หยิบน้ำจับฟ้ามาทำพลังงาน

หยิบน้ำจับฟ้ามาทำพลังงาน

            ถ้าสังเกตดีๆ ชีวิตเราเกี่ยวข้องกับพลังงานตั้งแต่ตื่นจนหลับ กิจกรรมทุกอย่างมีพลังงานเข้ามาเกี่ยวข้อง ที่เห็นได้ชัดเจนที่สุดก็คือ พลังงานไฟฟ้า
            แล้วรู้หรือไม่ ว่าพลังงานมาจากไหน ต้องผ่านเส้นทางอะไรบ้างกว่าจะมาเป็นพลังงานให้เราใช้ คำตอบแรกอยู่บนท้องฟ้านั่นไง ส่วนคำตอบต่อไปมีกิจกรรมง่ายๆ มาอธิบายให้เข้าใจกัน

            พลังงานมาจากไหน?
            ก่อนจะรู้ที่มาของพลังงาน เรามาทำความรู้จักกันก่อนว่า พลังงาน คือสิ่งที่ทำให้สิ่งต่างๆ เคลื่อนที่ได้ เช่น พัดลมหมุนได้เพราะมีไฟฟ้า รถยนต์ขับเคลื่อนได้เพราะมีน้ำมัน พลังงานมีทั้งรูปแบบ “พลังงานสิ้นเปลือง” คือใช้แล้วหมดไป ไม่สามารถสร้างขึ้นมาทดแทนได้ อย่างพลังงานฟอสซิล (ปิโตรเลียม) ถ่านหิน พลังงานนิวเคลียร์ และ “พลังงานหมุนเวียน” หรือพลังงานที่นำมาใช้ได้ไม่มีวันหมด อย่างพลังงานลม พลังงานน้ำ ซึ่งพลังงานทั้งหมดบนโลกนั้นมีที่มาจากต้นกำเนิดเดียวกัน คือ “ดวงอาทิตย์” เพียงแต่อยู่ในรูปแบบที่แตกต่างกันไป ยกเว้นเพียง พลังงานความร้อนใต้พิภพ ซึ่งเป็นพลังงานประเภทเดียวที่ไม่ได้มีต้นกำเนิดจากดวงอาทิตย์ แต่เกิดจากการกักเก็บพลังงานไว้ตั้งแต่ครั้งกำเนิดเอกภพหรือจักรวาล

           เส้นทางพลังงานเป็นอย่างไร?
           พลังงานแต่ละประเภทแม้จะมีต้นกำเนิดมาจากดวงอาทิตย์ แต่ก็มีเส้นทางการแปรรูปเป็นพลังงานที่ต่างกันไป “พลังงานฟอสซิล” หรือ ปิโตรเลียม มาจากสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่เกิดจากการทับถมของซากพืชซากสัตว์รวมกับโคลนตมเป็นเวลานับร้อยล้านปี ซึ่งจะกลายเป็นน้ำมันดิบและก๊าซธรรมชาติ ส่วน “ถ่านหิน” เกิดจากซากพืชที่ทับถมและถูกปิดทับด้วยชั้นตะกอน ต่อมาได้รับความร้อนและความดันที่เพิ่มขึ้นจึงแปรสภาพเป็นถ่านหิน ทรัพยากรเชื้อเพลิงสำคัญในอุตสาหกรรม
           ทั้งหมดนี้เป็นพลังงานที่ใช้แล้วมีวันหมดไป เราจึงต้องมีแผนสำรองพลังงานไว้ใช้ตั้งแต่วันนี้ ด้วยการใช้พลังงานหมุนเวียน ที่ได้มีการนำมาใช้แล้วในปัจจุบัน
           ในส่วนนี้เราจะเรียนรู้แบบเข้าใจง่ายๆ ผ่านกิจกรรมดีๆ ที่ทางอุทยานการเรียนรู้ TK park เพิ่งจัดขึ้น

           พลังงานน้ำ
           เป็นพลังงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ไฟฟ้าจากพลังงานน้ำมาจากแรงดันที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของน้ำในการหมุนกังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ยกตัวอย่างง่ายๆ ให้รถคันหนึ่งจำลองเป็นเขื่อน ถ้าเราจะทำให้รถคันนี้มีพลังงานขับเคลื่อนไปได้ด้วยพลังงานน้ำ จะต้องปั้มน้ำเพื่อให้เกิดแรงดันระหว่างอากาศในกระบอก(หรือเขื่อนนั่นเอง)กับน้ำ แรงดันที่เกิดขึ้นจะผลักกังหันจนมีแรงดันให้รถขับเคลื่อนไปข้างหน้าได้ ซึ่งก็เทียบได้กับการสร้างพลังงานส่งไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้านั่นเอง

           สำหรับวิธีการสร้างพลังงานจากน้ำนั้น แบ่งได้เป็น 3 วิธี คือ “พลังงานน้ำตกหรือพลังงานน้ำจากเขื่อน” ด้วยการทำให้น้ำตกลงมาจากที่สูงผ่านเข้าสู่กังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า “พลังงานน้ำขึ้นน้ำลง” โดยอาศัยจังหวะการขึ้นลงของน้ำให้พลังงานผ่านเข้ากังหันน้ำ และ “พลังงานคลื่น” ที่อาศัยการเคลื่อนตัวของคลื่นในมหาสมุทร เป็นแรงดันในการผลักกังหันเพื่อผลิตไฟฟ้า

           พลังงานลม
           พลังงานลม เกิดขึ้นจากความแตกต่างของอุณหภูมิ ความกดดันของบรรยากาศ แรงจากการหมุนของโลก และด้วยความฉลาดของมนุษย์จึงคิดค้นกังหันลม อุปกรณ์ที่นำพลังงานจากลมมาใช้ประโยชน์ กังหันลมทำให้เกิดการผลิตกระแสไฟฟ้าได้ ก็เพราะกังหันลมสามารถรับพลังงานจลน์(พลังงานที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุเคลื่อนที่) จากการเคลื่อนที่ของลม แปลงให้เป็นพลังงานกล(พลังงานที่ทำให้วัตถุเกิดการเคลื่อนที่) เพื่อนำมาใช้ประโยชน์ในการผลิตกระแสไฟฟ้า

           การทดลองหากังหันลมที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า
           คราวนี้เรามาลองดูกันว่ากังหันลมแบบไหนถึงจะให้กระแสไฟฟ้าได้ดีที่สุด หรือจริงๆ แล้วกังหันลมแบบไหนก็ใช้ผลิตไฟฟ้าได้ทั้งนั้น โดยการประกอบใบกังหันด้วยตัวเอง แล้วให้พัดลมสร้างลมขึ้นมาเพื่อทดสอบว่ากังหันลมนั้นจะทำให้เกิดไฟฟ้าขึ้นมาได้หรือไม่
           หลังจากมีการใส่ๆ ถอดๆ เพิ่มลดจำนวนใบพัด ใช้มือบิดปรับทิศทาง กดปุ่มพัดลมเพิ่มแรงลมหลายระดับ สิ่งที่เกิดขึ้นคือ ไม่ใช่ทุกครั้งที่ไฟฟ้าจะเกิดขึ้นมา และถึงจะมีไฟฟ้าขึ้นมา แต่ระดับความสว่างของไฟฟ้าก็ต่างกัน นั่นเพราะอะไร?
           เราอาจจะเคยเห็นกังหันลมสำหรับผลิตไฟฟ้ามาบ้าง กังหันลมแต่ละที่จะมีหน้าตาไม่เหมือนกัน นั่นเป็นเพราะแรงลมแต่ละภูมิประเทศแตกต่างกันนั่นเอง แต่ไม่ใช่แค่แรงลมเท่านั้นที่เป็นตัวแปรในการออกแบบกังหันลม แต่ขึ้นอยู่กับวัสดุที่นำมาทำกังหันความสั้นยาวของใบพัด รวมถึงการจัดวางใบพัดอีกด้วย ซึ่งจะมี 2 รูปแบบ คือ กังหันลมแบบแนวแกนตั้ง และกังหันลมแบบแนวแกนนอน เพราะฉะนั้นกังหันลมที่ดีที่สุดในการผลิตไฟฟ้าก็คือกังหันลมที่มีความเหมาะสมกับพื้นที่นั่นเอง

           พลังงานแสงอาทิตย์
           สำหรับการผลิตกระแสไฟฟ้าจากแสงแดดนั้น จะใช้ “เซลล์แสงอาทิตย์ หรือโซลาร์เซลล์ (Solar Cell)” ในการผลิตกระแสไฟฟ้า สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์นั้น ทำขึ้นจากสารกึ่งตัวนำที่สามารถดูดซับแสงอาทิตย์ได้ เมื่ออิเล็กตรอนของอะตอมจากสารกึ่งตัวนำมีพลังงานสูงขึ้น จะหลุดจากอะตอมวิ่งเข้าสู่วงจรไฟฟ้าที่ต่อไว้ เกิดเป็นกระแสไฟฟ้า
 
            เพื่อให้เข้าใจระบบพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ กิจกรรมกล่องพลังงานแสงอาทิตย์ช่วยได้ เพียงแค่นำกล่องกระดาษมาติดกระดาษฟอยล์ด้านในโดยรอบ บริเวณพื้นกล่องด้านในให้ติดด้วยกระดาษสีดำ ฝากล่องติดพลาสติกใสเพื่อให้แสงแดดส่องเข้าไปในกล่องได้ เราก็จะมีกล่องที่รวมความร้อนเอาไว้ข้างใน เทียบได้กับเซลล์แสงอาทิตย์ที่ดูดแสงจนเกิดความร้อนและผ่านกระบวนการจนเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าในที่สุด

           นอกจากพลังงานที่ว่ามาทั้งหมด ยังมี “พลังงานทางเลือก” เพื่อมาทดแทนพลังงานปิโตรเลียม พลังงานหลักที่นับวันยิ่งมีน้อยลงเรื่อยๆ ได้แก่ “พลังงานชีวมวล” ที่ได้จากมวลของวัสดุที่มาจากพืชหรือสัตว์ เช่น ฟางข้าว แกลบ มูลสัตว์ ขยะ ซึ่งนำมาผลิตพลังงานได้หลากหลาย อย่าง ก๊าซชีวภาพ ไบโอเอทานอล ไบโอดีเซล และ “พลังงานไฮโดรเจน” คือพลังงานเชื้อเพลิงสำหรับการเผาไหม้ที่มีประสิทธิภาพสูง เพื่อนำมาทดแทนน้ำมันและเชื้อเพลิง

            จะเห็นได้ว่าพลังงานมีอยู่หลายประเภท จนอาจรู้สึกว่าพลังงานไม่มีวันหมดไปจากโลก เพราะถึงพลังงานสิ้นเปลืองจะหมดไป แต่ก็ยังมีพลังงานหมุนเวียนและพลังงานทางเลือกรองรับอยู่ แต่ความจริงที่เราอาจยังไม่รู้คือ พลังงานที่เราใช้กันนั้น ส่วนใหญ่เป็นพลังงานประเภทสิ้นเปลืองที่ไม่สามารถสร้างขึ้นมาทดแทนได้ หรือหากวันหนึ่งโลกก้าวหน้าถึงขึ้นสามารถนำพลังงานหมุนเวียนและพลังงานทางเลือกมาใช้เป็นพลังงานหลัก แต่ทุกขั้นตอนในการผลิตพลังงานก็ต้องใช้พลังงานในการผลิตอยู่ดี

พี่ตองก้า