- Advertisment -

COLUMNISTS Energy Key Highlight

MOFs วัสดุโลหะ-สารอินทรีย์ ตอบโจทย์ BCG

วันเสาร์ 13 มกราคม 2567

314

0

314

Metal-Organic Frameworks : The Needs of the BCG Economy

“….ความร่วมมือเชิงกลยุทธ์ระหว่างสถาบันวิจัย สถาบันการศึกษา และผู้มีบทบาทในอุตสาหกรรมกำลังเพิ่มสูงมากขึ้นในการแปลงนวัตกรรม MOFs เหล่านี้ให้เป็นผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ ..”

โครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs คือ กลุ่มของผลึกของแข็งมีรูพรุน Crystalline Porous Solids ที่เป็นสารประกอบซึ่งกอรปขึ้นด้วยกระจุกโลหะ Metal Clusters หรือที่เรียกว่า Secondary-Building Units : SBUs และเชื่อมประสานกับลิแกนด์อินทรีย์ Organic Ligands เพื่อสร้างโครงสร้างหนึ่ง สอง หรือสามมิติ หมายถึง ‘วัสดุโครงข่ายในระดับโมเลกุลที่เกิดจากการสร้างพันธะระหว่างไอออนของโลหะ และสารอินทรีย์ Metal Ions & Organic Substances จนเกิดเป็นโครงสร้างขนาดใหญ่ที่เป็นโครงข่าย Framework ต่อเนื่องไม่สิ้นสุด’ หรือโครงข่ายอนันต์ Infinite Framework .. โดยทั่วไปสารอินทรีย์มักจะเป็นสารที่เป็นโมเลกุลแข็งเกร็ง Rigid Molecule เช่น กรด 1,4-เบนซีนไดคาร์บอกซิลิก Benzenedicarboxylic Acid เป็นต้น ..

Synthesis of MIL-101 MOF / Each Green Octahedron Consists of One Cr Atom in the Center & 6 Oxygen Atoms Red Balls at the Corners | Credit : Wikipedia

พื้นที่ผิวของวัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Surface Areas of Typical Metal-Organic Frameworks : MOFs ทั่วไปอยู่ในช่วง 1,000-10,000 m²/g ซึ่งสามารถที่จะมีมากเกินกว่าพื้นที่ผิวของวัสดุที่มีรูพรุนรูปแบบดั้งเดิม เช่น ซีโอไลต์ Zeolites และคาร์บอน Carbons .. ความพรุนของโครงสร้างผลึกวัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Pores of MOFs มากกว่า 20,000 ประเภทเหล่านี้ ได้รับการจัดลำดับไว้สูงมากอย่างยิ่งด้วย เนื่องจากโครงสร้างผลึก Crystalline Structure ของพวกมัน ..

ทั้งนี้ วัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs มีศักยภาพในการนำไปประยุกต์ใช้ในหลากหลายแนว อาทิเช่น การเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา Catalysis, ระบบการจัดเก็บแก๊ส Gas Storage เช่น การประยุกต์ใช้ในระบบจัดเก็บไฮโดรเจน Hydrogen Storage, การดักจับ และจัดเก็บคาร์บอน Carbon Capture & Storage : CCS และการคัดเลือกโมเลกุล Molecular Selection เป็นต้น .. MOFs นั้น พวกมันปรับแต่งได้ง่าย ทำให้มีการสร้าง ผลิต และสังเคราะห์ MOFs หลากหลายรูปแบบขึ้นที่แตกต่างกันมากกว่า 20,000 รายการ ในห้องปฏิบัติการ ซึ่งปัจจุบัน นักเคมีวัสดุศาสตร์ สามารถประยุกต์ใช้วัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs เหล่านี้ในระดับอุตสาหกรรมได้แล้ว ..

ปัจจุบัน ในกรณีส่วนใหญ่สำหรับวัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs นั้น พวกมัน ได้กลายเป็นวัสดุนาโนขั้นสูง Advanced Nanomaterials ที่สนใจอย่างมากสำหรับการจัดเก็บก๊าซ Gas Storage เช่น ไฮโดรเจน Hydrogen : H₂ และการดักจับ และจัดเก็บคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO₂ Capture & Storage .. การใช้งานที่เป็นไปได้อื่นๆ ของ MOFs ได้แก่ การทำก๊าซให้บริสุทธิ์ Gas Purification, การแยกก๊าซ Gas Separation, การบำบัดน้ำ Water Remediation และใช้ในการเร่งปฏิกิริยา Catalysis ในฐานะตัวนำไฟฟ้าที่เป็นของแข็ง และเป็นตัวเก็บประจุยิ่งยวด Conducting Solids & as Supercapacitors เป็นต้นมาพร้อมด้วย ..

โดยทั่วไปทางเทคนิค ในประเด็นการจัดเก็บไฮโดรเจน Hydrogen Storage นั้น เทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานไฮโดรเจน Hydrogen Energy Storage Technology มีอยู่ 3 รูปแบบหลัก ได้แก่ การบีบอัด Compression, การทำให้เป็นของเหลว Liquefaction และการจัดเก็บในวัสดุดูดซับ Material Based .. ทั้งนี้ การจัดเก็บโดยใช้วัสดุเป็นตัวกลาง Material Based Storage ถือเป็นวิธีการในอุดมคติสำหรับสถานการณ์ที่มีการผลิตไฮโดรเจน ณ สถานที่ที่ใช้กระบวนอิเล็กโทรลิซิส Electrolysis Process จากแหล่งพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy Sources ได้ และการจัดเก็บพวกมันไว้เป็นระยะเวลานานด้วยต้นทุนต่ำ .. อย่างไรก็ตาม การจัดเก็บในวัสดุ Material Based Storage เป็นการผสมผสานประโยชน์ของถังแรงดันต่ำ Low-Pressure Tanks เพื่อการทำงานที่ปลอดภัยพร้อมความสามารถด้านความหนาแน่นของกำลัง Power Density ที่สูงกว่า เนื่องจากทรัพยากรตัวกลางที่เป็นวัสดุของแข็ง Solids รวมทั้งเทคโนโลยีการจัดเก็บประเภทนี้ มีทั้งแบบยั่งยืน และรีไซเคิลได้ Sustainable & Recyclable ..

คาดหมายได้ว่า การจัดเก็บไฮโดรเจนในของแข็ง Hydrogen Storage in Solids ด้วยวัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs กำลังจะได้รับความนิยมเพิ่มขึ้น เนื่องจากมีความยุ่งยากในการจัดการน้อยกว่า เชื่อถือได้ และปลอดภัยกว่า ด้วยราคาต้นทุนที่แข่งขันได้ในตลาดสำหรับอนาคตจากนี้ไปไม่มีข้อสงสัย ..

เทคนิคดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศนั้น ก็เป็นเช่นกัน ปัจจุบันกำลังจะกลายเป็นเรื่องสำคัญยิ่ง .. พวกมันไม่ใช่เรื่องยาก มันมีหลากหลายวิธีการ และแทนที่จะใช้สารตัวทำละลาย การประยุกต์ใช้วัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs ก็เป็นอีกหนึ่งเทคนิคที่ใช้พลังงานน้อยกว่า และคาดหมายว่า ระบบดักจับ และจัดเก็บคาร์บอน Carbon Capture & Storage : CCS System ด้วยวัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs จะมีต้นทุน และค่าใช้จ่ายน้อยกว่าระบบดักจับคาร์บอนแบบเดิมในภาคอุตสาหกรรม Industry Sector มาพร้อมด้วย ..

นอกจากนั้น การดักจับ และจัดเก็บคาร์บอน Carbon Capture & Storage : CCS ด้วยวัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs ในภาคอุตสาหกรรมนั้น ยังถือเป็นหนึ่งในมาตรการสำคัญในการลดสัดส่วนก๊าซเรือนกระจก และนำคาร์บอนไดออกไซด์ CO₂ ไปใช้ประโยชน์ หรือเก็บกักไว้ใต้ดินในรูปแบบของเกลือคาร์บอเนตเพื่อนำมาใช้ภายหลังได้ ทั้งยังสามารถนำคาร์บอนไดออกไซด์ Carbo Dioxide : CO₂ ไปดำเนินการสังเคราะห์รวมกับไฮโดรเจน Hydrogen : H₂ ที่มาจากการแยกน้ำ Water Electrolysis ของพลังงานทางเลือก Renewables ก็จะได้สารไฮโดรคาร์บอน Hydrocarbons แล้วนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงหมุนเวียน Renewable Fuels โดยตรงได้อีกครั้งแล้วครั้งเล่า เป็นต้นอีกด้วย ..

สำหรับประเทศไทยนั้น นักวิจัยนาโนเทค สวทช.ได้เพิ่มมูลค่าค่าขวดพลาสติกธรรมดาให้กลายเป็น “วัสดุนาโนขั้นสูง Advanced Nanomaterials” ด้วยการผลิตวัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ หรือ Metal-Organic Frameworks : MOFs ซึ่งเป็นตัวช่วยดักจับ และกักเก็บ “คาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO₂” ตัวร้ายหลักที่ทำให้โลกร้อน ด้วยการชูประเด็นของกระบวนการเคมีสีเขียว และชุดระบบปฏิกรณ์การไหลแบบต่อเนื่องด้วยระบบ Continuous Flow ปิดประเด็นคอขวดในเรื่องกำลังการผลิต ตอบสนองความต้องการใช้งานด้วยราคาที่แข่งขันได้ในตลาด พร้อมพัฒนาสูตร MOFs ที่หลากหลาย ประยุกต์ใช้ดักจับ และกักเก็บโมเลกุลสารอย่างจำเพาะเจาะจงได้อีกมาก รองรับความต้องการของภาคอุตสาหกรรมขั้นสูง ลดการนำเข้า และตอบโจทย์เศรษฐกิจหมุนเวียน Circular Economy ภายใต้โมเดลเศรษฐกิจ Bio-Circular-Green : BCG Economy โดยการใช้นวัตกรรมใหม่ที่ยั่งยืนไปพร้อมด้วย ..

ดร.ชลิตา รัตนเทวะเนตร จากทีมวิจัยนาโนเทคโนโลยีเพื่อสิ่งแวดล้อม กลุ่มวิจัยวัสดุผสม และการเคลือบนาโน ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีแห่งชาติ หรือ สวทช.ชี้ว่า ขวดน้ำพลาสติกที่ทำมาจากพอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต Polyethylene Terephthalate : PET นั้น นับเป็นขยะที่พบได้จำนวนมากในทุก ๆ วัน ในขณะเดียวกัน ก็สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้หลากหลายรูปแบบ ซึ่งหนึ่งในนั้นคือ การใช้กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยีและนวัตกรรม หรือ วทน.ในการเปลี่ยนขยะขวดพลาสติกเหลือทิ้งให้เป็นวัสดุนาโนมูลค่าสูงอย่างเช่น วัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs มูลค่าสูงจากนี้ไป ..

MOFs / ดร.ชลิตา รัตนเทวะเนตร จากทีมวิจัยนาโนเทคโนโลยีเพื่อสิ่งแวดล้อม สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีแห่งชาติ | Credit : สวทช.

ผลจากการคิดค้น และพัฒนาของนักวิจัยนาโนเทค ทำให้สามารถสังเคราะห์ UiO-66 Crystal Structure ได้ถึง 1 กิโลกรัมต่อชั่วโมง และ MIL-53 Inorganic [M-OH] Chains ที่ประมาณ 20 กิโลกรัมต่อชั่วโมง และยังสามารถประยุกต์ใช้กับ MOFs อื่นๆ ได้ทุกแบบ ..

ทั้งนี้ วัสดุโครงข่ายโลหะ-อินทรีย์ หรือ MOFs นั้น มีขาย แต่ส่วนมากใช้ในงานวิจัย และพัฒนา ในขณะที่ในประเทศไทย ไม่ได้มีคนใช้ เพราะหาซื้อไม่ได้ จึงต้องนำเข้าจากต่างประเทศในราคาแพง ซึ่งเมื่อ 5 ปีที่แล้ว มีเพียงไม่กี่บริษัททั่วโลกที่มี MOFs ขาย แม้ปัจจุบันจะมีผู้จำหน่ายหลายรายมากขึ้น แต่ก็ยังไม่แพร่หลาย ด้วยปัจจัยด้านราคาเป็นหลัก .. ดร.ชลิตาฯ ชี้ว่า MOFs ที่นาโนเทค สวทช.พัฒนาขึ้นนั้น มีต้นทุนที่ถูกกว่ามาก ทำให้สามารถแข่งขันได้ทั้งในเรื่องของประสิทธิภาพ และราคาในตลาด หรือการผลิตเพื่อส่งออก .. ปัจจุบัน เริ่มมีเอกชนรายใหญ่ที่แสดงความสนใจ และติดต่อเข้ามาแล้วโดยเฉพาะเรื่องของการดูดซับ ดักจับ และจัดเก็บก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ CO₂ Capture & Storage ในภาคอุตสาหกรรม และระบบการจัดเก็บไฮโดรเจน Hydrogen : H₂ Storage ซึ่งตัว MOFs ที่นาโนเทค สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีแห่งชาติ หรือ สวทช.ผลิตขึ้นได้นั้น มีหลากหลายรูปแบบ หลากหลายการใช้งาน ถือเป็นโอกาสที่จะต่อยอดทางธุรกิจสำหรับอนาคตระบบเศรษฐกิจ และสังคมของประเทศไทยได้อย่างยอดเยี่ยมจากนี้ไป ..

การประยุกต์ใช้วัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs สำหรับการจัดเก็บไฮโดรเจน Hydrogen Storage ..

การจัดเก็บไฮโดรเจนในของแข็ง Hydrogen Storage in Solids อาจทำให้สามารถจัดเก็บไฮโดรเจนในปริมาณมากขึ้นได้ด้วยปริมาตรที่น้อยกว่าที่ความดันต่ำ และที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับอุณหภูมิห้อง .. นอกจากนี้ยังสามารถบรรลุความหนาแน่นในการจัดเก็บเชิงปริมาตรที่มากกว่าไฮโดรเจนเหลว Liquid Hydrogen เนื่องจากโมเลกุลไฮโดรเจนถูกแยกออกเป็นไฮโดรเจนอะตอมภายในโครงสร้างโครงข่ายโลหะ-อินทรีย์ หรือ Metal-Organic Frameworks : MOFs Structure ..

ตามที่กล่าวถึงไปแล้วว่า เทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานไฮโดรเจน Hydrogen Energy Storage Technology มี 3 รูปแบบหลัก ได้แก่ การบีบอัด Compression, การทำให้เป็นของเหลว Liquefaction และการจัดเก็บในวัสดุดูดซับ Material Based .. ทั้งนี้ การจัดเก็บโดยใช้วัสดุเป็นตัวกลาง Material Based Storage ถือเป็นวิธีการในอุดมคติสำหรับสถานการณ์การผลิต และใช้งาน ณ ความดันปกติ รวมทั้งอุณหภูมิที่ใกล้เคียงอุณหภูมิห้อง และกรณีที่พื้นที่จัดเก็บนั้น มีจำกัด เช่น บนยานยนต์ เป็นต้น ..

ด้วยความเป็นจริงที่ว่า โมเลกุลไฮโดรเจน Molecular hydrogen มีพลังงานจำเพาะ Specific Energy สูงที่สุดในบรรดาเชื้อเพลิงใดๆ .. อย่างไรก็ตาม เว้นแต่ก๊าซไฮโดรเจน Hydrogen : H₂ Gas จะถูกบีบอัด ความหนาแน่นของพลังงานตามปริมาตร Volumetric Energy Density จะต่ำมาก หมายถึง ก๊าซไฮโดรเจน Hydrogen Gas มวลเพียง 1 กิโลกรัม อาจมีปริมาตรมากกว่ารถบรรทุก 18 ล้อด้วยซ้ำไป .. ดังนั้น การขนส่ง และการจัดเก็บไฮโดรเจน Transportation & Storage of Hydrogen จึงต้องการพลังงานเข้มข้นอีกจำนวนหนึ่งเพื่อใช้ในกระบวนการบีบอัด และ/หรือ การทำให้เป็นของเหลว Compression/Liquefaction Processes ..

ด้วยเหตุนี้ การพัฒนาวิธีการจัดเก็บไฮโดรเจนแบบใหม่ซึ่งจะลดความดันที่จำเป็นลงสำหรับปริมาตร และความหนาแน่นของพลังงานที่เพียงพอ เหมาะสม ไม่ยุ่งยาก จึงกลายเป็นหัวข้อวิจัยที่น่าตื่นเต้น .. ทั้งนี้ วัสดุโครงข่ายโลหะ – อินทรีย์ หรือ MOFs ได้ดึงดูดความสนใจของนักวิจัยทั่วโลกในฐานะผงวัสดุของแข็งสำหรับกักเก็บไฮโดรเจนแบบดูดซับ Materials for Adsorptive Hydrogen Storage ที่ยอดเยี่ยม เนื่องจากมีพื้นที่ผิวจำเพาะสูง High Specific Surface Areas และอัตราส่วนพื้นผิวต่อปริมาตรสูง High Surface to Volume Ratios รวมถึงโครงสร้างที่ปรับแต่งทางเคมีได้ Chemically Tunable Structures ..

เมื่อเปรียบเทียบกับถังแก๊สเปล่าแล้ว พบว่า ถังแก๊สที่ใส่ผงผลึกวัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ หรือ MOF-Filled Gas Cylinder สามารถจัดเก็บไฮโดรเจนได้มากขึ้น Store More Hydrogen ณ ความดันที่กำหนด เนื่องจากโมเลกุลไฮโดรเจน Hydrogen Molecules ถูกดูดซับไปที่พื้นผิวของ MOFs .. นอกจากนี้ MOFs ยังไม่มีปริมาตรตายตัว ดังนั้น จึงแทบไม่มีการสูญเสียพื้นที่จัดเก็บ ความจุ Storage Capacity อันเป็นผลมาจากการปิดกั้นพื้นที่โดยปริมาตรที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ .. นอกจากนี้ เนื่องจากการดูดซึมไฮโดรเจน Hydrogen Uptake ขึ้นอยู่กับการดูดซับทางกายภาพเป็นหลัก Primarily on Physisorption ..

MOFs จำนวนมาก จึงมีพฤติกรรมการดูดซึม และการปล่อยคายก๊าซไฮโดรเจนแบบย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์ Fully Reversible Uptake-and-Release Behavior .. ไม่จำเป็นต้องมีการกระตุ้นขนาดใหญ่เมื่อทำการปลดปล่อยไฮโดรเจนที่ถูกดูดซับ .. ความจุของ MOFs ถูกจำกัดโดยความหนาแน่นของเฟสสถานะของเหลวของไฮโดรเจน Liquid-Phase Density of Hydrogen เนื่องจากประโยชน์ของ MOFs จะได้รับก็ต่อเมื่อไฮโดรเจน Hydrogen : H₂ อยู่ในสถานะก๊าซ Gaseous State ..

ระดับที่ก๊าซสามารถดูดซับไปที่พื้นผิวของ MOFs ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ และความดันของก๊าซ Temperature & Pressure of the Gas .. โดยทั่วไป การดูดซับจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่ลดลง และความดันที่เพิ่มขึ้น จนกว่าจะถึงค่าสูงสุด โดยทั่วไป คือ 20-30 บาร์ หลังจากนั้น ความสามารถในการดูดซับลดลง .. อย่างไรก็ตาม MOFs ที่จะใช้สำหรับจัดเก็บไฮโดรเจนในยานยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน Hydrogen Storage in Automotive Fuel Cell Cars จำเป็นต้องทำงานอย่างมีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิแวดล้อม และค่าของความดันระหว่าง 1-100 บาร์ เนื่องจากถือเป็นค่าที่ปลอดภัยสำหรับการใช้งานบนยานยนต์ในท้องถนน ..

MOFs / Schematic of MOF-Related Materials for Renewable Energy | Credit : American Association for the Advancement of Science

กระทรวงพลังงานของสหรัฐฯ United States Department of Energy : DOE ได้เผยแพร่รายการเป้าหมายระบบทางเทคนิครายปีสำหรับการจัดเก็บไฮโดรเจน Hydrogen Storage บนรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน Hydrogen Fuel Cell Vehicles และรถยนต์ไฮโดรเจนเครื่องยนต์เผาไหม้ภายใน Hydrogen ICE Cars ซึ่งแสดงความต้องการเป็น % Weight to g/L มาตั้งแต่ปี 2560 นั้น กำหนดไว้ให้อยู่ที่ 5.5 wt %/40 g L^-1-7.5 wt %/70 g L^-1 .. วัสดุที่มีความพรุนสูง และพื้นที่ผิวสูง เช่น วัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks: MOFs ได้รับการออกแบบ และสังเคราะห์ขึ้นเพื่อให้บรรลุเป้าหมายเหล่านี้ .. วัสดุดูดซับเหล่านี้ โดยทั่วไป ทำงานผ่านการดูดซับทางกายภาพมากกว่าการดูดซับทางเคมี เนื่องจาก ช่องว่าง HOMO-LUMO ขนาดใหญ่ และระดับพลังงาน HOMO ต่ำของโมเลกุลไฮโดรเจน Molecular Hydrogen ..

วัสดุมาตรฐานที่เหมาะสมสำหรับสิ่งนี้ คือ MOF-177 ซึ่งพบว่า กักเก็บไฮโดรเจนไว้ได้ อยู่ที่ 7.5 wt % โดยมีความจุปริมาตร 32 g L^-1 ที่อุณหภูมิ 77 ^oK และความดัน 70 บาร์ .. ทั้งนี้ วัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ MOF-177 นี้ ประกอบขึ้นด้วยคลัสเตอร์ [Zn4O]6+ ที่เชื่อมต่อกันด้วยตัวเชื่อมโยงอินทรีย์สาร 1,3,5 – Benzenetribenzoate และมีพื้นที่ผิว BET Surface Area ที่วัดได้ อยู่ที่ 4,630 m² g^-1 .. วัสดุ MOFs ตัวอย่างอีกชนิดหนึ่ง คือ PCN-61 ซึ่งดูดซับไฮโดรเจนได้ อยู่ที่ 6.24 wt % และ 42.5 g L^-1 ที่ความดัน 35 bar และอุณหภูมิ 77 ^oK และ 2.25 wt % ที่ความดันบรรยากาศ .. PCN-61 ประกอบด้วย [Cu2]4+ เชื่อมโยงอินทรีย์สาร และมีพื้นที่ผิว BET Surface Area ที่วัดได้ อยู่ที่ 3,000 m² g^-1 เป็นต้น ..

ระบบจัดเก็บไฮโดรเจน Hydrogen Storage ด้วยการการประยุกต์ใช้วัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs คือ ทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับระบบจัดเก็บไฮโดรเจนในภาคอุตสาหกรรม Hydrogen Storage Option for Industry ที่ปลอดภัยมาพร้อมด้วย ..

ก๊าซไฮโดรเจน Hydrogen : H₂ Gas นั้นเบาอย่างยิ่ง จึงมีความหนาแน่นพลังงานเชิงปริมาตรต่ำ Low Volumetric Energy Density ทำให้ต้องทำให้ปริมาตรของพวกมันลดลงเพื่อการจัดเก็บ การขนส่ง และการดำเนินงานที่เกี่ยวข้องซึ่งมีความซับซ้อน และราคาแพง .. แต่หากเราสามารถจัดเก็บไฮโดรเจนไว้เป็นของแข็งในราคาถูกได้ จะส่งผลให้การจัดเก็บไฮโดรเจน Hydrogen Storage ไม่มีปัญหาอีกต่อไป .. ข้อดีอีกประการหนึ่งเหนือระบบจัดเก็บก๊าซไฮโดรเจนความดันสูง Compressed Hydrogen Gas และไฮโดรเจนเหลว Liquid Hydrogen คือ ไฮโดรเจน Hydrogen : H₂ จะถูกเกาะจับกับวัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs และไม่สามารถหลุดรอดออกไป หรือเกิดการจุดระเบิดขึ้นได้ ..

นอกจากนี้ การจัดเก็บไฮโดรเจนในผงผลึกโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ The Storage of Hydrogen in MOFs ช่วยให้สามารถจัดเก็บไฮโดรเจนไว้โดยปราศจากการสูญเสียใดๆ ได้อย่างยาวนานมาก รวมทั้งมีน้ำหนักเบากว่าการจัดเก็บไฮโดรเจนที่ใช้เมทัลไฮไดรด์ Storage of Hydrogen in Metal Hydrides อีกด้วย .. ดังนั้น วัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs จึงกลายเป็นทางเลือกที่คุ้มค่าสำหรับแทนที่วิธีการจัดเก็บไฮโดรเจนรูปแบบเดิม Conventional Hydrogen Storage และได้ถูกนำมาทดลองใช้งานในภาคการขนส่ง และภาคอุตสาหกรรมบ้างแล้ว ..

การประยุกต์ใช้วัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs สำหรับการดักจับ และกักเก็บคาร์บอน Carbon Capture & Storage : CCS ..

MOFs ย่อมาจาก Metal-Organic Frameworks หมายถึง วัสดุผลึก Crystalline Materials ที่ประกอบด้วยไอออนของโลหะ หรือกลุ่ม Metal Ions or Clusters ที่เชื่อมต่อกันด้วยโมเลกุลอินทรีย์ Organic Molecules ทำให้เกิดโครงสร้างที่มีรูพรุนระดับนาโน Structure with Nanoscale Pores .. รูพรุน Pores เหล่านี้ ทำหน้าที่เป็นตัวดักจับโมเลกุล Molecular Traps ซึ่งสามารถดักจับก๊าซแบบเฉพาะเจาะจง รวมถึงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO₂ ได้ .. จินตนาการ MOFs ว่าเป็นฟองน้ำไฮเทค High-Tech Sponges ซึ่งแต่ละชิ้นมีโครงสร้างเฉพาะตัวที่ออกแบบมาเพื่อดักจับก๊าซจำเพาะด้วยประสิทธิภาพที่โดดเด่น Capture Specific Gases with Remarkable Efficiency ..

ขนาดรูพรุนที่เล็กจิ๋ว และปรับได้ของ MOFs มีแนวโน้มว่าจะเป็นตัวดูดซับในการดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ Adsorbent to Capture CO₂ ได้อย่างยอดเยี่ยม .. วัสดุโครงข่ายโลหะ – สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs สามารถเป็นทางเลือกที่มีประสิทธิภาพมากกว่าแทนที่วิธีการที่ใช้ตัวทำละลายเอมีน Amine Solvent-Based Methods แบบดั้งเดิม ในการดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO₂ จากโรงไฟฟ้าถ่านหิน Coal-Fired Power Plants ..

MOFs for CCS / Crystal Structure of UiO-66 / (a) Six-Center Octahedral Zirconium Oxide Unit and (b) FCC Structural Unit | Credit : ResearchGate

วัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs สามารถนำไปใช้ในแต่ละรูปแบบหลักในการดักจับคาร์บอน 3 รูปแบบสำหรับโรงไฟฟ้าที่ใช้ถ่านหิน Coal-Fired Power Plants ได้แก่ ก่อนการเผาไหม้ Pre-Combustion, หลังการเผาไหม้ Post-Combustion และการเผาไหม้ด้วยออกซิเจน Oxy-Combustion .. รูปแบบหลังการเผาไหม้ Post-Combustion Configuration เป็นเพียงรูปแบบเดียวที่สามารถติดตั้งเพิ่มเติมกับโรงงานที่มีอยู่ได้ ซึ่งดึงดูดความสนใจ และการวิจัยมากที่สุด .. ก๊าซไอเสีย Flue Gas จะถูกป้อนผ่าน MOFs ในการตั้งค่าเครื่องปฏิกรณ์แบบ Packed-Bed Reactor .. ก๊าซไอเสีย Flue Gas โดยทั่วไปจะมีอุณหภูมิ 40-60°C โดยมีความดันบางส่วนของ CO₂ อยู่ที่ 0.13-0.16 บาร์ .. CO₂ สามารถจับกับพื้นผิวของวัสดุโครงข่ายโลหะ – สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks: MOFs ผ่านการดูดซับทางกายภาพผ่านปฏิกิริยาของ Van der Waals Interactions หรือการดูดซับทางเคมี ผ่านการสร้างพันธะโควาเลนต์ Chemisorption Via Covalent Bond Formation ..

เมื่อ MOFs อิ่มตัว CO₂ จะถูกแยกออกจาก MOFs ผ่านการแกว่งของอุณหภูมิ Temperature Swing หรือการแกว่งของแรงดัน Pressure Swing .. กระบวนการนี้ เรียกว่า Regeneration .. ในกรณีการแกว่งของอุณหภูมิ Temperature Swing Regeneration นั้น MOFs จะถูกให้ความร้อนจนกระทั่ง CO₂ ถูกดูดซับจัดเก็บ และเพื่อให้บรรลุ ความสามารถในการทำงานเทียบเท่ากับกระบวนการเอมีน Amine Process โดย MOFs จะต้องได้รับความร้อนประมาณ 200°C ทั้งนี้ ในการแกว่งของแรงดัน Pressure Swing นั้น ความดันจะลดลงจนกว่า CO₂ จะถูกดูดซับจัดเก็บ ..

คุณสมบัติ MOFs ที่เกี่ยวข้องอีกประการหนึ่ง คือ ความจุความร้อนต่ำ Low Heat Capacities .. สารละลายโมโนเอทาโนลามีน Monoethanolamine: MEA ซึ่งเป็นวิธีการดักจับชั้นนำ มีความจุความร้อนระหว่าง 3-4 J/(g⋅K) เนื่องจากส่วนใหญ่เป็นน้ำ .. ความจุความร้อนสูงนี้มีส่วนช่วยลดค่าพลังงานในขั้นตอนการสร้างตัวทำละเลยใหม่ กล่าวคือ เมื่อ CO₂ ที่ถูกดูดซับจะถูกกำจัดออกจากสารละลาย Monoethanolamine : MEA .. ทั้งนี้ MOF-177 เป็นหนึ่งใน MOFs ประเภทที่ได้รับการออกแบบมาเพื่อดักจับ CO₂ โดยเฉพาะ มีความจุความร้อน 0.5 J/(g⋅K) ที่อุณหภูมิแวดล้อม ..

วัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs ดูดซับ 90% ของ CO₂ โดยใช้กระบวนการแกว่งแรงดันสุญญากาศ Vacuum Pressure Swing Process .. MOFs โดยทั่วไปมีความสามารถในการโหลดจัดเก็บ CO₂ อยู่ที่ 21.7 wt % .. เมื่อนำไปติดตั้งใช้งานกับโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ ต้นทุนพลังงานจะเพิ่มขึ้น 65% ในขณะที่ หากใช้ระบบที่ใช้เอมีนพื้นฐานตามมาตรฐานสหรัฐฯ หรือ U.S. NETL Baseline Amine-Based System รูปแบบเดิม จะทำให้ต้นทุนพลังงานเพิ่มขึ้น 81% .. ต้นทุนการดักจับ CO₂ ด้วย MOFs เช่น MOF-117 เป็นต้นนั้น จะอยู่ที่ 57 เหรียญสหรัฐฯ/ตัน ในขณะที่ระบบเอมีนตัวทำละลาย Amine System จะมีต้นทุน อยู่ที่ประมาณ 72 เหรียญสหรัฐฯ/ตัน ..

หมายถึง การประยุกต์ใช้วัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs สำหรับการดักจับ และกักเก็บคาร์บอน Carbon Capture & Storage : CCS นั้น ถูกกว่า และใช้พลังงานน้อยกว่ามากเมื่อเทียบกับวิธีการที่ใช้ตัวทำละลายเอมีน Amine Solvent-Based Methods แบบดั้งเดิม ซึ่งในอัตรานี้ พบว่า เงินทุนที่ต้องใช้ในการดำเนินโครงการติดตั้งระบบการดูดซับดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ Adsorbent to Capture CO₂ ดังกล่าวสำหรับโรงไฟฟ้าขนาด 580 MW ด้วยวัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs นั้น คาดหมายว่าจะอยู่ที่ 354 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ..

ทั้งนี้ วัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs มีข้อได้เปรียบเหนือวัสดุ และวิธีการดักจับคาร์บอนแบบดั้งเดิมหลายประการ Traditional Carbon Capture Materials & Methods .. ความพรุน Exceptional Porosity, ความสามารถในการปรับแต่ง Tunability และความสามารถในการดูดซับก๊าซแบบเลือกสรร Capacity for Selective Gas Adsorption ที่ยอดเยี่ยม ทำให้มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษ .. MOFs มีความหลากหลาย และปรับเปลี่ยนได้ เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลายในอุตสาหกรรมต่างๆ .. ศักยภาพของพวกมันในการลดความต้องการพลังงานสำหรับการดักจับคาร์บอน และลดต้นทุนได้ ได้ดึงดูดความสนใจของนักวิจัย Researchers, วิศวกร Engineers และผู้กำหนดนโยบาย Policymakers เป็นอย่างมากในฐานะหนึ่งในมาตรการสำคัญเพื่อต่อสู้กับวิกฤติสภาพอากาศสำหรับอนาคตจากนี้ไป ..

คาดการณ์ตลาดวัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ทั่วโลก Global Metal-Organic Frameworks: MOFs Market ..

อ้างถึงข้อมูลตรวจสอบตลาดของ Coherent Market Insights พบว่า ขนาดธุรกิจในตลาดวัสดุโครงข่ายโลหะ – สารอินทรีย์ทั่วโลก Global Metal-Organic Frameworks : MOFs Market คาดว่าจะสูงถึง 1,398.5 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ภายในปี 2573 จาก 640.6 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2566 .. ทั้งนี้ คาดหมายว่า อัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี Compound Annual Growth Rate : CAGR หมายถึง อัตราผลตอบแทนสำหรับการลงทุนในตลาดวัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ทั่วโลก Global Metal-Organic Frameworks : MOFs Market ที่เติบโตจากยอดดุลเริ่มต้นไปถึงยังยอดดุลสิ้นสุดรวมสมมติฐานว่ากำไรจะถูกนำกลับมาลงทุนหมุนเวียนใหม่ทุกสิ้นปีของช่วงอายุการลงทุน อยู่ที่ค่า CAGR 11.8% ในช่วงระยะเวลาคาดการณ์ ปี 2566-2573 ..

Global Metal Organic Framework Market | Credit : Coherent Market Insights

อเมริกาเหนือ North America คาดว่าจะเป็นตลาดที่ใหญ่ที่สุดสำหรับวัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ทั่วโลก Global Metal-Organic Frameworks : MOFs ในช่วงระยะเวลาคาดการณ์ ซึ่งคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 32.1% ของส่วนแบ่งตลาดในปี 2566 ที่ผ่านมา .. การเติบโตของตลาดในอเมริกาเหนือ Growth of the Market in North America มีสาเหตุมาจากการเพิ่มการผลิต Shale Gas Production จากชั้นหิน และการใช้ MOFs ที่เพิ่มมากขึ้น สำหรับการใช้งานในการจัดเก็บ และแยกก๊าซ Gas Storage & Separation Applications ..

ภูมิภาคเอเชียแปซิฟิก Asia Pacific คาดว่าจะเป็นตลาดที่ใหญ่เป็นอันดับ 2 สำหรับวัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ทั่วโลก Global Metal-Organic Frameworks : MOFs ในช่วงระยะเวลาคาดการณ์ โดยปีก่อนหน้านี้ มีสัดส่วนมากกว่า 38.5% ของส่วนแบ่งตลาดในปี 2566 .. การเติบโตของตลาด Growth of the Market มีสาเหตุมาจากอุตสาหกรรมเคมีภัณฑ์ และการดูแลสุขภาพ Chemical & Healthcare Industries ที่เติบโตอย่างรวดเร็วในภูมิภาค ..

ยุโรป Europe คาดว่าจะเป็นตลาดที่เติบโตเร็วที่สุดสำหรับวัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ทั่วโลก Global Metal-Organic Frameworks : MOFs โดยมีอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี อยู่ที่ค่า CAGR มากกว่า 16.2% ในช่วงระยะเวลาคาดการณ์ .. การเติบโตของตลาดในยุโรป Growth of the Market เป็นผลมาจากกิจกรรมการวิจัย และพัฒนา R&D Activities ที่เพิ่มขึ้น รวมทั้งการลงทุนที่สูงขึ้นมากสำหรับการพัฒนาโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ขั้นสูง Investments in Developing Advanced MOF Materials ..

ความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับเทคโนโลยีการจัดเก็บ และแยกก๊าซที่มีประสิทธิภาพ และประหยัดพลังงาน Energy-Efficient Gas Storage & Separation Technologies กำลังผลักดันการเติบโตของตลาดวัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ทั่วโลก Global Metal-Organic Frameworks : MOFs .. MOFs มีความพรุน และพื้นที่ผิวสูงเป็นพิเศษ ซึ่งให้การดูดซับก๊าซ และความสามารถในการกักเก็บที่เหนือชั้นกว่า Superior Gas Adsorption & Storage Capacity เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุแบบดั้งเดิม Traditional Materials เช่น ถ่านกัมมันต์ Carbon และซีโอไลต์ Zeolites ..

อุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมน้ำมัน และก๊าซ เคมีภัณฑ์ และอุตสาหกรรมพลังงานหมุนเวียน พึ่งพาเทคโนโลยีการแยกก๊าซ และการทำให้บริสุทธิ์ Gas Separation & Purification Technologies เป็นอย่างมาก .. MOFs สามารถเลือกดูดซับก๊าซ เช่น ไฮโดรเจน Hydrogen : H₂, มีเทน Methane : CH₄ และคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO₂ ได้อย่างยอดเยี่ยม ทำให้การแยก และการทำให้บริสุทธิ์ Making Separation & Purification มีประสิทธิภาพมากขึ้น ตัวอย่างเช่น วัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ทั่วโลก Global Metal-Organic Frameworks : MOFs กำลังถูกใช้สำหรับการจัดเก็บไฮโดรเจนบนยานพาหนะ Onboard Vehicular Hydrogen Storage และการจัดเก็บก๊าซธรรมชาติธรรมชาติ Natural Gas Storage .. ความจำเป็นเร่งด่วนในการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอน Reducing Carbon Emissions และการเปลี่ยนไปใช้พลังงานสะอาด Transition to Clean Energy ยังช่วยเพิ่มความต้องการเทคโนโลยีดักจับคาร์บอน Carbon Capture Technologies ที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งวัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs ได้แสดงให้เห็นถึงสัญญาณที่ยอดเยี่ยมชัดเจนสำหรับอนาคตเศรษฐกิจพลังงานสะอาด Future Clean Energy Economy จากนี้ไป ..

สรุปส่งท้าย ..

วัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs คือ วัสดุนาโน Nanomaterials ชนิดหนึ่งที่มีสมบัติน่าสนใจหลายอย่าง อาทิ มีพื้นที่ผิวมาก มีความพรุนสูง มีความหนาแน่นต่ำ และทนอุณหภูมิที่สูงมาก นอกจากนี้ ยังมีความสามารถที่น่าสนใจอย่างการคัดเลือกโมเลกุลที่ต้องการออกจากโมเลกุลอื่น มีการนำไปใช้กับตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีที่จำเพาะกับรูปร่างและโครงสร้างของสารเคมีนั้นๆ ทำให้สามารถใช้เป็นสารดูดซับ หรือตัวกรองได้ ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของ MOFs แต่ละรูปแบบ ..

MOFs เป็นผลึกสารเชิงซ้อนที่ประกอบไปด้วยไอออน หรือกระจุกของโลหะ Metal Ions or Clusters ที่ซิงโครไนซ์กับลิแกนด์อินทรีย์สาร Organic Ligands เพื่อพัฒนาโครงสร้างผลึกหลายมิติ .. MOFs มักถูกอธิบายว่าเทียบเท่ากับการสังเคราะห์ของซีโอไลต์ Zeolites .. ซีโอไลต์ คือ ผลึกอะลูมิโนซิลิเกตที่มีรูพรุนขนาดเล็ก Microporous Aluminosilicate Crystals ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ซึ่งใช้ในการเร่งปฏิกิริยา Catalysis .. ทั้งซีโอไลต์ Zeolites และวัสดุโครงข่ายโลหะ – สารอินทรีย์ Metal – Organic Frameworks: MOFs ต่างก็มีรูพรุนสูง และโดยปกติแล้วจะมีรูพรุนมากกว่า 50 % ของปริมาตรผลึกทั้งหมด ..

อย่างไรก็ตาม โครงสร้างของวัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs สามารถออกแบบผลิตขึ้นมาใช้งานเฉพาะต่างๆ ได้ ซึ่งแตกต่างจากซีโอไลต์ Zeolites .. เทคนิคแบบ Building Block สามารถใช้เพื่อเชื่อมต่อลิแกนด์อินทรีย์ และไอออนโลหะส่วนกลาง เพื่อให้เกิดการผลิตสังเคราะห์ MOFs ด้วยคุณภาพของ MOFs ที่ปรับแต่งได้ง่าย ทำให้มีการสร้าง ผลิต และสังเคราะห์ MOFs หลากหลายรูปแบบขึ้นที่แตกต่างกันมากกว่า 20,000 รายการ ..

ทั้งนี้ ด้วยความสามารถในการปรับแต่งได้ และความพรุนสูง ดังนั้น วัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs จึงสามารถนำมาใช้ในการใช้งานต่าง ๆ ได้ เช่น การดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ Capture of Carbon Dioxide : CO₂ , การจัดเก็บไฮโดรเจน Hydrogen : H₂ และมีเทน Methane : CH₄ เพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิง และการเร่งปฏิกิริยา Catalysis ..

ดร.ชลิตา รัตนเทวะเนตร จากทีมวิจัยนาโนเทคโนโลยีเพื่อสิ่งแวดล้อม กลุ่มวิจัยวัสดุผสม และการเคลือบนาโน ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีแห่งชาติ หรือ สวทช.ชี้ว่า ขวดน้ำพลาสติกที่ทำมาจากพอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต Polyethylene Terephthalate : PET นั้น นับเป็นขยะที่พบได้จำนวนมากในทุก ๆ วัน ในขณะเดียวกัน ก็สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้หลากหลายรูปแบบ ซึ่งหนึ่งในนั้นคือ การใช้กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยีและนวัตกรรม หรือ วทน.ในการเปลี่ยนขยะขวดพลาสติกเหลือทิ้งให้เป็นวัสดุนาโนมูลค่าสูงอย่างเช่น วัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs มูลค่าสูงจากนี้ไป ..

ทั้งนี้ ด้วยการที่ วัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs คือ วัสดุลูกผสม Hybrid Materials ที่ประกอบไปด้วย ส่วนที่เป็นโลหะ Metals และอินทรีย์สาร Organic Substances .. ทีมวิจัยไทย จึงมองเห็นโอกาสในการพัฒนากระบวนการย่อยพอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต Polyethylene Terephthalate : PET จากขวดพลาสติกมาแทนที่ส่วนประกอบที่เป็นสารอินทรีย์ หรือออร์แกนิค ลิแกนด์ Organics Ligand ซึ่งเป็นสารตั้งต้น พร้อมพัฒนาสูตร และกระบวนการในการสังเคราะห์ MOFs นำร่อง ชนิด UiO-66 จากโลหะเซอร์โคเนียม Zirconium : ₄₀Zr และ MIL-53 จากโลหะอลูมิเนียม Aluminum : ₁₃Al ด้วยแนวคิดเคมีสีเขียว Green Chemistry โดย MOFs ดังกล่าว มีสมบัติในการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ หรือ CO₂ ได้เป็นอย่างดีด้วยพลังงานที่น้อยกว่าการใช้สารทำละลายรูปแบบเดิม ..

ผลจากการคิดค้น และพัฒนาของนักวิจัยนาโนเทค ทำให้สามารถสังเคราะห์ UiO-66 Crystal Structure ได้ถึง 1 กิโลกรัมต่อชั่วโมง และ MIL-53 Inorganic [M-OH] Chains ที่ประมาณ 20 กิโลกรัมต่อชั่วโมง และยังสามารถประยุกต์ใช้กับ MOFs อื่นๆ ได้ทุกแบบ ..

ทั้งนี้ วัสดุโครงข่ายโลหะ-อินทรีย์ หรือ MOFs นั้น มีขาย แต่ส่วนมากใช้ในงานวิจัย และพัฒนา ในขณะที่ในประเทศไทย ไม่ได้มีคนใช้ เพราะหาซื้อไม่ได้ จึงต้องนำเข้าจากต่างประเทศในราคาแพง ซึ่งเมื่อ 5 ปีที่แล้ว มีเพียงไม่กี่บริษัททั่วโลกที่มี MOFs ขาย แม้ปัจจุบันจะมีผู้จำหน่ายหลายรายมากขึ้น แต่ก็ยังไม่แพร่หลาย ด้วยปัจจัยด้านราคาเป็นหลัก .. ดร.ชลิตาฯ จากทีมวิจัยนาโนเทคโนโลยีเพื่อสิ่งแวดล้อม ชี้ว่า MOFs ที่นาโนเทค สวทช.พัฒนาขึ้นนั้น มีต้นทุนที่ถูกกว่ามาก ทำให้สามารถแข่งขันได้ทั้งในเรื่องของประสิทธิภาพ และราคาในตลาด หรือการผลิตเพื่อส่งออก .. ปัจจุบัน เริ่มมีเอกชนรายใหญ่ที่แสดงความสนใจ และติดต่อเข้ามาแล้วโดยเฉพาะเรื่องของการดูดซับ ดักจับ และจัดเก็บก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO₂ Capture & Storage ในภาคอุตสาหกรรม และระบบการจัดเก็บไฮโดรเจน Hydrogen : H₂ Storage ซึ่งตัว MOFs ที่นาโนเทค สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีแห่งชาติ หรือ สวทช.ผลิตขึ้นได้นั้น มีหลากหลายรูปแบบ หลากหลายการใช้งาน ถือเป็นโอกาสที่จะต่อยอดทางธุรกิจสำหรับอนาคตระบบเศรษฐกิจ และสังคมของประเทศไทยได้อย่างยอดเยี่ยมจากนี้ไป ..

MOFs / ดร.ชลิตา รัตนเทวะเนตร นักวิจัย สวทช.ตรวจเช็คระบบ Continuous Flow ในการผลิต MOFs | Credit : สวทช.

ปัจจุบัน ดร.ชลิตา รัตนเทวะเนตร เผยว่า ได้จดทรัพย์สินทางปัญญา 2 สิทธิบัตร คือ การสังเคราะห์ UiO-66 และ MIL-53 ซึ่งทีมวิจัยนาโนเทค สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีแห่งชาติ หรือ สวทช. ได้พัฒนา และผลิตขึ้นเอง โดยมีความพร้อมสำหรับความร่วมมือในด้านต่างๆ ทั้งการผลิต MOFs, การจ้างวิจัยเพื่อพัฒนาสูตรเฉพาะ รวมถึงการรับถ่ายทอดเทคโนโลยีอีกด้วย ..

นอกจากนี้ นักวิจัยนาโนเทค สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีแห่งชาติ หรือ สวทช. ยังมีแผนงานที่จะนำไปประยุกต์ใช้เพื่อเปลี่ยนของเหลือทิ้งจากกระบวนการผลิต Waste ในอุตสาหกรรมต่างๆ ที่มีความเป็นไปได้มาสังเคราะห์ให้เป็น MOFs ที่มีมูลค่าสูงได้อีกด้วย ..

ดร.ชลิตา รัตนเทวะเนตร ชี้ให้เห็นชัดเจนอีกด้วยว่า จากขวดพลาสติกราคาหลักบาท เมื่อผ่านกระบวนการย่อยเป็นสารตั้งต้น สามารถเพิ่มมูลค่าให้เป็นหลักร้อย และเมื่อใช้ วทน.เปลี่ยนเป็น MOFs สามารถเพิ่มมูลค่าได้เป็นหลักล้าน แม้กระบวนการนี้จะใช้ขวดพลาสติกจำนวนไม่มากนัก ช่วยลดขยะได้บ้าง แต่สร้างวัสดุนาโนขั้นสูง Advance Nanomaterials ที่เพิ่มมูลค่าได้สูงมาก และสามารถขยายกำลังการผลิตได้ เป็นตลาด Blue Ocean ที่ตอบโจทย์เศรษฐกิจหมุนเวียน Circular Economy ภายใต้โมเดลเศรษฐกิจ BCG Model ทั้งนี้เพื่อให้การผลิตวัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs ต้นทุนต่ำ มูลค่าสูงที่หลากหลาย เกิดขึ้นได้ในประเทศ ซึ่งจะส่งผลให้การพัฒนาเศรษฐกิจ และสังคมสำหรับอนาคตของประเทศไทย ด้วยวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยีและนวัตกรรม หรือ วทน.นั้น เป็นไปได้อย่างมั่งคง มั่งคั่ง และยั่งยืนจากนี้ไปให้สำเร็จได้ในที่สุด ..

ปัจจุบัน การลงทุน รวมทั้งกิจกรรมการวิจัย และพัฒนาวัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs เพิ่มขึ้นทั่วโลกอย่างมีนัยสำคัญ .. มีการลงทุนที่สำคัญจากผู้เล่นทั้งภาครัฐ และเอกชนเพื่อพัฒนาการวิจัย MOFs และพัฒนาพื้นที่การใช้งานใหม่ ๆ ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภูมิภาคที่พัฒนาแล้ว เช่น อเมริกาเหนือ และยุโรป .. บริษัทเคมีภัณฑ์ วัสดุ และพลังงานขนาดใหญ่ยังได้ลงทุนอย่างมากในการวิจัย และพัฒนาภายในองค์กรเกี่ยวกับการผลิต MOFs ในระดับอุตสาหกรรม และการใช้งานเชิงพาณิชย์ ..

ความร่วมมือเชิงกลยุทธ์ระหว่างสถาบันวิจัย สถาบันการศึกษา และผู้มีบทบาทในอุตสาหกรรม Strategic Partnerships Between Academic & Research Institutes & Industry Players กำลังเพิ่มสูงมากขึ้นในการแปลงนวัตกรรม MOFs เหล่านี้ให้เป็นผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ .. นอกจากนี้ ยังมีบริษัทสตาร์ทอัพ Startups อีกมากมายที่มุ่งเน้นการพัฒนา และการค้าเทคโนโลยี MOFs โดยเฉพาะอีกด้วย .. ภาพรวมด้านการวิจัย และพัฒนาที่เพิ่มขึ้นนี้นั้น บ่งบอกถึงแนวโน้มการเติบโตที่แข็งแกร่งในอนาคตสำหรับตลาดวัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs Market .. ทั้งนี้ ประเทศไทย ถือว่ามีความพร้อมมากที่สุดในภูมิภาค ซึ่งผู้กำหนดนโยบาย Policy Maker ของไทย จะยอมให้ตกขบวนสำหรับความมุ่งมั่นสู่การเป็นศูนย์กลางการผลิตในตลาดวัสดุโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ Metal-Organic Frameworks : MOFs เชิงพาณิชย์ในภูมิภาคนั้น ไม่ได้อีกต่อไปแล้ว ..

……………………………………

คอลัมน์ : Energy Key

By โลกสีฟ้า ..

สนับสนุนคอลัมน์ โดย E@ บริษัท พลังงานบริสุทธิ์ จำกัด (มหาชน)