วันพฤหัสบดี, พฤษภาคม 30, 2024
หน้าแรกCOLUMNISTSLi-CO2 & CO2 Battery ด้วยพลังงานจำเพาะ 7 เท่า
- Advertisment -spot_imgspot_img
spot_imgspot_img

Li-CO2 & CO2 Battery ด้วยพลังงานจำเพาะ 7 เท่า

Li-CO2 Batteries & Carbon Dioxide Battery Solutions

“…..สถานีไฟฟ้าคาร์บอนไดออกไซด์แบตเตอรี่ CO2 Battery ขนาดใหญ่ เริ่มดำเนินการจัดเก็บ และส่งจ่ายกำลังไฟฟ้าแล้วในอิตาลี …”

แบตเตอรี่ลิเธี่ยมคาร์บอนไดออกไซด์ Lithium-Carbon Dioxide : Li-CO2 Batteries คือ คำมั่นในทางทฤษฎี ซึ่งรวมถึงในการประยุกต์ใช้งานระบบจัดเก็บพลังงานในภาคการบิน Aviation และอวกาศ ซึ่งต้องการวัสดุน้ำหนักเบา .. ทั้งนี้ ประโยชน์จากบรรยากาศที่อุดมไปด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 สัดส่วนจำนวนมากถึง 96% ของดาวอังคาร ทำให้ Li-CO2 Batteries กลายเป็นความหวังที่น่าตื่นเต้นสำหรับภารกิจบนดาวอังคาร เป็นต้น ..

ประเด็นโดดเด่นที่สุด คือ Li-CO2 Batteries มีความหนาแน่นพลังงานต่อน้ำหนัก หรือพลังงานจำเพาะทางทฤษฎี Theoretical Specific Energy Density อยู่ที่ 1,876 Wh/Kg และในทางปฏิบัติ สามารถปล่อยคายประจุด้วยความต่างศักย์ประมาณ 2.8 V ได้ดี .. หมายถึง ศักยภาพในภาพรวมของเซลล์ Li-CO2 Batteries นั้น มีค่าพลังงานจำเพาะ Specific Energy มากกว่าแบตเตอรี่ลิเธี่ยม Li-Ion Batteries ทั่วไป อยู่ถึง 7 เท่า เทียบกับผลิตภัณฑ์ล่าสุดในตลาดปัจจุบัน คือ 256 Wh/Kg เท่านั้น .. อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้ ถือว่ายังอยู่ในขั้นตอนเพียงแค่เพิ่งเริ่มต้น และยังไปไม่ถึงขั้นที่จะใช้งานได้ด้วยซ้ำ ..

Lithium-CO2 Battery | Credit : Royal Society of Chemistry

ดังนั้น เพื่อสร้างรากฐานที่มั่นคงสำหรับการวิจัยพัฒนา ทีมนักวิจัยสหวิทยาการ Interdisciplinary Researchers ที่นำโดยมหาวิทยาลัยแอดิเลด University of Adelaide ประเทศออสเตรเลีย Australia ได้กำหนดบริบทสำหรับงานวิจัยแบตเตอรี่คาร์บอนไดออกไซด์จากโลหะอัลคาไลแบบชาร์จประจุใหม่ซ้ำได้ Rechargeable Alkali Metal-Based Carbon Dioxide Battery โดยการประเมินอิเล็กโทรด Electrodes, อิเล็กโทรไลต์ Electrolytes และตัวเร่งปฏิกิริยา Catalysts ที่เหมาะสมไปพร้อมกันด้วย ..

นอกจากนั้น กลุ่มนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ University of Illinois เมืองชิคาโก Chicago ในสหรัฐฯ ก็ดำเนินการเช่นเดียวกัน พวกเขาได้สร้างแบตเตอรี่ลิเธี่ยมคาร์บอนไดออกไซด์ Lithium-Carbon Dioxide : Li-CO2 ที่ใช้งานได้เครื่องแรก ได้รับการทดสอบถึง 500 รอบ และพวกมันใช้งานได้ดี .. อย่างไรก็ตาม ปัญหาหลักของแบตเตอรี่เหล่านี้ คือ ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าที่ใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้ามีคาร์บอน Carbon : 6C และลิเธี่ยมคาร์บอเนต Lithium Carbonate : Li2CO3 เป็นผลพลอยได้ เมื่อชาร์จประจุไฟฟ้า .. ลิเธี่ยมคาร์บอเนต Lithium Carbonate : Li2CO3 จะถูกรีไซเคิล Recycled แต่คาร์บอน Carbon : 6C ไม่เป็นเช่นนั้น พวกมันสะสม และทำให้แบตเตอรี่ล้มเหลวในที่สุดก่อนที่จะครบ 100 รอบของการชาร์จ และคายประจุ ..

สิ่งที่นักวิจัยทำ คือ การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของแบตเตอรี่ .. พวกเขาได้เพิ่มโมลิบดีนัมซัลไฟด์ Molybdenum Disulfide : MoS2 เข้าไป เพื่อให้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาแคโทด Cathode Catalyst .. อิเล็กโทรไลต์แบบผสมไฮบริด Hybrid Electrolyte ช่วยให้คาร์บอน Carbon : 6C  กลับมาทำงานอีกครั้ง เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ ซึ่งจะป้องกันไม่ให้เกิดการสะสมที่ทำให้การทำงานของแบตเตอรี่ล้มเหลวลง ..

ความสำเร็จที่สำคัญที่สุดของพวกเขา คือ การมีส่วนประกอบหลายองค์ประกอบชิ้นเดียวแทนที่จะเป็นผลิตภัณฑ์ที่แยกจากกัน ทำให้การชาร์จ และคายประจุมีประสิทธิภาพสูงขึ้นมาก ..

นับเป็นความสำเร็จที่ยอดเยี่ยม เปรียบได้กับแบตเตอรี่ลิเธี่ยมซัลเฟอร์ หรือ Li-S Batteries .. ข้อแตกต่าง คือ แบตเตอรี่ Li-CO2 ต้องใช้โมลิบดีนัม Molybdenum : 42Mo ซึ่งค่อนข้างหายาก ขณะที่ เซลล์ Li-S ไม่ต้องพึ่งพาวัตถุดิบที่สำคัญอื่น และมีศักยภาพสูง .. ทั้งนี้ พลังงานจำเพาะ Specific Energy ของแบตเตอรี่ลิเธี่ยมคาร์บอนไดออกไซด์ Lithium-Carbon Dioxide : Li-CO2 Batteries ในทางทฤษฎีนั้น สูงถึง 1,876 Wh/Kg ..

เมื่อเทียบเคียงกับความหนาแน่นของพลังงาน Energy Density ตามทฤษฎีของ Li-S Cells อยู่ที่ 550 Wh/L และพลังงานจำเพาะ Specific Energy อยู่ที่ 450 Wh/Kg เท่านั้น จึงถือได้ว่า Li-CO2 Cells มีระดับพลังงานจำเพาะ Specific Energy ที่สูงกว่ามากถึง 7 เท่า หมายถึง พวกมันสามารถให้แรงขับกำลังไฟฟ้าสำหรับงานหนักที่ยอดเยี่ยมกว่าในสภาพแวดล้อมที่ต่างออกไปด้วยน้ำหนักที่เบากว่านั่นเอง ..

อย่างไรก็ตาม นอกจากจะนำ Carbon Dioxide : CO2 มาใช้เป็นตัวกระตุ้นขั้วลบ Cathode Catalyst ใน Li-CO2 Batteries แล้ว ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 ยังสามารถนำมาประยุกต์ใช้เป็นระบบจัดเก็บพลังงานที่เรียกกันว่า Carbon Dioxide Battery ได้ในอีกหลากหลายรูปแบบ เช่น Carbon Dioxide Redox Flow Battery หรือ CO2 Based Electro-Thermal Energy Storage : ETES System และระบบจัดเก็บพลังงานอากาศเหลว Liquid Air Energy Storage : LAES เป็นต้น .. ทั้งนี้ ด้วยกระบวนการทั้งหมดในระบบปิดจากนวัตกรรมล่าสุดที่กำลังเข้าสู่ตลาดสำหรับระบบจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ระยะทนยาวเชิงพาณิชย์เหล่านี้นั้น ไม่มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 ออกสู่ชั้นบรรยากาศ ..

ยิ่งไปกว่านั้น เทคโนโลยีใหม่เหล่านี้ มิได้ใช้แร่ธาตุหายาก อย่างเช่น ลิเธี่ยม Lithium : 3Li หรือโคบอลต์ Cobalt : 27Co แต่ใช้เพียงโลหะ Metal ทั่วไป เช่น สังกะสี Zinc : 30Zn และเหล็ก Iron : 26Fe เป็นต้น กับน้ำ Water : H2O เท่านั้น ดังนั้นจึงสามารถนำไปใช้งานได้ทุกหนทุกแห่ง โดยใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 เป็นหลัก เนื่องจากสามารถควบแน่น และจัดเก็บเป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิห้อง สำหรับระบบการจัดเก็บพลังงานระยะทนยาว Long-Duration Energy Storage บนโครงข่ายระบบสายส่งได้อย่างยอดเยี่ยมอีกด้วย ..

สถานีไฟฟ้าคาร์บอนไดออกไซด์แบตเตอรี่ CO2 Battery ขนาดใหญ่ เริ่มดำเนินการจัดเก็บ และส่งจ่ายกำลังไฟฟ้าแล้วในอิตาลี ..

ตัวอย่างคาร์บอนไดออกไซด์แบตเตอรี่ Carbon Dioxide : CO2 Battery ขนาดใหญ่ในปัจจุบันนั้น พบว่า บริษัท Energy Dome S.p.A. ได้ก่อสร้างโรงงานนำร่องแห่งแรกในจังหวัดนูโอโรของอิตาลี Italian Province of Nuoro ที่ประสบความสำเร็จ รวมทั้งสามารถจัดเก็บ และส่งจ่ายกำลังไฟฟ้าสู่ชุมชนเมืองได้อย่างยอดเยี่ยม .. ระบบแบตเตอรี่ดังกล่าว ทำงานภายใต้มาตรฐานประสิทธิภาพที่คาดไว้สำหรับระบบจัดเก็บพลังงานระยะทนยาว Long-Duration & Round-Trip Efficiency for Energy Storage และมีแผนงานที่จะสร้างโรงงานเชิงพาณิชย์เต็มรูปแบบอีกแห่งที่มีกำลังการผลิต 20 MW/200 MWh ภายในสิ้นปี 2566 นี้ ..

บริษัท Energy Dome ซึ่งตั้งอยู่ในอิตาลี ได้เริ่มดำเนินการโรงงานแบตเตอรี่คาร์บอนไดออกไซด์ CO2 Battery แห่งแรกในจังหวัดนูโอโร Nuoro บนเกาะซาร์ดิเนีย ประเทศอิตาลี Sardinia Island, Italy ..

Energy Dome Successfully Closes $44 M Series B Investment Round for Unique CO2 Battery | Credit : Energy Dome

การดำเนินกิจการสถานีไฟฟ้าคาร์บอนไดออกไซด์แบตเตอรี่ CO2 Battery ขนาดใหญ่ในเชิงพาณิชย์บนโครงข่ายระบบสายส่งกริดไฟฟ้าของอิตาลีนี้ โฆษกของบริษัทฯ กล่าวว่า “โรงงานคาร์บอนไดออกไซด์แบตเตอรี่ CO2 Battery สาธิตนำร่องเชิงพาณิชย์ของ Energy Dome มีแผนที่จะดำเนินการในเชิงพาณิชย์บนสายส่งกริดไฟฟ้าเต็มรูปแบบในอนาคตอันใกล้ โดยให้บริการการควบคุมที่จำเป็นมากที่สุดในรูปแบบการจัดเก็บพลังงานแบบแยกเดี่ยว Energy Storage Stand Alone Systems  .. พลังงานสำหรับการชาร์จโรงงานนั้น ดึงมากำลังไฟฟ้าส่วนเหลือเกิน Off Peak จากโครงข่ายระบบสายส่งของภาครัฐ” ..

ในการนี้ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์แบตเตอรี่ Carbon Dioxide : CO2 ที่อุณหภูมิ และความดันปกติ ซึ่งเก็บไว้ในโดมขนาดใหญ่ Stored in a Massive Dome จะถูกบีบอัดเพื่อเปลี่ยนให้อยู่ในรูปของเหลว Compressed to Convert it into its Liquid Form .. ความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการนี้ จะถูกเก็บไว้ นี่คือ กระบวนการชาร์จ Charging Process และสามารถใช้จัดเก็บพลังงานที่ได้รับจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy Source เช่น พลังงานลม Wind Energy หรือพลังแสงอาทิตย์ Solar Energy ..

เมื่อต้องการส่งจ่ายพลังงาน ความร้อนที่เก็บไว้จะถูกใช้เพื่อทำให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เหลวร้อนขึ้น Heat Up the Liquid Carbon Dioxide ซึ่งพวกมันจะกลับคืนสู่สถานะก๊าซที่จะถูกส่งผ่านกังหันใบพัดเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ทั้งนี้ ระบบปิดเหล่านี้ ใช้อุปกรณ์ชิ้นส่วนประกอบที่มีอายุการใช้งานยาวนานกว่า 30 ปี ซึ่งส่งผลให้มีความเสี่ยงด้านเทคโนโลยีต่ำกว่าเทียบกับระบบจัดเก็บพลังงานรูปแบบอื่น ๆ เป็นต้น ..

กระบวนการทั้งหมดของพวกเขา เป็นระบบปิดซึ่งไม่มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 ออกสู่ชั้นบรรยากาศ รวมทั้งมิได้มีการใช้วัสดุแร่ธาตุหายากใด ๆ เช่น ลิเธี่ยม หรือโคบอลต์ แต่ใช้เพียงโลหะ เหล็ก และน้ำเท่านั้น ดังนั้น จึงสามารถนำไปใช้งานในลักษณะคล้ายคลึงกับระบบจัดเก็บพลังงานอากาศเหลว Liquid Air Energy Storage : LAES ซึ่งโดยทั่วไปนิยมใช้ไนโตรเจนเหลว Liquid Nitrogen แต่กรณีนี้ พวกเขาใช้คาร์บอนไดออกไซด์เหลว Liquid Carbon Dioxide ซึ่งง่ายกว่ามาก เพื่อสร้างพลังงานสำรองที่มีศักยภาพ สำหรับการติดตั้งดำเนินการได้ทุกหนแห่งโดยไม่มีข้อจำกัด และสามารถส่งจ่ายกำลังไฟฟ้าสู่ชุมชนเมืองระยะทนยาวได้อย่างยอดเยี่ยม ..

จากข้อมูลของบริษัทฯ นั้น โครงการนำร่องที่กล่าวนี้ ให้ประสิทธิภาพเกินกว่าที่คาดหวังไว้ในแง่ของการจัดเก็บพลังงานระยะทนยาว Long-Duration Energy Storage และประสิทธิภาพไปกลับที่สูงเพียงพอตามที่แผนแบบไว้ได้เป็นอย่างดี และพิสูจน์ให้เห็นถึงกระบวนการนวัตกรรมที่ใช้อุปกรณ์ซึ่งหาได้ทั่วไปจากห่วงโซ่อุปทานที่จัดตั้งขึ้นได้ทั่วโลก หมายถึง การติดตั้งสถานีไฟฟ้าคาร์บอนไดออกไซด์แบตเตอรี่ CO2 Battery ขนาดใหญ่ในเชิงพาณิชย์ทั่วโลกอย่างรวดเร็วจากนี้ไปนั้น เป็นไปได้โดยไม่มีปัญหาคอขวดแต่อย่างไร ..

อย่างไรก็ตาม Energy Dome กล่าวว่า บริษัทฯ กำลังวางแผนที่จะสร้างโรงงานเชิงพาณิชย์เต็มรูปแบบขนาด 20 MW/200 MWh แห่งแรกในเร็ว ๆ นี้ และจะเสร็จสิ้นการก่อสร้างภายในสิ้นปี 2566 .. ทั้งนี้ เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ Energy Dome ได้ว่าจ้างทีมผู้เชี่ยวชาญใน Turbomachinery, วิศวกรการจัดการระบบ และพลังงาน Process Engineering & Energy พร้อมผลงานที่พิสูจน์แล้วในการออกแบบ และมุ่งสร้างโครงการพลังงานขนาดมากกว่า 500 MW สำหรับการลงทุนในอนาคตไปพร้อมด้วย ..

Claudio Spadacini ซีอีโอของ Energy Dome กล่าวว่า โรงงานไฟฟ้าคาร์บอนไดออกไซด์แบตเตอรี่ Carbon Dioxide : CO2 Battery เต็มรูปแบบแห่งแรก มีต้นทุนต่ำกว่า 200 เหรียญสหรัฐฯ ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง KWh เทียบกับ 300 เหรียญสหรัฐฯ ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง KWh สำหรับระบบจัดเก็บพลังงานด้วยชุดลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries ในปัจจุบัน .. Spadacini กล่าวเสริมด้วยว่า ต้นทุน คาดว่าจะลดลงได้อีกเป็นเหลืออยู่ที่ประมาณ 100 เหรียญสหรัฐฯ ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง KWh หากบริษัทฯ สามารถขยายโครงการก่อสร้างโรงงานไฟฟ้าคาร์บอนไดออกไซด์แบตเตอรี่ Carbon Dioxide : CO2 Battery ขนาดใหญ่ไปได้อีกเพียงไม่กี่โหลเท่านั้น ..

Edward Barbour นักวิจัยด้านระบบพลังงานของมหาวิทยาลัย Loughborough ในสหราชอาณาจักร กล่าวว่า แนวคิดของการจัดเก็บก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์แบบบีบอัด Concept of Compressed Carbon Dioxide Storage นั้น “มีแนวโน้มที่ยอดเยี่ยมจริงๆ” .. อย่างไรก็ตาม Edward Barbour คาดหมายว่า บริษัทฯ อาจยังจะต้องเผชิญกับความท้าทายด้านวิศวกรรมที่สำคัญบางประการ เช่น การซ่อมบำรุงอุปกรณ์ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน Heat Exchangers เป็นต้น เพื่อให้อุปกรณ์บางตัวทำงานได้ตลอดอายุการใช้งานที่ยาวนานหลายทศวรรษของโรงงาน อย่างน้อย 30 ปี ไปพร้อมด้วย ..

CO2 Battery Licensed by Energy Dome | Credit : Energy Dome

การศึกษาความท้าทาย และอนาคตของแบตเตอรี่ลิเธี่ยมคาร์บอนไดออกไซด์ Lithium-Carbon Dioxide Batteries ..

แบตเตอรี่ลิเธี่ยมคาร์บอนไดออกไซด์ Li-CO2 Batteries คือ อนาคต และถือเป็นอุปกรณ์จัดเก็บ และแปลงพลังงานรูปแบบใหม่ แม้ว่าความก้าวหน้าของแบตเตอรี่เหล่านี้ ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น นักวิจัยจะต้องมีความเข้าใจโดยละเอียดเกี่ยวกับประเด็นสำคัญที่ต้องแก้ไขเพื่อให้แบตเตอรี่เหล่านี้มีศักยภาพสูงสุดในฐานะอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานแบบใหม่ล่าสุดที่มีความหนาแน่นพลังงานสูง High Energy Density ..

แบตเตอรี่ลิเธี่ยมคาร์บอนไดออกไซด์ Lithium-Carbon Dioxide Batteries หรือ Li-CO2 Batteries คือ ทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับการเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 ที่เป็นของเสียให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าเพิ่ม รวมทั้งจัดเก็บกำลังไฟฟ้า Storing Electricity ส่วนเกินบนระบบสายส่ง หรือที่ผลิตขึ้นได้จากแหล่งพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy Sources ..

ชุดแบตเตอรี่รูปแบบลิเธี่ยมคาร์บอนไดออกไซด์ Li-CO2 Batteries มีความน่าสนใจมากกว่าแบตเตอรี่โลหะคาร์บอนไดออกไซด์ Metal-CO2 Batteries อื่น ๆ เช่น แบตเตอรี่สังกะสีคาร์บอนไดออกไซด์ Zinc-CO2 และแบตเตอรี่โซเดียมคาร์บอนไดออกไซด์ Sodium-CO2 โดยไม่เพียงในแง่ของการให้แรงดันไฟฟ้าสูงสุดในการทำงาน และความหนาแน่นของพลังงานที่สูงกว่าเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในแง่ของการใช้งานในอุตสาหกรรมการบิน และอวกาศด้วย ซึ่งวัสดุน้ำหนักเบาเป็นที่ต้องการอย่างมาก .. แม้ว่าแบตเตอรี่ลิเธี่ยมคาร์บอนไดออกไซด์ Li-CO2 Batteries จะมีศักยภาพที่ดีเยี่ยม แต่ก็มีความท้าทายมากมายเช่นกัน เนื่องจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 ในตัวของพวกมันนั่นเอง ..

การศึกษาแบตเตอรี่ลิเธี่ยมคาร์บอนไดออกไซด์ Li-CO2 Batteries ดำเนินการอย่างจริงจัง โดยทีมวิจัยสหวิทยาการเพื่อทำความเข้าใจปัญหา และแนวโน้มของอุปกรณ์เหล่านี้ให้ได้อย่างถ่องแท้ ..

กลุ่มที่นำโดยนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแอดิเลดของออสเตรเลีย Australia’s University of Adelaide เผยแพร่การค้นพบของพวกเขา เมื่อวันที่ 21 มีนาคม 2565 ในวารสาร Nano Research Energy ..

ทีมงานศึกษาวิจัย ได้รวบรวมผู้เชี่ยวชาญจากสาขาต่าง ๆ เพื่อแก้ไขปัญหาจากมุมมองของสหสาขาวิชาชีพ .. พวกเขา เริ่มต้นงานค้นคว้า เพื่อตรวจสอบปัญหาที่ส่วนประกอบสำคัญของชุดแบตเตอรี่ที่จะต้องเผชิญ เช่น อินเตอร์เฟซ Interface, อิเล็กโทรด Electrode และอิเล็กโทรไลต์ Electrolyte ..

กลุ่มผู้เชี่ยวชาญ ยังได้ให้คำแนะนำเกี่ยวกับวิธีจัดการกับปัญหาเหล่านี้ เป้าหมายของพวกเขา คือ การวางรากฐานสำหรับการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับระบบแบตเตอรี่คาร์บอนไดออกไซด์ที่ใช้โลหะอัลคาไลแบบย้อนกลับ และชาร์จประจุใหม่ได้ Reversible & Rechargeable Alkali Metal-Based Carbon Dioxide Battery Systems ..

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกเขาได้พบว่าความเข้าใจพื้นฐานของกลไกไฟฟ้าเคมียังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ซึ่งเกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพการทำงานที่อัตราสูงยังห่างไกลจากที่น่าพอใจสำหรับการใช้งานจริง เนื่องจากขาดตัวเร่งปฏิกิริยาไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ Lack of Efficient Electrocatalysts ..

ข้อสังเกตสามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ และผู้มีส่วนได้ส่วนเสียรายอื่น ๆ เข้าใจแบตเตอรี่ลิเธี่ยมคาร์บอนไดออกไซด์ Li-CO2 Batteries เหล่านี้ได้ดีขึ้น และจัดวางการวิจัยในบริบทที่เป็นไปได้ ..

แม้จะมีความท้าทาย ซึ่งต้องบอกว่าด้วยความพยายามอย่างต่อเนื่อง แบตเตอรี่ลิเธี่ยมคาร์บอนไดออกไซด์ Li-CO2 Batteries ที่ใช้งานได้จริงพร้อมการตรึง CO2 Fixation ที่มีประสิทธิภาพสูง และการจัดเก็บพลังงานปริมาณมหาศาลที่พวกมันสามารถทำได้ คือ ความมุ่งหวังในการศึกษาวิจัยจากนี้ไป ..

นักวิจัย หวังว่า การวิเคราะห์โอกาส และความท้าทายสำหรับแบตเตอรี่ลิเธี่ยมคาร์บอนไดออกไซด์ Li-CO2 Batteries จะจุดประกายแนวคิดใหม่ ๆ เกี่ยวกับชุดแบตเตอรี่ และตัวเร่งปฏิกิริยา Batteries & Catalysis ตลอดจนให้แนวทางที่จำเป็นสำหรับนักวิจัยในการปรับปรุงอุปกรณ์เก็บพลังงานก๊าซโลหะ Metal-Gas Energy Storage Devices ที่สำคัญอื่น ๆ ไปพร้อมด้วยได้ ..

Metal-CO2 Batteries & CO2 Electrolysis Technologies on the Road from Contamination Gas to Energy Source | Credit : ACS Publications

ในแง่ของการวิจัยในอนาคต ทีมงานจะมองหาแนวคิดสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น Ideas for a More Efficient Catalyst ..

ข้อกังวลหลักสำหรับแบตเตอรี่ลิเธี่ยมคาร์บอนไดออกไซด์ Li-CO2 Batteries อยู่ที่ปฏิกิริยาที่อิเล็กโทรดของพลังงานจลน์ซึ่งเกิดขึ้นช้า Slow Kinetics of the Electrode Reactions .. ดังนั้น ขั้นตอนต่อไปในการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธี่ยมคาร์บอนไดออกไซด์ Li-CO2 Batteries คือ การหาตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพ Efficient Catalyst ซึ่งสามารถกระตุ้นปฏิกิริยาของอิเล็กโทรดระหว่างการชาร์จ และการคายประจุของชุดแบตเตอรี่ลิเธี่ยมคาร์บอนไดออกไซด์ Li-CO2 Batteries นั่นเอง ..

ทีมงานวิจัย ประกอบไปด้วยนักวิทยาศาสตร์จาก School of Chemical Engineering and Advanced Materials ของมหาวิทยาลัยแอดิเลด University of Adelaide รวมถึงสถาบันสำหรับตัวนำยิ่งยวด และวัสดุอิเล็กทรอนิกส์ Institute for Superconducting and Electronic Materials ของมหาวิทยาลัย University of Wollongong ประเทศออสเตรเลีย Australia เป็นส่วนหนึ่งของทีม ซึ่งการวิจัยที่สำคัญนี้ ได้รับทุนจาก Australian Research Council : ARC ..

ทีมนักวิทยาศาสตร์ ได้มองเห็นศักยภาพในระยะยาวในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงมากขึ้น นอกเหนือไปจากการใช้งานชุดแบตเตอรี่จัดเก็บพลังงานบนโลกใบนี้ .. การใช้คาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 เป็นวัสดุแคโทด Cathode Material ช่วยให้ระบบพลังงาน Energy Systems นี้ มีข้อได้เปรียบที่สำคัญในการสำรวจอวกาศ เช่น บนดาวอังคาร ซึ่งชั้นบรรยากาศประกอบไปด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 ในสัดส่วนที่มากถึง 96% ..

ศาสตราจารย์ Zaiping Guo จากมหาวิทยาลัยแอดิเลด University of Adelaide กล่าวสรุปไว้ว่า “ไม่ต้องสงสัยเลยว่า หนทางข้างหน้ายังอีกยาวไกล การศึกษาค้นคว้าเพิ่มเติม และความเข้าใจพื้นฐานที่ดีขึ้นเกี่ยวกับแบตเตอรี่ลิเธี่ยมคาร์บอนไดออกไซด์ Li-CO2 Batteries ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูง High Energy Density นั้น ต้องการการวิจัยแบบสหสาขาวิชาชีพ Multidisciplinary และการวิจัยข้ามสาขา Cross-Field Research ตั้งแต่วิศวกรรมเคมี Chemical Engineering ไปจนถึงวัสดุศาสตร์ Material Science, ไฟฟ้าเคมี Electrochemistry และนาโนเทคโนโลยี Nanotechnology ไปพร้อมด้วย” ..

คาดการณ์ตลาดการนำคาร์บอนไดออกไซด์ไปใช้ประโยชน์ทั่วโลก Global Putting CO2 to Use Market ..

โอกาสใหม่ ๆ ในการใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 สำหรับการพัฒนาผลิตภัณฑ์ และบริการที่เกี่ยวข้องกับระบบพลังงานสะอาด Clean Energy Systems กำลังดึงดูดความสนใจของภาครัฐ อุตสาหกรรม และชุมชน ในหลายประเทศ สำหรับการลงทุนที่น่าสนใจในการบรรเทาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ Mitigating Climate Change เช่นเดียวกับปัจจัยอื่น ๆ รวมถึงความเป็นผู้นำด้านเทคโนโลยี และการสนับสนุนเศรษฐกิจหมุนเวียน Circular Economy .. การวิเคราะห์นี้ พิจารณาถึงศักยภาพทางการตลาดในระยะสั้นสำหรับผลิตภัณฑ์ และบริการที่ได้จากคาร์บอนไดออกไซด์ CO2-Derived Products & Services CO2 ที่สำคัญ 5 ประเภท ได้แก่ เชื้อเพลิง Fuels, สารเคมี Chemicals, วัสดุก่อสร้างจากแร่ธาตุ Building Materials รวมถึง วัสดุก่อสร้างจากของเสีย Building Materials from Waste และการใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 เพื่อเพิ่มผลผลิตของกระบวนการทางชีวภาพ และการใช้งานในระบบจัดเก็บพลังงาน Energy Storage .. ทั้ง 5 หมวดหมู่สามารถปรับขยายขนาดตลาดอย่างน้อย 10 MtCO2 ต่อปี ซึ่งเกือบเท่ากับความต้องการ CO2 ในปัจจุบันสำหรับผลิตภัณฑ์อาหาร และเครื่องดื่ม แต่ส่วนใหญ่ ยังคงต้องเผชิญกับอุปสรรคทางการค้า และกฎระเบียบอีกมากมาย ..

การใช้คาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 สามารถรองรับเป้าหมายด้านสภาพอากาศที่สามารถปรับขนาดของแอปพลิเคชันได้ ซึ่งถือเป็นการใช้พลังงานคาร์บอนต่ำ Low-Carbon Energy และสามารถเข้าแทนที่ผลิตภัณฑ์ที่มีการปล่อยมลพิษตลอดอายุการใช้งานที่สูงขึ้น Displaces a Product with Higher Life-Cycle Emissions .. ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 บางชนิดยังเกี่ยวข้องกับการจัดเก็บคาร์บอนอย่างถาวร Permanent Carbon Retention โดยเฉพาะในวัสดุก่อสร้าง และระบบจัดเก็บพลังงานรูปแบบต่างๆ เช่น Li-CO2 Batteries & Carbon Dioxide Battery เป็นต้น ด้วยข้อไขพลังงานจำเพาะ Specific Energy ที่สูงกว่าแบตเตอรี่ลิเธี่ยมทั่วไปอยู่หลายเท่าตัว ซึ่งจำเป็นต้องให้มีความเข้าใจที่ดีขึ้น และปรับปรุงวิธีการเพื่อประโยชน์ต่อสภาพอากาศตลอดอายุการใช้งานสำหรับการใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 ในตลาด ซึ่งคาดว่า ตลาดการใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 สำหรับระบบจัดเก็บพลังงาน Energy Storage จะยังค่อนข้างมีขนาดเล็กในระยะสั้น แต่สามารถพัฒนาโอกาสเติบโตขึ้นอีกมากได้ในระยะต่อไป โดยเฉพาะตลาดที่เกี่ยวข้องกับ CO2 Battery ..

การจัดซื้อจัดจ้างผลิตภัณฑ์คาร์บอนต่ำในที่สาธารณะสามารถช่วยสร้างตลาดแรกเริ่มสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ได้จาก CO2 และช่วยในการพัฒนามาตรฐานทางเทคนิค .. ในระยะยาว CO2 ที่มาจากมวลชีวภาพ Biomass หรือดักจับในอากาศ Air สามารถมีบทบาทสำคัญในเศรษฐกิจที่ปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์เป็นศูนย์สุทธิ Net-Zero CO2 Emission Economy มาพร้อมด้วย รวมถึง พวกมัน คือ แหล่งคาร์บอนสำหรับเชื้อเพลิงการบิน Aviation Fuels, สารเคมี Chemicals และระบบจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ระยะทนยาว Long-Duration Energy Storage บนโครงข่ายระบบสายส่ง Electrical Grid ในอนาคตอันใกล้จากนี้ไป ..

ทั่วโลก มีการใช้คาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 ประมาณ 230 ล้านตัน Million Tones : Mt ทุกปี ผู้บริโภครายใหญ่ที่สุด คือ อุตสาหกรรมปุ๋ย ซึ่งใช้ 130 Mt CO2 ในการผลิตยูเรีย รองลงมา คือ ผลิตภัณฑ์ที่ใช้เป็นเชื้อเพลิง เช่น น้ำมัน และก๊าซ Oil & Gas โดยมีการใช้ 70-80 Mt CO2 เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการนำน้ำมันใช้แล้ว และของเสียกลับมาใช้ใหม่ .. การใช้งานเชิงพาณิชย์อื่น ๆ ได้แก่ การผลิตอาหาร และเครื่องดื่ม Food & Beverage Production, การแปรรูปโลหะ Metal Fabrication, การทำความเย็น Cooling, การดับไฟ Fire Suppression และการกระตุ้นการเติบโตของพืชในโรงเรือน Stimulating Plant Growth in Greenhouses รวมทั้งการใช้คาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 ในระบบจัดเก็บพลังงาน Energy Storage Systems รูปแบบต่างๆ .. การใช้งานเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ในปัจจุบันนั้น มักจะเกี่ยวข้องกับการใช้ คาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 โดยตรง ..

แนวทางใหม่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 เป็นเชื้อเพลิง สารเคมี และวัสดุก่อสร้าง กระบวนการแปรสภาพทางเคมีและชีวภาพ รวมถึงในระบบจัดเก็บพลังงาน Energy Storage Systems เหล่านี้ กำลังดึงดูดความสนใจที่เพิ่มขึ้นจากภาครัฐ อุตสาหกรรม และนักลงทุน แต่กระบวนการส่วนใหญ่ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น และเผชิญกับความท้าทายทางการค้า และกฎระเบียบ Commercial & Regulatory Challenges .. อย่างไรก็ตาม ความสนใจนี้ สะท้อนให้เห็นได้จากการสนับสนุนที่เพิ่มขึ้นจากนโยบายภาครัฐ ภาคอุตสาหกรรม และนักลงทุน ด้วยเงินทุนภาคเอกชนทั่วโลก Global Private Funding สำหรับบริษัทสตาร์ทอัพที่ใช้ CO2 ซึ่งมีมูลค่าเกือบ 1 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ..

การผลิตเชื้อเพลิง และเคมีภัณฑ์ที่ใช้คาร์บอนไดออกไซด์ CO2-Based Fuels & Chemicals จะต้องใช้พลังงานป้อนเข้า และไฮโดรเจน Hydrogen : H2 ปริมาณมากไปพร้อมด้วย .. คาร์บอนใน CO2 ช่วยให้สามารถเปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง Conversion of Hydrogen into a Fuel ที่ง่ายต่อการจัดการ และการใช้งาน เช่น เป็นเชื้อเพลิงสำหรับการบิน Aviation Fuel .. คาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 ยังสามารถแทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิล Fossil Fuels ในฐานะวัตถุดิบในสารเคมี และโพลิเมอร์ .. วิถีทางที่จะใช้พลังงานให้น้อยลง ได้แก่ การทำปฏิกิริยา CO2 กับแร่ธาตุ หรือของเสีย เช่น ตะกรันเหล็ก Iron Slag เพื่อสร้างคาร์บอเนตสำหรับวัสดุก่อสร้าง Carbonates for Building Materials ..

ทั้งนี้ ศักยภาพของตลาดในอนาคตสำหรับผลิตภัณฑ์ และบริการที่ได้จากคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 นั้น ยากที่จะประเมิน .. ช่วงเริ่มต้นของการพัฒนาเทคโนโลยี และการพึ่งพากรอบนโยบายสำหรับแอปพลิเคชันส่วนใหญ่ที่คาดการณ์ไว้ ทำให้การประเมินตลาดในอนาคตเป็นเรื่องที่ท้าทายมาก ในทางทฤษฎี การใช้งาน CO2 บางอย่าง เช่น เชื้อเพลิง และสารเคมี อาจเพิ่มขึ้นเป็นหลายพันล้านตันของการใช้ CO2 ต่อปี แต่ในทางปฏิบัติเทียบเคียงโดยตรงกับการใช้ไฮโดรเจนคาร์บอนต่ำ หรือไฟฟ้า Low-Carbon Hydrogen or Electricity ซึ่งอาจจะคุ้มค่ากว่าการใช้งาน CO2 ในแอปพลิเคชันส่วนใหญ่ ขณะที่การใช้งานคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 ในระบบจัดเก็บพลังงาน Energy Storage ได้รับการคาดหมายว่า ตลาดกำลังเติบโตขึ้นสูงในช่วงเวลาที่คาดการณ์ ..

อ้างอิงข้อมูลการตรวจสอบตลาดของ Business Research Company นั้น พบว่า ขนาดธุรกิจในตลาดคาร์บอนไดออกไซด์ทั่วโลก Global Carbon Dioxide Market จะเพิ่มขึ้นจาก 13.21 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2565 เป็น 15.12 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2566 .. ทั้งนี้ คาดหมายว่า อัตราการเติบโตต่อปี Compound Annual Growth Rate : CAGR หมายถึง อัตราผลตอบแทนสำหรับตลาดคาร์บอนไดออกไซด์ทั่วโลก Global Carbon Dioxide Market ที่เติบโตจากยอดดุลเริ่มต้นไปถึงยังยอดดุลสิ้นสุด รวมสมมติฐานว่ากำไรจะถูกนำกลับมาลงทุนหมุนเวียนใหม่ทุกสิ้นปีของช่วงอายุการลงทุน อยู่ที่ค่า CAGR 14.4% ..

สงครามรัสเซีย-ยูเครนทำลายโอกาสในการฟื้นตัวของเศรษฐกิจโลกจากการระบาดใหญ่ของโควิด-19 อย่างน้อยก็ในระยะสั้น สงครามระหว่างสองประเทศนี้นำไปสู่การคว่ำบาตรทางเศรษฐกิจในหลายประเทศ ราคาสินค้าโภคภัณฑ์พุ่งสูงขึ้น และการหยุดชะงักของห่วงโซ่อุปทาน ทำให้เกิดอัตราเงินเฟ้อในสินค้าและบริการ รวมทั้งส่งผลกระทบต่อตลาดหลายแห่งทั่วโลก .. ทั้งนี้ การปรากฏตัวของระบบจัดเก็บพลังงาน Energy Storage Systems ที่เป็น Li-CO2 & Carbon Dioxide Battery ในเชิงพาณิชย์ปัจจุบัน และจากนี้ไป ส่งผลให้ ขนาดตลาดคาร์บอนไดออกไซด์ทั่วโลก Global Carbon Dioxide Market ได้รับการคาดหมายว่าจะเติบโตแตะระดับ 25.32 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2570 อยู่ที่ค่า CAGR 13.8% ในช่วงระยะเวลาที่คาดการณ์ ปี 2566-2570 ..

อย่างไรก็ตาม ในประเด็นข้อมูลตลาดระบบจัดเก็บพลังงานจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนบนโครงข่ายระบบสายส่ง Global Grid-Scale Battery or Renewable Energy with Battery Storage Market นั้น พบว่า ขนาดตลาดระบบจัดเก็บพลังงานบนโครงข่ายระบบสายส่งกริดไฟฟ้าทั่วโลก Global Grid-Scale Energy Storage Market จากแหล่งพลังงานหมุนเวียน Renewable Sources มีมูลค่า 5.77 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2564 และคาดว่าจะเติบโตจาก 7.72 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2565 เป็น 30.95 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ภายในปี 2572 ด้วยอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี อยู่ที่ค่า CAGR 21.9% ในช่วงระยะเวลาที่คาดการณ์ ปี 2565-2572 .. ซึ่งหมายถึง โอกาสทางธุรกิจของคาร์บอนไดออกไซด์แบตเตอรี่ Carbon Dioxide : CO2 Battery ขนาดใหญ่ระยะทนยาวบนโครงข่ายระบบสายส่งในตลาดระบบจัดเก็บพลังงาน Grid Energy Storage Market สำหรับอนาคตจากนี้ไป ..

สรุปส่งท้าย ..

คาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 คือ ก๊าซที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ซึ่งมีความสำคัญต่อวัฏจักรคาร์บอนในการดำรงชีวิต Carbon Cycle for Life และเป็นผลพลอยได้จากการผลิตพลังงานหลากหลายรูปแบบ Byproduct of Many Forms of Energy Production นอกจากนี้ พวกมันยังเป็นก๊าซเรือนกระจก Greenhouse Gas ซึ่งเป็นหนึ่งในตัวการที่ทำให้โลกร้อนขึ้น ..

อย่างไรก็ตาม การนำก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกมาใช้ประโยชน์ในระบบพลังงานสะอาด Clean Energy Systems บนแนวคิดคาร์บอนเป็นกลาง Carbon Neutrality คือ แนวคิดที่น่าสนใจ เป็นไปได้สูง และเป็นโอกาสทางธุรกิจ โดยเฉพาะการประยุกต์ใช้พวกมันสำหรับระบบจัดเก็บพลังงาน Energy Storage Systems ด้วยความหนาแน่นพลังงาน Energy Density และพลังงานจำเพาะ Specific Energy ต่อน้ำหนักที่สูงกว่าชุดแบตเตอรี่ที่ใช้งานทั่วไปอยู่ในปัจจุบัน ..

คาร์บอน Carbon ในก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 สามารถนำมาใช้ในการผลิตเชื้อเพลิง Fuels ที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน รวมทั้งมีเทน Methane, เมทานอล Methanol, น้ำมันเบนซิน Gasoline และเชื้อเพลิงการบิน Aviation Fuels .. กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการใช้ CO2 ร่วมกับไฮโดรเจน Hydrogen : H2 ซึ่งต้องใช้พลังงานสูงในการผลิต และส่งผลให้ได้เชื้อเพลิงที่มีคาร์บอน Carbon-Containing Fuels ซึ่งสามารถบริหารจัดการ และใช้งานได้ง่ายกว่าไฮโดรเจนบริสุทธิ์ Pure Hydrogen .. ไฮโดรเจนคาร์บอนต่ำ Low-Carbon Hydrogen สามารถผลิตได้จากเชื้อเพลิงฟอสซิลเมื่อรวมกับระบบ Carbon Capture & Storage : CCS หรือผ่านการอิเล็กโทรลิซิสของน้ำ Electrolysis of Water โดยใช้กำลังไฟฟ้าคาร์บอนต่ำ Low-Carbon Electricity และสามารถนำคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 ไปใช้ในระบบจัดเก็บพลังงาน Energy Storage ได้เป็นอย่างดีอีกด้วย ..

แบตเตอรี่ลิเธี่ยมคาร์บอนไดออกไซด์ Lithium-Carbon Dioxide : Li-CO2 Batteries ได้ให้คำมั่นทางทฤษฎี สำหรับการประยุกต์ใช้งานระบบจัดเก็บพลังงานในภาคการบิน Aviation และอวกาศ ซึ่งต้องการวัสดุน้ำหนักเบา .. ทั้งนี้ ประโยชน์จากบรรยากาศที่อุดมไปด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 สัดส่วนจำนวนมากถึง 96% ของดาวอังคาร ทำให้ Li-CO2 Batteries กลายเป็นความหวังที่น่าตื่นเต้นสำหรับภารกิจบนดาวอังคาร เป็นต้น ..

ทั้งนี้ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 ยังสามารถนำมาประยุกต์ใช้เป็นระบบจัดเก็บพลังงานที่เรียกกันว่า Carbon Dioxide Battery ได้ในอีกหลากหลายรูปแบบ เช่น Carbon Dioxide Redox Flow Battery หรือ CO2 Based Electro-Thermal Energy Storage : ETES System และระบบจัดเก็บพลังงานอากาศเหลว Liquid Air Energy Storage : LAES รวมทั้งการจัดเก็บพลังงานอัดอากาศ Compressed Air Energy Storage : CAES ในระบบสาธารณูปโภค เป็นต้นมาพร้อมด้วย ..

CO2 Battery / Sardinia CO2 Battery Demonstration Plant | Credit : Energy Dome

ภาพรวมบทบาทสำคัญของคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 ในวัฏจักรอุณหภูมิโลก Global Temperature Cycles ได้กระตุ้นความสนใจในการวิจัยอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับการดักจับ และกักเก็บคาร์บอน Carbon Capture & Storage : CCS และนำคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 ไปใช้ประโยชน์สำหรับระบบพลังงานสะอาด Clean Energy Systems ต่อไป .. ในบรรดาตัวเลือกต่าง ๆ นั้น แบตเตอรี่ลิเธี่ยมคาร์บอนไดออกไซด์ Lithium-Carbon Dioxide : Li – CO2 Batteries และคาร์บอนไดออกไซด์แบตเตอรี่ Carbon Dioxide : CO2 Battery คือ สิ่งที่น่าสนใจ ไม่เพียงสำหรับการเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 ที่เป็นของเสียไม่เป็นที่ต้องการให้ไปเป็นผลิตภัณฑ์ที่สร้างมูลค่าเพิ่ม Value-Added Products เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน Storage of Electricity from Renewable Power Resources และสร้างสมดุลของวัฏจักรคาร์บอน Balancing the Carbon Cycle ด้วยแนวคิดคาร์บอนเป็นกลาง Carbon Neutrality ..

การพัฒนาระบบที่กล่าวถึงนี้ ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น และยังจะต้องเผชิญกับอุปสรรคอีกมากมายที่เกิดจากการนำก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 เข้ามาใช้งาน .. งานค้นคว้าวิจัย เพื่อแก้ปัญหาส่วนประกอบสำคัญของชุดแบตเตอรี่ที่จะต้องเผชิญ เช่น อินเตอร์เฟซ Interface, อิเล็กโทรด Electrode และอิเล็กโทรไลต์ Electrolyte เป็นความจำเป็นที่ยังคงต้องดำเนินการต่อไปด้วยสหวิทยาการ รวมทั้งใช้ผลการวิจัยเป็นแนวทางในการศึกษาระบบแบตเตอรี่คาร์บอนไดออกไซด์ที่ใช้โลหะอัลคาไลแบบย้อนกลับ และชาร์จประจุไฟฟ้าใหม่ได้ Reversible & Rechargeable Alkali Metal-Based Carbon Dioxide Battery Systems เพื่อการผลิตในเชิงพาณิชย์สำหรับอนาคตได้ต่อไป ..

Metal-CO2 Batteries with CO2 as Cathode / Credit : ACS Publications

ทั้งนี้ ในระยะยาวนั้น Carbon Dioxide : CO2 ที่มาจากมวลชีวภาพ Biomass หรือการดักจับพวกมันจากบรรยากาศด้วย Carbon Capture & Storage : CCS จะสามารถแสดงบทบาทสำคัญในระบบเศรษฐกิจที่ปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์เป็นศูนย์สุทธิ Net-Zero CO2 Emission Economy ไปพร้อมด้วย รวมถึง พวกมัน คือ แหล่งคาร์บอนสำหรับเชื้อเพลิงการบิน Aviation Fuels, สารเคมี Chemicals และระบบจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ระยะทนยาว Long-Duration Energy Storage บนโครงข่ายระบบสายส่ง Electrical Grid ในอนาคตอันใกล้จากนี้ไป ..

แบตเตอรี่จัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่บนโครงข่ายระบบสายส่ง Grid-Scale Battery Energy Storage เชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy สามารถทำให้เชื้อเพลิงฟอสซิล Fossil Fuels ตกยุคไปได้อย่างเฉียบขาด ..

ตั้งแต่ปี 2562 เป็นต้นมา การจัดเก็บพลังงานชุดแบตเตอรี่รูปแบบต่างๆ มีราคาถูกกว่าพลังงานไฟฟ้าจากเครื่องยนต์กังหันก๊าซ Gas Turbine Engine สำหรับการใช้งานนานถึง 2 ชั่วโมง .. ปัจจุบัน ระบบจัดเก็บกำลังไฟฟ้าด้วยชุดแบตเตอรี่รูปแบบ และขนาดต่าง ๆ ที่มีใช้งานอยู่ทั่วโลก รวมประมาณ 365 GWh ซึ่งพวกมันกำลังเติบโตขึ้นอย่างรวดเร็วมาก .. ต้นทุนกำลังผลิตไฟฟ้าบน Electrical Grid ที่ปรับระดับให้เสถียรจากระบบจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่ Battery Packs ลดลงอย่างรวดเร็ว โดยลดลงครึ่งหนึ่งในเวลาเพียง 2 ปีเศษเหลืออยู่ที่เพียง 150 เหรียญสหรัฐฯ ต่อ MWh ในปี 2563 และกำลังลดลงอีก .. คาดหมายว่า ตั้งแต่ปี 2566 เป็นต้นไป ต้นทุนโรงงานไฟฟ้าคาร์บอนไดออกไซด์แบตเตอรี่ Carbon Dioxide : CO2 Battery เต็มรูปแบบขนาดมากกว่า 500 MW จะลดลงได้อีกเป็นเหลืออยู่ที่ประมาณ 100 เหรียญสหรัฐฯ ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง KWh เท่านั้น ..

ด้วยข้อเท็จจริงทางเทคโนโลยีแล้ว ระบบจัดเก็บพลังงานด้วยคาร์บอนไดออกไซด์แบตเตอรี่ Carbon Dioxide: CO2 Battery มิได้เป็นคู่แข่งขันโดยตรงกับแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Batteries เนื่องจากพวกมันให้การจัดเก็บพลังงานระยะทนยาวกว่า 10 ชั่วโมง .. ในทางตรงกันข้าม สำหรับการจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Storage นั้น ใช้งานต่อเนื่องได้นานเพียง 4-6 ชั่วโมงเท่านั้น ซึ่งความสามารถในการทำงานของพวกมัน ยังคงเป็นปัญหาอยู่ในปัจจุบัน .. ในขณะที่ แบตเตอรี่ลิเธี่ยมคาร์บอนไดออกไซด์ Li-CO2 Batteries เองก็มีสมรรถนะ, ความหนาแน่นของพลังงาน และพลังงานจำเพาะสูงกว่าแบตเตอรี่ลิเธี่ยมซัลเฟอร์ Li-S Batteries อยู่หลายเท่าตัวอีกด้วย ..

การเติบโตอย่างรวดเร็วด้วยความเร่งของระบบจัดเก็บพลังงานระยะทนยาว Grid Scale Long Duration Energy Storage บนโครงข่ายระบบสายส่งกำลังไฟฟ้า ได้รับการคาดหมายว่าจะสูงขึ้นแตะระดับกำลังผลิตที่เพิ่มขึ้นขนาด 1.5-2.5 TW/85-140 TWh ภายในปี 2583 ซึ่งเป็นปริมาณความจุเท่ากับ 10% ของกำลังไฟฟ้าทั้งหมดที่ถูกจัดเก็บไว้ในสถานีไฟฟ้าบนระบบสายส่งในปัจจุบัน และคิดเป็น 4 ใน 7 เท่าของการติดตั้งระบบจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่ไฟฟ้าเคมีทั่วโลกในปัจจุบัน ..

คาดหมายได้ว่า การลงทุนในระบบจัดเก็บพลังงานระยะทนยาว Grid Scale Long Duration Energy Storage บนโครงข่ายระบบสายส่ง จากนี้ไปจนถึงปี 2583 จะต้องใช้เงินลงทุนอีกอย่างน้อยประมาณ 1.5-3 ล้านล้านเหรียญสหรัฐฯ ส่งผลให้แนวโน้มตลาดระบบจัดเก็บพลังงานด้วยคาร์บอนไดออกไซด์แบตเตอรี่ Carbon Dioxide : CO2 Battery กลายเป็นอีกหนึ่งในทางเลือกที่น่าสนใจ และเป็นโอกาสทางธุรกิจที่กำลังร้อนแรงขึ้นเป็นอย่างมาก เพื่อให้การประยุกต์ใช้พลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy สามารถดำเนินงานได้ทุกที่ทุกเวลาเพิ่มขึ้นรองรับ ‘การเปลี่ยนผ่านระบบพลังงาน Energy Transition’ สำหรับการเปลี่ยนแปลงภาคพลังงานทั่วโลกทั่วทั้งระบบจากฐานการบริโภคพลังงานหลักด้วยเชื้อเพลิงฟอสซิล ไปสู่การใช้ฐานการบริโภคพลังงานหลักที่สะอาดกว่าจากแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน เพื่อมุ่งไปสู่สังคมคาร์บอนต่ำ หรือทำให้การปล่อยคาร์บอนเป็นศูนย์สุทธิ Net Zero Emission ภายในครึ่งหลังของศตวรรษนี้ได้สำเร็จในที่สุด ..

…………………………………..

คอลัมน์ : Energy Key

By โลกสีฟ้า ..

สนับสนุนคอลัมน์ โดย E@ บริษัท พลังงานบริสุทธิ์ จำกัด (มหาชน)

ขอบคุณเอกสารอ้างอิง :-

Li – CO2 Batteries Promise 7 Times the Energy Density of Lithium – Ion | Insideevs :-

https://insideevs.com/news/373986/first-li-co2-battery-uic/

What Needs to Be Done to Make Useful Li – CO2 Batteries? | Electronics Weekly :-

Researchers have made a Rechargeable Carbon Dioxide – Consuming Battery | Anthropocene Magazine :-

https://www.anthropocenemagazine.org/2019/10/carbon-dioxide-gobbling-battery-gets-a-long-life/

How Can We Use Carbon Dioxide to Feed Rechargeable Batteries? | University of Pennsylvania :-

This Battery is Powered by Carbon Dioxide | World Economic Forum :-

https://www.weforum.org/agenda/2018/10/new-mit-made-battery-is-powered-by-co2?DAG=3&gclid=Cj0KCQjw98ujBhCgARIsAD7QeAhAOBZplcqxYNTFp_5lPhg7ZZwVd32Pu_Qr0pjDemUDCMwsMhenkOAaAjeAEALw_wcB

The World’s Carbon Dioxide Battery is Here and Needs only Steel and Water | Interesting Engineering, Inc. :-

https://interestingengineering.com/innovation/carbon-dioxide-battery-needs-only-steel-and-water

Large Scale CO2 Battery Facility Comes Online in Italy | PV Magazine :-

This Company Wants to Use Carbon Dioxide to Store Renewable Power on the Grid | MIT :-

https://www.technologyreview.com/2022/05/03/1051644/carbon-dioxide-storage-energy-dome/

Researchers Analyze Lithium – CO2 Batteries to Better Understand the Challenges and Prospects | Azom :-

https://www.azom.com/news.aspx?newsID=58780

Studying the Challenges and Prospects of Lithium – Carbon Dioxide Batteries | Techxplore :-

https://techxplore.com/news/2022-04-prospects-lithium-carbon-dioxide-batteries.html

Putting CO2 to Use | IEA :-

https://www.iea.org/reports/putting-co2-to-use

Lithium – Ion Batteries and The Next Generation Battery Documentaries :-

https://goo.gl/photos/ndFuBVGT1z7gemix7

Li – CO2 Batteries & Carbon Dioxide Battery Solutions :-

https://photos.app.goo.gl/HvnprFvbMkTEXNZZ6

- Advertisment -spot_img
- Advertisment -spot_imgspot_img

Featured

- Advertisment -spot_img
Advertismentspot_imgspot_img
spot_imgspot_img