ทำไมฟิวชั่นถึงเป็นแหล่งพลังงานในอนาคต? - Science Illustrated Thailand

ฟิวชั่น (fusion) คืออะไร?

ฟิวชั่นใช้หลักการที่มีพลังงานปลดปล่อยออกมาจากการทำให้นิวเคลียสของอะตอมของธาตุเข้ารวมกัน ซึ่งแตกต่างจากกรณีของปฏิกิริยาฟิชชั่นที่ให้พลังงานออกมาจากการทำให้นิวเคลียสของอะตอมของธาตุแตกออก ซึ่งมีการใช้อยู่ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบัน ที่ใจกลางของดวงอาทิตย์ มีความกดดันจากแรงโน้มถ่วงมหาศาลทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชั่นได้ ที่อุณหภูมิสูงในระดับ 10 ล้านองศาเซลเซียสแต่บนโลกมีความดันต่ำกว่ามาก การทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชั่นต้องใช้อุณหภูมิที่สูงกว่า 100 ล้านองศาเซลเซียส จนถึงวันนี้ ยังไม่มีวัตถุใดบนโลกที่สามารถคงรูปอยู่ได้เมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิที่สูงขนาดนั้น การทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชั่นให้ได้ นักวิทยาศาสตร์ต้องหาวิธีการแก้ปัญหา การกักเก็บก๊าซที่ร้อนจัด (super-heated gas) หรือพลาสมา (plasma) ให้รวมกลุ่มกันอย่างหนาแน่นในสนามแม่เหล็กรูปวงแหวนหรือโดนัท

ทำไมพลังงานจากฟิวชั่นจึงเป็นที่ต้องการอย่างมาก?

เราไม่อาจเชื่อมั่นว่าเชื้อเพลิงฟอสซิลจะไม่หมด อันดับแรกปริมาณน้ำมันก๊าซและถ่านหินมีจำกัดและจะเริ่มลดลง อันดับต่อมานักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลจะปล่อยก๊าซที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจกซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้โลกร้อนขึ้นนอกจากนั้นความต้องการพลังงานเพิ่มสูงขึ้นในปี 1990 ประชากร 75% ของทั้งโลก ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในประเทศกำลังพัฒนา ใช้พลังงานเพียง 33% เท่านั้น แต่ในปี 2020 ประชากร 75% จะเพิ่มเป็น 85% และการใช้พลังงานจะเพิ่มขึ้นเป็น 55% ซึ่งจะทำให้มีการแข่งขันกันแสวงหาแหล่งพลังงานมากขึ้น บางคนคิดว่าฟิวชั่นจะมีความปลอดภัยกว่า สะอาดกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิลและเป็นแหล่งที่ให้พลังงานปริมาณมากออกมา

อะไรเป็นจุดเด่นของฟิวชั่น?

เชื้อเพลิงที่ดีที่สุดของปฏิกิริยาฟิวชั่นประกอบด้วยไฮโดรเจน 2 ชนิด หรือ 2 ไอโซโทป คือ deuterium กับ tritium ซึ่งแต่เดิมสกัดออกมาจากน้ำที่มีอยู่ปริมาณมากและพบได้ทั่วไป ต่อมาภายหลังสามารถผลิตได้จากลิเทียม (lithium) ซึ่งเป็นธาตุที่มีอยู่ปริมาณมากบนเปลือกโลก ปฏิกิริยาฟิวชั่น แตกต่างจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล เนื่องจากไม่มีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งนักวิทยาศาตร์ถือว่าเป็นสาเหตุของปรากฏการณ์เรือนกระจกที่ทำให้โลกร้อนขึ้น นักวิทยาศาสตร์ด้านฟิวชั่นกล่าวว่า ระบบมีความปลอดภัยในตัวเองอยู่แล้ว ปัจจุบันประเทศมหาอำนาจทั่วโลกกำลังศึกษาเรื่องของฟิวชั่นและพลาสมา และเชื่อว่าจะสามารถสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชั่น เพื่อใช้ผลิตกระแสไฟฟ้า เนื่องจากไม่มีการปลดปล่อยธาตุกัมมันตรังสีออกมา ซึ่งอาจจะใช้เวลาศึกษาทดลองร่วมกันถึง 50 ปี ฉะนั้นโครงการวิจัยและพัฒนาพลาสมาและฟิวชั่นในประเทศไทย เป็นการรวมผู้เชี่ยญชาญด้านนี้ในประเทศไทย เพื่อศึกษาและพัฒนาห้องปฏิบัติการ และเป็นการเตรียมความพร้อมเพื่อรองรับเทคโนโลยีสำคัญของโลกในอนาคต ปัจจุบัน 14 มหาวิทยาลัยที่มีผู้เชี่ยวชาญด้านฟิวชั่น กำลังรวมตัวกันเพื่อศึกษาเรื่องนิวเคลียร์ฟิวชั่นอย่างมีระบบ เพื่อผลักดันเรื่องดังกล่าวให้เกิดขึ้นในประเทศไทย

การเสวนาให้หัวข้อเรื่อง นิวเคลียร์ฟิวชัน: นวัตกรรมพลังงานเพื่อมนุษยชาติ
(Fusion Energy: Innovative Energy for Human)


  1. ถ้าให้ลองเปรียบเทียบแหล่งพลังงานที่ใช้ในวันนี้ ไม่ว่าจะเป็น พลังงานลม แสงอาทิตย์ หรือ แม้แต่พลังงานนิวเคลียร์ฟิชชั่น ข้อได้เปรียบ เสียเปรียบของพลังงานฟิวชั่นเป็นอย่างไร ทำไมเราถึงบอกว่าฟิวชั่นจะเป็นพลังงานเพื่ออนาคต แล้วทำไมต้องเป็นพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชั่น?

พลังงานฟิวชั่นเป็นพลังงานแห่งอนาคต สามารถสร้างพลังงานมหาศาลเพื่อตอบสนองความต้องการของมนุษย์ได้อย่างเพียงพอ เพราะเชื้อเพลิงมีอยู่มากมายในธรรมชาติ สามารถสกัดจากน้ำทะเล อีกทั้งยังไม่มีการปล่อยก๊าซเรือนกระจก และไม่มีสารกัมมันตรังสีเกิดขึ้น ฉะนั้นจึงเป็นพลังงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมาก นอกจากนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับพลังงานจากเชื้อเพลิงอื่นๆ เช่น แสงอาทิตย์ ลม น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ เป็นต้น ในน้ำหนักเชื้อเพลิงที่เท่ากันพลังงานฟิวชั่นจะให้พลังงานมากกว่าน้ำมันเป็นพันเท่า จึงเป็นพลังงานที่คุ้มค่ามาก ซึ่งในอนาคตพลังงานน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ ซึ่งเป็นพลังงานหลักในปัจจุบันจะหมดไป พลังงานฟิวชั่นจะเข้ามาทดแทนได้อย่างไม่ต้องกังวลใจ (โดย ดร.พรเทพ นิศามณีพงษ์ ผู้อำนวยการสถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ)

2. พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชั่นเหมาะสมกับแผนการใช้พลังงานของโลกในอนาคตอย่างไร และสถานการณ์ปัจจุบันของการพัฒนาพลังงานฟิวชั่นของโลกเราเป็นอย่างไร?

  พลังงานฟิวชั่นจะเป็นแหล่งพลังงานสะอาดสำหรับเราในอนาคต ณ ปัจจุบัน เรายังขาดเทคโนโลยีบางอย่างจึงไม่สามารถควบคุมมันได้ดีพอ ทำให้ไม่สามารถพัฒนาไปสู่โรงไฟฟ้าได้ เราต้องพัฒนาเทคโนโลยีและนวัตกรรมอีกหลายอย่าง เราใช้เวลาพัฒนามาหลายสิบปี โดยเราสามารถทำได้ดีขึ้นเรื่อยๆ ในปี 1997 ที่ประเทศอังกฤษ นักวิจัยได้ทำการทดลองซึ่งสามารถให้พลังงานฟิวชั่นได้ถึง 16 เมกกะวัตต์ ซึ่งเป็นความสำเร็จที่ยอดเยี่ยม ปัจจุบัน มีการรวมตัวกันระดับนานาชาติเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีฟิวชั่น โดย สหภาพยุโรป สหรัฐอเมริกา รัสเซีย จีน ญี่ปุ่น เกาหลีใต้ และอินเดีย ร่วมกันทำงานเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีฟิวชั่น ซึ่งจะก่อให้เกิดการพัฒนาเทคโนโลยีฟิวชั่นแบบก้าวกระโดด ซึ่งจะสามารถสร้างโรงไฟฟ้าฟิวชั่นได้ในอนาคตอันใกล้ (โดย Dr.Jean Jacquinot, Advisory committee of ITER)

3. อะไรคือความท้าท้ายในการพัฒนาพลังงานฟิวชั่น ทำไมต้องใช้ระยะเวลานานในการศึกษาพัฒนาและปัจจุบันนี้ก็ยังไม่สำเร็จ?

  ความท้าทายหลักในการพัฒนาเทคโนโลยีฟิวชั่นมีหลายเรื่อง มีเรื่องหลักๆ อยู่ 2-3 ประเด็น คือ เรื่องวัสดุศาสตร์ ซึ่งในการสร้างโรงไฟฟ้าต้องอาศัยวัสดุที่ทนความร้อนได้สูงมาก ในปัจจุบันนักวิจัยกำลังเร่งพัฒนาเพื่อสร้างวัสดุดังกล่าว ปัจจุบันพบว่า สามารถสร้างวัสดุทนความร้อนได้ใกล้เคียงกับที่ต้องการแล้ว อีกเรื่องคือ เรื่องตัวนำยิ่งยวด หรือ superconductor ที่มีประสิทธิภาพสูง ตัวนำยิ่งยวด เป็นสิ่งจำเป็นในการสร้างสนามแม่เหล็กในระดับที่ต้องการ อีกทั้งต้องสามารถใช้งานได้อย่างต่อเนื่องเป็นเวลานานเพื่อพัฒนาไปสู่โรงไฟฟ้าได้ นับเป็นเรื่องที่ท้าทายอย่างยิ่ง (โดย Dr.Tuong Hoang, Advisor of Director of Institute for Magnetic Fusion Research ประเทศฝรั่งเศส)

4. โครงการ ITER คือ โครงการสำคัญในการพัฒนาด้านนิวเคลียร์ฟิวชั่น เป้าหมายขณะนี้ของโครงการ ITER คืออะไร และเราจะได้ประโยชน์อะไรจากโครงการ ITER นี้?

โครงการ ITER หรือ International Thermonuclear Experimental Reactor เป็นการรวมตัวกันเพื่อทดลองด้านฟิวชั่นโดยสหภาพยุโรป สหรัฐอเมริกา รัสเซีย จีน ญี่ปุ่น เกาหลีใต้ และอินเดีย ซึ่งจะเริ่มทดลองในปี ค..2025 โดยตั้งเป้าพิสูจน์ศักยภาพของเทคโนโลยีฟิวชั่นในการพัฒนาไปสู่โรงไฟฟ้าฟิวชั่น ITER ถูกตั้งเป้าให้ผลิตพลังงานฟิวชั่นได้ถึง 500 เมกกะวัตต์ กำลังอยู่ในช่วงการก่อสร้างที่เมืองคาดาราช ประเทศฝรั่งเศส (โดย Dr.Jean Jacquinot, Advisory committee of ITER)

5. อะไรที่เราได้จากการพัฒนาด้านพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชั่น เรามีนวัตกรรมอะไรที่ได้เพิ่มขึ้นจากการพัฒนาด้านนิวเคลียร์ฟิวชั่น? ให้ช่วยยกตัวอย่างนวัตกรรมที่เกิดขึ้นแล้วในแต่ละประเทศ

การพัฒนาเทคโนโลยีฟิวชั่นต้องอาศัยองค์ความรู้หลายอย่าง เช่น ฟิสิกส์ วิศวกรรม วัสดุศาสตร์ นิวเคลียร์ เป็นต้น และต้องการพัฒนาเทคโนโลยีสนับสนุนหลายอย่าง เช่น เทคโนโลยีวัสดุทนความร้อนสูง เทคโนโลยีแม่เหล็กไฟฟ้า เทคโนโลยีตัวนำยิ่งยวด เทคโนโลยีพลาสมา เทคโนโลยีหุ่นยนต์ เป็นต้น  หลายประเทศที่ได้ดำเนินการพัฒนาเทคโนโลยีฟิวชั่นมีการนำมาต่อยอดเพื่อสร้างนวัตกรรมและการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ประเทศญี่ปุ่นและเกาหลีใต้ ได้นำองค์ความรู้ด้านพลาสมาไปประยุกต์ใช้ทางการแพทย์และการเกษตร ซึ่งมีประโยชน์มากมาย ก่อให้เกิดผลิตภัณฑ์ใหม่ๆ ที่น่าสนใจ ประเทศจีนได้นำเทคโนโลยีตัวนำยิ่งยวดไปพัฒนาสู่การประยุกต์ด้านการแพทย์ เช่น การสร้างเครื่องโปรตรอนเทราปีเพื่อบำบัดมะเร็ง ซึ่งจีนสามารถเรียนรู้และสร้างได้ด้วยตนเอง หรือเทคโนโลยีวัสดุทนความร้อน สามารถใช้ในอุตสาหกรรมอวกาศหรือการบินได้ (โดย Dr.Yasuhiko Takeiri, Director General of National of Fusion Science ประเทศญี่ปุ่น, Dr.Yuntao Song, Deputy Director of Institute of Plasma Physics ประเทศจีน และ Dr.Tuong Hoang, Advisor of Director of Institute for Magnetic Fusion Research ประเทศฝรั่งเศส)

6. ฟิวชั่นดูเหมือนจะเป็นเรื่องของเทคโนโลยีขั้นสูง โดยเฉพาะสำหรับประเทศไทยเรา ถ้าประเทศไทยเราต้องการจะเข้าไปร่วมการวิจัยด้านฟิวชั่นที่ดำเนินการอยู่ในระดับโลก คิดว่าจะมีความเป็นไปได้มากน้อยขนาดไหน ที่เราจะเข้าไปมีส่วนร่วมในการพัฒนาในระดับโลก?

เทคโนโลยีฟิวชั่นยังต้องมีการพัฒนาอีกหลายอย่าง เพื่อนำไปสู่การใช้จริงในโรงไฟฟ้าฟิวชั่น สำหรับประเทศไทยสามารถเข้ามาสนับสนุนได้หลายเรื่อง ประเทศไทยมีบุคลากรในบ้างด้านที่เข้มแข็งมาก เช่น วัสดุศาสตร์ นิวเคลียร์ และรังสี เป็นต้น ประเทศไทยสามารถใช้ความเข้มแข็งเหล่านี้มาช่วยสนับสนุนได้ อีกทั้งเยาวชนไทยมีศักยภาพมาก สามารถร่วมสนับสนุนการพัฒนาอย่างยั่งยืนได้ การพัฒนาเยาวชนเข้าสู่การวิจัยในด้านเทคโนโลยีฟิวชั่นและเทคโนโลยีใกล้เคียง ซึ่งเราจะได้บุคลากรที่เชี่ยวชาญเทคโนโลยีชั้นสูงและจะเป็นประโยชน์กับการพัฒนาประเทศในอนาคต (โดย Dr.Yasuhiko Takeiri, Director General of National of Fusion Science ประเทศญี่ปุ่น และ Dr.Yuntao Song, Deputy Director of Institute of Plasma Physics ประเทศจีน)

7. เทคโนโลยีฟิวชั่น ถือว่าเป็นเรื่องที่ท้าทาย และเป็นอะไรที่ใหม่มากสำหรับคนไทย ถ้าประเทศไทยของเราจะเริ่มพัฒนาเรื่องฟิวชั่น คิดว่าจะได้ประโยชน์จากเทคโนโลยีนี้ได้อย่างไร และคิดว่าจะเกิดนวัตกรรมใหม่ๆ หรืออุตสาหกรรมอะไรบ้างจากเทคโนโลยีฟิวชั่นนี้ และท้ายที่สุดประเทศไทยควรมีการเตรียมการอะไร อย่างไรบ้าง สำหรับพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชั่น?

เทคโนโลยีฟิวชั่นเป็นเรื่องที่ใหม่มากสำหรับประเทศไทย และเป็นเรื่องที่ท้าทาย ประเด็นแรกที่เราจะได้ประโยชน์ คือเรามีนักวิจัยที่เชี่ยวชาญเทคโนโลยีชั้นสูง เช่น ด้านหุ่นยนต์ ด้านวัสดุทนความร้อนสูง เป็นต้น บุคลากรเหล่านี้จะเป็นกำลังสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีและนวัตกรรม เช่น เครื่องพลาสมาสำหรับการแพทย์เพื่อรักษาแผล ซึ่งทางสถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (สทน.) และมหาวิทยาลัยได้ร่วมกันพัฒนาเครื่องต้นแบบ และพัฒนาต่อยอดไปสู่รูปแบบของธุรกิจในอนาคต เทคโนโลยีพลาสมาสามารถไปใช้ในการเผาขยะซึ่งมีความสะอาดและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมสูงมาก ในอนาคตจะมีเรื่องของวัสดุทนความร้อนสูงที่ไปใช้ในอุตสาหกรรมรถยนต์ด้วย (โดย ดร.พรเทพ นิศามณีพงษ์ ผู้อำนวยการสถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ)

Related Post

ทำไมฟิวชั่นถึงเป็นแหล่งพลังงานในอนาคต?