านี้นักวิทยาศาสตร์มีความรู้มาเป็นเวลาหลายทศวรรษ                แต่ทว่าความพยายามในการประสานอินทรีย์เคมีเข้ากับกระบวนการผลิตไฟฟ้า หรือการมองหาพลังงานจากพืช (bioenergy) นั้นมักจะล้มเหลวเสมอ โดยการแยกโปรตีนสังเคราะห์แสงในพืช เพื่อดึงพลังงานออกจากแสงอาทิตย์เข้าสู่อุปกรณ์ แต่โปรตีนอยู่ได้ไม่นานก็ตายไป แต่ถ้าจะฉีดน้ำและเกลือใส่เข้าไปในโปรตีนเพื่อให้มันมีชีวิตอยู่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชิ้นนั้นก็จะพังไป                จนกระทั่ง “จางสู่กวง” (Shuguang Zhang) ผู้ช่วยผู้อำนวยการศูนย์ชีวเวชศาสตร์วิศวกรรม เอ็มไอที (MIT's Center for Biomedical Engineering) ได้ค้นพบว่า โครงสร้างโปรตีนส่วนที่เป็นตัวทำความสะอาดเปปไตด์ (Peptides) นั้นสามารถนำมาผสมให้ช่วยรักษาโปรตีนให้มีชีวิตอยู่ได้ประมาณ 3 สัปดาห์ขึ้นไป ระหว่างที่กำลังเชื่อมต่อกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์          "ผักขม" ที่ใครๆก็ว่าไม่อร่อย แต่หารู้ไม่ว่าสามารถกำเนิดไฟฟ้าได้มากถึง 12% ของแสงอาทิตย์ที่รับมาสังเคราะห์        เอบีซีนิวส์ - คงจะเคยได้ยินกันอยู่แล้วว่าผักผลไม้นั้นมีคุณอนันต์ และไม่ใช่แค่ทำให้ร่างกายแข็งแรงเท่านั้น เดี๋ยวนี้นักวิทยาศาสตร์สหรัฐฯได้เอาเจ้าพืชสีเขียวตัวเดียวกันนี่แหละ มาสร้างพลังงานไฟฟ้าให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าแทน โดยผ่านโปรตีนที่อยู่ในกระบวนการสังเคราะห์แสงของพืช                นักวิทยาศาตร์จากสถาบันเทคโนโลยีแห่งแมสซาชูเซตส์ (เอ็มไอที) ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยเทนเนสซีในคนอกซ์วิลล์สร้างตัวกำเนิดพลังงานจากแสงอาทิตย์ขึ้นใหม่ โดยใช้กระบวนการสังเคราะห์แสงของโปรตีนที่อยู่ในพืชสีเขียว                ผู้ช่วยศาสตราจารย์มาร์ค บาลโดประจำภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า และหนึ่งในทีมวิจัยโครงการนี้จากเอ็มไอทีเผยว่าวัตถุประสงค์ในการทำวิจัยครั้งนี้ก็เพื่อต้องการให้มีตัวเลือกโซลาร์เซลล์ที่มีประสิทธิภาพกว่าเดิมและสะดวกในการพกพา                “มีวิธีการมากมายที่จะทำโซลาร์เซลล์แบบธรรมดาที่ใช้กันอยู่ ส่วนใหญ่แล้วจะใช้ซิลิกอนและนำมาทำให้เป็นโซลาร์เซลล์ในวิธีการคล้ายกับผลิตซิลิกอนชิปน่ะแหละ” บาลโดกล่าว “ถึงแม้โซลาร์เซลล์นี้จะให้พลังงานสูง แต่ก็ให้ความร้อนสูงเช่นกันจึงไม่เหมาะที่จะนำมาใช้กับพลาสติกขนาดเบาที่โค้งงอได้”                ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จากเอ็มไอทีและมหาวิทยาลัยเทนเนสซีได้นำข้อจำกัดข้างต้นมาคิดสร้างโซลาร์เซลล์แบบใหม่ที่ตรงตามความต้องการ และสุดท้ายที่ถูกใจนักวิจัยกลุ่มนี้ก็คือพลังงานที่สร้างจากธรรมชาติใกล้ตัวเรา         ป๊อบอายคงได้รับโปรตีนจากพืชสีเขียวเป็นแน่ เลยมีพลังงานมากมาย        “เราสนใจศึกษาว่าพืชสามารถเปลี่ยนพลังงานจากแสงอาทิตย์ไปเป็นพลังงานที่ทำให้พืชพวกนี้เจริญเติบโตได้อย่างไร” บาลโดกล่าว และขณะที่ทำการศึกษาเรื่องนี้อยู่นั้นก็ค้นพบว่ามีโปรตีนชนิดหนึ่งในกระบวนการสังเคราะห์แสงที่เปลี่ยนแสงอาทิตย์เป็นพลังงานให้กับพืช อย่างไรก็ตามถึงแม้พลังงานดังกล่าวจะมีจำนวนน้อยแต่ก็วัดได้ว่ามีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น                บาลโดและบรรดานักวิจัยแยกเอาโครงสร้างโปรตีนขนาดเล็กประมาณ 5 – 6 นาโนเมตรที่อยู่ในพืชมาประกบแผ่นทองบางๆ ที่ด้านหนึ่งเชื่อมอยู่กับตัวสื่อกระแสไฟฟ้าและวัตถุโปร่งแสง ส่วนอีกด้านหนึ่งต่อกับชั้นอินทรีย์เคมีของตัวสื่อไฟฟ้า                เมื่อนักวิทยาศาสตร์นำอุปกรณ์ชิ้นนี้ไปรับแสงอาทิตย์ โปรตีนจะสร้างอิเล็กตรอนที่ผ่านแผ่นกำเนิดไฟฟ้าและสร้างกระแสไฟอ่อนๆ ขึ้นมา                บาลโดระบุว่าการทดลองครั้งนี้ได้พิสูจน์แล้วว่าองค์ประกอบของพืชสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ และสามารถพัฒนาขึ้นเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กที่หนาไม่เกินขนาดของเส้นผมของคน                “ในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ต่างต้องการประดิษฐ์เครื่องมือขนาดเล็ก แต่ก็ยังเป็นปัญหาตรงการพัฒนาวงจรไฟฟ้าให้มีขนาดเล็กตามได้ แต่ธรรมชาติก็ได้มอบโครงสร้างของพืชนี้มาเพื่อให้เราได้เอาไปใช้มัน ซึ่งพวกเราก็ต้องตกตะลึงไปตามๆกัน” บาลโดกล่าว         ในอนาคตสลัดผักจานโตนี้อาจเป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่สำคัญก็ได้        ไม่ใช่เฉพาะกลุ่มนักวิจัยเท่านั้นที่ตื้นเต้นไปกับผลการทดลองนี้ กองทัพสหรัฐฯก็เช่นกัน ถึงกับให้ทุนสนับสนุนโครงการนี้ผ่านทางสถาบันวิจัยของกระทรวงกลาโหมและศูนย์ทดลองของทหารเรือ โดยต่างคาดหวังไว้ว่าสักวันหนึ่งเครื่องผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ตัวใหม่นี้จะเป็นแหล่งพลังงานสำคัญให้กับหุ่นยนต์สายลับขนาดเล็ก หรือนำมาทอติดกับเครื่องแบบของทหาร เพื่อผลิตพลังงานให้กับวิทยุหรืออุปกรณ์ทันสมัยบางชนิดที่เหล่าทหารหาญต้องนำไปใช้ในสนามรบได้                อย่างไรก็ตามบาลโดยอมรับว่างานวิจัยชิ้นนี้ยังมีปัญหาอยู่อีกมาก เช่นโปรตีนที่เป็นส่วนสำคัญในการผลิตกระแสไฟฟ้านั้นเป็นสารอินทรีย์ ทำให้นักวิจัยต้องร่วมมือกันหาทางว่าจะทำอย่างไรให้โปรตีนใช้งานได้นานที่สุด                ในขณะนี้นักวิจัยได้นำสารคล้ายสบู่มาเคลือบโปรตีนไว้ และสร้างสิ่งแวดล้อมให้คล้ายกับสภาพเดิมที่มันอยู่ในพืช ทำให้โปรตีนสามารถทำงานอยู่ได้นานถึง 3 สัปดาห์ แต่บาลโดยืนยันว่าจะยังต้องพัฒนาให้มีประสิทธิภาพมากกว่านี้                ทั้งนี้ในการทดลองขั้นต้นนักวิจัยใช้โปรตีนจากผักขม ที่ตัวการ์ตูนชื่อดัง “ป๊อปอาย” ใช้เพิ่มพลังมาทดลอง ผลที่ออกมานั้นให้พลังงานเพียงแค่ 12% ของแสงอาทิตย์ที่รับเข้ามา แต่สำหรับโซลาร์เซลล์โดยทั่วไปแล้วจะต้องให้พลังงานประมาณ 20% – 30%                อย่างไรก็ตามบาลโดเชื่อว่าประสิทธิภาพในการให้พลังงานจะสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยให้อุปกรณ์ชิ้นนี้รับแสงมากขึ้น หรือไม่ก็ทดลองใช้พืชชนิดอื่นที่อาจให้พลังงานได้มากขึ้น ทั้งนี้นักวิจัยคาดว่าอาจจะนำถั่วมาเป็นพืชชนิดต่อไปที่ใช้ทดลอง                งานวิจัยดังกล่าวตีพิมพ์อยู่ในอยู่ในวารสารวิทยาศาสตร์ “นาโน เลตเตอร์”           "ผักขม" ที่ใครๆก็ว่าไม่อร่อย แต่หารู้ไม่ว่าสามารถกำเนิดไฟฟ้าได้มากถึง 12% ของแสงอาทิตย์ที่รับมาสังเคราะห์        เอบีซีนิวส์ - คงจะเคยได้ยินกันอยู่แล้วว่าผักผลไม้นั้นมีคุณอนันต์ และไม่ใช่แค่ทำให้ร่างกายแข็งแรงเท่านั้น เดี๋ยวนี้นักวิทยาศาสตร์สหรัฐฯได้เอาเจ้าพืชสีเขียวตัวเดียวกันนี่แหละ มาสร้างพลังงานไฟฟ้าให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าแทน โดยผ่านโปรตีนที่อยู่ในกระบวนการสังเคราะห์แสงของพืช                นักวิทยาศาตร์จากสถาบันเทคโนโลยีแห่งแมสซาชูเซตส์ (เอ็มไอที) ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยเทนเนสซีในคนอกซ์วิลล์สร้างตัวกำเนิดพลังงานจากแสงอาทิตย์ขึ้นใหม่ โดยใช้กระบวนการสังเคราะห์แสงของโปรตีนที่อยู่ในพืชสีเขียว                ผู้ช่วยศาสตราจารย์มาร์ค บาลโดประจำภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า และหนึ่งในทีมวิจัยโครงการนี้จากเอ็มไอทีเผยว่าวัตถุประสงค์ในการทำวิจัยครั้งนี้ก็เพื่อต้องการให้มีตัวเลือกโซลาร์เซลล์ที่มีประสิทธิภาพกว่าเดิมและสะดวกในการพกพา                “มีวิธีการมากมายที่จะทำโซลาร์เซลล์แบบธรรมดาที่ใช้กันอยู่ ส่วนใหญ่แล้วจะใช้ซิลิกอนและนำมาทำให้เป็นโซลาร์เซลล์ในวิธีการคล้ายกับผลิตซิลิกอนชิปน่ะแหละ” บาลโดกล่าว “ถึงแม้โซลาร์เซลล์นี้จะให้พลังงานสูง แต่ก็ให้ความร้อนสูงเช่นกันจึงไม่เหมาะที่จะนำมาใช้กับพลาสติกขนาดเบาที่โค้งงอได้”                ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จากเอ็มไอทีและมหาวิทยาลัยเทนเนสซีได้นำข้อจำกัดข้างต้นมาคิดสร้างโซลาร์เซลล์แบบใหม่ที่ตรงตามความต้องการ และสุดท้ายที่ถูกใจนักวิจัยกลุ่มนี้ก็คือพลังงานที่สร้างจากธรรมชาติใกล้ตัวเรา         ป๊อบอายคงได้รับโปรตีนจากพืชสีเขียวเป็นแน่ เลยมีพลังงานมากมาย        “เราสนใจศึกษาว่าพืชสามารถเปลี่ยนพลังงานจากแสงอาทิตย์ไปเป็นพลังงานที่ทำให้พืชพวกนี้เจริญเติบโตได้อย่างไร” บาลโดกล่าว และขณะที่ทำการศึกษาเรื่องนี้อยู่นั้นก็ค้นพบว่ามีโปรตีนชนิดหนึ่งในกระบวนการสังเคราะห์แสงที่เปลี่ยนแสงอาทิตย์เป็นพลังงานให้กับพืช อย่างไรก็ตามถึงแม้พลังงานดังกล่าวจะมีจำนวนน้อยแต่ก็วัดได้ว่ามีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น                บาลโดและบรรดานักวิจัยแยกเอาโครงสร้างโปรตีนขนาดเล็กประมาณ 5 – 6 นาโนเมตรที่อยู่ในพืชมาประกบแผ่นทองบางๆ ที่ด้านหนึ่งเชื่อมอยู่กับตัวสื่อกระแสไฟฟ้าและวัตถุโปร่งแสง ส่วนอีกด้านหนึ่งต่อกับชั้นอินทรีย์เคมีของตัวสื่อไฟฟ้า                เมื่อนักวิทยาศาสตร์นำอุปกรณ์ชิ้นนี้ไปรับแสงอาทิตย์ โปรตีนจะสร้างอิเล็กตรอนที่ผ่านแผ่นกำเนิดไฟฟ้าและสร้างกระแสไฟอ่อนๆ ขึ้นมา                บาลโดระบุว่าการทดลองครั้งนี้ได้พิสูจน์แล้วว่าองค์ประกอบของพืชสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ และสามารถพัฒนาขึ้นเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กที่หนาไม่เกินขนาดของเส้นผมของคน                “ในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ต่างต้องการประดิษฐ์เครื่องมือขนาดเล็ก แต่ก็ยังเป็นปัญหาตรงการพัฒนาวงจรไฟฟ้าให้มีขนาดเล็กตามได้ แต่ธรรมชาติก็ได้มอบโครงสร้างของพืชนี้มาเพื่อให้เราได้เอาไปใช้มัน ซึ่งพวกเราก็ต้องตกตะลึงไปตามๆกัน” บาลโดกล่าว         ในอนาคตสลัดผักจานโตนี้อาจเป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่สำคัญก็ได้        ไม่ใช่เฉพาะกลุ่มนักวิจัยเท่านั้นที่ตื้นเต้นไปกับผลการทดลองนี้ กองทัพสหรัฐฯก็เช่นกัน ถึงกับให้ทุนสนับสนุนโครงการนี้ผ่านทางสถาบันวิจัยของกระทรวงกลาโหมและศูนย์ทดลองของทหารเรือ โดยต่างคาดหวังไว้ว่าสักวันหนึ่งเครื่องผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ตัวใหม่นี้จะเป็นแหล่งพลังงานสำคัญให้กับหุ่นยนต์สายลับขนาดเล็ก หรือนำมาทอติดกับเครื่องแบบของทหาร เพื่อผลิตพลังงานให้กับวิทยุหรืออุปกรณ์ทันสมัยบางชนิดที่เหล่าทหารหาญต้องนำไปใช้ในสนามรบได้                อย่างไรก็ตามบาลโดยอมรับว่างานวิจัยชิ้นนี้ยังมีปัญหาอยู่อีกมาก เช่นโปรตีนที่เป็นส่วนสำคัญในการผลิตกระแสไฟฟ้านั้นเป็นสารอินทรีย์ ทำให้นักวิจัยต้องร่วมมือกันหาทางว่าจะทำอย่างไรให้โปรตีนใช้งานได้นานที่สุด                ในขณะนี้นักวิจัยได้นำสารคล้ายสบู่มาเคลือบโปรตีนไว้ และสร้างสิ่งแวดล้อมให้คล้ายกับสภาพเดิมที่มันอยู่ในพืช ทำให้โปรตีนสามารถทำงานอยู่ได้นานถึง 3 สัปดาห์ แต่บาลโดยืนยันว่าจะยังต้องพัฒนาให้มีประสิทธิภาพมากกว่านี้                ทั้งนี้ในการทดลองขั้นต้นนักวิจัยใช้โปรตีนจากผักขม ที่ตัวการ์ตูนชื่อดัง “ป๊อปอาย” ใช้เพิ่มพลังมาทดลอง ผลที่ออกมานั้นให้พลังงานเพียงแค่ 12% ของแสงอาทิตย์ที่รับเข้ามา แต่สำหรับโซลาร์เซลล์โดยทั่วไปแล้วจะต้องให้พลังงานประมาณ 20% – 30%                อย่างไรก็ตามบาลโดเชื่อว่าประสิทธิภาพในการให้พลังงานจะสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยให้อุปกรณ์ชิ้นนี้รับแสงมากขึ้น หรือไม่ก็ทดลองใช้พืชชนิดอื่นที่อาจให้พลังงานได้มากขึ้น ทั้งนี้นักวิจัยคาดว่าอาจจะนำถั่วมาเป็นพืชชนิดต่อไปที่ใช้ทดลอง                งานวิจัยดังกล่าวตีพิมพ์อยู่ในอยู่ในวารสารวิทยาศาสตร์ “นาโน เลตเตอร์”