ทีมนักวิจัยฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง (สจล.) ประสบความสำเร็จในการวิจัยและพัฒนานวัตกรรมสิ่งประดิษฐ์ “คอนกรีตบล็อกเทอร์โมอิเล็กทริกผลิตไฟฟ้าจากความร้อนโดยการใช้วัสดุตั้งต้นจากเปลือกไข่ไก่” ได้เป็นที่แรกในประเทศไทยและของโลก

          ผศ.ดร.เชรษฐา รัตนพันธ์ อาจารย์ประจำห้องวิจัยเทอร์โมอิเล็กทริก สาขาวิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง (สจล.) ผู้วิจัยและที่ปรึกษาในโครงการวิจัย “คอนกรีตบล็อกเทอร์โมอิเล็กทริกผลิตไฟฟ้าจากความร้อนโดยการใช้วัสดุตั้งต้นจากเปลือกไข่ไก่” กล่าวว่า สจล.ในฐานะสถาบันการศึกษาผู้นำด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ได้สนับสนุนการวิจัยและพัฒนาการใช้ประโยชน์จากพลังงานอย่างคุ้มค่า จึงได้ร่วมกับนักวิจัยได้แก่ นายชัยวัฒน์ พรหมเพชร นักศึกษาปริญญาเอก และ นายจักรกฤษ กอบพันธ์ นักศึกษาปริญญาตรี สาขาวิชาฟิสิกส์ สจล. พัฒนาคอนกรีตบล็อกทนความร้อนสูงมากว่า 1,000 องศาเซลเซียส ที่สามารถผลิตไฟฟ้าได้ในตัวจากความต่างความร้อน ในช่วง 400 – 900 องศาเซลเซียส ได้เป็นที่แรกในประเทศไทยและยังไม่พบสิ่งประดิษฐ์นี้ในระดับโลก ซึ่งขณะนี้ได้ทำการยื่นจดสิทธิบัตรขอรับการคุ่มครองสิทธิในสิ่งประดิษฐ์ และได้รับเลขที่คำขอเป็นที่เรียบร้อยแล้ว

          ผลงานการประดิษฐ์นวัตกรรมชิ้นนี้ เป็นการออกแบบใหม่ทั้งหมดโดยแบ่งการพัฒนาออกเป็น 2 ส่วน คือ 1. คอนกรีตบล็อกทนความร้อนสูง โดยทีมวิจัยสามารถทำให้ทนความร้อนได้สูงกว่า 1,000 องศาเซลเซียส และ 2. อุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าสำหรับฝังในคอนกรีตบล็อก โดยทีมวิจัยได้พัฒนา “วัสดุเทอร์โมอิเล็กทริก” จากการสกัดแคลเซียมออกไซด์จากเปลือกไข่ไก่ ซึ่งเป็นวัสดุสำคัญสำหรับการผลิตอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าภายในตัวบล็อกที่เรียกว่า “โมดูลเทอร์โมอิเล็กทริก” ซึ่งโมดูลดังกล่าวสามารถทนความร้อนได้สูงถึง 900 องศาเซลเซียส เมื่อตัวบล็อกทนความร้อนได้รับความแตกต่างของอุณหภูมิความร้อนระหว่างสองด้าน กล่าวคือด้านหนึ่งของตัวบล็อกมีอุณหภูมิสูงกว่าอีกด้านหนึ่ง ความแตกต่างความร้อนจะถูกส่งผ่านไปยังโมดูลเทอร์โมอิเล็กทริก ที่ฝังไว้ในบล็อกที่ประดิษฐ์ขึ้นจากวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริก 10 ตัว ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า ซึ่งจากการทดสอบโดยนำคอนกรีตบล็อกเทอร์โมอิเล็กทริกผลิตไฟฟ้า 2 ก้อน มาต่อวงจรแบบอนุกรมสามารถทำให้หลอด LED ขนาด 105 mW สว่างได้ เมื่อด้านอุณหภูมิสูงของตัวบล็อกถูกให้ความร้อนที่ 600 องศาเซลเซียส หากนำมาประยุกต์ใช้กับโรงหลอมโลหะ โดยใช้คอนกรีตบล็อกเทอร์โมอิเล็กทริก 6,000 ก้อน จะได้กำลังไฟฟ้าตั้งแต่ 1.2 kW – 6 kW ดังนั้น การออกแบบขนาดบล็อกและเพิ่มจำนวนโมดูลให้เหมาะสมกับการใช้งาน จึงสามารถนำไปประยุกต์เป็นเครื่องผลิตไฟฟ้าจากแหล่งความร้อนต่างๆ ได้ตามต้องการ

          ชัยวัฒน์ พรหมเพชร นักศึกษาปริญญาเอก สาขาวิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ สจล. กล่าวว่า เทคนิคสำคัญที่ทำให้คอนกรีตบล็อกทนความร้อนได้สูง และสามารถผลิตไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ คือการหล่อคอนกรีตบล็อกขึ้นจาก “คอนกรีตบล็อกทนไฟ” เพื่อทำหน้าที่เป็นด้านรับความร้อน สำหรับส่งความร้อนไปยังอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าที่ฝังไว้ภายใน และ “คอนกรีตฉนวนความร้อน” เพื่อทำหน้าที่ลดการถ่ายเทความร้อน จากชั้นคอนกรีตบล็อกทนไฟลงจึงสามารถผลิตไฟฟ้าได้เอง เมื่อมีความแตกต่างของอุณหภูมิเกิดขึ้นในบล็อกโดยไม่ต้องระบายความร้อน และเมื่อนำไปรวมกับวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริก ที่เตรียมและสังเคราะห์ได้เองในห้องปฏิบัติการ ซึ่งเป็นวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกประเภทออกไซด์ ที่มีวิธีการสังเคราะห์แบบเฉพาะให้เหมาะสมกับขนาดความแตกต่างของอุณหภูมิความร้อนจากตัวบล็อก ต่อเข้ากับวัสดุการต่อขั้วไฟฟ้าและสายนำกระแสไฟฟ้า ที่ออกแบบและเลือกวัสดุที่ใช้ในวิธีการต่อขั้วโมดูลและขั้วกระแสไฟฟ้า ให้สามารถทนความร้อนได้สูงกว่าเกิน 1,000 องศาเซลเซียส จึงสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้อย่างมีเสถียรภาพ

          ด้าน จักรกฤษ กอบพันธ์ นักศึกษาปริญญาตรี สาขาวิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ สจล. กล่าวว่า ได้เลือกเปลือกไข่ไก่ที่เหลือทิ้งจากโรงอาหารคณะวิทยาศาสตร์มาสังเคราะห์ เพื่อให้ได้แคลเซียมออกไซด์ที่เป็นวัสดุตั้งต้นในการทำอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้า ซึ่งนอกจากช่วยลดการนำเข้าจากต่างประเทศแล้ว ยังเป็นการเพิ่มมูลค่าให้กับเปลือกไข่ไก่เหลือทิ้งอีกด้วย จึงไม่เพียงแต่จะเป็นการลดต้นทุนแต่ยังช่วยส่งเสริมภาพลักษณ์ที่ดีให้กับผลิตภัณฑ์ด้วย โดยปัจจุบันราคาโมดูลเทอร์โมอิเล็กทริกที่วางขายตามท้องตลาดนั้น ชนิดที่ผันไฟฟ้าได้จากความร้อน 100 องศาเซลเซียส ราคาอยู่ที่ตัวละ 150-500 บาท ข้อเสียคือทนทานความร้อนได้ไม่ถึง 200 องศาเซลเซียส แต่หากเป็นชนิดที่ทนความร้อนในระดับ 300-600 องศาเซลเซียส ราคาประมาณ 3,000-15,000 บาท ส่วนชนิดทนความร้อนเกินกว่า 500 และ 1,000 องศาเซลเซียส ราคาจะสูงมากเพราะต้องใช้เทคโนโลยีการทำขั้วไฟฟ้า และต้องใช้วัสดุที่ต้องทนทาน แต่เมื่อนำสารสังเคราะห์จากเปลือกไข่ไก่ มาผลิตเป็นวัสดุโมดูลเทอร์โมอิเล็กทริกพบว่าช่วยลดต้นทุนการผลิตลงได้ โดยคาดว่าหากได้รับการต่อยอดอย่างสมบูรณ์ ราคาจะถูกกว่าท้องตลาดถึง 3 เท่า

          “โมดูลเทอร์โมอิเล็กทริก” ที่ทนความร้อนได้สูงถึง 900 องศาเซลเซียส สามารถนำไปก่อเป็นกำแพงทนไฟแล้วผลิตไฟฟ้าในอุตสาหกรรมความร้อนได้ เช่น กำแพงทนไฟสำหรับเป็นเตาหลอมโลหะ เตาชีวมวล หรือเตาเผาขยะขนาดใหญ่ เพื่อผันพลังงานความร้อนที่ปล่อยทิ้งเปล่าประโยชน์ให้เป็นไฟฟ้า นอกจากนี้ทีมวิจัยพร้อมจะต่อยอดพัฒนาวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกในช่วงความร้อนแสงแดด เพื่อประยุกต์เป็นผนังคอนกรีตและหลังคาผลิตไฟฟ้าในสมาร์ทโฮม หรือถนนผลิตไฟฟ้าได้ในอนาคต