เซลล์อิเล็กโทรลิซิสแบคทีเรีย (Microbial Electrolysis Cell) เปลี่ยนสารอินทรีย์ให้เป็นไฮโดรเจน

หลายคนคงเคยได้ยินเกี่ยวกัน fuel cell ที่ใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงกันมาบ้างแล้ว ตอนนี้ความหวังที่จะนำไฮโดรเจน แหล่งพลังงานสะอาดและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม มาใช้แทนน้ำมันหรือก๊าซธรรมชาติ อยู่ไม่ไกลเกินเอื้อม นักวิจัยจาก Penn State กำลังจะทำให้ความฝันนี้เป็นจริงได้

ถึงแม้ว่าแนวทางการพัฒนาพลังงานในตอนนี้จะให้ความสำคัญกับเอทานอลมากกว่าเชื้อเพลิงชนิดอื่น อย่างที่เราเห็นๆกันในรูปแก๊สโซฮอลล์ แต่นาย Bruce E. Logan ศาสตราจารย์ วิศวกรรมสิ่งแวดล้อม จาก บริษัท Kappe เชื่อว่า เอทานอลจะบูมอยู่ได้แค่ในอีกสิบปีข้างหน้านี้เท่านั้น เพราะขั้นตอนการผลิตค่อนข้างจะยุ่งยาก โดยผู้ผลิตต้องย่อยเซลลูโลสให้เป็นน้ำตาลก่อนที่แบคทีเรียจะสามารถเอาน้ำตาลไปใช้และผลิตเอทานอล

นาย Logan และนาย Shoan Cheng ได้นำเสนองานวิจัยร่วมเรื่อง วิธีการเปลี่ยนเซลลูโลส และสารอินทรีย์ที่ย่อยสลายได้อื่นๆ ให้กลายเป็นไฮโดรเจนได้โดยตรงจากหลักการของเซลล์เชื้อเพลิงแบคทีเรีย
โดยนำแบคทีเรียที่พบได้ในธรรมชาติมาใส่ใน เซลล์อิเล็กโทรลิซิสแบคทีเรียพร้อมกันกับกรดน้ำส้ม (กรดแอซิติค) ซึ่งเป็นกรดที่ได้จากการหมักน้ำตาลกลูโคสหรือเซลลูโลส โดยใช้แกรไฟต์ชนิดเม็ดเป็นแอโนด แท่งคาร์บอนและทองคำขาวซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฎิกิริยาเป็นแคโทด แบคทีเรียจะย่อยสลายกรดแอซิติก แล้วปล่อยอิเล็คตรอนและโปรตอนออกมา ประจุบวกลบจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้ามากถึง 0.3 โวลต์ ถ้าผ่านกระแสไฟฟ้ามากกว่า 0.2 โวลต์เข้าสู่เซลล์อิเล็คโทรลิซิส ฟองก๊าซไฮโดรเจนจะลอยออกจากสารละลายกรดแอซิติค กระบวนการนี้ผลิตไฮโดรเจนซึ่งสามารถให้พลังงานมากกว่าพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในกระบวนการถึง 288 เปอร์เซ็นต์

ถึงแม้ว่าจะคำนวณหักลบปริมาณไฮโดรเจนที่ผลิตได้บางส่วนที่จะต้องใช้เป็นแหล่งเชื้อเพลิงให้กระบวนการผลิตไฮโดรเจนเดินต่อไปได้ กระบวนการอิเล็กโทรลิซิสเซลล์ แบคทีเรีย (microbial electrolysis cell process) นี้ก็ยังให้พลังงานมากกว่าพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในกระบวนการถึง 144% เมื่อเปรียบเทียบกันกับ กระบวนการไฮโดรไลซิสของน้ำ (water hydrolysis) ซึ่งเป็นกระบวนการทั่วไปที่ใช้ในการผลิตไฮโดรเจนซึ่งมีประสิทธิภาพเพียง 50-70%

สำหรับใครหลายคนที่คิดว่าโลกที่หมุนด้วยพลังงานไฮโดรเจนเป็นเรื่องเพ้อฝันของอนาคต นาย Logan บอกว่าไฮโดรเจนที่ได้จากเซลลูโลสและสารอินทรีย์ที่ย่อยสลายได้อื่นๆ สามารถนำมาผสมรวมกับแก๊สธรรมชาติเพื่อเป็นเชื้อเพลิงให้รถยนต์ได้

“ทุกวันนี้รถที่ใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงก็มีอยู่ทั่วไปแล้ว ถ้าเราเติมไฮโดรเจนลงไปในก๊าซธรรมชาติที่ใช้กับรถประเภทนี้ รถเหล่านี้ก็จะยิ่งเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้นโดยที่ไม่ต้องเปลี่ยนแปลงเครื่องยนต์เลย”

ประสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าที่ใช้กับพลังงานในสารอินทรีย์ให้เป็นไฮโดรเจนของสารอินทรีย์แต่ละชนิดจะอยู่ที่ระหว่าง 63-82% กรดแลคติคและกรดแอซิติกให้ประสิทธิภาพอยู่ที่ 82 เปอร์เซ็นต์ ในขณะที่เซลลูโลสดิบ (unpretreated cellulose) และน้ำตาลกลูโคส ให้ประสิทธิภาพอยู่ที่ 63 และ 64 เปอร์เซ็นต์ตามลำดับ

เซลล์อิเล็กโทรลิซิสแบคทีเรียยังสามารถนำไปใช้เพื่อผลิตปุ๋ยใช้ภายในฟาร์มขนาดใหญ่ได้โดยไม่จำเป็นต้องสั่งซื้อปุ๋ยจากโรงงาน ฟาร์มขนาดใหญ่สามารถผลิตไฮโดรเจนได้เองจากเศษไม้โดยใช้เซลล์อิเล็กโทรลิซิสแบคทีเรีย และใช้ไนโตรเจนจากอากาศในการผลิตแอมโมเนียหรือกรดไนตริก แอมโมเนียสามารถนำมาใช้เป็นปุ๋ยได้เลยหรือสามารถนำมาใช้ในกระบวนการผลิตปุ๋ยแอมโมเนียมไนเตรต ซัลเฟตหรือฟอสเฟต

อ้างอิงจาก http://www.sciencedaily.com/releases/2007/11/071112172203.htm

วันที่ 13 พฤศจิกายน 2007

ข้างล่างนี้เป็นรูปเซลล์อิเล็กโทรลิซิสแบคทีเรียพร้อมแหล่งพลังงาน(บนขวา) เครื่องวัดก๊าซไฮโดรเจน (บนซ้าย)