พลังงานหมุนเวียน : พลังงานแห่งอนาคต

ในบริบทที่ทั่วโลกมีความกังวลเกี่ยวกับปัญหาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศเพิ่มขึ้นและแหล่งเชื้อเพลิงฟอสซิลที่ลดน้อยลงทุกวัน พลังงานหมุนเวียนจึงกลายเป็นทางออกสำคัญของปัญหาความต้องการด้านพลังงานของมนุษย์ รัฐบาลของประเทศต่างๆ กำลังวางแผนว่าจะลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้อย่างไร นักลงทุนกำลังพิจารณาประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อมของบริษัทต่างๆ และผู้บริโภคเริ่มตระหนักถึงรอยเท้าคาร์บอน (Carbon footprint) ของตนเอง  การเปลี่ยนผ่านจากเชื้อเพลิงฟอสซิลไปสู่พลังงานหมุนเวียนหรือพลังงานทดแทนไม่ได้เป็นเพียงความจำเป็นด้านสิ่งแวดล้อมเท่านั้น แต่ยังเป็นโอกาสทางเทคโนโลยีและเศรษฐกิจด้วยสำหรับคนรุ่นต่อไปด้วยเช่นกัน

พลังงานหมุนเวียนคืออะไร

            พลังงานหมุนเวียนคือพลังงานที่ใช้แล้วไม่หมดไป เนื่องจากเป็นพลังงานที่ได้จากแหล่งพลังงานที่เกิดขึ้นต่อเนื่อง ได้แก่ แสงอาทิตย์ ลม กระแสน้ำ คลื่น ความร้อนใต้พิภพ และน้ำฝน ต่างจากเชื้อเพลิงฟอสซิลทั่วไป เช่น น้ำมัน ถ่านหิน และก๊าซธรรมชาติ ที่ใช้แล้วหมดไป ด้วยเหตุนี้ พลังงานหมุนเวียนจึงมีใช้ไม่หมดสิ้นและก่อให้เกิดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเพียงเล็กน้อยหรือแทบจะไม่ก่อให้เกิดก๊าซเรือนกระจกเลย  พลังงานทดแทนเป็นทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เพราะสามารถใช้ทดแทนแหล่งพลังงานแบบดั้งเดิมได้ กล่าวคือ สามารถนำพลังงานเหล่านี้ไปใช้สร้างความร้อน ไฟฟ้า หรือเชื้อเพลิงได้ นำไปสู่การบรรเทาผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศด้วยการลดรอยเท้าคาร์บอน

พลังงานหมุนเวียนที่สำคัญ

            พลังงานหมุนเวียนที่สำคัญสามารถแบ่งได้เป็น 5 ประเภท ได้แก่ พลังงานลม (Wind)  พลังงานน้ำ (Hydro) พลังงานแสงอาทิตย์ (Solar) พลังงานชีวมวล  (Biomass) และพลังงานความร้อนใต้พิภพ (Geothermal) เมื่อรวมพลังงานจากแหล่งพลังงานทดแทนทั้ง 5 ประเภทนี้เข้าด้วยกัน จะคิดเป็นประมาณ 28% ของพลังงานที่ใช้ผลิตไฟฟ้าทั่วโลกในปี 2564 โดยพลังงานน้ำเป็นแหล่งไฟฟ้าหมุนเวียนที่ใหญ่ที่สุด ตามมาด้วยพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ ตามลำดับ  ต่อไปนี้เราจะได้สำรวจว่าพลังงานหมุนเวียนแต่ละชนิดมีหลักการทำงานอย่างไร

พลังงานน้ำ

          ในปี 2564 พลังงานน้ำคิดเป็น 15.3%  ของพลังงานที่ใช้ผลิตไฟฟ้าทั่วโลก ซึ่งไฟฟ้าพลังน้ำ หมายถึง ไฟฟ้าที่เกิดจากพลังน้ำ โดยใช้พลังงานจลน์ของน้ำซึ่งเกิดจากการไหลของน้ำไปหมุนกังหันน้ำ (Turbine) และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โดยส่วนใหญ่โรงไฟฟ้าพลังน้ำมักจะตั้งอยู่ใกล้แหล่งน้ำและมีสิ่งก่อสร้างที่ช่วยเปลี่ยนแปลงการไหลของน้ำ เช่น เขื่อน เป็นต้น  พลังงานที่ได้จากไฟฟ้าพลังน้ำจะขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำและความแตกต่างของระดับน้ำ

พลังงานลม

          การนำลมมาใช้ประโยชน์จะต้องอาศัย “กังหันลม” ในการเปลี่ยนพลังงานจลน์จากการเคลื่อนที่ของลม ให้เป็นพลังงานกล  โดยกังหันลมจะมีใบพัดขนาดใหญ่ ติดตั้งบนที่สูงทั้งบนบกและในทะเล เพื่อจับพลังงานจลน์ที่เกิดจากลม ในปี 2564 พลังงานลมคิดเป็น 15.3%  ของพลังงานที่ใช้ผลิตไฟฟ้าทั่วโลก ในปัจจุบันนี้ หลายประเทศกำลังหันมาสร้างฟาร์มกังหันลมนอกชายฝั่งมากขึ้น เพื่อเปลี่ยนกระแสลมทะเลเป็นไฟฟ้าแล้วส่งเข้าเครือข่ายไฟฟ้าบนบก พลังงานลมนอกชายฝั่งเป็นพลังงานที่ปราศจากการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่เป็นอันตราย และจะมีบทบาทสำคัญในการผลิตกระแสไฟฟ้าในอนาคต เนื่องจากเป็นแหล่งพลังงานสะอาด ตั้งอยู่ห่างไกลแหล่งที่อยู่อาศัย จึงไม่ส่งเสียงรบกวนผู้คน และมีความคุ้มค่าคุ้มทุนสูง ปัจจุบันสหราชอาณาจักรผลิตไฟฟ้าจากพลังงานลมนอกชายฝั่งขนาด 10 กิกะวัตต์ ซึ่งมีกำลังการผลิตมากที่สุดในโลก สามารถจ่ายไฟฟ้าให้แก่ประชากร 7 ล้านครัวเรือน รองลงมาคือประเทศเยอรมนีและประเทศจีน  

พลังงานแสงอาทิตย์

            ในปี 2564 พลังงานแสงอาทิตย์คิดเป็น 3.7% ของพลังงานที่ใช้ผลิตไฟฟ้าทั่วโลก เทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์จะเปลี่ยนแสงอาทิตย์หรือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจากดวงอาทิตย์และให้กลายเป็นพลังงานไฟฟ้า โดยมีเซลล์แสงอาทิตย์หรือโซลาร์เซลล์ (Solar cell) เป็นอุปกรณ์สำคัญ เซลล์แสงอาทิตย์มีคุณสมบัติสำหรับเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ทำมาจากสารกึ่งตัวนำ (semiconductor) ชนิดพิเศษ กระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้จากเซลล์แสงอาทิตย์จะเป็นไฟฟ้ากระแสตรง ซึ่งสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ทันที ทั้งนี้ ความสามารถในการผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังงานแสดงอาทิตย์ขึ้นอยู่กับวัสดุมที่ใช้ทำสารกึ่งตัวนำ รวมถึงสภาวะแวดล้อม เช่น ความร้อน สิ่งสกปรก และร่มเงา

            ตัวอย่างการใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ที่น่าสนใจคือการสร้างคลองโซลาร์เซลล์ในสหรัฐอเมริกา เนื่องจากฝั่งตะวันตกของสหรัฐอเมริกากำลังเผชิญกับภัยแล้งครั้งใหญ่ที่สุดในรอบอย่างน้อย 1,200 ปี มีการสูบน้ำบาดาลขึ้นมาใช้เกินปริมาณที่เหมาะสมในหลายพื้นที่  ดังนั้นเพื่อแก้ปัญหาทั้งเรื่องการขาดแคลนน้ำและส่งเสริมการใช้พลังงานสะอาด รวมทั้งเพื่อลดการสูบน้ำบาดาล รัฐแคลิฟอร์เนียจึงวางแผนที่จะสร้างคลองโซลาร์เซลล์ (Solar canal) ขึ้น โดยจะติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์เหนือคลองซึ่งมีความยาวประมาณ 4,000 ไมล์ ซึ่งโดยปกติคลองนี้จะส่งน้ำไปหล่อเลี้ยงชาวแคลิฟอร์เนียกว่า 35 ล้านคน และพื้นที่เกษตรกรรม 5.7 ล้านเอเคอร์ทั่วรัฐ  แผงโซลาร์เซลล์ที่ติดตั้งอยู่ด้านบนจะช่วยลดการระเหยของน้ำซึ่งเป็นหนึ่งในทรัพยากรที่สำคัญที่สุดของแคลิฟอร์เนีย ในขณะเดียวกันก็ช่วยสร้างพลังงานหมุนเวียนจากแสงอาทิตย์ ซึ่งนอกจากจะเป็นพลังงานสะอาดแล้วยังช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายอีกด้วย

พลังงานชีวมวล

            พลังงานชีวมวลหรือพลังงานชีวภาพ เป็นพลังงานหมุนเวียนรูปแบบหนึ่งที่ได้จากอินทรียวัตถุ วัสดุเหล่านี้มีตั้งแต่ของเหลือใช้ทางการเกษตร ซากไม้หรือใบไม่ในป่า พืชที่ปลูกเพื่อใช้สร้างพลังงานโดยเฉพาะ หรือแม้แต่ของเสียจากกระบวนการทางอุตสาหกรรม หลักการเบื้องหลังพลังงานชีวมวลนั้นไม่มีอะไรซับซ้อน กล่าวคือ พืชจะดูดซับพลังงานจากดวงอาทิตย์ผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสง และเมื่อพืชเหล่านี้หรือวัสดุที่ได้จากพืชเหล่านี้ถูกเผา ก็จะเปลี่ยนเป็นก๊าซหรือหมักเป็นแอลกอฮอล์ เกิดเป็นพลังงานที่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้  ทั้งนี้ ในปี 2564 พลังงานชีวมวล คิดเป็น 2.3% ของพลังงานที่ใช้ผลิตไฟฟ้าทั่วโลก อย่างไรก็ตาม อย่างไรก็ตาม การปล่อยมลพิษจากชีวมวลจะแตกต่างกันไปตามวัสดุที่ถูกเผาไหม้ ซึ่งทำให้พลังงานชีวมวลเป็นพลังงานที่สะอาดน้อยกว่าพลังงานหมุนเวียนประเภทอื่น

พลังงานความร้อนใต้พิภพ

            ในปี 2564 พลังงานความร้อนใต้พิภพไม่ถึง 1% ถูกใช้เป็นพลังงานที่ใช้ผลิตไฟฟ้าทั่วโลก พลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นพลังงานหมุนเวียนรูปแบบหนึ่งซึ่งได้มาจากความร้อนที่เก็บไว้ใต้พื้นผิวโลก แหล่งความร้อนตามธรรมชาตินี้เกิดจากการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสีภายในแกนโลก พลังงานจะถูกนำมาใช้งานโดยการเจาะบ่อน้ำในชั้นเปลือกโลกและสูบน้ำร้อนหรือไอน้ำขึ้นสู่พื้นผิว ซึ่งจะถูกแปลงเป็นไฟฟ้าผ่านกังหันในโรงไฟฟ้า พลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นทรัพยากรที่ยั่งยืน เนื่องจากภายในของโลกยังคงผลิตความร้อนในอัตราที่คงที่ และปล่อยมลพิษต่ำ ในปัจจุบัน ประเทศที่ใช้ประโยชน์จากพลังงานความร้อนใต้พิภพมากที่สุด 5 อันดับแรก ได้แก่ สหรัฐอเมริกา อินโดนีเซีย ฟิลิปปินส์ ตุรกี และนิวซีแลนด์ ตามลำดับ

      โดยสรุป ในบริบทที่การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศเป็นความท้าทายสำคัญของโลก ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและการสนับสนุนนโยบายเรื่องพลังงานหมุนเวียนเป็นสิ่งสำคัญ ในขณะที่มนุษย์กำลังเผชิญกับการมีอยู่จริงของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและเชื้อเพลิงฟอสซิลที่กำลังหมดลง อนาคตของพลังงานจึงอยู่ที่การใช้ประโยชน์และบริหารจัดการแหล่งพลังงานหมุนเวียนเหล่านี้  การเปลี่ยนแปลงไปสู่การใช้พลังงานหมุนเวียนจึงไม่ควรเป็นทางเลือก แต่เป็นความจำเป็นเร่งด่วนที่ทุกคนควรลงมือทำ

 

 

 

รายการอ้างอิง

ภาษาไทย

สมาคมพลังงานทดแทนสู่ชุมชนแห่งประเทศไทย. “พลังงานความร้อนใต้พิภพ.” ออนไลน์. เข้าถึงได้จาก             http://reca.or.th/geothermal/

สมาคมพลังงานทดแทนสู่ชุมชนแห่งประเทศไทย. “พลังงานชีวมวล.” ออนไลน์. เข้าถึงได้จาก   http://reca.or.th/biomass/

สมาคมพลังงานทดแทนสู่ชุมชนแห่งประเทศไทย. “พลังงานแสงอาทิตย์.” ออนไลน์. เข้าถึงได้จาก  http://reca.or.th/solar/

สมาคมพลังงานทดแทนสู่ชุมชนแห่งประเทศไทย. “พลังงานน้ำ.” ออนไลน์. เข้าถึงได้จาก  http://reca.or.th/water/

ภาษาอังกฤษ

Bales, Roger. (2022) “An Artist’s Rendering of a Solar Canal.” Online. Retrieved from             https://theconversation.com/first-solar-canal- project-is-a-win-

Bhutada, G. (2022). “What Are the Five Major Types of Renewable Energy?” Published online at             VisualCapitalist.com. Retrieve from https://elements.visualcapitalist.com/what-are-the-five-   major-types-of-renewable-energy/

National Grid. “What is Offshore Wind Power?” Retrieved from https://www.nationalgrid.com/ stories/energy-explained/what-offshore-wind-power.

Richter, A. (2022.) “ThinkGeoEnergy’s Top 10 Geothermal Countries 2021 – installed power generation capacity (MWe).” Online. Retrieve from https://www.thinkgeoenergy.com/thinkgeoenergys-top-10-geothermal-countries-2021-installed-power-generation-capacity-mwe/

พลังงานหมุนเวียน

พลังงานสะอาด

Renewable energy