มจธ.พบวัสดุนาโนเปลี่ยนน้ำตาลสู่สารมูลค่าสูง+เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้า
ทีมนักวิจัย Photocat ค้นพบนวัตกรรมใหม่ วิจัยการใช้วัสดุนาโนที่มีสมบัติเชิงแสง สามารถนำแสงมาเปลี่ยนเป็นพลังงานรูปแบบอื่น หรือใช้เพิ่มมูลค่าให้กับผลิตผลทางการเกษตร ตอบโจทย์การเปลี่ยนผลผลิตทางการเกษตรให้กลายเป็นสารมูลค่าสูง สอดคล้องกับนโยบายไทยแลนด์ 4.0 รวมทั้งสนับสนุนการเป็นศูนย์กลางเทคโนโลยีชีวภาพของประเทศ
ผศ.ดร.สุรวุฒิ ช่วงโชติ อาจารย์ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องมือและวัสดุ คณะวิศวกรรมศาสตร์ และอาจารย์ประจำหลักสูตรวิทยาศาสตร์นาโนและเทคโนโลยีนาโน มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) หัวหน้าโครงการ เผยว่า ประเทศไทยเป็นประเทศเกษตรกรรม ผลิตผลหลักของประเทศไทยที่ส่งออกคือผลผลิตทางการเกษตร รวมทั้งอ้อยและน้ำตาล ซึ่งประเทศไทยสามารถผลิตน้ำตาลได้ติดอันดับ 1 ใน 5 ของโลก และส่งออกเป็นอันดับ 2 ของโลก แต่อ้อยและน้ำตาลกลับมีมูลค่าไม่คงที่และมีแนวโน้มลดลง
งานวิจัยกลุ่มนี้คือการศึกษาวิจัยเกี่ยวกับการเปลี่ยนพลังงานชีวมวลและน้ำตาลให้เป็นสารเคมีมูลค่าสูง โดยการใช้กระบวนการเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงหรือโฟโตคาตาไลซิส (Photocatalysis) ถือเป็นกระบวนการใหม่ที่สามารถนำมาเพิ่มมูลค่าผลิตภัณฑ์ทางการเกษตรของไทย เช่น การเปลี่ยนน้ำตาลให้เป็นไซลิทอล (Xylitol) สารให้ความหวานแทนน้ำตาลที่ดีต่อสุขภาพที่ตลาดค่อนข้างเติบโต ซึ่งการผลิตไซลิทอลในอุตสาหกรรมปัจจุบันนั้น เป็นการเปลี่ยนน้ำตาลซูโครสที่มีราคาสูงให้เป็นไซลิทอล โดยการหมักด้วยยีสต์ที่ต้องใช้เวลานานและต้องมีกระบวนการต่อเนื่องหลายกระบวนการเพื่อแยกยีสต์ออกจากไซลิทอล แต่การศึกษาวิจัยชิ้นนี้เป็นการประยุกต์ใช้การเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาระดับนาโนที่ใช้เวลาไม่นาน กระบวนการไม่ซับซ้อน และลดการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ ผลิตภัณฑ์ที่ได้จึงเป็นผลิตภัณฑ์สะอาดหรือกรีนโปรดักส์ ซึ่งกระบวนการนี้ยังสามารถพัฒนาต่อไปเพื่อผลิตพลังงานหรือเคมีภัณฑ์อื่นๆ จากผลิตภัณฑ์ทางการเกษตรตัวอื่นได้
ด้วยแนวคิดนวัตกรรมการเปลี่ยนน้ำตาลให้เป็นสารเคมีมูลค่าสูงนี้ ทีม Photocat ประกอบด้วย ผศ.ดร.สุรวุฒิ และ ศ.ดร.นวดล เหล่าศิริพจน์ อาจารย์ประจำบัณฑิตวิทยาลัยร่วมด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อม (JGSEE) มจธ. ดร.วีระวัฒน์ แช่มปรีดา หัวหน้าห้องปฏิบัติการเทคโนโลยีเอนไซม์ ไบโอเทค น.ส.กมลชนก รุ่งเรือง นักศึกษาปริญญาเอก มจธ. น.ส.ณัฐธิดา ศรีศศิวิมล และ น.ส.อรนุช สิทธิพันธ์ศักดา นักศึกษาปริญญาโท มจธ. จึงได้รับรางวัลชนะเลิศประเภท Smart-Eco Products จากงาน PTTGC Open Innovation Challenge 2016: Smart-Eco Innovation
นอกจากผลงานดังกล่าว ผศ.ดร.สุรวุฒิ ยังทำการวิจัยอีก 1 กลุ่มงานคือ การเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดใหม่โดยใช้วัสดุนาโน เช่น เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสารอินทรีย์และชนิดเพอรอฟสไกต์ (perovskite) ซึ่งทางทฤษฎีนั้นมีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนแสงให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้ดีกว่าเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนที่มีขายอยู่ทั่วไป ประกอบกับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิกอนนั้นจะต้องผลิตขึ้นเฉพาะในห้องสะอาดที่ควบคุมปริมาณอนุภาคของฝุ่นละอองและสิ่งปนเปื้อน หรือ Clean Room เท่านั้น แต่งานวิจัยส่วนนี้สามารถประกอบเซลล์แสงอาทิตย์จากวัสดุนาโนในห้องปฏิบัติการทั่วไปได้ งานวิจัยอีกส่วนคือการวิจัยการใช้พลังงานไฟฟ้าเพื่อควบคุมคุณสมบัติเชิงแสงของวัสดุ เป็นการใส่พลังงานไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยเข้าไปในวัสดุเพื่อให้คุณสมบัติเชิงแสงหรือสีของวัสดุเปลี่ยนไป หรือที่เรียกกันว่าอิเล็กโตรโครมิค (Electrochromic) จนสามารถนำมาใช้ภายในอาคารเพื่อควบคุมแสงที่เข้ามาในอาคาร ช่วยลดความร้อนเข้าสู่อาคาร จึงเป็นการช่วยประหยัดพลังงานในการทำความเย็นในอาคารได้
ผศ.ดร.สุรวุฒิ กล่าวต่อว่า การศึกษาวิจัยทั้ง 2 กลุ่มงานดังกล่าวข้างต้นใช้หลักการเดียวกันคือการใช้วัสดุนาโนกับพลังงานแสงมาประยุกต์ใช้ เพื่อเปลี่ยนเป็นพลังงานอื่น หรือเพิ่มมูลค่าให้กับผลิตผลทางการเกษตร ส่วนสาเหตุที่ให้ความสนใจและทำงานศึกษาวิจัยเรื่องนี้ก็เพื่อความยั่งยืนของพลังงานและสิ่งแวดล้อมนั่นเอง
ผศ.ดร.สุรวุฒิ ช่วงโชติ อาจารย์ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องมือและวัสดุ คณะวิศวกรรมศาสตร์ และอาจารย์ประจำหลักสูตรวิทยาศาสตร์นาโนและเทคโนโลยีนาโน มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) หัวหน้าโครงการ เผยว่า ประเทศไทยเป็นประเทศเกษตรกรรม ผลิตผลหลักของประเทศไทยที่ส่งออกคือผลผลิตทางการเกษตร รวมทั้งอ้อยและน้ำตาล ซึ่งประเทศไทยสามารถผลิตน้ำตาลได้ติดอันดับ 1 ใน 5 ของโลก และส่งออกเป็นอันดับ 2 ของโลก แต่อ้อยและน้ำตาลกลับมีมูลค่าไม่คงที่และมีแนวโน้มลดลง
งานวิจัยกลุ่มนี้คือการศึกษาวิจัยเกี่ยวกับการเปลี่ยนพลังงานชีวมวลและน้ำตาลให้เป็นสารเคมีมูลค่าสูง โดยการใช้กระบวนการเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงหรือโฟโตคาตาไลซิส (Photocatalysis) ถือเป็นกระบวนการใหม่ที่สามารถนำมาเพิ่มมูลค่าผลิตภัณฑ์ทางการเกษตรของไทย เช่น การเปลี่ยนน้ำตาลให้เป็นไซลิทอล (Xylitol) สารให้ความหวานแทนน้ำตาลที่ดีต่อสุขภาพที่ตลาดค่อนข้างเติบโต ซึ่งการผลิตไซลิทอลในอุตสาหกรรมปัจจุบันนั้น เป็นการเปลี่ยนน้ำตาลซูโครสที่มีราคาสูงให้เป็นไซลิทอล โดยการหมักด้วยยีสต์ที่ต้องใช้เวลานานและต้องมีกระบวนการต่อเนื่องหลายกระบวนการเพื่อแยกยีสต์ออกจากไซลิทอล แต่การศึกษาวิจัยชิ้นนี้เป็นการประยุกต์ใช้การเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาระดับนาโนที่ใช้เวลาไม่นาน กระบวนการไม่ซับซ้อน และลดการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ ผลิตภัณฑ์ที่ได้จึงเป็นผลิตภัณฑ์สะอาดหรือกรีนโปรดักส์ ซึ่งกระบวนการนี้ยังสามารถพัฒนาต่อไปเพื่อผลิตพลังงานหรือเคมีภัณฑ์อื่นๆ จากผลิตภัณฑ์ทางการเกษตรตัวอื่นได้
ด้วยแนวคิดนวัตกรรมการเปลี่ยนน้ำตาลให้เป็นสารเคมีมูลค่าสูงนี้ ทีม Photocat ประกอบด้วย ผศ.ดร.สุรวุฒิ และ ศ.ดร.นวดล เหล่าศิริพจน์ อาจารย์ประจำบัณฑิตวิทยาลัยร่วมด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อม (JGSEE) มจธ. ดร.วีระวัฒน์ แช่มปรีดา หัวหน้าห้องปฏิบัติการเทคโนโลยีเอนไซม์ ไบโอเทค น.ส.กมลชนก รุ่งเรือง นักศึกษาปริญญาเอก มจธ. น.ส.ณัฐธิดา ศรีศศิวิมล และ น.ส.อรนุช สิทธิพันธ์ศักดา นักศึกษาปริญญาโท มจธ. จึงได้รับรางวัลชนะเลิศประเภท Smart-Eco Products จากงาน PTTGC Open Innovation Challenge 2016: Smart-Eco Innovation
นอกจากผลงานดังกล่าว ผศ.ดร.สุรวุฒิ ยังทำการวิจัยอีก 1 กลุ่มงานคือ การเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดใหม่โดยใช้วัสดุนาโน เช่น เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสารอินทรีย์และชนิดเพอรอฟสไกต์ (perovskite) ซึ่งทางทฤษฎีนั้นมีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนแสงให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้ดีกว่าเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนที่มีขายอยู่ทั่วไป ประกอบกับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิกอนนั้นจะต้องผลิตขึ้นเฉพาะในห้องสะอาดที่ควบคุมปริมาณอนุภาคของฝุ่นละอองและสิ่งปนเปื้อน หรือ Clean Room เท่านั้น แต่งานวิจัยส่วนนี้สามารถประกอบเซลล์แสงอาทิตย์จากวัสดุนาโนในห้องปฏิบัติการทั่วไปได้ งานวิจัยอีกส่วนคือการวิจัยการใช้พลังงานไฟฟ้าเพื่อควบคุมคุณสมบัติเชิงแสงของวัสดุ เป็นการใส่พลังงานไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยเข้าไปในวัสดุเพื่อให้คุณสมบัติเชิงแสงหรือสีของวัสดุเปลี่ยนไป หรือที่เรียกกันว่าอิเล็กโตรโครมิค (Electrochromic) จนสามารถนำมาใช้ภายในอาคารเพื่อควบคุมแสงที่เข้ามาในอาคาร ช่วยลดความร้อนเข้าสู่อาคาร จึงเป็นการช่วยประหยัดพลังงานในการทำความเย็นในอาคารได้
ผศ.ดร.สุรวุฒิ กล่าวต่อว่า การศึกษาวิจัยทั้ง 2 กลุ่มงานดังกล่าวข้างต้นใช้หลักการเดียวกันคือการใช้วัสดุนาโนกับพลังงานแสงมาประยุกต์ใช้ เพื่อเปลี่ยนเป็นพลังงานอื่น หรือเพิ่มมูลค่าให้กับผลิตผลทางการเกษตร ส่วนสาเหตุที่ให้ความสนใจและทำงานศึกษาวิจัยเรื่องนี้ก็เพื่อความยั่งยืนของพลังงานและสิ่งแวดล้อมนั่นเอง