index  77

กล้องโทรทรรศน์ ' ในฐานะกุญแจไขความลับจักรวาล

ด้วยเหตุที่นักดาราศาสตร์ต่างใฝ่ฝันอยากค้นหาความลับแห่งจักรวาล พวกเขาจึงตั้งหน้าตั้งตารอคอยกล้องโทรทรรศน์ทรงพลังรุ่นใหม่ขององค์การอวกาศนาซากันอย่างใจจดใจจ่อ

หากปราศจากกล้องโทรทรรศน์ที่ดีเสียแล้ว นักดาราศาสตร์ย่อมไม่อาจศึกษาเรื่องราวของดวงดาว และกาแล็กซีที่อยู่ไกลโพ้นได้

 

หนาวสุดขั้ว-สูงเสียดฟ้ากับ “มาร์ค อิงกัลส” ชายขาพิการผู้พิชิต “เอเวอเรสต์”

คุณคิดว่าความรู้สึกเมื่อได้สัมผัสความหนาวสุดขั้วบนยอดเขาที่สูงเสียดฟ้าอย่าง “เอเวอเรสต์” จะสุดยอดแค่ไหน และน่าทึ่งเพียงใดหากผู้พิการขาขาดทั้ง 2 ข้างสามารถไต่ขึ้นไปพิชิตหลังคาโลกได้

ในปี 2549 เป็นปีที่อุณหภูมิบนยอดเขาเอเวอเรสต์หนาวเย็นที่สุดนับแต่มนุษย์ได้บันทึกมา และเป็นปีที่มีผู้พยายามพิชิตหลังคาโลกเสียชีวิตมากที่สุด แต่ประวัติศาสตร์ก็ต้องบันทึกไว้ด้วยว่า “มาร์ค อิงกัลส” (Mark Inglis) นักปีนเขาชาวนิวซีแลนด์วัย 47 คือผู้พิการขาขาดทั้ง 2 ข้างคนแรกที่เสี่ยงชีวิตขึ้นไปแตะยอดเขาที่นักปีนเขาทั่วโลกฝันใฝ่จะพิชิต โดยใช้เวลาทั้งหมด 52 วันขึ้นสู่จุดที่สูงที่สุดในโลก

ทีมงาน “ผู้จัดการวิทยาศาสตร์” ได้เจอตัวจริงของอิงกัลสในบรรยากาศที่เต็มไปด้วยน้ำแข็งกลางกรุงที่ “ไอซ์บาร์” (Ice Bar) ซ.สุขุมวิท 55 ระหว่างการเปิดตัวสารคดีชุด Everest: Beyond the limit ของดิสคัฟเวอรี่แชนแนล (Discovery Channel) ซึ่งถ่ายทำการผจญภัยในที่สูงและหนาวเย็นของเขา สิ่งที่เราได้เห็นคือชายขาเหล็กที่กระตือรือร้นในการถ่ายทอดประสบการณ์บนภูเขาน้ำแข็ง และแม้ทีมงานได้จัดเตรียมเก้าอี้น้ำแข็งเพื่อรองรับการสนทนาแต่เขากลับสนุกกับการยืนออกท่าทางเล่าการผจญภัยเสียมากกว่า

อิงกัลสเริ่มปีนเขาครั้งแรกเมื่ออายุ 12 ปีจากปมด้อยที่ไม่สามารถเล่นรักบี้ซึ่งเป็นกีฬาสุดเท่ของชาวนิวซีแลนด์ โดยคำแนะนำของครูที่เป็นนักปีนเขาจึงทำให้เขาพิชิตยอดเขาพีล (Mount Peel) ในบ้านเกิดที่มีความสูงจากระดับน้ำทะเล 1,800 เมตร แต่มีระยะทางเดินเท้ากว่า 5 กิโลเมตร ความรู้สึกครั้งนั้นเขาบอกว่าเหมือนกับความรู้สึกที่ได้พิชิตเอเวอเรสต์ในครั้งนี้

กระทั่งอายุ 23 ปีอิงกัลสต้องสูญเสียขาทั้ง 2 ข้างจากหิมะกัดในการปีนเขาคุก (Mount Cook) ที่นิวซีแลนด์ ซึ่งเป็นความสูญเสียภายหลังจากแต่งงานได้ 1 ปี แต่นั่นไม่ใช่สิ่งที่จะขัดขวางความตั้งใจในการผจญภัยบนยอดเขาสูงทั่วโลก เขากลับมองว่าสิ่งที่เกิดขึ้นนั้นจะทำให้เขามีประสบการณ์อีกด้านที่ต่างไป หากมีขาครบทั้ง 2 ข้างเขาก็จะมีประสบการณ์ในอีกรูปแบบหนึ่ง

“สำหรับใครที่พยายามจะไปให้ไกลกว่าที่คิดว่าจะไปได้และไปถึง เขาก็จะเห็นขีดจำกัดของตัวเองว่าไปได้ไกลแค่ไหน ค้นหาขีดจำกัดของตัวเองดูสิ” อิงกัลสเผยถึงแรงบันดาลใจที่ให้เขากลับไปเสี่ยงชีวิตบนความไม่แน่นอนของยอดเขาหนาวเย็นเพื่อค้นหาขีดจำกัดของตัวเองที่ความสูงจากระดับน้ำทะเล 8,848 เมตรของยอดเขาเอเวอเรสต์

การพิชิตยอดเขาซึ่งเป็นประวัติศาสตร์อีกหน้าของนักผจญภัยนี้ประกอบด้วยนักปีนเขา 11 คน ชาวเชอร์ปาชนพื้นเมืองของเนปาลที่เชี่ยวชาญการปีนเขาและทีมงานตั้งแคมป์ 24 คน คนนำทางปีนเขามืออาชีพ 3 คน และทีมผลิตรายการโทรทัศน์ของดิสคัฟเวอรี่แชนแนล ที่ติดตามถ่ายทำสารคดีการปีนครั้งนี้อีก 17 คน

เหล่าผู้ท้าทายเกือบ 50 ชีวิตรวมตัวกันเพื่อพิชิต “มารดาแห่งจักรวาล” หรือ "โชโมลุงมา" ตามความเชื่อของชาวทิเบตที่เมืองกาฐมาณฑุ ประเทศเนปาล และต้องมุ่งหน้าสู่เบสแคมป์ (Basecamp) จุดพักในเชิงเขาเอเวอเรสต์ที่มีความสูงจากระดับน้ำทะเลเกือบ 5 กิโลเมตร แต่ที่จุดนี้เองพวกเขาต้องสูญเสียเพื่อนร่วมทางชาวเชอร์ปา 1 คน ซึ่งสร้างความเสียใจให้กับรัสเซล ไบร์ส (Russell Brise) ผู้นำทางที่ไม่เคยสูญเสียลูกทีมมา 13 ฤดูกาล

กว่าจะขึ้นไปสู่หลังคาโลกได้ทีมนักปีนเขาต้องใช้เวลาถึง 1 เดือนเพื่อปรับสภาพร่างกายก่อนปีนสู่ที่สูงขึ้นไป อิงกัลสเล่าว่าการขึ้นสู่ยอดเขาเอเวอเรสต์ไม่สามารถมุ่งขึ้นไปได้ในครั้งเดียว แต่พวกเขาต้องปีนขึ้นและปีนลงเพื่อค่อยๆ ปรับสภาพร่างกายให้เข้ากับที่สูงซึ่งมีอากาศเบาบางและมีสภาพอากาศที่ทารุณ ซึ่งทุกคนไม่สามารถอยู่ได้โดยปราศจากหน้ากากออกซิเจนเมื่อไต่ระดับขึ้นไปใกล้ยอดเขา

ใช่ว่าการพิชิตยอดเขาเอเวอเรสต์ได้แล้วจะเป็นความสำเร็จของการปีนเขา แต่การมีชีวิตรอดกลับมาหาคนรักต่างหากคือความสำเร็จ อิงกัลสบอกว่าคนส่วนใหญ่จะเสียชีวิตในช่วงขาลงเพราะไม่มีพลังงานเหลือพอที่จะมีชีวิตรอด ซึ่งเมื่อขึ้นไปแตะยอดเขาเอเวอเรสต์แล้วต้องมีเหลือพลังงานสำหรับขาลง 25% โดยวันที่อยู่บนยอดเขาร่างกายของนักปีนเขาอาจเผาพลาญพลังงานถึง 12,000-15,000 แคลอรี่ ซึ่งมากกว่าในวันปกติถึง 10 เท่า

อิงกัลสต้องสูญเสียนิ้วมือไปอีก 2 ข้อจากการปีนเขาครั้งล่าสุด และต้องถูกเฉือนกระดูกขาไปอีก 3 เซนติเมตร และขาเหล็กของเขายังหักด้วย แต่เขาก็ไม่คิดว่าการพิชิตเอเวอเรสต์คือการเอาชีวิตครึ่งหนึ่งไปทิ้ง เพราะเขามองว่าชีวิตคือกำไรและความท้าทาย ทั้งนี้เขาคิดว่าสิ่งที่ทำลงไปนั้นทำให้เขาได้เป็นส่วนหนึ่งของภูเขาที่เขาปีน ทุกครั้งที่เห็นยอดเขาเอเวอเรสต์หรือยอดเขาอื่นๆ เขาก็จะคิดถึงความสำเร็จที่ไปได้เยือนและเขาก็ยังอยากปีนเขาอีก

ในฐานะที่เป็นนักปีนเขามายาวนานกว่า 30 ปี อิงกัลสเห็นการเปลี่ยนแปลงที่บ่งถึงภาวะโลกร้อนบนยอดเขาต่างๆ หรือไม่? เขาตอบว่าจากที่เคยเป็นเจ้าหน้าที่พิทักษ์ภูเขาเขาได้เห็นการเปลี่ยนแปลงของธารน้ำแข็ง (Glacier) ที่เกิดขึ้นและหายไปเป็นเรื่องปกติ แต่เขาได้สังเกตว่าสภาพอากาศอากาศบนภูเขาได้เปลี่ยนแปลงอย่างสุดโต่ง ไม่ว่าจะเป็นความหนาวที่มาอย่างสุดโต่ง พายุที่รุนแรงสุดโต่ง แต่เขาก็ไม่อาจฟันธงได้ว่าเป็นผลจากโลกร้อน แต่การยกประเด็นเรื่องโลกร้อนขึ้นมาก็เป็นเรื่องดีเพราะทำให้คนตื่นตัวต่อสภาวะแวดล้อมมากขึ้น

ยังมีอีกหลายเอเวอเรสต์ซึ่งไม่ได้ถึงยอดเขาที่รอให้อิงกัลสไปพิชิต การได้ทำให้อาหารเพิ่มขีดความสามารถของนักกีฬา “พีคฟิวล์” (Peak Fuel) ซึ่งเขาพัฒนาขึ้นให้กลายเป็นแบรนด์ระดับโลก และการทำโครงการกุศลเพื่อคนพิการแขนและขา "ลิมปส์ฟอร์ออล" (Limbs4all) คือเอเวอเรสต์ลูกต่อไปของเขา

พลาสติกทางการแพทย์ใช้ทำหลอดเลือดเทียมชนิดใหม่

พลาสติกที่สามารถปล่อยไนตริกออกไซด์ถูกนำมาใช้ทำหลอดเลือดเทียม เพื่อช่วยลดการอุดตัน

แปลและเรียบเรียงโดย : ฐาปนี อินทรทัต

ท่อพลาสติกเล็กๆ สามารถนำมาใช้แทนหลอดเลือดได้ ตัวอย่างเช่น การผ่าตัดบายพาส (bypass) ของหลอดเลือดหล่อเลี้ยงหัวใจ แต่ท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่า 6 มิลลิเมตร มักเกิดการอุดตันได้เนื่องจากเกล็ดเลือด กล่าวคือ เซลล์เม็ดเลือดจะเหนียวติดกันเป็นก้อนเล็กๆ ซึ่งหากก้อนเล็กๆ เหล่านี้ถูกทำลาย อาจจะกระทบกระเทือนต่อสมองและอวัยวะอื่นของร่างกายได้ ไนตริกออกไซด์สามารถช่วยยับยั้งการเกาะเป็นก้อนของเกล็ดเลือด และกระตุ้นการเจริญเติบโตของเซลล์ผนังหลอดเลือด ยิ่งไปกว่านั้น มันยังช่วยหยุดยั้งการเติบโตของกล้ามเนื้อเรียบที่ไปกดทับหลอดเลือดเทียมจนทำให้อุดตันได้

หลอดเลือดเทียมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่า 6 มิลลิเมตรมักเกิดการอุดตัน

  "นี่เองที่เป็นจุดเด่นของไนตริกออกไซด์ มันให้ผลในทางที่ดีต่อเนื้อเยื่อที่แตกต่างกันหลายชนิด" เป็นคำกล่าวของ Jennifer West นักวิศวกรรมชีวภาพของ Rice University ในเมือง Houston ซึ่งเป็นหนึ่งในทีมผู้ประดิษฐ์คิดค้นพลาสติกที่ว่านี้ ทีมของ West รายงานผลงานไว้ในวารสาร Biomacromolecules

        West ยังกล่าวอีกว่า บ่อยครั้งที่มีการใช้ยาต้านการจับตัวเป็นลิ่มเลือด เพื่อช่วยในการปลูกถ่ายเนื้อเยื่อ แต่อาจทำให้เกิดการตกเลือดที่บริเวณอื่นๆ ของร่างกายได้ การปล่อยไนตริกออกไซด์โดยตรงจากเนื้อเยื่อที่ปลูกถ่ายนี้จะช่วยจำกัดผลกระทบที่เกิดขึ้นให้อยู่ในบริเวณที่ต้องการเท่านั้น

        ทีมของ West ใช้พลาสติกชนิดโพลิยูรีเทนที่ปรับแต่งด้วยสารเคมีกลุ่มหนึ่งซึ่งสามารถสลายตัวได้ในน้ำเพื่อปล่อยไนตริกออกไซด์ นักวิทยาศาสตร์เหล่านี้ได้ศึกษาถึงผลของพลาสติกที่มีต่อเกล็ดเลือด และธรรมชาติของหลอดเลือดและเซลล์กล้ามเนื้อ โดยใช้เวลากว่า 2 เดือน

        พลาสติกจะปล่อยไนตริกออกไซด์ออกมาอย่างฉับพลันในช่วง 2 วันแรก หลังจากนั้นจะปล่อยออกมาอย่างช้าๆ ไนตริกออกไซด์จะช่วยให้เกล็ดเลือดไม่เกาะติดกัน ช่วยเพิ่มจำนวนเซลล์ในหลอดเลือด และลดการเติบโตของกล้ามเนื้อ

        ทีมผู้วิจัยมั่นใจว่าไนตริกออกไซด์อยู่เบื้องหลังผลกระทบที่เกิดขึ้นนี้ ซึ่งคงไม่ใช่โพลิยูรีเทนอย่างแน่นอน เนื่องจากเห็นว่าสารจีเอ็มพี (GMP; cyclic guanosine monophosphate) ในเนื้อเยื่อมีปริมาณเพิ่มขึ้นมาก ไนตริก ออกไซด์ช่วยกระตุ้นการปล่อยสารจีเอ็มพี ซึ่งมีผลต่อปฎิกิริยาของเอ็นไซม์และการแสดงออกของยีนส์ พลาสติกที่สามารถปล่อยไนตริกออกไซด์นี้ไม่มีผลกระทบต่อเซลล์แต่อย่างใด

        West กล่าวว่า โพลิยูรีเทนมีความยืดหยุ่นมากกว่าพลาสติกชนิดอื่นที่ใช้ในการทำเนื้อเยื่อปลูกถ่าย ดังนั้น มันจึงรวมตัวเข้ากับเนื้อเยื่อโดยรอบได้ดีกว่าด้วย West ได้เริ่มศึกษาเกี่ยวกับเนื้อเยื่อปลูกถ่ายในกระต่าย และคาดว่าจะเห็นผลลัพธ์ภายใน 1 เดือน

        นักวิทยาศาสตร์หวังว่าเนื้อเยื่อปลูกถ่ายชนิดใหม่นี้จะสามารถนำมาใช้กับคนป่วยได้ในไม่ช้า "มันเป็นความคิดที่น่าสนใจ และพวกเรากำลังมองหาวิธีการว่าระบบสามารถพัฒนาจากผลลัพธ์ก่อนหน้านี้ได้อย่างไร" Peter Weissberg ผู้อำนวยการด้านการแพทย์ของ London-based British Heart Foundation กล่าว

รู้จักกับวัสดุ : หลอดเลือดเทียม (Vascular Grafts)

หลอดเลือดเทียมจากห้องวิจัยของบริษัท ซูมิโตโม อิเล็กทริก อินดัสทรี จำกัด ประเทศญี่ปุ่น

หลอดเลือดเทียมขนาด 20 มิลลิเมตร ผลิตจาก "Dacron" ด้วยวิธีการทอ ซึ่งถูกนำมาใช้ในการผ่าตัดเกี่ยวกับภาวะเส้นเลือดแดงโป่งพองที่หัวใจ

เมื่อหลอดเลือดในร่างกายของเราได้รับความเสียหาย จะมีการใช้หลอดเลือดเทียมทดแทน เพื่อให้หลอดเลือดสามารถทำงานตามหน้าที่ของมันได้ต่อไป โดยทั่วไปมีการใช้หลอดเลือดเทียมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ แต่ในปัจจุบันวงการวิจัยที่ก้าวหน้าได้พยายามมุ่งเน้นไปที่การหาวิธีการที่เหมาะสมสำหรับการซ่อมแซมหลอดเลือดขนาดกลางและขนาดเล็ก หลอดเลือดเทียมมีทั้งที่เป็นแบบทางชีวภาพและหลอดเลือดเทียมที่สังเคราะห์ขึ้นมา หลอดเลือดเทียมชนิดสังเคราะห์ทำมาจากวัสดุที่เรียกว่า "Dacron" หรือ โพลิเตตระฟลูออโรเอทิลีน (PTFE, polytetrafluoroethylene) ผลิตด้วยวิธีการทอหรือถัก ซึ่งหากผลิตด้วยวิธีการทอจะมีรูเล็กกว่า ไม่มีการรั่วซึมของเลือดมากนัก และมีการนำมาใช้งานบ่อยกว่าหลอดเลือดชนิดที่ผลิตด้วยวิธีการถัก เมื่อไม่นานมานี้ มีการผลิตหลอดเลือดเทียมที่ทำจาก Dacron เคลือบด้วยโปรตีน (คอลลาเจน/อัลบูมิน) เพื่อช่วยลดการซึมของเลือด และเคลือบยาปฎิชีวนะเพื่อป้องกันการติดเชื้ออีกด้วย

        การใช้งานของหลอดเลือดเทียมที่ประสบความสำเร็จนั้นขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย เช่น สมบัติเชิงกล (เช่น ความเป็นรูพรุน) ความง่ายในการสัมผัส และความเข้ากันได้กับร่างกายของคนเรา การวิจัยในปัจจุบันมุ่งไปที่การปรับพื้นผิววัสดุให้สามารถเข้ากันได้กับร่างกาย การพัฒนาวัสดุทำหลอดเลือดเทียมที่สามารถย่อยสลายได้ และการพัฒนาวัสดุโพลิเมอร์อิลาสโทเมอร์ชนิดใหม่ๆ ขึ้นมา
 

สาระน่ารู้: รู้จักโฟมโลหะ (metal foam)

บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

           เมื่อพูดถึงวัสดุประเภทโฟม เรามักนึกถึงโฟมพลาสติกที่ใช้ทำกระทง ทำกล่องบรรจุอาหาร หรือสินค้าในรูปแบบอื่น แต่ทราบหรือไม่ว่า นอกจากพลาสติกแล้ว วัสดุประเภทโลหะก็สามารถผลิตเป็นโฟมได้เช่นกัน

           โฟมโลหะเป็นวัสดุโลหะที่มีรูพรุนจำนวนมาก มีเนื้อโลหะอยู่ประมาณ 5-25% กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ โฟมโลหะประกอบด้วยอากาศร้อยละ 75 - 95 ของปริมาตร ทำให้มันมีน้ำหนักเบา โฟมโลหะบางชนิด เช่น โฟมอะลูมิเนียมสามารถผลิตให้มีความถ่วงจำเพาะน้อยกว่าน้ำ ทำให้สามารถลอยน้ำได้ นอกจากนี้โฟมโลหะยังมีสมบัติโดดเด่นในเรื่องความแข็ง และเหนียว (tough) ซึ่งต่างจากโฟมพลาสติก โดยทั่วไปผลิตภัณฑ์หรือชิ้นงานที่ผลิตจากโฟมโลหะจะมีลักษณะผิวภายนอกไม่ต่างจากชิ้นงานโลหะทั่วไป เว้นแต่จะผ่าชิ้นงานหรือผลิตภัณฑ์นั้นออกดู โฟมโลหะจึงเป็นวัสดุที่น่าสนใจสำหรับปัจจุบันและอนาคต

ภาพตัดขวางของโฟมโลหะมีลักษณะคล้ายกับก้อนขนมปัง

การประยุกต์ใช้งาน

โฟมโลหะมีที่มาอย่างไร

ภาพโฟมโลหะแบบเซลล์ปิด ผนังฟองอากาศไม่มีช่องทะลุถึงกัน

           ข้อมูลเกี่ยวกับการพัฒนาโฟมโลหะสามารถย้อนกลับไปได้ถึงปี ค.ศ. 1943 นายเบนจามิน ซอสนิค (Benjamin Sosnick) ได้จดทะเบียนสิทธิบัตรกระบวนการผลิตโฟมโลหะไว้เป็นคนแรก หลักการทำโฟมโลหะที่เบนจามินใช้คือ การเติมไอโลหะชนิดหนึ่งลงในโลหะเหลวอีกชนิดหนึ่งภายใต้ความดันสูง โดยการให้ความร้อนแก่โลหะ 2 ชนิด เช่น ปรอท (Hg) และอะลูมิเนียม (Al) ซึ่งมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่างกันในภาชนะปิดควบคุมความดัน เมื่อให้ความร้อนแก่อะลูมิเนียมจนหลอมเหลว (จุดหลอมเหลวของอะลูมิเนียมคือ 660 ^๐C) ปรอทซึ่งมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำกว่าจะกลายเป็นไอ (จุดเดือดของปรอทคือ 356 ^๐C) อยู่ในภาชนะปิด และภายใต้สภาวะความดันสูงในภาชนะ ไอปรอทจะสามารถละลายหรือแทรกตัวอยู่ในอะลูมิเนียมเหลวได้ เมื่อลดความดันและหยุดให้ความร้อนแก่ภาชนะ ไอปรอทที่อยู่ในอะลูมิเนียมเหลวจะแยกตัวออกมาและขยายตัวเกิดฟองก๊าซขึ้น เมื่ออะลูมิเนียมเหลวเย็นตัวกลับเป็นของแข็งจะได้โฟมอะลูมิเนียม โฟมโลหะที่ได้จากการผลิตด้วยวิธีนี้จะมีลักษณะแบบเซลล์ปิด (close-cell) คือ มีผนังกั้นระหว่างช่องว่างหรือรูพรุนเหล่านั้นอยู่

           กระบวนการผลิตโฟมโลหะของซอสนิคนี้ มีข้อจำกัดหลายอย่าง ได้แก่ ต้นทุนการผลิตสูง วิธีนี้เหมาะกับโลหะบางชนิดเท่านั้น และสามารถผลิตโฟมโลหะได้ในปริมาณน้อย นอกจากนี้โฟมโลหะที่ผลิตได้จะมีขนาดฟองอากาศไม่สม่ำเสมอ กระบวนการผลิตโฟมโลหะวิธีนี้จึงไม่เป็นที่แพร่หลาย

ภาพแสดงลักษณะโครงสร้างแบบเซลล์เปิด ซึ่งผนังฟองอากาศมีรูเชื่อมกันหมด

           ในช่วงปลายของทศวรรษ 1950 มีการพัฒนากระบวนการผลิตโฟมโลหะแบบเซลล์เปิด (open-cell) ซึ่งเป็นโฟมที่มีลักษณะโครงสร้างผนังเชื่อมทะลุถึงกัน หลักการของกระบวนการผลิตคือ การเทโลหะเหลว เช่น อะลูมิเนียมเหลวลงในภาชนะที่บรรจุเกลือหิน (rock salt) เอาไว้ เมื่ออะลูมิเนียมเย็นตัวและกลายเป็นโลหะแข็งจึงละลายเอาเกลือออกทำให้เกิดช่องว่างหรือรูพรุนในเนื้อโลหะนั้น กระบวนการนี้ทำให้ได้โฟมโลหะที่มีความพรุนสม่ำเสมอกว่ากระบวนการผลิตของซอสนิค และได้รูพรุนที่มีลักษณะเชื่อมโยงต่อกัน

           ปัจจุบันในต่างประเทศ หน่วยงานทั้งภาคเอกชน และสถาบันการศึกษาหลายแห่ง ต่างให้ความสนใจในการวิจัยและค้นคว้าเพื่อหาวิธีการผลิตโฟมโลหะแบบใหม่ๆ ออกมา เพื่อให้ได้กระบวนการผลิตที่สามารถผลิตโฟมโลหะที่มีขนาดและรูปร่างของรูพรุนใกล้เคียงกัน มีความถ่วงจำเพาะต่ำ หรือสามารถผลิตโฟมโลหะแบบต่อเนื่องได้ ตัวอย่างกระบวนการผลิตโฟมโลหะที่มีการเผยแพร่ออกมาได้แก่

           แบบที่หนึ่ง ใช้การเผาผนึก (sinter) ผงโลหะหรือเส้นใยโลหะ (metal fiber) ที่อัดตัวแบบหลวม วิธีนี้จะได้ชิ้นงานหรือผลิตภัณฑ์ที่มีความพรุนประมาณ 30-50% แต่สามารถปรับเพิ่มความพรุนของโลหะได้ด้วยการใช้เส้นใยโลหะแทนผงโลหะบางส่วนหรือแทนทั้งหมด ข้อดีของวิธีนี้คือ สามารถประยุกต์ใช้ได้กับโลหะหลายชนิด และชิ้นงานที่ผลิตได้จะมีรูปร่างสุดท้าย (net shape) เหมือนผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ ไม่ต้องตัดแต่งหรือตัดแต่งเพียงเล็กน้อย แต่ข้อเสียคือ ชิ้นงานมีความแข็งแรงจำเพาะ (specific strength) ต่ำ เพราะจุดเชื่อมต่อระหว่างผงอนุภาคหรือจุดเชื่อมต่อระหว่างเส้นใยโลหะมีความบางมาก

           แบบที่สองคือ ใช้การซึมทะลุ (infiltration) โดยในการผลิตโฟมโลหะโดยใส่สารหรือวัสดุบางชนิด เช่น เม็ดเกลือแกง เป็นต้น ลงในแบบพิมพ์ ให้ความร้อนเพื่อหลอมเกลือแกงให้เชื่อมกัน เติมแท่งอะลูมิเนียมลงไปในแบบพิมพ์และหลอมอะลูมิเนียมให้เหลว อะลูมิเนียมเหลวจะแทรกตัวเข้าไปในช่องว่างระหว่างเม็ดเกลือ จากนั้นลดอุณหภูมิและความดันเพื่อให้อะลูมิเนียมแข็งตัว สุดท้ายขจัดเกลือแกงออกด้วยการละลาย ทำให้เหลือโฟมอะลูมิเนียมเท่านั้น กระบวนการผลิตวิธีนี้มีข้อดีคือ ได้โฟมโลหะที่มีขนาดฟองสม่ำเสมอ ส่วนข้อเสียคือ กระบวนการผลิตมีความซับซ้อน ราคาสูง และผลิตได้จำนวนน้อย

           แบบที่สาม คือ ใช้กระบวนการหลอมเหลว (melt route processing) การผลิตโฟมโลหะแบบนี้กระทำโดยเป่าก๊าซบางชนิดลงในโลหะหลอมเหลวโดยตรง ทำให้ฟองก๊าซถูกกักอยู่ในเนื้อโลหะ เมื่อโลหะเย็นตัวและกลายเป็นของแข็งจะได้โฟมโลหะ กระบวนการนี้มีข้อดีคือ เป็นกระบวนการผลิตที่มีราคาถูกที่สุดและไม่ซับซ้อน แต่มีข้อเสียคือ ลักษณะความพรุนตัวไม่สม่ำเสมอ และมักเกิดช่องว่างขนาดใหญ่ ซึ่งมีสาเหตุจากฟองก๊าซมีขนาดไม่สม่ำเสมอ

           นอกจากกระบวนการผลิตทั้งสามแบบนี้แล้ว ยังมีกระบวนการผลิตโฟมโลหะอีกหลายวิธี ซึ่งปัจจุบันงานวิจัยเรื่องโฟมโลหะเกือบทั้งหมดที่ดำเนินการอยู่ (ในต่างประเทศ) นิยมใช้โลหะอะลูมิเนียม เนื่องจากเป็นโลหะเบา ทนทานต่อการกัดกร่อน และมีจุดหลอมเหลวไม่สูงมาก อย่างไรก็ตามโลหะอื่น เช่น เหล็ก นิกเกิล และตะกั่วก็มีการวิจัยและผลิตเป็นโฟมโลหะเช่นกัน แต่เกือบทั้งหมดนั้นยังคงเป็นงานวิจัยที่อยู่ในสถาบันการศึกษาต่างๆ

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

วิทยาศาสตร์ในผลิตภัณฑ์ : ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับเหล็กชุบเคลือบสังกะสี

บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

เป็นที่ทราบกันดีว่าเหล็กและเหล็กกล้าเกิดสนิมได้ง่ายหากวางทิ้งไว้ในบรรยากาศ สนิมเป็นออกไซด์ของเหล็กที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างออกซิเจนกับเนื้อเหล็ก ดังนั้นวิธีหนึ่งที่ใช้ป้องกันเหล็กไม่ให้เกิดสนิม คือ การเคลือบสารปิดทับ

ผิวเหล็กไว้ สารเคลือบที่ใช้มีด้วยกันหลายชนิด สังกะสีก็เป็นโลหะชนิดหนึ่งที่นิยมนำมาเคลือบ เหล็กที่ได้จากการชุบเคลือบสังกะสีเรียกว่า เหล็กกล้าชุบเคลือบสังกะสี (galvanized steel)

การชุบเคลือบสังกะสีมีด้วยกันหลายวิธี เช่น การชุบเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อน (hot dip galvanizing) การเคลือบสังกะสีด้วยไฟฟ้า (electrogalvanizing) การเคลือบด้วยวิธีทางกล (mechanical coatings) การพ่นเคลือบด้วยเปลวความร้อน (zinc spraying) การทาด้วยสีฝุ่นสังกะสี (zinc-rich paints) การชุบเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อนด้วยกระบวนการต่อเนื่อง (continuous hot dip galvanizing) การเคลือบด้วยเทคนิคเชอร์ราไดซ์ซิ่ง (sherardizing) แต่บทความนี้ขอเน้นเฉพาะเรื่องการชุบเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อน

การชุบเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อน เป็นการเคลือบผิวเหล็กด้วยสังกะสีโดยการจุ่มเหล็กลงในอ่างสังกะสีเหลวแล้วยกขึ้น วิธีนี้ถูกนำออกเผยแพร่ครั้งแรกในปี ค.ศ. 1742 โดยนักเคมีชาวฝรั่งเศส P.J. Malouin

ขั้นตอนวิธีการชุบเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อนมีดังนี้

การกำจัดสิ่งสกปรก (soil and grease removal – caustic cleaning) โดยใช้สารละลายด่างล้างสิ่งสกปรก คราบไขมันต่าง ๆ ตลอดจนถึงเศษดินออกให้สะอาด

การล้างด้วยน้ำ (rinsing) ใช้น้ำสะอาดล้างชิ้นงานที่ผ่านการแช่สารละลายด่าง และสารละลายกรดเพื่อกำจัดสภาพด่างและกรดออกจากผิวชิ้นงาน

การกัดด้วยกรด (pickling) ใช้สารละลายกรด เช่น กรดซัลฟิวริก กรดไฮโดรคลอริก ทำความสะอาดผิวโลหะ เพื่อกำจัดฟิล์มออกไซด์และสิ่งปนเปื้อนผิวโลหะออกไป

การแช่น้ำยาประสาน (fluxing) นำชิ้นงานเหล็กมาแช่ในน้ำยาประสาน (สารละลายซิงค์แอมโมเนียมคลอไรด์ – zinc ammonium chloride solution) เพื่อปรับความตึงผิวของเหล็กให้มีความเหมาะสมกับการเคลือบด้วยสังกะสีหลอมเหลว

การชุบเคลือบสังกะสี (galvanizing) นำชิ้นงานที่จะชุบเคลือบไปแช่ในอ่างสังกะสีหลอมเหลว (อุณหภูมิประมาณ 435 – 455 ^๐C) สังกะสีจะเคลือบติดกับเนื้อเหล็กหนาขึ้นตามเวลาที่ทำการแช่

รูปภาพตัดขวางชั้นสังกะสีที่เกาะที่ผิวเหล็กมีลักษณะเป็นชั้น ชั้นในจะมีเหล็กผสมส่วนชั้นนอกสุดเป็นสังกะสีล้วน

การตกแต่งสำเร็จ (finishing) เหล็กที่ชุบเคลือบสังกะสีเสร็จแล้ว จะถูกนำมากำจัดเอาสังกะสีส่วนเกินออกโดยใช้วิธีการเขย่า (vibrating) หรือการล้าง (draining) หรือการหมุนเหวี่ยง (centrifuging) จากนั้นลดอุณหภูมิชิ้นงานโดยนำไปเป่าลมเย็น หรือนำไปชุบของเหลว (quenching)

การตรวจสอบ (inspection) ชิ้นงานที่เคลือบสังกะสีแล้วจะถูกส่งมาตรวจสอบความหนาของชั้นชุบเคลือบ สภาพผิวเคลือบ

สังกะสีป้องกันสนิมเหล็กได้อย่างไร?

การชุบเคลือบสังกะสีปิดผิวเหล็กทำให้ออกซิเจน ไอน้ำ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งคลอไรด์ (chloride) ซึ่งมีฤทธิ์กัดกร่อนเหล็กได้ดี ไม่สามารถสัมผัสและทำปฏิกิริยากับเหล็กได้จึงเป็นการป้องกันระดับหนึ่ง นอกจากนี้ในกรณีที่ผิวเคลือบสังกะสีถูกแรงกระทำจนเกิดรอยลึกถึงเนื้อเหล็กแล้ว สังกะสีก็ยังคงสามารถป้องกันเหล็กจากการกัดกร่อนได้ เนื่องจากสังกะสีเป็นโลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่าเหล็ก (ภาพข้างบน) จึงเกิดปฏิกิริยาเคมีได้ง่ายกว่าเหล็ก ลักษณะการใช้โลหะที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำร่วมกับโลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าสูงกว่าเพื่อให้โลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่าเกิดปฏิกิริยากัดกร่อนก่อนโลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าสูงเรียกว่า การป้องกันแบบแคโทดิก (cathodic protection)

ชิ้นงานที่เคลือบสี (ซ้าย) เมื่อสีเคลือบหลุดชั้นเหล็กจะถูกกัดกร่อนได้ง่ายกว่าชิ้นงานเคลือบสังกะสี (ขวา) เพราะสังกะสีรอบข้างจะเกิดปฏิกิริยาก่อนเหล็ก

การนำไปใช้

ผลิตภัณฑ์เหล็กชุบเคลือบสังกะสีสามารถนำไปใช้งานได้ในอุตสาหกรรมหลายประเภท ไม่ว่าจะเป็นอุตสาหกรรมยานยนต์ อุตสาหกรรมก่อสร้าง และอุตสาหกรรมอื่น ๆ แต่มีข้อสังเกตอย่างหนึ่ง คือ ชิ้นงานที่เคลือบสังกะสีเป็นชั้นบางจะไม่เหมาะสำหรับการใช้งานภายนอกอาคาร อย่างเช่น ชิ้นงานที่เคลือบสังกะสีด้วยวิธีเคลือบด้วยไฟฟ้ามีชั้นเคลือบหนาประมาณ 5 – 10 ไมครอน (ไมครอน = 10^-6 m) ซึ่งไม่เหมาะกับงานภายนอกอาคาร ขณะที่ชิ้นงานเหล็กที่ชุบเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อนจะมีชั้นเคลือบสังกะสีหนาตั้งแต่ 65 – 300 ไมครอน ทำให้มีความทนทานต่อการกัดกร่อนจากสภาพแวดล้อมมากกว่าจึงเหมาะกับการใช้งานภายนอกอาคารมากกว่า

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

• http://www.mooregalvanizing.com/galvanizing_coating.htm
• http://www.azom.com/details.asp?ArticleID=2629
• http://www.galvanizeit.org/
• http://en.wikipedia.org/wiki/Galvanize
• http://www.mooregalvanizing.com/galvanizing_performance.htm
• http://www.zincinfocentre.org/zinc_applications.html#coatings
• http://www.mooregalvanizing.com/galvanizing_performance.htm

วิทยาศาสตร์ในผลิตภัณฑ์ : การเลือกใช้เครื่องครัวโลหะ

บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

ด้วยเหตุที่โลหะมีสมบัติการนำ และการถ่ายเทความร้อนที่ดี มีความแข็งแรงทนทาน มีอายุใช้งานที่ยาวนาน ผนวกกับความมันวาวของโลหะจึงไม่น่าแปลกใจที่มนุษย์นิยมนำโลหะชนิดต่าง ๆ มาใช้เป็นอุปกรณ์เครื่องครัวตั้งแต่สมัยโบราณ อย่างไรก็ดีโลหะแต่ละชนิดมีจุดเด่น จุดด้อยแตกต่างกันไป ดังนั้นการเลือกใช้เครื่องครัวโลหะ และข้อควรระวังในการใช้งานจึงเป็นเรื่องใกล้ตัวที่น่าสนใจไม่น้อยเลย

เครื่องครัวอะลูมิเนียม
อะลูมิเนียมเป็นโลหะที่นิยมผลิตเป็นเครื่องครัวต่าง ๆ เพราะราคาไม่แพง เครื่องครัวที่ทำด้วยอะลูมิเนียมนอกจากจะมีน้ำหนักเบาแล้ว ยังร้อนเร็วเพราะอะลูมิเนียมนำความร้อนได้ดี เป็นรองแค่โลหะเงินกับทองแดงเท่านั้น แต่เครื่องครัวอะลูมิเนียมมีข้อด้อยเรื่องอัตราการสูญเสียความร้อนสูง ทำให้ไม่สามารถเก็บความร้อนได้นานเมื่อยกจากเตา และเป็นรอยขูดขีดง่าย นอกจากนี้ยังสามารถทำปฏิกิริยากับอาหารที่มีฤทธิ์เป็นกรด (รสเปรี้ยว) ดังนั้นจึงควรหลีกเลี่ยงการใช้เครื่องครัวอะลูมิเนียมในการประกอบอาหารที่มีรสเปรี้ยว ยกเว้นเครื่องครัวอะลูมิเนียมที่ได้รับการเคลือบผิวแล้วหรือผ่านกระบวนการปรับปรุงผิวแล้ว

เครื่องครัวสเตนเลส
สเตนเลสเป็นเหล็กกล้าไร้สนิม สเตนเลสเป็นเหล็กกล้าที่มีองค์ประกอบของโครเมียมตั้งแต่ 11.5 เปอร์เซ็นต์ขึ้นไป เครื่องครัวสเตนเลสมีข้อดีหลายประการไม่ว่าจะเป็นความสวยงาม ความแข็งแรงทนทาน ทนต่อแรงขูดขีด ไม่เป็นสนิม ดูแลรักษาง่าย ไม่ทำปฏิกิริยากับอาหาร แต่เครื่องครัวสเตนเลสมีข้อด้อยในเรื่องการนำความร้อนไม่ดี ราคาแพง มีน้ำหนักมาก

สเตนเลสที่นำมาผลิตเป็นเครื่องครัวมีหลายเกรดด้วยกัน ได้แก่ สเตนเลสเกรด 18/0 เกรด 18/8 และเกรด 18/10 แต่บริษัทผู้ผลิตเครื่องครัวที่มีชื่อเสียงในประเทศไทยอย่าง ผลิตภัณฑ์เครื่องครัวตราหัวม้าลาย และตรานกนางนวล เลือกใช้สเตนเลส เกรด 18/10 (โปรดสังเกตตัวเลขบนฉลาก) ตัวเลข 2 จำนวนนี้บอกถึงร้อยละของปริมาณโลหะโครเมียมและโลหะนิกเกิลในเนื้อโลหะ เช่น สเตนเลสเกรด 18/10 เป็นสเตนเลสที่มีโครเมียมผสมอยู่ร้อยละ 18 และมีนิกเกิลผสมอยู่ร้อยละ 10 ปริมาณนิกเกิลที่เพิ่มขึ้นจะช่วยให้สเตนเลสมีความแข็งแรงและทนการกัดกร่อนได้ดีขึ้น

เครื่องครัวสเตนเลสที่มีคุณภาพสูงมักทำด้วยสเตนเลสเกรด 18/8 หรือเกรด 18/10 เพราะมีความแข็งแรงและทนทานต่อการกัดกร่อนของคลอไรด์ (เกลือแกง) ได้ดีกว่าสเตนเลสเกรด 18/0 แต่ราคาผลิตภัณฑ์จะสูงกว่าผลิตภัณฑ์ที่ทำด้วยสเตนเลสเกรด 18/0 ด้วยเช่นกัน ในบางกรณีที่ผู้ผลิตผลิตภัณฑ์เครื่องครัวไม่ระบุถึงเกรดสเตนเลสที่ใช้ ผู้บริโภคสามารถจำแนกชนิดสเตนเลสคร่าว ๆ ได้โดยการทดสอบแม่เหล็กติด ถ้าแม่เหล็กสามารถดูดติดผลิตภัณฑ์นั้นแสดงว่า ผลิตภัณฑ์นั้นทำจากสเตนเลสเกรด 18/0 แต่หากแม่เหล็กดูดไม่ติดแสดงว่าผลิตภัณฑ์นั้นอาจทำจากสเตนเลสเกรด 18/8 หรือเกรด 18/10 เกรดใดเกรดหนึ่ง

เครื่องครัวทองแดง
ทองแดงเป็นโลหะอีกชนิดที่นำมาใช้ผลิตเป็นเครื่องครัว มีความสวยงาม เครื่องครัวที่ทำจากทองแดงร้อนเร็วเพราะทองแดงนำความร้อนได้ดีมากเป็นรองแต่โลหะเงินเท่านั้น เครื่องครัวที่ทำด้วยทองแดงมีข้อด้อยหลายอย่างไม่ว่าจะเป็นความยุ่งยากในการดูแลรักษา และการใช้งาน เพราะทองแดงเกิดรอยขูดขีดง่าย และไม่เหมาะกับอาหารที่มีฤทธิ์เป็นกรด เพราะกรดสามารถกัดกร่อนทองแดงได้ เมื่อนำมาใช้อาจทำให้อาหารมีสีเปลี่ยนแปลง การทำความสะอาดเครื่องครัวทองแดงไม่ควรปล่อยให้แห้งเองด้วยการผึ่งลม เพราะจะเกิดเป็นคราบบนผิวโลหะ ดังนั้นจึงควรเช็ดเครื่องครัวให้แห้งหลังการล้าง นอกจากนี้เครื่องครัวทองแดงยังมีราคาแพงมาก

ด้วยเหตุที่ทองแดงมีข้อดีในเรื่องการนำความร้อนแต่มีข้อด้อยเรื่องการทำปฏิกิริยากับอาหาร ดังนั้นจึงมีการนำโลหะอื่นมาใช้ร่วมกับทองแดง โดยออกแบบให้ทองแดงเป็นชั้นฐานสัมผัสกับเตาไฟ และใช้สเตนเลสหรือดีบุกปิดทับทองแดงเพื่อเป็นชั้นสัมผัสอาหาร ในต่างประเทศมีการเตือนให้ระวังการใช้เครื่องครัวทองแดงที่ไม่มีชั้นโลหะอื่นปิดทับทองแดงมาประกอบอาหารว่า อาจทำให้ผู้บริโภคเกิดอาการคลื่นเหียน อาเจียน ท้องร่วงได้

เครื่องครัวเหล็กหล่อ
เหล็กหล่อ (cast iron) เป็นโลหะที่ใช้ผลิตเป็นเครื่องครัวตั้งแต่สมัยโบราณแล้ว กระบวนการผลิตกระทำโดยการเทน้ำเหล็กหลอมเหลวลงในแบบหล่อและปล่อยให้เหล็กแข็งตัวในแบบ วิธีการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ด้วยการหล่อทำให้ผลิตภัณฑ์ที่ได้มีรูพรุนขนาดเล็กที่ผิว รูพรุนเหล่านี้ทำให้กลิ่นของอาหารเข้าไปติดได้ง่ายและนาน ทำให้อาหารมีกลิ่นแตกต่างจากเดิม ดังนั้นก่อนการใช้งานครั้งแรกจึงต้องนำเครื่องครัวเหล็กหล่อมาผ่านวิธีเคลือบผิวที่เรียกว่า seasoning ก่อนเพื่อปิดรูพรุน

เครื่องครัวที่ทำด้วยเหล็กหล่อเป็นเครื่องครัวที่มีเสน่ห์หรือความคลาสสิกในตัวเอง แต่ไม่ค่อยพบเห็นในท้องตลาด (คาดว่าไม่เป็นที่นิยมในประเทศไทย) เครื่องครัวชนิดนี้มีสีดำ มีน้ำหนักมาก นำความร้อนได้ไม่ดี ทำให้ตั้งไฟร้อนได้ช้าแต่เหล็กหล่อสูญเสียความร้อนช้าจึงกักเก็บความร้อนไว้ได้นาน ดังนั้นจึงเหมาะกับการประกอบอาหารที่ให้ความร้อนเป็นเวลานานอย่าง การตุ๋นเนื้อสัตว์ เป็นต้น เครื่องครัวเหล็กหล่อไม่เหมาะกับการประกอบอาหารที่มีฤทธิ์เป็นกรดเนื่องจากกรดสามารถทำลายผิวเคลือบ seasoning เครื่องครัวเหล็กหล่อมีข้อระวังสำหรับการล้างยุ่งยากพอควร การล้างเครื่องครัวไม่ควรใช้น้ำยาล้างจานหรือผงซักฟอกเนื่องจากสารเคมีสามารถทำลายผิวเคลือบได้ แต่ควรใช้น้ำร้อนราดและขัดด้วยแปรงขนแข็งปานกลางอย่างแปรงไนลอนและเช็ดเครื่องครัวให้แห้ง

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

• http://www.cookingforengineers.com/article.php?id=120
• http://www.nia.nih.gov/Alzheimers/Publications/adfact.htm
• http://hgic.clemson.edu/factsheets/HGIC3864.htm
• http://missvickie.com/resources/cookware/cookwareframe.html

ไนลอน (Nylon)

บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

ไนลอนเป็นเส้นใยสังเคราะห์ชนิดแรกที่ถูกคิดค้นขึ้นโดย ดร. วัลเลซ แคโรเธอร์ (Wallace Carothers) และทีมวิจัยของบริษัท ดูปองท์ ประเทศสหรัฐอเมริกา เส้นใยสังเคราะห์นี้ถูกผลิตออกมาจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ครั้งแรกในปี ค.ศ. 1939 ไนลอนมีด้วยกันหลายชนิด เช่น ไนลอน 6 ไนลอน 6,6 ไนลอน 11 ไนลอน 12 ไนลอน 6,10 และอื่น ๆ แต่ที่นิยมผลิตออกมามากที่สุดมี 2 ชนิดคือ ไนลอน 6,6 และไนลอน 6 โดยไนลอน 6,6 เป็นโพลิเมอร์ที่นิยมผลิตและใช้ในประเทศสหรัฐอเมริกามากที่สุด ขณะที่ประเทศต่าง ๆ ในแถบยุโรปและแถบอื่นจะนิยมผลิตและใช้ไนลอน 6 มากกว่า

การเตรียมไนลอน 6,6

ไนลอนเป็นโพลิเมอร์ที่จัดอยู่ในกลุ่มโพลิเอไมด์ (polyamide) ทำให้สามารถผลิตไนลอนได้จากสารตั้งต้นหลายชนิด แต่สารที่นิยมใช้ทำปฏิกิริยาสังเคราะห์ไนลอน 6 คือ โพลิคาร์โปรแลคแตม (polycarprolactam) ส่วนการสังเคราะห์ไนลอน 6,6 นิยมใช้เฮกซะเมทิลีน ไดเอมีน (hexamethylene diamide) กับกรดอะดิปิค (adipic acid)

เส้นใยสังเคราะห์ไนลอนเป็นโพลิเมอร์แบบกึ่งผลึก (semi-crystalline) มีหมู่เอไมด์ -(-C-O-NH-)- อยู่ในสายโซ่โมเลกุลทำให้สามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลอื่น ๆ ได้ ส่งผลให้ไนลอนเป็นโพลิเมอร์ที่คงความแข็งแรง แม้จะอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง และมีความเหนียว (toughness) แม้ในที่อุณหภูมิต่ำ ให้ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ (low friction coefficient) ทนทานต่อการสึกหรอ (wear) และการขัดถู (abrasion) ตลอดจนทนทานต่อสารเคมีต่าง ๆ นอกจากนี้ไนลอนยังเป็นพลาสติกวิศวกรรม (engineering plastic) ที่สำคัญอีกชนิดหนึ่งด้วย

ไนลอนใช้เป็นเสื้อผ้าก็ย่อมได้

เส้นใยไนลอน
การนำไนลอนซึ่งเป็นโพลิเมอร์มาปั่นเป็นเส้นใยจะใช้วิธีการปั่นหลอม (melt spinning) โดยหลอมไนลอนในเครื่องปั่นหลอม (melt extruder) และฉีดไนลอนเหลวผ่านหัวฉีด (spinnerets)ซึ่งเส้นใยไนลอนที่ได้จะถูกดึงยืดในขณะเดียวกันเพื่อเพิ่มความแข็งแรง การผลิตเส้นใยไนลอนจำเป็นต้องคำนึงถึงเรื่องของน้ำหนักโมเลกุลเป็นสำคัญ เพราะน้ำหนักโมเลกุลจะมีผลต่อค่าความหนืด (viscosity) ของไนลอนที่ทำการหลอม ค่าน้ำหนักโมเลกุลของไนลอนที่เหมาะสำหรับการปั่นเป็นเส้นใยจะอยู่ในช่วง 12,000 – 20,000 เท่านั้น หากไนลอนมีน้ำหนักโมเลกุลต่ำเกินไปจะส่งผลให้โพลิเมอร์มีความเปราะ ขาดง่าย จนไม่สามารถขึ้นรูปเป็นเส้นใยได้ ตรงกันข้ามหากไนลอนมีน้ำหนักโมเลกุลสูงมากเกินไปจะทำให้ไนลอนมีจุดหลอมเหลว (melting temperature) สูงขึ้นทำให้การปั่นหลอมไนลอนกระทำได้ยากซึ่งโพลิเมอร์ที่มีสมบัติแบบนี้จะไม่เหมาะที่จะนำมาทำเป็นเส้นใยเช่นกัน

ความแตกต่างระหว่างไนลอน 6 และไนลอน 6,6
ไนลอนทั้งสองชนิดต่างมีสมบัติทางกายภาพ และสมบัติเชิงกลที่ใกล้เคียงกัน แต่ไนลอน 6,6 จะมีสมบัติเหนือกว่าไนลอน 6 เล็กน้อย แต่มีสิ่งหนึ่งที่ควรพิจารณาเป็นพิเศษคือ เรื่องจุดหลอมเหลวของโพลิเมอร์กับการใช้งาน เนื่องจากไนลอน 6 มีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าไนลอน 6,6 ดังนั้นเสื้อผ้าที่ผลิตจากไนลอน 6 จึงต้องใช้ความระมัดระวังในการรีดเสื้อผ้ามากกว่าไนลอน 6,6

ขนแปรงสีฟัน

การประยุกต์ใช้
ไนลอนเป็นวัสดุที่ทางบริษัท ดูปองท์ ตั้งใจผลิตขึ้นมาเพื่อใช้ทดแทนวัสดุธรรมชาติที่มีราคาสูงอย่างขนสัตว์ และเส้นใยไหม (silk) แต่สินค้าชนิดแรกที่ผลิตจากไนลอนคือ ขนแปรงสีฟัน ขณะที่สินค้าที่สร้างชื่อเสียงให้แก่ไนลอนอย่างมากคือ ถุงน่องของสุภาพสตรีที่ใช้เส้นใยไนลอนในการผลิตแทนเส้นใยไหม และด้วยเหตุที่ไนลอนมีทั้งความแข็งแรง และมีสมบัติเชิงกลต่าง ๆ ดี โพลิเมอร์ชนิดนี้จึงถูกประยุกต์ใช้กับผลิตภัณฑ์ทางการทหารหลายอย่าง เช่น ร่มชูชีพ (parachutes) และเชือก เป็นต้น ทุกวันนี้ไนลอนไม่ได้จำกัดอยู่เพียงแค่การเป็นวัสดุในวงการสิ่งทอแต่เพียงอย่างเดียวแล้ว แต่ไนลอนได้ขยายขอบเขตการใช้งานเข้าไปในอุตสาหกรรมอื่นด้วย อย่างการใช้ไนลอนเป็นวัตถุดิบสำหรับการผลิตเฟือง (gear) ข้อต่อ (fitting) ล้อ (wheel) เป็นต้น

ชิ้นส่วนที่ทำจากไนลอน

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

• http://www.mtec.or.th/th/research/textile/textile_sci.html
• http://www.engr.utk.edu/mse/pages/Textiles/Nylon%20fibers.htm
• http://en.wikipedia.org/wiki/Nylon
• http://www.packagingtoday.com/intronylon.htm
• http://www.mtec.or.th/th/research/textile/textile_sci.html

สารเทฟลอน: สารที่ลื่นที่สุด

บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

 ปัจจุบันมีสินค้าหลายชนิดที่ผสมหรือเคลือบสารเทฟลอน (Teflon) ไว้ในผลิตภัณฑ์ ไม่ว่าจะเป็นเครื่องครัวโลหะต่าง ๆ หรือสีทาผนังบางยี่ห้อ เป็นต้น โดยเครื่องครัวและสีที่มีสารเทฟลอนผสมหรือเคลือบอยู่จะมีข้อดีคือ ช่วยให้ทำความสะอาดได้ง่าย เนื่องจากไม่ค่อยมีคราบสกปรกมาเกาะ หรืออาหารไม่ติดที่ก้นภาชนะเครื่องครัว

โมเลกุลของสารเทฟลอนแบบ 3D (ซ้าย) สูตรโมเลกุลของสารเทฟลอน (ขวา)

สารเทฟลอนคืออะไร?

สารเทฟลอน (Teflon) เป็นชื่อทางการค้าของสารโพลิเตตระฟลูออโรเอทิลีน (polytetrafluoroethylene, PTFE) ดร.รอย เจ. พลันเก็ตต์ (Roy J. Plunkett) วิศวกรของบริษัทดูปองต์ เป็นผู้สังเคราะห์สารนี้ได้ในปี ค.ศ. 1938 ในขณะที่เขากำลังทดลองหาสารทำความเย็นตัวใหม่ ในตอนแรกบริษัทดูปองต์เองก็ไม่รู้ว่าจะนำสิ่งที่พบนี้ไปใช้ในทางการค้าได้อย่างไร จนกระทั่งปี ค.ศ. 1946 บริษัทดูปองต์ก็สามารถเปิดตัวสินค้าประเภทชิ้นส่วนเครื่องจักรที่เคลือบสารเทฟลอนออกมา ซึ่งระยะแรกนั้นสินค้าที่มีการเคลือบสารเทฟลอนก็ยังจำกัดอยู่เฉพาะสินค้าอุตสาหกรรมเท่านั้น จนกระทั่งช่วงกลางของทศวรรษที่ 1950 จึงมีการผลิตเครื่องครัวที่เคลือบด้วยสารเทฟลอนออกวางจำหน่ายในท้องตลาด

ดร.รอย เจ. พลันเก็ตต์

สารเทฟลอนมีสมบัติเด่นคือ สารมีค่าสัมประสิทธิ์ความเสียดทานต่ำ หากพูดในอีกลักษณะที่ไม่ใช่วิชาการคือ สารเทฟลอนเป็นสารที่ “ลื่น” นั่นเอง เมื่อสารเทฟลอนมีสมบัติลื่นมาก ผู้ผลิตสินค้าจึงใช้สารนี้รองพื้นผิวผลิตภัณฑ์ เช่น เครื่องครัวทำให้หมดปัญหาเรื่องอาหารติดกะทะ และเมื่อทอดยังไงอาหารก็ไม่ติดกะทะ ดังนั้นผู้บริโภคก็สามารถลดปริมาณไขมันในการประกอบอาหารลงได้ ซึ่งเป็นการรักษาสุขภาพทางอ้อม นอกจากนี้สารเทฟลอนยังถูกใช้เคลือบอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น ลูกปืน เฟือง (gear) เพื่อลดความเสียดทานขณะเคลื่อนไหว

เนื่องจากสารมีความลื่นมาก ดังนั้นมันจึงถูกนำมาประยุกต์ใช้เพื่อลดแรงเสียดทานระหว่างผิววัสดุผลิตภัณฑ์หลายชนิด เช่น ลูกปืน เป็นต้น หรือแม้แต่ในผลิตภัณฑ์บางอย่างเช่น กระสุนปืน (bullet) ก็มีการใช้สารเทฟลอนมาประยุกต์ด้วย โดยผู้ผลิตกระสุนบางรายเคลือบหัวกระสุนด้วยสารเทฟลอนเพื่อลดแรงเสียดสีขณะลูกกระสุนวิ่งออกจากลำกล้องทำให้ลดความสึกหรอในลำกล้องปืน

สมบัติเด่นอีกอย่างของสารเทฟลอนคือ ความเฉื่อยต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับสารอื่น ดังนั้นจึงมีการใช้สารนี้เคลือบผลิตภัณฑ์ประเภทท่อและบรรจุภัณฑ์ที่ต้องสัมผัสกับสารเคมีบางชนิดที่ไวต่อการเกิดปฏิกิริยา

ความลับของสารเทฟลอน

การที่สารเทฟลอนมีความลื่น และเฉื่อยต่อการเกิดปฏิกิริยากับสารเคมีอื่นนั้น มีสาเหตุจากโครงสร้างโมเลกุลของตัวสารเอง สารเทฟลอนมีสูตรโมเลกุล –[-CF₂-CF₂-]n- ที่ประกอบด้วยพันธะของคาร์บอน–คาร์บอน (C-C) และพันธะของคาร์บอน–ฟลูออรีน (C-F) ซึ่งพันธะระหว่างอะตอมทั้งสองชนิดเป็นพันธะเดี่ยว (single bond) ที่มีความแข็งแรงมาก การสลายพันธะจะต้องใช้พลังงานปริมาณมาก และเนื่องจากโมเลกุลของสารเทฟลอนเป็นโมเลกุลที่ไม่มีขั้ว (nonpolar) จึงทำให้สารเทฟลอนเฉื่อยต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับสารอื่น

นอกจากนี้สมบัติความลื่นของสารเทฟลอนก็เกิดเนื่องจากแรงที่กระทำบริเวณผิวโมเลกุล (interfacial forces) ของสารเทฟลอนและโมเลกุลของสารอื่นมีน้อย ดังนั้นสารเทฟลอนจึงแสดงสมบัติความลื่นออกมา

สารเทฟลอนติดอยู่บนผิวภาชนะได้อย่างไร?

เมื่อสารเทฟลอนลื่นมากจนไม่มีสารใดเกาะติดได้ แล้วผู้ผลิตนำสารนี้ไปเคลือบติดอผิวภาชนะได้อย่างไร? การเคลือบสารเทฟลอนลงบนพื้นผิวภาชนะมีหลายวิธี ซึ่งวิธีหนึ่งที่ใช้เคลือบสารเทฟลอนคือ นำภาชนะที่จะเคลือบมาขัดเซาะผิว จากนั้นพ่นสารรองพื้น (primer) ลงไป แล้วเคลือบด้วยสารเทฟลอน นำผลิตภัณฑ์ไปอบแห้ง และเคลือบสารเทฟลอนทับซ้ำลงไปอีกครั้งแล้วนำไปอบให้แห้ง ขณะที่อีกวิธีหนึ่งที่ใช้เคลือบสารเทฟลอนทำโดยนำผงสารเทฟลอนผสมกับน้ำ และทำการฉีดพ่นลงบนพื้นผิวของภาชนะที่ต้องการแล้วนำไปอบ

ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ที่เคลือบด้วยสารเทฟลอน

ความปลอดภัย

โดยทั่วไปสารเทฟลอนไม่มีอันตราย แต่มีข้อมูลหนึ่งที่น่าสนใจคือ เมื่อเผาภาชนะเปล่าที่เคลือบด้วยสารเทฟลอนจนอุณหภูมิสูงเกินกว่า 400 องศาเซลเซียส (สารเทฟลอนมีจุดหลอมเหลวที่อุณหภูมิ 327 องศาเซลเซียส) อนุภาคของสารเทฟลอนจะกลายเป็นไอและหลุดออกมาสู่บรรยากาศ ซึ่งไอของมัน สามารถทำให้เกิดอาการคล้ายกับอาการไข้จากหวัด (Polymer fume fever) แต่ปัญหานี้จะไม่เกิดขึ้นหากใช้งานภาชนะเคลือบสารเทฟลอนในช่วงอุณหภูมิใช้ทำอาหารทั่วไป

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

• http://www.pslc.ws/mactest/level2.htm
• http://www.material.chula.ac.th/Radio47/March/radio3-3.htm
• http://www.material.chula.ac.th/RADIO44/november/radio11-4.htm
• http://www.school.net.th/library/create-web/10000/science/10000-204.html

วัสดุน่ารู้ : รู้จักกับ ABS

บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

            เอบีเอส (ABS) เป็นชื่อย่อของ อะคริโลไนไตรล์-บิวทาไดอีน-สไตรีน (acrylonitrile-butadiene-styrene) ซึ่งเป็นเทอร์โมพลาสติก* ชนิดหนึ่ง เราพบและ “สัมผัส”พลาสติกชื่อเหมือนระบบเบรกของรถยนต์ชนิดนี้ได้บ่อยมากอย่างไม่ทันสังเกต เนื่องจากมันเป็นส่วนประกอบในเครื่องใช้ไฟฟ้าหลากหลายชนิดที่ใช้ในชีวิตประจำวันตั้งแต่สินค้าไฮเทคอย่างเครื่องคอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะ คอมพิวเตอร์โน๊ตบุ๊ค โทรศัพท์มือถือ โทรทัศน์ ไดร์เป่าผมเรื่อยไปจนกระทั่งของเด็กเล่นอย่างตัวต่อเลโก้ (lego) เป็นต้น เพราะว่าพลาสติกชนิดนี้ถูกใช้เป็นวัสดุสำหรับตัวกล่อง (case) หรือตัวสินค้าภายนอกนั่นเอง แล้วพลาสติกชนิดนี้มีสมบัติหรือความโดดเด่นในด้านใดบ้าง?

สมบัติของพลาสติก
                โดยทั่วไปพลาสติกที่มีความแข็ง จะมีลักษณะแข็งแต่เปราะ หรือหากมีสมบัติแข็งเหนียวก็จะมีลักษณะอ่อนนิ่มร่วมด้วย แต่เอบีเอสแตกต่างจากพลาสติกทั่วไป เพราะเป็นพลาสติกที่มีความสมดุลทั้งในเรื่องความแข็ง (hardness) และความเหนียว (toughness) ทำให้พลาสติกมีสมบัติทนแรงกระแทก (impact resistance) ดี นอกจากนี้เอบีเอสยังมีสมบัติเด่นอีกหลายเรื่อง เช่น ทนต่อแรงเสียดสี (abrasion) คงสภาพรูปร่างได้ดี (dimension stability) ทนความร้อน ทนสารเคมี มีช่วงอุณหภูมิใช้งานกว้าง (ตั้งแต่ -20 ?C -80 ?C) และสามารถขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ได้หลายวิธี

โครงสร้างกับสมบัติทางกายภาพ
                เอบีเอสเป็นเทอร์โมพลาสติก (thermoplastic) ที่ได้จากการทำปฏิกิริยาการเกิดโพลิเมอร์ของโมโนเมอร์ 3 ชนิด คือ สไตรีน (styrene) อะคริโลไนไตรล์ (acrylonitrile) และโพลิบิวทาไดอีน (polybutadiene) ซึ่งโพลิเมอร์ที่ได้จากโมโนเมอร์ 3 ชนิดเรียกว่า เทอร์โพลิเมอร์ (terpolymer) โมโนเมอร์แต่ละชนิดที่ใช้เป็นวัตถุดิบสังเคราะห์เอบีเอสขึ้นมานั้น ล้วนมีผลต่อสมบัติของพลาสติกทั้งสิ้น อะคริโลไนไตรล์มีผลต่อสมบัติการทนความร้อนและสารเคมี  บิวทาไดอีนมีผลต่อสมบัติความทนทานต่อแรงกระแทก (impact strength) และสไตรีนมีผลทำให้พลาสติกมีพื้นผิวเป็นมันเงา ตัดแต่งวัสดุได้ง่าย และช่วยลดต้นทุน
เนื่องจากเอบีเอสเป็นพลาสติกที่ได้จากการนำโมโนเมอร์ 3 ชนิดมาผลิต ดังนั้นผู้ผลิตเอบีเอสจึงสามารถปรับเปลี่ยนสัดส่วนของโมโนเมอร์ทั้งสามชนิดเพื่อให้ได้สมบัติอย่างที่ต้องการ ซึ่งเอบีเอสที่จำหน่ายในท้องตลาดจะประกอบด้วยอะคริโลไนไตรล์ประมาณ 15-30 % โพลิบิวทาไดอีน ประมาณ 5-30% และสไตรีนประมาณ 45-75%

การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม

รถยนต์
                พลาสติกที่จะนำมาใช้ในรถยนต์มักถูกกำหนดเกณฑ์เรื่องคุณภาพไว้ค่อนข้างสูง โดยพลาสติกต้องมีสภาพหรือรูปร่างดีไม่โก่งงอหรือบิดตัวในสภาวะที่มีความเค้น (stress) หรือสภาพที่ต้องเผชิญการเปลี่ยนอุณหภูมิช่วงกว้าง ซึ่งเอบีเอสมีสมบัติต่าง ๆ สูง จึงรองรับสภาพการใช้งานในรถยนต์ได้ดี

เครื่องใช้ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์
                ความต้องการเรื่องวัสดุสำหรับอุตสาหกรรมผลิตเครื่องใช้ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แตกต่างจากอุตสาหกรรมรถยนต์ วัสดุที่ใช้เป็นโครงภายนอกของเครื่องใช้ไฟฟ้านอกจากจะต้องมีความแข็งแรง ทนต่อการขีดข่วน (scratch) และการเสียดสี (wear) ดีแล้วยังต้องมีความสวยงาม เช็ดทำความสะอาดง่าย และไม่เกิดไฟฟ้าสถิตซึ่งเอบีเอสสามารถตอบสนองความต้องการเหล่านี้ได้

เครื่องใช้สำนักงาน
                เครี่องใช้อุปกรณ์สำนักงานต้องการแบบที่ดูดีและมีสีสันสวยงาม ซึ่งเอบีเอสสามารถตอบสนองได้ดีเนื่องจากผสมสีสันได้หลากหลาย และบางเกรดก็สามารถนำมาชุบเคลือบด้วยไฟฟ้าเพื่อให้ได้ผิวแวววาวเหมือนโลหะ อีกทั้งสามารถเลือกใช้กระบวนการขึ้นรูปเพื่อให้ชิ้นงานหรือผลิตภัณฑ์มีพื้นผิวเป็นมันเงา หรือเรียบด้านแล้วแต่ความต้องการ

* เทอร์โมพลาสติกคือพลาสติกที่จะอ่อนตัวและหลอมเหลวหากให้ความร้อนแก่พลาสติก ดังนั้นเอบีเอสจึงเป็นพลาสติกที่นำกลับมารีไซเคิลได้

แหล่งข้อมูลอ้างอิง
 

• http://www.plastiquarian.com/abs.htm
• http://www.efunda.com/Materials/polymers/properties/polymer_cat.cfm?MajorID=ABS
• http://www.designinsite.dk/htmsider/m0007.htm
• http://www.bpf.co.uk/bpfindustry/plastics_materials_Acrylonitrile_Butadiene_Styrene_ABS.cfm
• http://www.machinedesign.com/BDE/materials/bdemat2/bdemat2_1.html
• http://th.wikipedia.org/wiki/%E0%B8%9E%E0%B8%A5%E0%B8%B2%E0%B8%AA%E0%B8%95%E0%B8%B4%E0%B8%81

สาระน่ารู้

วิทยาศาสตร์ในของเล่น ตอน รู้จักกับตัวดูดน้ำ

หลายคนคงเคยได้ยินข่าวหรืออาจจะเคยพบเห็นของเล่นชนิดหนึ่งที่เรียกว่า "ตัวดูดน้ำ" ที่มีรูปร่างเป็นสัตว์ต่าง ๆ และมีลักษณะพิเศษ เมื่อนำของเล่นชนิดนี้ไปแช่น้ำ มันสามารถจะพองหรือขยายขนาดใหญ่กว่าเดิมหลายเท่า แต่หลังจากที่ของเล่นชนิดนี้ถูกนำเข้ามาจำหน่ายได้พักหนึ่งก็ถูกหน่วยงานราชการสั่งเก็บสินค้า และห้ามไม่ให้มีการจำหน่าย เพราะกลัวว่าหากเด็กเล็กเผลอกลืนตัวดูดน้ำนี้เข้าไป มันจะขยายตัวจนเต็มกระเพาะอาหาร หรือหากมันหลุดไปถึงลำไส้ก็สามารถขยายตัวอุดทางเดินของลำไส้ได้เนื่องจากดูดซับน้ำย่อยในกระเพาะอาหารและในลำไส้ ซึ่งหากเกิดขึ้นจริงการนำของเล่นชนิดนี้ออกมาจากร่างกายก็ต้องพึ่งพาวิธีการผ่าตัดเอาออกอย่างเดียว!
แล้วตัวดูดน้ำทำมาจากอะไร? ทำไมมันจึงสามารถขยายตัวได้มากขนาดนั้น? บทความนี้มีคำตอบให้แล้ว...

ตัวอย่างของเล่นที่ทำจากตัวดูดน้ำ

สูตรเคมีของโพลิอะคริลามีด

ลักษณะของโพลิเมอร์ก่อนและหลังการดูดน้ำ

วิทยาศาสตร์ของตัวดูดน้ำ
            ของเล่นตัวดูดน้ำประกอบด้วยวัสดุ 2 ชนิดคือ สารโพลิอะคริลามีด (polyacrylamide) และสารไวนิลอะซีเตด-เอทิลีนโคโพลิเมอร์ (vinylacetate-ethylene copolymer) สารโพลิอะคริลามีดเป็นโพลิเมอร์ที่มีสมบัติของการดูดซับน้ำไว้ในโมเลกุลได้เป็นจำนวนมาก ผลการทดลองในห้องปฏิบัติการพบว่า สารสามารถดูดซับน้ำกลั่นในปริมาณมากกว่าน้ำหนักโพลิเมอร์ถึง 800 เท่า แต่หากทดลองกับน้ำชนิดอื่นอย่างเช่นน้ำประปาแล้ว ความสามารถในการดูดซับน้ำจะลดลง เพราะโดยทั่วไปน้ำประปามีสารต่าง ๆ เจือปนและแขวนลอยอยู่ สารนี้นอกจากถูกนำมาใช้เป็นของเล่นตัวดูดน้ำแล้วยังนิยมใช้เป็นดินวิทยาศาสตร์ที่มีลักษณะเหมือนวุ้นใสมีสีสันสวยงาม เพราะสามารถเก็บกักน้ำได้มากซึ่งช่วยให้ไม่ต้องเสียเวลาในการรดน้ำบ่อย
 

            ในทางวิชาการนั้น สารที่มีสมบัติดูดซับน้ำได้ในปริมาณมากจะถูกเรียกว่า สารโพลิเมอร์ดูดซับยิ่งยวด (super absorbent polymer - SAP) นอกจากสารโพลิอะคริลามีดที่ได้กล่าวมาแล้ว ยังมีสารอื่น เช่น สารโพลิอะคริลิกแอซิด (polyacrylic acid) สารโซเดียมโพลิอะคริเลต (sodium polyacrylate) เป็นต้น สารสองชนิดนี้เป็นสารดูดซับยิ่งยวดที่ถูกนำมาประยุกต์ใช้กับการดูดซับน้ำเช่นกัน แต่นิยมใช้เป็นสารดูดซับน้ำสำหรับผลิตภัณฑ์อย่างพวกผ้าอ้อมสำเร็จรูปสำหรับเด็ก-ผู้ใหญ่ และผ้าอนามัยมากกว่า
 

            สำหรับวัสดุชนิดที่สองที่เป็นอีกองค์ประกอบหนึ่งของตัวดูดน้ำคือ สารไวนิลอะซีเตด-เอทิลีนโคโพลิเมอร์ซึ่งเป็นโพลิเมอร์ได้จากปฏิกิริยาการเกิดโพลิเมอร์ระหว่างไวนิลอะซีเตดโมโนเมอร์ กับเอทิลีนโมโนเมอร์ โพลิเมอร์นี้ทำหน้าที่เป็นเสมือนแกนโครงสร้าง ทำให้ตัวดูดน้ำไม่สูญเสียรูปทรงไปเพราะการพองตัว ผู้เล่นจึงสามารถแช่ตัวดูดน้ำจนพอง นำมาผึ่งหรือตากให้น้ำระเหยแห้ง แล้วนำมาแช่น้ำซ้ำใหม่ได้หลายครั้ง โดยไม่ว่าจะแช่น้ำจนพองหรือหลังจากตากแห้งแล้ว รูปลักษณ์ (ไม่ใช่ขนาด) ของตัวดูดน้ำก็ไม่มีการเปลี่ยนแปลง

ลักษณะโมเลกุลของโพลิเมอร์ก่อนแช่น้ำ (ซ้าย) และหลังแช่น้ำ (ขวา)

ความลับของการขยายร่าง
            โดยทั่วไปการละลายของสาร คือ การที่สารชนิดหนึ่งแพร่กระจายจนมีความเข้มข้นของสารเท่ากันหมดทั่วทั้งของเหลว แต่ในตัวดูดน้ำนี้ เนื่องจากมันประกอบขึ้นจากสารโพลิเมอร์ดูดซับยิ่งยวดซึ่งเป็นสารโพลิเมอร์ที่โมเลกุลมีขนาดใหญ่มาก อีกทั้งโครงสร้างโมเลกุลก็มีลักษณะคล้ายร่างแห หรือตาข่าย ดังนั้นเมื่อโมเลกุลของน้ำแทรกซึมเข้าไปโมเลกุลของสารแล้ว โมเลกุลของสารโพลิเมอร์จึงเพียงแต่ถูกทำให้คลายตัวออกมา แต่ไม่สามารถแพร่กระจายออกได้เพราะการยึดติดกันของเส้นสายโพลิเมอร์ในโมเลกุลเอง จึงทำให้ลักษณะภายนอกหลังจากโพลิเมอร์ดูดน้ำเข้าไปแล้วมีลักษณะเป็นก้อนคล้ายวุ้น หรือเจลใส และเมื่อนำก้อนโพลิเมอร์ที่อุ้มน้ำนั้นมาตากแดด หรืออบด้วยความร้อนเพื่อไล่น้ำแล้วก็จะได้สารโพลิเมอร์กลับคืนมาเหมือนเดิม
 

            ส่วนการที่โมเลกุลของน้ำสามารถยึดเกาะกับโมเลกุลของสารโพลิเมอร์ได้นั้น เกิดจากหมู่เอมีน (-NH₂) ของสารโพลิอะคริลามีดเกิด "พันธะไฮโดรเจน" กับโมเลกุลน้ำ (H₂O) แรงนี้เป็นแรงดึงดูดอย่างอ่อนที่เกิดเฉพาะอะตอมของไฮโดรเจนกับอะตอมของออกซิเจน (O) หรือไนโตรเจน (N) หรือฟลูออรีน (F) เท่านั้น

เมื่อโพลิเมอร์ดูดซับยิ่งยวดกลายเป็นดินวิทยาศาสตร์สีสันสวยงาม

ของเล่นอันตรายและไร้ประโยชน์ ?
            ในประเทศไทยมีการสั่งห้ามนำเข้าของเล่นตัวดูดน้ำเข้ามาจำหน่ายอย่างเด็ดขาด เนื่องจากเกรงว่าเด็กเล็กอาจเผลอหยิบของเล่นชนิดนี้กลืนเข้าไปในร่างกาย แต่ในต่างประเทศ (ที่พัฒนาแล้ว) นั้น ของเล่นชนิดนี้สามารถนำมาใช้เป็นของเล่น และเป็นสื่อการเรียน การสอนทางด้านวิทยาศาสตร์ได้ และแม้ว่าตัวดูดน้ำจะเป็นของเล่นที่ถูกมองว่ามีอันตราย (สำหรับเด็กในประเทศไทย) แต่ในแง่มุมการออกแบบและประยุกต์ใช้แล้ว ต้องถือว่าสิ่งนี้มีความน่าสนใจในแง่ของการนำสมบัติเฉพาะตัวออกมานำเสนอได้อย่างน่าสนใจทีเดียว

แหล่งข้อมูลอ้างอิง
http://www.terrificscience.org/freeresources/presentations/pdfs/saltsolution.pdf
http://www.webpak.net/~toddj68/exper.htm
http://scifun.chem.wisc.edu/CHEMWEEK/POLYMERS/Polymers.html
http://www.water-keep.com/about/science-superabsorbent-polymers.html

ผลิตภัณฑ์จากวัสดุนาโนในอนาคต

เรียบเรียงโดย : ฐาปนี อินทรทัต
งานข้อมูลเทคโนโลยีวัสดุ

วัสดุนาโนเป็นวัสดุในระดับอนุภาคขนาดนาโนเมตร (10^-9) ซึ่งมีสมบัติ ทั้งทางเคมี กายภาพ และทางกล ที่พิเศษ และไม่เหมือนใคร สามารถนำไปใช้ทำผลิตภัณฑ์ต่างๆ ได้อย่างมากมายมหาศาล ผลิตภัณฑ์ดังต่อไปนี้เป็นเพียงตัวอย่างบางส่วนที่แสดงถึงความเป็นไปได้ในการนำวัสดุนาโนมาใช้ให้เกิดประโยชน์
ชิปคอมพิวเตอร์ในโลกยุคถัดไป
ชิ้นส่วนวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ตัวทรานซิสเตอร์ (transistors) ตัวต้านทาน (resistors) และตัวเก็บประจุ (capacitors)จะมีขนาดเล็กลงกว่าเดิมซึ่งช่วยเพิ่มความเร็วของระบบประมวลผลได้มาก แต่ยังมีอุปสรรคทางเทคโนโลยีอยู่หลายเรื่อง รวมถึงการขาดสารตั้งต้นที่มีอนุภาคขนาดเล็กเพื่อใช้ผลิตส่วนประกอบเหล่านี้ การกระจายความร้อนปริมาณมากที่ไม่ดีพอซึ่งเกิดจากการประมวลผลของไมโครโปรเซสเซอร์ความเร็วสูง เป็นต้น วัสดุนาโนจะเข้ามาช่วยเอาชนะอุปสรรคข้างต้นนี้ ด้วยการเพิ่มทางเลือกให้แก่ผู้ประกอบการในการผลิตที่ใช้วัสดุเริ่มต้นที่มีผลึกขนาดเล็กในระดับนาโน (nanocrystalline) ที่มีความบริสุทธิ์สูงมากๆ หรือมีการนำความร้อนที่ดีกว่า หรืออาจสร้างจุดเชื่อมลายวงจรในไมโครโปรเซสเซอร์ที่มีความทนทานและอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น

อาวุธรูปแบบใหม่ที่ดีกว่าเดิม
ปืนแบบเก่า เช่น ปืนครก ปืนใหญ่ ใช้พลังงานเคมีที่มาจากการจุดระเบิด ความเร็วสูงสุดของกระสุนถูกขับดันอยู่ที่ประมาณ 1.5-2.0 กิโลเมตรต่อวินาที ส่วนปืนชนิดที่ยิงโดยใช้ระบบแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic guns, EML guns) หรือ railguns สามารถขับดันลูกกระสุนที่ความเร็วมากถึง 10 กิโลเมตรต่อวินาที การเพิ่มความเร็วเป็นผลให้พลังงานจลน์เพิ่มขึ้น (เปรียบเทียบที่ปริมาณกระสุนเท่าเดิม) ซึ่งจะเพิ่มความเสียหายต่อเป้าหมายได้มากยิ่งขึ้น ด้วยเหตุนี้เอง กระทรวงกลาโหมโดยเฉพาะในสหรัฐอเมริกา จึงมุ่งเน้นให้ความสนใจในการทำวิจัยปืนแบบ railguns การทำงานของปืนแบบ railguns นั้นอาศัยพลังงานไฟฟ้า ตัวรางจึงจำเป็นต้องมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีมากและยังต้องมีความแข็งแรงมากพอที่จะไม่พังหรือทรุดขณะเผาไหม้หรือเพราะน้ำหนักของตัวมันเอง วัสดุที่ใช้ทำรางของปืนแบบ railguns นี้ คือ ทองแดง ซึ่งแม้จะมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีมาก แต่รางที่ทำจากทองแดงจะสึกหรออย่างรวดเร็วมากเนื่องจากมีการกัดเซาะจากการยิงกระสุนด้วยความเร็วที่สูงมาก และไม่มีความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง จึงทำให้มีความจำเป็นต้องเปลี่ยนลำกล้องกระสุนบ่อยครั้งมากอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ วัสดุคอมโพสิตที่มีผลึกระดับนาโนที่ทำจากทังสเตน ทองแดง และไททาเนียมไดบอไรด์ เป็นวัสดุที่มีความเป็นไปได้ในการนำมาใช้ทำปืนแบบ railguns เพราะเป็นวัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าตามที่ต้องการ มีค่าการนำความร้อนเพียงพอ ความแข็งแรงสูงมาก มีความแข็ง และทนทานการสึกหรอและกัดกร่อนได้ดี ทำให้ปืนแบบ railguns มีอายุการใช้งานยาวนาน ทนทานการสึกหรอและการกัดกร่อน จนสามารถยิงได้บ่อยครั้งมากกว่าปืนรุ่นเก่า
 

ขีปนาวุธพลังงานจลน์ที่ทำลายเป้าหมายได้แม่นยำ
ปัจจุบัน กระทรวงกลาโหมของประเทศสหรัฐอเมริกาใช้ขีปนาวุธยูเรเนียมชนิดที่ขจัดส่วนที่เป็นตัวแผ่รังสีออกไปแล้ว (depleted-uranium (DU)) เพื่อใช้เจาะทะลุเข้าเป้าหมายที่แข็งและยานพาหนะหุ้มเกราะของศัตรูให้ได้ แต่ขีปนาวุธยูเรเนียมชนิดดังกล่าวก็ยังมีส่วนที่แผ่รังสีหลงเหลืออยู่และมีความเป็นพิษกับผู้ที่ใช้มัน (ก่อให้เกิดมะเร็ง) และอาจเกิดการระเบิดและเป็นอันตรายถึงแก่ชีวิตได้ อย่างไรก็ตาม เหตุผลสำคัญที่ทำให้กระทรวงกลาโหมยังคงใช้ขีปนาวุธยูเรเนียมตัวนี้ เพราะมันมีกลไกการลับคมในตัวเอง (self-sharpening) ที่พิเศษเมื่อกระทบกับเป้า และยังไม่มีวัสดุอื่นที่เหมาะสมที่ไม่เป็นพิษหรือไม่ระเบิดที่จะมาทดแทนยูเรเนียมตัวนี้ได้  วัสดุนาโนที่กำลังเป็นที่สนใจและอาจมีสมบัติการลับคมในตัวเองได้คืออัลลอยทังสเตนที่มีผลึกระดับนาโน เพราะมีลักษณะการเสียรูปที่เป็นลักษณะพิเศษเฉพาะ เช่น การเลื่อนไถลของผนังขอบเกรน (grain-boundary sliding)  ดังนั้น อัลลอยทังสเตนที่มีผลึกระดับนาโนและวัสดุคอมโพสิตจึงมีความเป็นไปได้ที่จะมาทดแทนขีปนาวุธยูเรเนียมได้
 

ปืนใหญ่อากาศ GAU-8A ขนาด 30 ม.ม.ติดตั้งกับเครื่องบินโจมตี A-10A มีอำนาจในการทะลุทะลวงเป้าหมายอย่างสูงเนื่องจากส่วนหัวที่หุ้มด้วยยูเรเนี่ยม แต่มีปัญหาคือรังสีที่ยังคงหลงเหลืออยู่ ดังนั้นกระสุนที่ทำจากวัสดุนาโนคอมโพสิตจะเข้ามาแทนที่ กระสุนดังกล่าวในอนาคต

วัสดุฉนวนที่มีสมบัติดีขึ้น
วัสดุที่มีผลึกระดับนาโนที่สังเคราะห์ขึ้นด้วยเทคนิคโซล-เจลมีโครงสร้างเหมือนโฟม เรียกว่า ‘แอโรเจล (aerogels)’ แอโรเจลนี้มีลักษณะพรุน น้ำหนักเบา และสามารถรับน้ำหนักได้มากถึง 100 เท่าของน้ำหนักของมันเอง  แอโรเจลเป็นวัสดุที่มีลักษณะเป็นโครงร่างตาข่าย 3 มิติของอนุภาคเชื่อมต่อกัน ซึ่งมีอากาศหรือของไหลอื่นๆ เช่น แก๊ส อยู่ภายในช่องว่างระหว่างอนุภาคเหล่านั้น ปัจจุบันแอโรเจลใช้เป็นวัสดุฉนวนในอาคารสำนักงานและบ้านเรือน เนื่องจากมีรูพรุนที่มีอากาศถูกกักอยู่ภายใน การนำแอโรเจลมาใช้เป็นฉนวนนี้ ช่วยลดความถี่ในการการทำให้ร้อนขึ้นหรือเย็นลงได้อย่างมาก ช่วยประหยัดพลังงานและลดมลภาวะแวดล้อม นอกจากนี้ แอโรเจลยังใช้เป็นวัสดุสำหรับ ‘หน้าต่างฉลาด’ ซึ่งจะมืดลงเมื่อแสงแดดแรงมากเกินไป และจะสว่างขึ้นเองเมื่อแสงแดดไม่จ้า เหมือนกับเลนส์ปรับแสงของกล้องหรือแว่นกันแดด

วัสดุฟอสเฟอร์สำหรับจอภาพที่ให้ความคมชัดสูงและราคาถูก
ความละเอียดของจอโทรทัศน์ จอภาพแบบแบน และจอมอนิเตอร์ของคอมพิวเตอร์นั้นขึ้นกับขนาดของพิกเซลเป็นหลัก แต่ละพิกเซลผลิตขึ้นมาจากวัสดุที่เรียกว่า ‘ฟอสเฟอร์ (phosphors)’ ซึ่งสามารถเรืองแสงได้เมื่อชนกับลำอิเล็กตรอนในหลอดรังสีคาโธด (cathode ray tube (CRT)) ความละเอียดของจอภาพสามารถเพิ่มขึ้นได้ด้วยการลดขนาดของพิกเซลหรือฟอสเฟอร์ การสังเคราะห์วัสดุฟอสเฟอร์ผลึกนาโนจำพวกซิงค์ซิลิไนด์ ซิงค์ซัลไฟด์ แคดเมียมซัลไฟด์ และเลดเทลลูไรด์ ด้วยเทคนิคโซล-เจล ทำให้สามารถลดขนาดพิกเซล ช่วยให้สามารถผลิตโทรทัศน์และจอมอนิเตอร์ที่ให้ภาพคมชัดสูง (high-definition televisions (HDTVs))ที่คนทั่วไปสามารถซื้อหาได้ในราคาต้นทุนการผลิตที่ต่ำกว่าเทคโนโลยีในปัจจุบัน นอกจากนั้นจอภาพแบบแบนที่ผลิตขึ้นมาจากวัสดุนาโนยังให้ความสว่างและความคมชัดสูงกว่าจอแบบดั้งเดิมเพราะมีสมบัติทางไฟฟ้าและแม่เหล็กที่ดีกว่าด้วย
 

จอแสดงผลแบบอิเล็กโทรโครมิกขนาดใหญ่
อุปกรณ์อิเล็กโทรโครมิกประกอบด้วยวัสดุที่ซึ่งสามารถปรับแต่งค่าแถบคลื่นความถี่ของการดูดกลืนพลังงานแสง (optical absorption band) ได้ โดยใช้การป้อนค่ากระแสไฟฟ้าต่างๆ หรือการเปลี่ยนการป้อนค่าสนามไฟฟ้า วัสดุที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กโทรโครมิก คือ วัสดุที่มีผลึกระดับนาโน เช่น ทังสติกออกไซด์ในรูปเจล (tungstic oxide (WO3.xH2O) gel) ถูกนำมาใช้ในจอแสดงผลขนาดใหญ่ ปฏิกิริยาที่เกี่ยวกับอิเล็กโทรโครมิซึ่ม   (electrochromism) หรือกระบวนการเปลี่ยนกลับไปมาของสีภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าเป็นการฉีดไอออน (หรือโปรตอน (H+)) และอิเล็กตรอนเข้าไปซ้ำ (double-injection) ซึ่งจะเข้าไปรวมตัวกับกรดทังสติกที่มีผลึกระดับนาโน เพื่อทำให้เกิดเป็นทังสเตนบรอนซ์ อุปกรณ์นี้ถูกใช้ในแผ่นป้ายสาธารณะเพื่อนำเสนอข้อมูล อุปกรณ์ทางอิเล็กโทรโครมิกจะเหมือนๆ กับจอแสดงผลที่เป็นสารกึ่งผลึกกึ่งเหลว (liquid-crystal displays (LCD)) ที่ใช้ในเครื่องคิดเลขและนาฬิกา แต่อุปกรณ์อิเล็กโทรโครมิกจะแสดงข้อมูลโดยการเปลี่ยนสี เมื่อให้ความต่างศักย์ไฟฟ้า แต่หากเกิดขั้วไฟฟ้าตรงข้าม สีจะซีดจางลง ความละเอียดของจอ (resolution) ความสว่าง ความคมชัดของจอ จะขึ้นกับขนาดของเกรนของกรดทังสติก ดังนั้น จึงสามารถนำวัสดุนาโนมาใช้ในวัตถุประสงค์นี้ได้

วัสดุตัดเจาะที่มีความแข็งและเหนียวมากขึ้น
เครื่องมือตัดเจาะที่ทำด้วยวัสดุคาร์ไบด์ที่มีผลึกระดับนาโน เช่น ทังสเตนคาร์ไบด์ แทนทาลัมคาร์ไบด์ และไททาเนียมคาร์ไบด์ ให้ความแข็ง ทนการสึกหรอ ทนการกัดเซาะ และมีอายุการใช้งานที่ยาวนาน ทำให้สามารถตัดแต่งวัสดุหลากหลายชนิดได้รวดเร็วกว่า จึงเป็นการเพิ่มผลผลิตและลดค่าใช้จ่ายในการผลิตได้มาก ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์หัวเจาะขนาดจิ๋วสำหรับผลิตชิ้นส่วนขนาดเล็กมากในวงจรไมโครอิเล็กทรอนิกส์จำเป็นต้องใช้สว่านขนาดจิ๋วระดับไมโครเมตร (microdrills) (เส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่าความหนาเฉลี่ยของเส้นผมของคนหรืออยู่ที่ประมาณ 100 ไมโครเมตร) ที่มีความคมและทนทานการสึกหรอได้ดี
 

วัสดุเซรามิกที่ตัดแต่งได้ง่ายและไม่เปราะ
วัสดุเซรามิกนั้น โดยธรรมชาติแล้ว มีความแข็ง เปราะ และยากต่อการตัดแต่ง ลักษณะเหล่านี้เป็นตัวขัดขวางให้ผู้ใช้งานไม่สามารถใช้ประโยชน์จากสมบัติที่ดีด้านอื่นๆ ของมันได้ แต่อย่างไรก็ตามหากมีการลดขนาดของเกรนแล้ว วัสดุเซรามิกจะถูกนำมาใช้งานอื่นๆ ได้มากขึ้น เช่น เซอร์โคเนียมเป็นเซรามิกที่แข็งและเปราะ เมื่อลดขนาดเกรนแล้ว จะสามารถนำมาทำให้มีสมบัติซูเปอร์พลาสติก (superplastic) คือ สามารถทำให้เสียรูปด้วยการดึงให้ยาวมากๆ (ได้มากถึง 300 % ของความยาวดั้งเดิม) อย่างไรก็ตามวัสดุเซรามิกเหล่านี้จะต้องมีเกรนเป็นผลึกระดับนาโนที่เป็นซูเปอร์พลาสติกด้วย ความจริงแล้ว เซรามิกที่มีผลึกระดับนาโนอย่างเช่น ซิลิคอนไนไตรด์และซิลิคอนคาร์ไบด์ได้ถูกนำไปใช้เป็นสปริงที่มีความแข็งสูง ใช้ทำตลับลูกปืนเม็ดกลม ลูกกระทุ้งลิ้นในรถยนต์ เพราะสามารถขึ้นรูปและตัดแต่งได้ดี  รวมทั้งมีสมบัติทางกล ทางเคมี และกายภาพที่ดีเป็นเลิศ นอกจากนั้น ยังเหมาะที่จะใช้เป็นชิ้นส่วนในเตาอุณหภูมิสูงอีกด้วย เซรามิกที่มีผลึกระดับนาโนนี้สามารถอัดขึ้นรูปและเผาผนึกให้เป็นรูปร่างได้หลากหลายแบบที่อุณหภูมิต่ำ

การกำจัดสารก่อมลภาวะ  
วัสดุที่มีผลึกระดับนาโนจะมีผนังขอบเกรน (grain boundaries) ขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับขนาดเกรน (grain size) ดังนั้นวัสดุนาโนจึงมีความไวมากในเรื่องของสมบัติทางเคมี กายภาพ และทางกล วัสดุนาโนสามารถใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (catalysts) ที่ใช้ในปฏิกิริยากับแก๊สที่เป็นอันตรายหรือเป็นพิษอย่างเช่น คาร์บอนมอนอกไซด์และไนโตรเจนออกไซด์ในเครื่องฟอกไอเสีย (catalytic converters) ในรถยนต์ และอุปกรณ์ต้นกำเนิดพลังงาน เพื่อป้องกันมลภาวะแวดล้อมที่เกิดจากการเผาไหม้ของน้ำมันและถ่านหิน

แบตเตอรี่ความหนาแน่นพลังงานสูง (High Energy Density Batteries)
วัสดุที่มีผลึกระดับนาโนที่สังเคราะห์ขึ้นด้วยวิธีโซล-เจลเป็นวัสดุที่เหมาะสมจะนำมาใช้ทำแผ่น ‘separator plates’ ในแบตเตอรี่ เพราะมีโครงสร้างที่มีลักษณะคล้ายโฟมหรือแอโรเจลซึ่งสามารถเก็บพลังงานได้มากกว่าแบตเตอรี่รุ่นเก่า ยิ่งกว่านั้น แบตเตอรี่ชนิดนิกเกิลเมทัลไฮดราย (Ni-MH) ซึ่งทำจากเมทัลไฮดรายและนิกเกิลที่มีผลึกระดับนาโนนั้น ต้องการการประจุไฟใหม่ด้วยจำนวนครั้งที่น้อยกว่าและมีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่าแบตเตอรี่รุ่นเก่ามาก

แม่เหล็กที่ให้กำลังงานสูง (High-Power Magnets)
ค่าของแรงแม่เหล็กและความเป็นแม่เหล็กอย่างสมบูรณ์สามารถเพิ่มขึ้นได้หากมีการลดขนาดของเกรนและเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสจำเพาะของเกรน (พื้นที่ผิวสัมผัสต่อหนึ่งหน่วยปริมาตรของเกรน) ดังนั้น แม่เหล็กที่ผลิตขึ้นมาจากอิตเทรียม ซาแมเรียม โคบอลต์ ที่มีผลึกระดับนาโนจึงให้สมบัติทางแม่เหล็กที่ไม่ธรรมดา เพราะพื้นที่ผิวที่มีมากมายมหาศาล แม่เหล็กกำลังสูงนี้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในเรือดำน้ำ ตัวกำเนิดไฟฟ้าสลับในรถยนต์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าภาคพื้นดิน มอเตอร์สำหรับเรือ เครื่องมือวิเคราะห์ความไวสูง และเครื่องฉายภาพคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อตรวจวินิจฉัยทางการแพทย์ (magnetic resonance imaging (MRI)

เซ็นเซอร์ที่มีความไวสูง
เซ็นเซอร์เป็นอุปกรณ์ที่มีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของตัวแปรหลายชนิด เช่น ความต้านทานทางไฟฟ้า ปฏิกิริยาเคมี ความสามารถในการแผ่ซ่านของอำนาจแม่เหล็ก การนำความร้อน และความจุไฟฟ้า เซนเซอร์ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมต่างๆ ได้โดยอาศัยลักษณะทางกล กายภาพ หรือเคมีของวัสดุที่ใช้ทำเซ็นเซอร์ ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์ตรวจจับแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ที่ทำจากเซอร์โคเนียมออกไซด์หรือเซอร์โคเนีย อาศัยความเสถียรทางเคมีเพื่อตรวจจับโมเลกุลของแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ เมื่อโมเลกุลของแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์มากระทบกับเซอร์โคเนีย  อะตอมของออกซิเจนในเซอร์โคเนียมออกไซด์จะทำปฏิกิริยากับคาร์บอนในคาร์บอนมอนอกไซด์ เป็นผลให้เซอร์โคเนียมออกไซด์ลดลงไปบางส่วน ปฏิกิริยานี้จะกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงของเซ็นเซอร์ เช่น การนำหรือความต้านทานไฟฟ้า และความจุไฟฟ้า ซึ่งอัตราเร็วและขอบเขตของปฏิกิริยานี้จะเพิ่มขึ้นอย่างมากด้วยการลดขนาดเกรนของวัสดุที่ใช้ทำเซนเซอร์ ดังนั้น เซ็นเซอร์ที่ทำจากวัสดุที่มีผลึกระดับนาโนย่อมมีความไวอย่างยิ่งยวดต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อม ตัวอย่างของเซ็นเซอร์ที่ทำจากวัสดุนาโน ได้แก่ ตัวตรวจจับควัน ตัวตรวจจับน้ำแข็งบนปีกเครื่องบิน เซ็นเซอร์วัดประสิทธิภาพเครื่องยนต์ เป็นต้น

ยานยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงได้อย่างมีประสิทธิภาพมาก
วัสดุนาโนที่มีความแข็ง ทนทาน ทนทานต่อการสึกหรอและการกัดกร่อน ได้รับความสนใจในการนำมาทำหัวเทียนในเครื่องยนต์ซึ่งมีขั้วอิเล็กโทรด (electrode) ที่มีอายุการใช้งานยาวนาน ทำให้การเผาไหม้เชื้อเพลิงมีประสิทธิภาพและสมบูรณ์มากยิ่งขึ้น หัวเทียนแบบใหม่ที่เรียกว่า ‘railplug’ นี้ กำลังอยู่ในขั้นการทำต้นแบบ railplug ใช้เทคโนโลยีที่มาจาก railgun ซึ่งเป็นผลผลิตของโครงการสตาร์วอร์ (Star War) ที่โด่งดัง แต่อย่างไรก็ตาม railplug จะทำให้เกิดการจุดระเบิด (spark) ที่มีกำลังมากกว่ามากๆ (ด้วยความหนาแน่นพลังงานอยู่ที่ 1 กิโลจูลต่อตารางมิลลิเมตร) และเนื่องจากว่า รถยนต์มักสูญเสียพลังงานในรูปความร้อนของเครื่องยนต์ที่ปล่อยออกมาโดยเฉพาะอย่างยิ่งในเครื่องยนต์ดีเซล ดังนั้น การเคลือบกระบอกสูบเครื่องยนต์ด้วยวัสดุเซรามิกที่มีผลึกระดับนาโน เช่น เซอร์โคเนียและอะลูมินา จะช่วยรักษาความร้อนไว้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เป็นผลให้มีการเผาไหม้เชื้อเพลิงเกิดขึ้นได้อย่างสมบูรณ์

ดาวเทียมที่มีอายุการใช้งานยาวนาน
ดาวเทียมถูกใช้ในงานด้านการป้องกันภัยทางทหารและกิจการของพลเรือน ดาวเทียมเหล่านี้ใช้ระบบกระสวยขับดันเพื่อให้ลอยอยู่หรือเปลี่ยนวงโคจรได้ในสภาวะปัจจัยหลายอย่างรวมถึงอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของโลก อายุการใช้งานของดาวเทียมถูกกำหนดจากปริมาณเชื้อเพลิงที่มันสามารถบรรทุกขึ้นไปด้วยได้ ซึ่งเชื้อเพลิงมากกว่า 1 ใน 3 จะสูญเสียไปกับการที่กระสวยเปลี่ยนตำแหน่งจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง เช่น ไฮดราซีน (hydrazine) ที่ไม่สมบูรณ์และไม่มีประสิทธิภาพ ซึ่งมีสาเหตุจากตัวจุดระเบิด (ignitors) เกิดการสึกหรออย่างรวดเร็ว ในอนาคต มีความเป็นไปได้ที่จะนำวัสดุนาโน เช่น คอมโพสิตชนิดทังสเตน-ไททาเนียม ไดอะบอไรด์-คอปเปอร์ มาใช้เป็นวัสดุสำหรับตัวจุดระเบิดเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและอายุการใช้งาน

ชิ้นส่วนอากาศยานที่มีสมรรถนะดีขึ้น
บริษัทผู้ผลิตเครื่องบินพยายามที่จะทำชิ้นส่วนของเครื่องบินให้มีความแข็งแกร่ง ทนทาน และมีอายุการใช้งานยาวนาน สมบัติสำคัญข้อหนึ่งที่จำเป็นต่อการผลิตชิ้นส่วนเครื่องบิน คือ ความทนทานต่อความล้า (fatigue strength) ซึ่งจะลดลงเมื่ออายุการใช้งานมากขึ้น แต่ค่าความทนทานต่อความล้านี้สามารถเพิ่มขึ้นได้ด้วยการลดขนาดเกรนของวัสดุที่ใช้ทำชิ้นส่วนเครื่องบิน หากใช้วัสดุนาโนซึ่งมีขนาดของเกรนเล็กมากๆ จะทำให้ความทนทานต่อความล้ามีค่ามากกกว่าวัสดุเดิมถึง 200-300 % ยิ่งไปกว่านั้นชิ้นส่วนที่ทำจากวัสดุนาโนยังมีความแข็งแรงและสามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูง ส่งผลให้เครื่องบินสามารถบินได้เร็วขึ้นและมีประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงที่ดีกว่า สำหรับในยานอวกาศ ความแข็งแรงของวัสดุที่อุณหภูมิสูงเป็นเรื่องที่สำคัญมากเพราะชิ้นส่วน เช่น เครื่องยนต์ของกระสวย ส่วนขับดัน และหัวจรวด ต้องใช้งานที่อุณหภูมิสูงมากกว่าเครื่องบินเป็นอย่างมากและยังต้องใช้ความเร็วสูงมากด้วย วัสดุนาโนจึงเป็นวัสดุชั้นยอดทีเดียวที่จะนำมาใช้เป็นวัสดุสำหรับอากาศยาน

Airbus A380 เครื่องบินโดยสารขนาดใหญ่ในอนาคต ถูกพัฒนาขึ้นบนพื้นฐานเทคโนโลยีระดับสูงหลายๆด้าน รวมถึงเทคโนโลยีด้านวัสดุด้วย

 
วัสดุเทียมที่มีอายุการใช้งานที่ยาวนาน
ปัจจุบัน วัสดุเทียมที่ฝังในร่างกาย เช่น วัสดุทางออโธปิดิกส์ทดแทนกระดูก และลิ้นหัวใจเทียม มักทำมาจากวัสดุผสมไททาเนียมและเหล็กกล้าไร้สนิม วัสดุผสมนี้ถูกใช้ในร่างกายมนุษย์เพราะมีความเข้ากันได้กับเนื้อเยื่อ กล่าวคือ ไม่มีปฏิกิริยาต่อต้านเนื้อเยื่อ แต่วัสดุเหล่านี้มักไม่มีรูพรุน ซึ่งวัสดุที่เลียนแบบกระดูกตามธรรมชาติของมนุษย์ได้อย่างแท้จริงนั้น เนื้อเยื่อของร่างกายโดยรอบจะต้องสามารถแทรกซึมเข้าไปในวัสดุได้ เพื่อให้วัสดุมีความแข็งแรง แต่เนื่องจากวัสดุผสมนี้ไม่ยอมให้เนื้อเยื่อซึมผ่านไปได้ และมีการสึกกร่อนอย่างรวดเร็ว บ่อยครั้งที่ต้องเสียค่าใช้จ่ายสูงในการผ่าตัดเปลี่ยน อย่างไรก็ตาม ได้มีการใช้วัสดุเซรามิกเซอร์โคเนีย (เซอร์โคเนียมออกไซด์) ผลึกนาโนที่มีความแข็ง ทนทานการสึกหรอ ทนการกัดกร่อนของของเหลวในร่างกาย มีความเข้ากันได้กับเนื้อเยื่อในร่างกาย และยังสามารถทำให้มีรูพรุนในรูปของแอโรเจลได้โดยใช้วิธีสังเคราะห์ด้วยเทคนิคโซล-เจล ซึ่งเป็นผลทำให้สามารถผลิตวัสดุฝังในที่ต้องผ่าตัดเปลี่ยนน้อยครั้งกว่าเดิมมาก ช่วยลดค่าใช้จ่ายในการผ่าตัดลง นอกจากนั้น วัสดุนาโนจากซิลิคอนคาร์ไบด์ก็เป็นอีกวัสดุหนึ่งที่ใช้ทำลิ้นหัวใจเทียม เพราะมีน้ำหนักเบา ความแข็งแรงสูงมาก มีความแข็งที่เป็นเลิศ ทนทานต่อการสึกกร่อน มีความคงทน ไม่ทำปฏิกิริยากับของเหลวในร่างกาย และทนทานต่อการกัดกร่อน

สาระน่ารู้ของถังก๊าซ NGV

บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

ผลพวงจากการที่น้ำมันแพง ทำให้รัฐบาลหาทางออกด้วยการส่งเสริมและสนับสนุนให้มีการประหยัดพลังงานเพื่อลดการนำเข้าน้ำมัน รวมทั้งพยายามหาแหล่งพลังงานทดแทนน้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ (natural gas) ก็เป็นแหล่งพลังงานทางเลือกหนึ่งที่น่าสนใจ เพราะมีราคาถูกกว่าน้ำมันมาก ปัจจุบันก๊าซธรรมชาติราคาประมาณ 8.50 บาท/กิโลกรัม ขณะที่ก๊าซหุงต้ม (ก๊าซแอลพีจี - LPG) ราคาประมาณ 16.50 บาท/กิโลกรัม ส่วนน้ำมันเบนซินและดีเซลราคายิ่งสูงขึ้นอีก (≈ 25 บาท/ลิตร) ความแตกต่างทางด้านราคาก๊าซธรรมชาติและน้ำมัน ทำให้บริษัท ปตท จำกัด (มหาชน) ประกาศสนับสนุนการใช้เชื้อเพลิงชนิดนี้ในรถยนต์ โดยทางบริษัทยินดีออกค่าใช้จ่ายส่วนหนึ่งสำหรับรถที่จะติดตั้งระบบการใช้ก๊าซธรรมชาติ เนื่องจากชุดติดตั้งมีราคาแพงและต้องนำเข้าจากต่างประเทศทั้งหมด

            สาเหตุสำคัญส่วนหนึ่งที่ทำให้ชุดติดตั้งมีราคาสูงก็คือ เรื่องถังบรรจุ เพราะการบรรจุก๊าซธรรมชาติลงถังต้องใช้ถังที่สามารถทนความดันได้สูงถึง 3,000 – 3,600 ปอนด์ต่อตารางนิ้วหรือประมาณ 200 –  240 บาร์ในสภาพการใช้งานปกติ ขณะที่ถังบรรจุก๊าซแอลพีจีใช้งานในสภาพความดันระดับ *240 - 270 ปอนด์ต่อตารางนิ้วหรือประมาณ 16 - 19 บาร์ ดังนั้นเห็นได้ว่าถังที่ใช้บรรจุก๊าซธรรมชาติต้องแข็งแรงกว่าถังบรรจุก๊าซแอลพีจีมากซึ่งนั่นทำให้ต้นทุนของชุดติดตั้งมีราคาสูงกว่าระบบก๊าซแอลพีจี

พัฒนาการของถังบรรจุ
            การใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์นั้นเริ่มมีตั้งแต่ในช่วงทศวรรษที่ 1950 – 1960 ในประเทศอิตาลีและรัสเซีย เริ่มแรกนั้นถังบรรจุผลิตขึ้นจากเหล็กกล้าและใช้มาตรฐาน US DOT 3AA หลังจากนั้นก็มีการปรับปรุงพัฒนาถังบรรจุที่มีน้ำหนักเบาแบบอื่นออกมาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการบรรทุกสัมภาระ และการบรรจุก๊าซ ช่วงทศวรรษที่ 1980 มีการนำถังบรรจุก๊าซที่ทำจากโลหะและหุ้มด้วยไฟเบอร์กลาสเพื่อเสริมความแข็งแรงออกมาจำหน่ายในท้องตลาดซึ่งเรียกว่าเป็นถังแบบที่ 2 (type II) และถังแบบที่ 3 (type III) ด้วยเหตุที่ตลาดต้องการใช้ถังบรรจุก๊าซน้ำหนักเบา ทำให้ผู้ผลิตพยายามพัฒนาถังบรรรจุก๊าซแบบใหม่ ๆ ที่น้ำหนักเบายิ่งขึ้นออกมา จนเมื่อปี ค.ศ.1992 ได้มีการผลิตถังบรรจุก๊าซแบบที่ 4 (type IV) ออกมา ถังบรรจุก๊าซแบบล่าสุดซึ่งผนังชั้นในทำจากวัสดุพลาสติก ส่วนผนังชั้นนอก (ทั้งหมด) เป็นไฟเบอร์กลาสหรือคาร์บอนไฟเบอร์ ดังนั้นปัจจุบันถังบรรจุก๊าซธรรมชาติที่ใช้และจำหน่ายจะมีด้วยกัน 4 แบบ ได้แก่

ถังแบบที่ 2 และ 3 จะมีผนังชั้นในเป็นโลหะบาง

	แบบที่ 1 ตัวถังทำจากเหล็ก หรืออะลูมิเนียมทั้งถัง เป็นถังชนิดแรกที่มีการผลิตออกมาใช้ ปัจจุบันถังแบบที่ 1 ยังคงครองส่วนแบ่งทางการตลาดมากที่สุดเนื่องจากมีราคาขายต่ำที่สุดเมื่อเทียบกับถังชนิดอื่น
	แบบที่ 2 ตัวถังทำจากโลหะ (เหล็ก/อะลูมิเนียม) มีการพัฒนาการด้านเทคโนโลยีวัสดุเพิ่มขึ้นด้วยการหุ้มบริเวณ “ด้านข้างถัง” ด้วยวัสดุคอมโพสิทซึ่งเป็นโพลิเมอร์เสริมแรงด้วยใยแก้วหรือกลาสไฟเบอร์ (glass fiber)
	แบบที่ 3 ตัวถังชั้นในทำจากโลหะบาง ซึ่งอาจเป็นเหล็กหรืออะลูมิเนียมก็ได้ และชั้นนอก “ทั้งหมด” ผลิตจากวัสดุคอมโพสิท
	แบบที่ 4 ตัวถังชั้นในทำด้วยวัสดุพลาสติกและชั้นนอกเป็นวัสดุคอมโพสิท ที่มีเส้นใยแก้วหรือเส้นใยคาร์บอน (carbon fiber) เป็นวัสดุเสริมแรง ปัจจุบันถังแบบนี้เป็นถังที่น้ำหนักน้อยที่สุด

ค่าสัดส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถัง 
            ถังแบบที่ 1 ถังเหล็ก/อะลูมิเนียม มีค่าอัตราส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถังประมาณ 1 (ปริมาตรถัง/น้ำหนักถัง ≈ 1)
            ถังแบบที่ 2 ถังเหล็ก/อะลูมิเนียมหุ้มด้านข้างด้วยวัสดุคอมโพสิท มีอัตราส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถังประมาณ 1.25
            ถังแบบที่ 3 ถังชั้นในเป็นโลหะบางหุ้มชั้นนอกด้วยวัสดุคอมโพสิท มีอัตราส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถังประมาณ 2.0
            ถังแบบที่ 4 ถังชั้นในเป็นพลาสติกหรือวัสดุอื่น ๆ หุ้มชั้นนอกด้วยวัสดุคอมโพสิทประเภทคาร์บอนหรือกลาสไฟเบอร์ มีอัตราส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถังประมาณ 2.7

ภาพตัดขวางแสดงส่วนประกอบของถังบรรจุก๊าซธรรมชาติแบบที่ 4

           ค่าสัดส่วนเหล่านี้บอกอะไรได้บ้าง? การติดตั้งชุดอุปกรณ์และถังก๊าซธรรมชาติสำหรับรถยนต์ ทำให้รถยนต์มีน้ำหนักเพิ่มขึ้นจากเดิม เนื่องจากน้ำหนักถังบรรจุและน้ำหนักก๊าซ กรณีของถังแบบที่ 1 ที่มีอัตราส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถังประมาณ 1 หมายความว่า หากติดตั้งถังที่มีปริมาตร 70 ลิตร ถังบรรจุจะมีน้ำหนักประมาณ 70 กิโลกรัม ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับถังแบบที่ 4 ที่มีอัตราส่วนเท่ากับ 2.7 หมายถึงถังปริมาตร 70 ลิตรจะมีน้ำหนักประมาณ 26 กิโลกรัมเท่านั้น ดังนั้นน้ำหนักโดยรวมของรถที่ใช้ถังแบบที่ 1 กับรถที่ใช้ถังแบบที่ 4 จะแตกต่างกันประมาณ 44 กิโลกรัม
           น้ำหนักของรถที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากการติดตั้งถังบรรจุก๊าซมีผลทำให้เครื่องยนต์ต้องทำงานมากขึ้น ซึ่งหมายถึงรถยนต์จะกินน้ำมันมากขึ้น ดังนั้นความแตกต่างเรื่องน้ำหนักถังจึงเป็นประเด็นที่น่าสนใจประเด็นหนึ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งรถยนต์ขนาดใหญ่ เช่น รถบรรทุกสินค้า  รถขนส่งมวลชน เป็นต้น หากพิจารณาว่าต้องติดตั้งถังแบบที่ 1 ที่แต่ละถังหนัก 70 กิโลกรัมและต้องติดตั้งหลายถัง (70 x X, X = จำนวนถัง) เพื่อให้ได้ก๊าซธรรมชาติมากพอสำหรับการวิ่งระยะทางไกล ๆ แต่ทั้งนี้ต้องพิจารณาถึงความคุ้มค่าเมื่อเทียบกับราคาถังแบบที่ 4 ที่แตกต่างกับราคาถังแบบที่ 1 ค่อนข้างมาก

ความปลอดภัยของถังบรรจุ
           เรื่องความปลอดภัยของถังบรรจุเป็นประเด็นที่สำคัญที่สุด เนื่องจากถังบรรจุใช้งานที่ความดันสูง ดังนั้นมาตรฐานความปลอดภัยของถังบรรจุก๊าซธรรมชาติจึงเข้มข้นกว่าถังบรรจุก๊าซหุงต้มมาก ปัจจุบันการผลิตถังบรรจุก๊าซธรรมชาติต้องดำเนินภายใต้มาตรฐาน ISO 11439 ซึ่งกำหนดมาตรฐานการออกแบบ การทดสอบ และความปลอดภัยของถังบรรจุก๊าซไว้ว่า ถังต้องรองรับการบรรจุก๊าซได้สูงถึงปีละ 1,000 ครั้ง ถังมีอายุการใช้งานไม่เกิน 20 ปี ที่ระดับแรงดัน 200-240 บาร์ ณ อุณหภูมิ 15 องศาเซลเซียส และกำหนดให้ถังบรรจุก๊าซต้องมีการตรวจสอบทุกๆ 3 ปีหรือหลังจากเกิดอุบัติเหตุ

* หมายเหตุ
ถังบรรจุก๊าซหุงต้มมีการทดสอบที่เรียกว่า "การทดสอบความดันไฮดรอลิกพิสูจน์" ทดสอบโดยใช้ความดันน้ำระดับ 3.30 เมกะปาสคาล (479 ปอนด์ต่อตารางนิ้วหรือ 33 บาร์)

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

เรียบเรียงโดย : บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
งานข้อมูลเทคโนโลยีวัสดุ 

     เนื่องจากเชื้อเพลิงประเภทน้ำมันและถ่านหินเป็นทรัพยากรธรรมชาติที่มีอยู่อย่างจำกัดซึ่งเมื่อใช้แล้วก็จะหมดไป ดังนั้นเมื่อความต้องการใช้ทรัพยากรธรรมชาติมีมากขึ้น จึงส่งผลให้ราคาน้ำมันเพิ่มขึ้นตาม ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงพยายามเสาะแสวงหาแหล่งพลังงานรูปแบบใหม่ที่มีปริมาณมากพอที่จะสามารถใช้ทดแทนน้ำมันและถ่านหินได้ ขณะเดียวกันก็มีความสะอาดเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม เซลล์เชื้อเพลิงจัดว่าเป็นแหล่งพลังงานทางเลือกใหม่ที่มีสมบัติดังกล่าว จึงทำให้นักวิจัยทั่วโลกพยายามวิจัยและพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อใช้เป็นแหล่งพลังงานทดแทนต่อไปในอนาคต
 

เซอร์วิลเลียม โรเบิร์ต โกรฟ

ความเป็นมา
            เซลล์เชื้อเพลิงถูกประดิษฐ์ขึ้นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1839 โดยเซอร์วิลเลียม โรเบิร์ต โกรฟ (Sir William Robert Grove) ผู้พิพากษาชาวเวลส์ที่มีความเป็นนักประดิษฐ์และนักฟิสิกส์ในตัวเอง โดยเขามีความเชื่อว่า เมื่อเราสามารถแยกน้ำด้วยไฟฟ้าได้ก๊าซไฮโดรเจนกับก๊าซออกซิเจน ในทางกลับกันหากผสมก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซออกซิเจนด้วยวิธีที่เหมาะสมก็ควรจะได้พลังงานไฟฟ้าออกมาเช่นกัน ดังนั้นเขาจึงเริ่มสร้างเครื่องมือทดลองที่เรียกว่า "ก๊าซแบตเตอรี่" ออกมา เครื่องมือของโกรฟถือว่าเป็นต้นแบบของเซลล์เชื้อเพลิงในปัจจุบัน หลังจากทดลองอยู่นานหลายปี ในที่สุดเขาได้ทดลองผสมไฮโดรเจน และออกซิเจนในสารละลายอิเล็กโทรไลต์คือ กรดซัลฟูริคและใช้ขั้วแพลตินัมทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าและน้ำ แต่ว่าในขณะนั้นสิ่งประดิษฐ์ของโกรฟยังไม่สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าออกมามากพอที่จะใช้งานได้
            คำว่า "fuel cell" ถูกใช้ครั้งแรกในปี ค.ศ. 1889 โดยลุดวิด มอนด์ (Ludwid Mond) และชารลส์ แลงเกอร์ (Charles Langer) ทั้งสองพยายามประดิษฐ์เซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้งานได้จริงโดยใช้อากาศและก๊าซถ่านหิน (coal gas) นอกจากนักประดิษฐ์ทั้งสองคนแล้ว
วิลเลียม ไวท์ จาคส์ (William White Jaques) ก็เป็นอีกผู้หนึ่งที่ถูกบันทึกว่าเป็นผู้เริ่มใช้คำนี้เช่นกัน โดยจาคส์เป็นนักวิจัยคนแรกที่ใช้กรดฟอสฟอริกเป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์

หลักการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิง
            เซลล์เชื้อเพลิงประกอบด้วยขั้วไฟฟ้า (electrode) 2 ขั้วประกบติดกับสารอิเล็กโทรไลต์ การผลิตกระแสไฟฟ้าทำโดยการผ่านก๊าซไฮโดรเจนเข้าที่ขั้วลบ (แอโนด) และผ่านก๊าซออกซิเจนเข้าไปที่ขั้วบวก (แคโทด) ไฮโดรเจนจะทำปฏิกิริยากับสารเร่งปฏิกิริยาโลหะบนขั้วไฟฟ้าและเกิดการแตกตัวเป็นโปรตอน (H⁺) และอิเล็กตรอนออกมา อิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นจะนำไปใช้เป็นพลังงานสำหรับอุปกรณ์ต่าง ๆ ส่วนโปรตอนจะเคลื่อนที่ผ่านสารอิเล็กโทรไลต์ไปที่ขั้วแคโทดเพื่อรวมตัวกับออกซิเจนและอิเล็กตรอนกลายเป็นโมเลกุลน้ำ (H₂O) ออกมา ในเซลล์เชื้อเพลิงบางชนิด ออกซิเจนจะรวมตัวกับอิเล็กตรอนที่ขั้วแคโทดและเคลื่อนที่ผ่านทางอิเล็กโทรไลต์ซึ่งใช้ออกซิเจนไอออนเป็นตัวเคลื่อนที่ (charge carrier) ในอิเล็กโทรไลต์ บางชนิดอาจใช้ไฮดรอกไซด์ไอออน (OH^-) เป็นตัวเคลื่อนที่ก็ได้

ชนิดของเซลล์เชื้อเพลิง

            เซลล์เชื้อเพลิงแบบกรดฟอสฟอริก (Phosphoric Acid) ใช้กรดฟอสฟอริกเป็นสารอิเล็กโทรไลต์ โดยปัจจุบันมีการผลิตเซลล์แบบนี้ออกมาเพื่อจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ เซลล์แบบกรดฟอสฟอริกทำงานในช่วงอุณหภูมิประมาณ 150 - 200 องศาเซลเซียส ที่อุณหภูมิต่ำกว่านี้กรดฟอสฟอริกจะนำประจุไฟฟ้าได้น้อย เซลล์มีประสิทธิภาพในการผลิตกระแสไฟฟ้าประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ แต่ว่าสามารถใช้ประโยชน์จากไอน้ำร้อนที่เกิดขึ้นโดยนำไปใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าร่วม (cogeneration) ต่อได้

ข้อดี - เป็นเซลล์ที่สามารถใช้กับเชื้อเพลิงได้หลายชนิดแม้แต่น้ำมันเชื้อเพลิง แต่ต้องกำจัดกำมะถันในน้ำมันออกให้เหลืออยู่น้อยที่สุดก่อน
ข้อด้อย - ต้องใช้โลหะแพลทินัมที่มีราคาสูงเป็นสารเร่งปฏิกิริยา เซลล์มีขนาดใหญ่ น้ำหนักมาก มีประสิทธิภาพการผลิตกระแสไฟฟ้าต่ำเมื่อเทียบกับเซลล์ชนิดอื่น ชิ้นส่วนภายในจำเป็นต้องใช้วัสดุที่ทนทานต่อการกัดกร่อนของกรดได้ดี

            เซลล์เชื้อเพลิงแบบเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (Proton Exchange Membrane - PEM) เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้อิเล็กโทรไลต์ในรูปแบบแผ่นโพลิเมอร์บาง ทำงานในสภาวะอุณหภูมิต่ำประมาณ 80 องศาเซลเซียส มีประสิทธิภาพในการผลิตกระแสไฟฟ้าประมาณ 40 -50 เปอร์เซ็นต์ สามารถให้พลังงานไฟฟ้าได้ตั้งแต่ช่วง 50 - 250 กิโลวัตต์

ข้อดี - เนื่องจากเซลล์ชนิดนี้ทำงานที่อุณหภูมิต่ำและใช้สารอิเล็กโทรไลต์เป็นของแข็ง จึงไม่มีปัญหาการรั่วซึม เกิดการกัดกร่อนน้อย เซลล์แบบนี้จึงเหมาะสำหรับการใช้งานในอาคารบ้านเรือนและรถยนต์
ข้อเสีย - ต้องใช้เชื้อเพลิงที่มีความบริสุทธิ์สูงเท่านั้น และโลหะแพลทินัมที่เป็นสารเร่งปฏิกิริยามีราคาแพง อีกทั้งแผ่นเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอนก็มีราคาสูงอีกด้วย

            เซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์ของแข็ง (Solid Oxide) เซลล์ชนิดนี้ใช้อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งทำจากสารประกอบเซรามิก เช่น เซอร์โคเนียมออกไซด์ เป็นต้น มีประสิทธิภาพในการผลิตกระแสไฟฟ้าประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์ และหากนำมาใช้กับระบบการผลิตกระแสไฟฟ้าแบบความร้อนร่วมแล้วจะให้ประสิทธิภาพสูงถึง 85 เปอร์เซ็นต์ เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ทำงานที่สภาวะอุณหภูมิ 800 - 1,000 องศาเซลเซียส

ข้อดี - เนื่องจากเซลล์เชื้อเพลิงทำงานที่สภาวะอุณหภูมิสูงมาก ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้โลหะแพลทินัมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา และไม่ต้องใช้ระบบรีฟอร์มเมอร์ (reformer) ในการเปลี่ยนสภาพเชื้อเพลิงจึงอาจจะช่วยลดต้นทุนในการสร้างระบบรีฟอร์มเมอร์ (reformer) นอกจากนี้ยังสามารถใช้เชื้อเพลิงได้หลากหลายชนิดเพราะเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ทนทานต่อคาร์บอนมอนอกไซด์ได้ดี
ข้อเสีย - เซลล์ที่ทำงานในสภาวะอุณหภูมิสูงต้องเสียเวลาในการอุ่นเครื่องนาน และจำเป็นต้องสร้างผนังหนาเพื่อป้องกันความร้อนที่แผ่ออกมา

รถยนต์ Opel Zafira รุ่นพิเศษ สำหรับทดสอบระบบ Fuel Cell

            เซลล์เชื้อเพลิงแบบอัลคาไลน์ (Alkaline) เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้มีประสิทธิภาพในการผลิตกระแสไฟฟ้าสูงถึง 70 เปอร์เซ็นต์ องค์การนาซาใช้เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้เป็นแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าและน้ำให้กับยานอวกาศในโครงการอพอลโล และโครงการเจมินีมาแล้ว เชื้อเพลิงที่ใช้กับเซลล์ชนิดนี้คือ ไฮโดรเจนและออกซิเจนบริสุทธิ์ และใช้สารอิเล็กโทรไลต์ เช่น โปตัสเซียมไฮดรอกไซด์ สภาวะอุณหภูมิที่ใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าอยู่ในช่วง 150 - 200 องศาเซลเซียส

ข้อดี - มีประสิทธิภาพการผลิตกระแสไฟฟ้าสูง และใช้สารอิเล็กโทรไลต์ (เช่น โปตัสเซียมไฮดรอกไซด์) ที่ราคาถูก
ข้อเสีย - เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้จำเป็นต้องใช้ก๊าซไฮโดรเจนและออกซิเจนที่มีความบริสุทธิ์สูงมากซึ่งมีราคาแพงมาก และต้นทุนการผลิตของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้มีราคาแพง ทำให้การใช้เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้จำกัดอยู่เฉพาะงานในด้านอวกาศเท่านั้น

            เซลล์เชื้อเพลิงแบบเกลือคาร์บอเนตหลอม (Molten Carbonate) เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ใช้สารลิเธียมคาร์บอเนต หรือโซเดียมคาร์บอเนต หรือโปตัสเซียมคาร์บอเนตที่หลอมเหลวเป็นสารอิเล็กโทรไลต์ อุณหภูมิการทำงานของเซลล์ประมาณ 650 องศาเซลเซียส เซลล์ชนิดนี้มีประสิทธิภาพในการผลิตกระแสไฟฟ้าประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์ และหากใช้รวมกับระบบผลิตกระแสไฟฟ้าความร้อนร่วมแล้วจะมีประสิทธิภาพสูงถึง 85 เปอร์เซ็นต์

ข้อดี- เนื่องจากเซลล์ทำงานที่สภาวะอุณหภูมิสูง ดังนั้นจึงสามารถประยุกต์ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนสำหรับผลิตกระแสไฟฟ้าได้หลายชนิด เช่น ก๊าซไฮโดรเจน ก๊าซธรรมชาติ ก๊าซโพรเพน น้ำมันดีเซล เป็นต้น
ข้อเสีย - ที่สภาวะอุณหภูมิสูงจะมีการกัดกร่อนค่อนข้างมากจึงไม่เหมาะกับการใช้งานขนาดเล็กกว่าเมกกะวัตต์

            เซลล์เชื้อเพลิงแบบป้อนสารเมทานอลโดยตรง (Direct Methanol) เป็นเซลล์ที่เพิ่งถูกพัฒนาขึ้นมาจากแบบเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน แต่มีแนวโน้มที่สามารถจะพัฒนาให้ใช้กับอุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กหรือในรถยนต์ได้ เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าจากเมทานอลได้โดยไม่ต้องผ่านสารเข้าระบบรีฟอร์มเมอร์ ซึ่งแตกต่างจากเซลล์เชื้อเพลิงชนิดอื่นที่จะทำงานโดยการป้อนไฮโดรเจนเข้าระบบโดยตรง เซลล์เชื้อเพลิงแบบป้อนสารเมทานอลโดยตรงมีประสิทธิภาพการผลิตกระแสไฟฟ้าประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ ทำงานที่สภาวะอุณหภูมิระหว่าง 50 - 100 องศาเซลเซียส
เนื่องจากเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ทำงานที่สภาวะอุณหภูมิค่อนข้างต่ำจึงเหมาะสมที่จะพัฒนาให้เป็นแหล่งพลังงานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา เช่น คอมพิวเตอร์แล็บท็อบ โทรศัพท์มือถือ นอกจากนี้ยังเหมาะที่จะนำมาใช้กับรถยนต์ขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฟฟ้าแบบเติมเมทานอลด้วย

            เซลล์เชื้อเพลิงแบบระบบหมุนเวียนน้ำ (Regenerative) เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่ทำงานแบบหมุนเวียนน้ำในระบบ น้ำจะถูกแยกด้วยไฟฟ้าที่ผลิตจากเซลล์แสงอาทิตย์ได้เป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน ก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซออกซิเจนที่ได้จะถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงป้อนระบบเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าออกมา ซึ่งนอกจากกระแสไฟฟ้าแล้วยังได้ความร้อนและน้ำเป็นผลิตผลร่วมด้วย น้ำที่ได้จะถูกนำไปแยกด้วยกระแสไฟฟ้าอีกครั้ง ดังนั้นน้ำจึงถูกหมุนเวียนอยู่ในระบบปิดตลอด ปัจจุบันเซลล์เชื้อเพลิงแบบนี้ยังอยู่ในขั้นการวิจัยและพัฒนาโดยองค์การนาซาและสถาบันอื่น ๆ ทั่วโลก

            เซลล์เชื้อเพลิงแบบสังกะสี-อากาศ (Zinc-Air) เซลล์เชื้อเพลิงสังกะสี-อากาศใช้โลหะสังกะสีเป็นขั้วแอโนด เชื้อเพลิงที่ใช้คือ ก๊าซไฮโดรเจนหรือสารประกอบไฮโดรคาร์บอนก็ได้ ขั้วแคโทดเป็นอากาศและใช้แผ่นกรองสำหรับแยกก๊าซออกซิเจนออกมาจากอากาศเพื่อป้อนเข้าระบบ เซลล์ชนิดนี้ใช้สารโปตัสเซียมไฮดรอกไซด์เป็นสารอิเล็กโทรไลต์ อุณหภูมิการทำงานของระบบอยู่ในช่วงประมาณ 700 องศาเซลเซียส

ข้อดี- โลหะสังกะสีที่ใช้ทำขั้วแอโนดมีราคาต่ำ เซลล์ทำงานได้โดยไม่ต้องใช้สารเร่งปฏิกิริยา และสามารถใช้เชื้อเพลิงได้หลายรูปแบบตั้งแต่ก๊าซไฮโดรเจนบริสุทธิ์จนถึงน้ำมันเชื้อเพลิง
ข้อเสีย - หลังจากทำปฏิกิริยาเคมีแล้วโลหะสังกะสีจะเปลี่ยนเป็นซิงค์ออกไซด์ (ZnO) จึงต้องคอยเปลี่ยนแผ่นสังกะสีใหม่เป็นระยะ

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

http://www.fuelcells.org/
http://www.dtienergy.com/DMFChistory.html
http://www.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/fuelcells/basics.html
http://www.powerzinc.com/en/index-3-x1.html
http://www.tribuneindia.com/2002/20020822/science.htm
http://inventors.about.com/od/fstartinventions/a/Fuel_Cells.htm

ชีวประวัติและเหตุการณ์โดยย่อของไอน์สไตน์

           อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์เกิดเมื่อปี ค.ศ. 1879 ในครอบครัวชนชั้นกลางของชาวยิวในประเทศเยอรมนี ในวัยเด็กนั้น เด็กชายไอน์สไตน์เป็นเด็กที่หัดพูดช้ามากจนพ่อ-แม่พากันกังวลว่าลูกชายอาจจะเป็นใบ้ เพราะไอน์สไตน์เริ่มหัดพูดตอนอายุประมาณ 3 ขวบ เรื่องประทับใจเรื่องหนึ่งในวัยเด็กที่ไอน์สไตน์มักหยิบมาพูดถึงคือ ความประหลาดใจของเขาที่มีต่อเข็มทิศแม่เหล็กที่เขาเห็นในช่วงอายุประมาณ 4-5 ขวบ ของชิ้นนี้ทำให้เขาปักใจเชื่อว่าจะต้องมีอะไรบางอย่างซ่อนอยู่เข็มทิศ นอกจากนี้ในวัยเด็กไอน์สไตน์ยังเกลียดการเล่นเป็นทหารซึ่งแตกต่างจากเด็กทั่วไป

           ปี ค.ศ.1886 เด็กชายไอน์สไตน์ในวัย 6 ขวบเริ่มเข้าเรียนในชั้นเรียนครั้งแรกที่โรงเรียนในเมืองมิวนิค และเป็นจุดเริ่มที่ทำให้เขาได้เรียนรู้การเล่นไวโอลินจนถึงอายุ 13 ขวบ ที่โรงเรียนผลการเรียนโดยทั่วไปของเด็กชายไอน์สไตน์อยู่ในระดับดี แต่ที่มีความโดดเด่นมากเป็นพิเศษคือวิชาคณิตศาสตร์ แต่ว่าที่โรงเรียนไอน์สไตน์ไม่ชอบวิธีการเรียนการสอนที่มักเน้นการท่องจำ

           ในปี ค.ศ. 1895 เมื่ออายุได้ 15 ปี เด็กชายไอน์สไตน์ลาออกจากโรงเรียนในเมืองมิวนิคและย้ายตามครอบครัวไปที่ประเทศอิตาลี ในปีต่อมาไอน์สไตน์ก็เข้าเรียนต่อที่โรงเรียนโพลีเทคนิคในเมืองซูริก ประเทศสวิสเซอร์แลนด์ เช่นเดียวกับที่โรงเรียนในมิวนิคไอน์สไตน์เกลียดการเรียน การสอนของที่นี่ ดังนั้นไอน์สไตน์จึงไม่ค่อยเข้าชั้นเรียน และศึกษาวิชาฟิสิกส์ด้วยตนเอง ส่วนวิชาอื่น ๆ ก็ศึกษาเอาจากสมุดจดของเพื่อนร่วมชั้นเรียน และใช้เวลากับการเล่นไวโอลิน แต่ไอน์สไตน์ก็สำเร็จการศึกษาจากโรงเรียนโพลิเทคนิคในปี ค.ศ.1900 ด้วยคะแนนที่ไม่ค่อยดีนัก ทำให้ไอน์สไตน์ไม่ผ่านการพิจารณาให้ทำงานในมหาวิทยาลัย ดังนั้นช่วงระยะเวลา 2 ปีแรกหลังจากที่เรียนจบ ไอน์สไตน์จึงได้ทำแต่งานชั่วคราวอย่างการเป็นอาจารย์สอนพิเศษ

           ในปี ค.ศ. 1902 ไอน์สไตน์ก็ได้เข้าทำงานในตำแหน่งของเสมียนตรวจสอบสิทธิบัตรในสำนักงานสิทธิบัตรที่กรุงเบิร์น ประเทศสวิสเซอร์แลนด์ และที่นี่เองเป็นจุดเริ่มต้นของผลงานทฤษฎีต่าง ๆ ที่ปฏิวัติโลกของฟิสิกส์

ค.ศ. 1905 ปีมหัศจรรย์

           ในเวลาเพียงหนึ่งปีไอน์สไตน์ได้เขียนบทความออกมา 5 บทความที่เกี่ยวข้องกับ 3 ทฤษฏี ได้แก่ ทฤษฎีปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก ( Photoelectric Effect ) ทฤษฎีการเคลื่อนที่แบบบราวน์เนี่ยน ( Brownian Motion ) และทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ( Special Relativity Theory ) โดยเริ่มจาก

เดือนมีนาคม ไอน์สไตน์ได้ส่งผลงานเกี่ยวกับเรื่องปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกไปตีพิมพ์ที่ Annalen der Physik ซึ่งเป็นวารสารด้านฟิสิกส์ชั้นนำของเยอรมัน โดยงานวิจัยเรื่องนี้ ไอน์สไตน์อธิบายว่าแสงประกอบด้วยอนุภาคพลังงานขนาดเล็ก ซึ่งถือว่าเป็นการปฏิวัติความคิดใหม่ และขัดแย้งกับความเชื่อและความรู้ที่มีอยู่ก่อนว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ทฤษฎีที่ไอน์สไตน์เสนอนั้นใช้อธิบายปรากฏการณ์ของแสงที่ส่องมากระทบกับโลหะแล้วทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกมาจากโลหะได้เป็นอย่างดี และผลงานวิจัยเรื่องปรากฏการณ์โฟโต้อิเล็กทริกทำให้ไอน์สไตน์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี ค.ศ. 1921

เดือนเมษายน ไอน์สไตน์ส่งผลงานชิ้นที่สองที่เสนอวิธีการคำนวณหาค่าเลขอาโวกาโดร ( Avogado's number ) และขนาดของโมเลกุลของสารที่ถูกละลายในตัวทำละลาย ซึ่งผลงานชิ้นนี้ทำให้ไอน์สไตน์สำเร็จปริญญามหาดุษฏีบัณฑิต (ปริญญาเอก) จากมหาวิทยาลัยซูริก ประเทศสวิสเซอร์แลนด์ในเดือนกรกฎาคมปีเดียวกันนี้

เดือนพฤษภาคม วารสาร Annalen der Physik ได้รับเอกสารอีกฉบับหนึ่งจากไอน์สไตน์ ซึ่งผลงานใหม่เป็นเรื่อง การเคลื่อนที่ของอนุภาคเล็กๆ ซึ่งแขวนลอยในของเหลวโดยอาศัยทฤษฎีจลน์โมเลกุลของความร้อนหรือที่เรียกว่า ทฤษฎีการเคลื่อนที่แบบบราวน์เนี่ยน โดยไอน์สไตน์ใช้ทฤษฎีนี้อธิบายถึงการที่วัตถุขนาดเล็กมาก ๆ ที่แขวนลอยอยู่ในของเหลวและมีการเคลื่อนที่อย่างสะเปะสะปะตลอดเวลาว่า เป็นผลที่เกิดจากวัตถุขนาดเล็กนั้นถูกชนด้วยอะตอมของของเหลวที่มองไม่เห็นจำนวนมากตลอดเวลา ซึ่งในสมัยนั้นนักวิทยาศาสตร์ยังไม่ค่อยยอมรับถึงการมีอยู่จริงของอะตอม

เดือนมิถุนายน หลังจากเสร็จสิ้นจากบทความเรื่องทฤษฎีการเคลื่อนที่แบบบราวน์เนี่ยนแล้ว ไอน์สไตน์ได้เขียนบทความใหม่ออกมาและส่งไปที่วารสาร Annalen der Physik อีก คราวนี้เป็นเรื่องของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและการเคลื่อนที่ ซึ่งบทความนี้คือ จุดกำเนิดทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ

เดือนกันยายน ไอน์สไตน์ได้ส่งบทความชิ้นที่ 5 ซึ่งเป็นชิ้นสุดท้ายของปี ความยาว 3 หน้ากระดาษเกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษเพิ่มเติมว่า สสารและพลังงานมีความสัมพันธ์กัน โดยเมื่อสสารได้ปลดปล่อยพลังงานออกมาจำนวนหนึ่งแล้วจะมีผลทำให้มวลของสสารมีค่าลดลง ซึ่งความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานและสสารถูกเขียนออกมาอยู่ในรูปสมการง่าย ๆ ว่า E=mc 2 อันเป็นสมการที่โด่งดังที่สุดของไอน์สไตน์

ปี 1909 ไอน์สไตน์ได้รับงานในตำแหน่งผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยซูริกซึ่งเป็นการทำงานฟิสิกส์เต็มตัวครั้งแรก และในปี 1911 เขาได้ย้ายไปที่มหาวิทยาลัยเยอรมันในกรุงปราก ไอน์สไตน์ยังคงมีผลงานทางฟิสิกส์ออกมาเรื่อย ๆ ในปีถัดมาเขาก็ย้ายไปรับตำแหน่งศาสตราจารย์ที่สถาบันสหพันธ์แห่งเทคโนโลยีที่เมืองซูริก

ปี 1914 ไอน์สไตน์ย้ายมาที่กรุงเบอร์ลิน ทำงานในตำแหน่งศาสตราจารย์ทำให้เขาไม่ต้องรับหน้าที่สอนหนังสืออีกต่อไป สำหรับชีวิตส่วนตัวไอน์สไตน์ได้แยกทางกับครอบครัว ปีนี้เป็นจุดเริ่มของสงครามโลกครั้งที่ 1

ปี 1915 ที่ไอน์สไตน์ประกาศทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ไอน์สไตน์ใช้เวลาปรับปรุงเพิ่มเติมทฤษฏีสัมพัทธภาพพิเศษจนเสร็จสมบูรณ์ได้เป็น “ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ” ซึ่งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เกิดความเข้าใจใหม่ ๆ เกี่ยวกับเรื่องแรงโน้มถ่วง ( gravity )

ปี 1919 หลังจากที่ประเทศเยอรมนีพ่ายแพ้สงครามโลกครั้งที่ 1 ได้หนึ่งปี ทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ที่ระบุว่า แรงโน้มถ่วงสามารถทำให้แสงเลี้ยวเบนได้ก็ได้รับการยืนยันว่าถูกต้องจากกลุ่มนักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษที่สังเกตการเกิดปรากฏการณ์สุริยุปราคาที่เกิดขึ้นในปีนี้ ทำให้ไอน์สไตน์ได้รับการยกย่องจากสาธารณชนให้เป็นตัวแทนหรือสัญลักษณ์แห่งโลกวิทยาศาสตร์

ปี 1921 เป็นปีที่ไอน์สไตน์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากผลงานเรื่อง ทฤษฎีปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก

ปี 1924 ไอน์สไตน์พยายามคิดทฤษฏีใหม่ด้วยการรวมทฤษฏีแม่เหล็กไฟฟ้าและทฤษฏีแรงโน้มถ่วงเข้าด้วยกัน และในปี 1929 ไอน์สไตน์ได้ประกาศทฤษฎีสนามรวม ( Unified Field Theory ) ออกมา แต่สมการทางคณิตศาสตร์ที่ได้ยังไม่สามารถเชื่อมโยงเข้ากับการทดลอง ทำให้ไอน์สไตน์พบความยุ่งยากของทฤษฎีใหม่

ปี 1933 ภายใต้การปกครองของรัฐบาลนาซีใหม่ทำให้ไอน์สไตน์ไม่สามารถอาศัยในประเทศเยอรมันได้ ไอน์สไตน์และครอบครัวจึงอพยพไปที่ประเทศสหรัฐอเมริกา และเข้าทำงานที่ Institute for Advanced Study ในเมืองพรินซ์ตัน ไอน์สไตน์เปลี่ยนจากผู้ที่รักสันติ โดยออกมาเตือนผู้นำประเทศต่าง ๆ ให้ระวังการรุกรานจากประเทศเยอรมนี นอกจากนี้เขายังให้ความช่วยเหลือชาวยิวและผู้ที่ตกเป็นเหยื่อจากลัทธินาซีด้วย

"A table, a chair, a bowl of fruit and a violin; what else does a man need to be happy?" -- Albert Einstein

ปี 1939 ช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 ไอน์สไตน์ลงนามในจดหมายส่งถึงประธานาธิบดีรูสเวลท์เพื่อเตือนให้ทราบถึงความเป็นไปได้ที่ประเทศเยอรมนีกำลังสร้างระเบิดปรมาณู และขอให้อเมริกามีการทำวิจัยทางด้านนี้ ในปีถัดมาไอน์สไตน์ก็เปลี่ยนสัญชาติเป็นชาวอเมริกัน

ปี 1952 ไอน์สไตน์ปฏิเสธคำเชิญที่ขอให้เขามารับตำแหน่งประธานาธิบดีประเทศอิสราเอล ไอน์สไตน์ให้การสนับสนุนในหลายเรื่อง เช่น การจัดตั้งรัฐบาลโลก ( world government ) องค์การสหประชาชาติ ( United Nations ) การลดการสะสมอาวุธ และเรื่องสิทธิมนุษยชน ( civil liberties )

ปี 1955 ไอน์สไตน์ยังทำงานเพื่อหาทางรวมทฤษฎีสนามรวม และยังคงทำงานเกี่ยวข้องกับการต่อต้านสงครามจนถึงวาระสุดท้ายของชีวิต ไอน์สไตน์เสียชีวิตจากภาวะหัวใจล้มเหลวในวันที่ 16 เมษายน

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

http://www.aip.org/history/einstein/index.html

http://physicsweb.org/articles/world/18/1/2/1

จากสมการ E=mc²เป็นระเบิดปรมาณู

            เมื่อพูดถึงระเบิดปรมาณูแล้ว ชื่อของไอน์สไตน์มักถูกนำไปโยงเข้ากับการสร้างหรือประดิษฐ์ระเบิดชนิดนี้อยู่ตลอดเวลา ซึ่งจากสมการที่โด่งดังที่สุด E = mc² ถูกพัฒนาออกมาเป็นระเบิดปรมาณูได้อย่างไร? และไอน์สไตน์เข้าไปเกี่ยวข้องกับการสร้างระเบิดปรมาณูตามที่ถูกกล่าวหาจริงหรือไม่? อย่างไร? ลองมาไล่เรียงเหตุการณ์สำคัญที่เกิดขึ้นกันสักหน่อย

ค.ศ.1905 ไอน์สไตน์เผยแพร่ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (Special Relativity Theory) ผลลัพธ์สำคัญอันหนึ่งคือ E = mc²

เจมส์ แชดวิค ผู้พบนิวตรอน

ค.ศ.1932 นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษเจมส์ แชดวิค (James Chadwick) เป็นบุคคลแรกที่ค้นพบนิวตรอน (neutron) ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของอะตอม และจากผลงานนี้ทำให้เจมส์ แชดวิค ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1935

ค.ศ.1935 ในปีเดียวกันนี้เองที่ความเชื่อดั้งเดิมเรื่องอะตอมเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดและไม่สามารถแบ่งแยกได้ก็ถูกหักล้างไปเมื่อนักวิทยาศาสตร์ 2 ท่านจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ จอห์น ค็อกครอฟท์ (John Cockcroft) และเออร์เนสท์ วอลตัน (Ernest Walton) สามารถแยกอะตอมออกได้สำเร็จ

ค.ศ.1933 อดอล์ฟ ฮิตเลอร์ก้าวขึ้นมาเป็นผู้นำประเทศเยอรมันในวันที่ 1 มกราคม
 

เอ็นริโก เฟอร์มิ

อดอล์ฟ ฮิตเลอร์

ค.ศ.1934 นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาเลียน เอ็นริโก เฟอร์มิ (Enrico Fermi) ทดลองยิงยูเรเนียมด้วยนิวตรอน ทำให้นิวเคลียสของยูเรเนียมแตกตัวออกเกิดเป็นธาตุใหม่ขึ้นมา แต่เขาไม่ทราบว่าวิธีนี้คือ ต้นแบบของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชั่น (nuclear fission) แต่ในภายหลังได้รับการยอมรับว่าเป็นผู้พบปฏิกิริยาลูกโซ่ (chain reaction) เป็นคนแรก
 

ค.ศ.1937 สงครามโลกครั้งที่ 2 ในเอเชียอุบัติขึ้นเมื่อญี่ปุ่นส่งกำลังทหารเข้ารุกรานจีนในวันที่ 7 กรกฎาคม
 

อ๊อตโต ฮาห์นและไลซ์ ไมน์เนอร์

ค.ศ.1938 อ๊อตโต ฮาห์น (Otto Hahn) ฟริทซ์ สตราสแมน (Fritz Strassman) ไลซ์ ไมน์เนอร์ (Lise Meitner) และอ๊อตโต ฟริซ์ช (Otto Frisch) นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันพบว่าการยิงนิวเคลียสของธาตุด้วยนิวตรอนให้แตกออกทำให้ได้พลังงานจำนวนมากออกมา ถือว่าเป็นจุดกำเนิดของปฏิกิริยาฟิชชั่น และทำให้อ๊อตโต ฮาห์นได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี ค.ศ.1944 (แต่ฮาห์นไม่สามารถเข้ารับรางวัลในขณะนั้นได้ เนื่องจากถูกคุมขังอยู่ที่ประเทศอังกฤษในฐานะเชลยสงคราม)

ค.ศ.1939 จากความก้าวหน้าของการวิจัยเรื่องปฏิกิริยาการแตกตัวแบบลูกโซ่ของนักวิทยาศาสตร์เยอรมัน ทำให้นักวิทยาศาสตร์หลายท่านเดินทางมาพบกับไอน์สไตน์เพื่อชี้แจงข่าวการค้นพบของทางเยอรมัน และขอให้ไอน์สไตน์ร่วมลงนามในจดหมายส่งถึงประธานาธิบดีแฟรงคลิน ดี. รูสเวลท์

2 สิงหาคม 1939 ไอน์สไตน์ลงนามในจดหมายที่ส่งถึงผู้นำสหรัฐชี้แจงเหตุผลแก่รัฐบาลสหรัฐให้มีการวิจัยเกี่ยวกับระเบิดปรมาณู เพื่อให้เกิดการถ่วงดุลอำนาจทางอาวุธสงครามกับเยอรมัน แต่เนื่องจากขณะนั้นประเทศสหรัฐยังไม่มีท่าทีจะเข้าร่วมสงครามโลกจึงไม่ให้ความสนใจการวิจัยระเบิดปรมาณูมากนัก

1 ก.ย. 1939 สงครามโลกครั้งที่ 2 อุบัติขึ้นในทวีปยุโรปเมื่อกองทัพเยอรมันบุกเข้ารุกรานโปแลนด์

มีนาคม ค.ศ.1940 ไอน์สไตน์ส่งจดหมายถึงประธานาธิบดีรูสเวลท์เป็นฉบับที่สองเพื่อแจ้งให้ทราบถึงความก้าวหน้าในงานวิจัยด้านระเบิดปรมาณูของประเทศเยอรมัน เดือนเมษายนปีเดียวกันไอน์สไตน์ส่งจดหมายถึงประธานาธิบดีสหรัฐฉบับที่สามเพื่อกระตุ้นให้มีการวิจัยระเบิดปรมาณูมากขึ้น

กองเรือสหรัฐถูกโจมตีโดยเครื่องบินรบญี่ปุ่นที่เพิร์ล ฮาร์เบอร์

6 ธันวาคม 1942 (1 วันก่อนที่ฝูงบินรบของญี่ปุ่นจะเข้าถล่มกองทัพเรือของสหรัฐที่อ่าวเพิร์ล ฮาเบอร์ เกาะฮาวาย) ประธานาธิบดีรูสเวลท์ลงนามอนุมัติงบประมาณ 2 พันล้านดอลลาร์ (เทียบมูลค่าเท่ากับ 5 หมื่นล้านดอลลาร์ในปัจจุบัน) สำหรับโครงการแมนฮัตตัน (Manhattan Project) เพื่อสร้างระเบิดปรมาณูโดยมีนักฟิสิกส์ เจ. โรเบิร์ต ออพเพนไฮม์เมอร์ (J. Robert Oppenheimer) เป็นผู้อำนวยการโครงการดังกล่าว

12 เมษายน 1945 ประธานาธิบดีรูสเวลท์ถึงแก่อสัญกรรม และแฮร์รี่ เอส ทรูแมน (Harry S. Truman) เข้ารับตำแหน่งประธานาดีคนที่ 33 ของสหรัฐต่อจากรูสเวลท์

7 พฤษภาคม หลังอดอล์ฟ ฮิตเลอร์กระทำอัตวินิบาตกรรม เยอรมันประกาศยอมแพ้สงครามถือเป็นจุดสิ้นสุดสงครามโลกในทวีปยุโรป

16 กรกฏาคม 1945 สหรัฐทดลองระเบิดปรมาณูลูกที่หนึ่งทรินิตี้ (Trinity) จากจำนวน 3 ลูกที่รัฐนิวเม็กซิโก

เจ้าเด็กน้อย (little boy)

เจ้าอ้วน (fat man)

6 สิงหาคม 1945 เจ้าเด็กน้อย (Little Boy) ระเบิดปรมาณูลูกที่หนึ่งของสหรัฐอเมริกาถูกทิ้งลงที่เมืองฮิโรชิมา ตามมาด้วยวันที่ 9 สิงหาคม เจ้าอ้วน (Fat Man) ระเบิดปรมาณูลูกที่สองถูกทิ้งลงที่เมืองนางาซากิ สร้างความสูญเสียให้กับญี่ปุ่นอย่างใหญ่หลวงทำให้ญี่ปุ่นประกาศยอมแพ้สงครามทันทีและถือเป็นการสิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่ 2 อย่างสมบูรณ์

            ไอน์สไตน์เป็นผู้ที่รักสันติ ไม่ชอบความรุนแรง ดังนั้นไอน์สไตน์จึงเป็นเพียงแค่ชี้แจงถึงเหตุอันควรสร้างระเบิดปรมาณู แต่ไม่ได้มีส่วนร่วมใด ๆ ในโครงการแมนฮัตตันซึ่งเป็นโครงการที่ตั้งขึ้นมาเพื่อวิจัย ออกแบบและสร้างระเบิดปรมาณูโดยเฉพาะ ตรงกันข้ามบุรุษผู้เป็นเหมือนสัญลักษณ์แห่งวงการวิทยาศาสตร์แห่งศตวรรษที่ 20 นี้กลับใช้ชีวิตแบบเรียบง่ายดังคำพูดของเขาที่ว่า

"I am happy because I want nothing from anyone. I do not care for money. Decorations, titles, or distinctions mean nothing to me. I do not crave praise. The only thing that gives me pleasure, apart from my work, my violin, and my sailboat, is the appreciation of my fellow workers."

แหล่งข้อมูลอ้างอิง
http://www.aip.org/history/einstein/nuclear1.htm
http://intergate.cccoe.k12.ca.us/abomb/timeline.htm
http://www.doug-long.com/einstein.htm
http://www.greatachievements.org/greatachievements/ga_19_3.html
http://www.4learning.co.uk/historyquest/dossier/hq_dossier_game_8.html
http://nuclearweaponarchive.org/Usa/Med/Discfiss.html
http://www.reformation.org/leo-szilard.html
 

ไขปัญหา ' แก๊สโซฮอล์ '

 -เอ็มเทคทำการวิจัยร่วมกับปตท.ในการนำเอทานอลผสมน้ำมันเบนซิน และดีเซลว่าเมื่อนำไปใช้กับรถยนต์ รถขนส่งใช้งานอย่างไร และจะมีปัญหาอะไรกับเครื่องยนต์หรือไม่อย่างไร

มีปตท.กับบางจาก นำออกจำหน่าย เป็นน้ำมัน เบนซินผสมแก๊สโซฮอล์ 10% มีออกเทน 91 จำนวน 90% และผสม เอทานอล 10% จะได้เบนซินออกเทน 95 ออกจำหน่ายในราคาต่ำกว่า เบนซินทั่วไป 50 สตางค์ เบนซินผสมเอทานอลนี้ ปตท. มีการดำเนิน การวิจัยมานานแล้วกับโครงการส่วนพระองค์ และพบว่าการเติมเอทานอล 10% จะไม่เกิดผลกระทบ ต่อเครื่องยนต์ โดยปตท. ได้จัดทำรายงานการพัฒนาการใช้น้ำมันเชื้อเพลิงผสมแอลกอฮอล์ ในเดือน พฤษภาคม 2543 เพื่อทูลเกล้าถวาย พระบาทสมเด็จ พระเจ้าอยู่หัวภูมิพลอดุลยเดช มหาราช ที่สำนักพระราชวัง ในการทดลองกับรถยนต์ ใช้เบนซินที่ไม่ผสมเอทานอล รถยนต์ที่ใช้ เบนซินผสมเอทานอล 7.5% และรถยนต์ที่ใช้เบนซินผสมเอทานอล 15% กับรถยนต์ทั้งหมด 6 ชนิด ได้แก่ วอลโว่ โตโยต้า มิตซูบิชิ ฮอนด้า นิสสัน โตโยต้าโคโรลา เป็นรถตั้งแต่ปี คศ. 1993-1996 ถือเป็นรถยนต์ใช้แล้ว ได้ทดลองวิ่งพบว่าเครื่องยนต์ใช้งานได้ดี มลภาวะลดลง มีการสิ้นเปลืองน้ำมันเล็กน้อย และด้วยราคาที่ถูกกว่าจึงน่าจะมีการนำมาใช้กับรถยนต์ทั่วไป

- หากใช้น้ำมันเบนซินธรรมดาอยู่จะเปลี่ยนไปเติมน้ำมันผสมเอทานอลได้เลยหรือไม่

สามารถเติมได้ทันที เนื่องจากเดิมเราใช้รถที่เติมน้ำมันที่มีสารตะกั่ว ต่อมาพบว่าสารตะกั่วเป็นอันตรายต่อสุขภาพ จึงหันมาใช้ MTBE (Methyl Tertiary Butyl Ether) แทน ซึ่งต่อมาในสหรัฐฯพบว่า MTBE เป็นสารก่อมะเร็ง ถ้ารั่วไหลลงน้ำ จะเป็นอันตราย ต่อสิ่งแวดล้อม จึงเปลี่ยนมาเป็น เอทานอลที่เรียกว่า ETBE ETBE (Ethyl Tertiary Butyl Ether) ประมาณ 7-10% ดังนั้น เมื่อเรา ใช้เอทานอลก็สามารถเติมได้เลย เหมือนเราเปลี่ยนจากสารตะกั่วเป็น MTBE ก็สามารถเติมได้เลย โดยไม่ต้อง ถ่ายน้ำมันออก และไม่จำเป็นต้องมีการปรับแต่งเครื่องยนต์หากเติมเอทานอลไม่เกิน 10%

- ข้อดีของการใช้เอทานอลมีอย่างไรบ้าง

เมื่อเติมแล้วมีข้อดีคือ มลภาวะลดลง ไฮโดรคาร์บอนทั้งหลายลดลง ถ้าเติมเอทานอล 7.5 % จะลดลงประมาณ 3.5-8.5% ถ้ามีเอทานอล 15% จะลดลง 0.2-6.2% ปริมาณคาร์บอนมอนอกไซด์ ในไอเสียจะลดลง 23.2-26.9% ปริมาณแก๊สนอกซ์ เพิ่มขึ้น 10.7-15.2% ปริมาณอะแซทเทิลดีไฮด์เพิ่มขึ้น 90.7และ231% ตัวนี้เพิ่มขึ้นมาก แต่การสัมมนา มีข้อเสนอแนะว่า ตัวอะแซทเทิลดีไฮด์นี้ เป็นสารก่อมะเร็ง แต่ปริมาณที่เพิ่มขึ้น เพิ่มจากปริมาณคิดเป็นมิลลิกรัมต่อกิโลเมตร ซึ่งน้อยมาก และในต่างประเทศ เช่น สหรัฐฯ หรือญี่ปุ่น ก็ไม่มีการกำหนดเกี่ยวกับสารตัวนี้เอาไว้ ดังนั้น ในภาพรวม สารที่เกี่ยวข้องกับ การเกิดก๊าซเรือนกระจก และทำให้ อากาศร้อนจะลดน้อยลงไป และทำให้คุณภาพอากาศในเมืองใหญ่ ๆ ดีขึ้น

- แหล่งผลิตเอทานอลมีอยู่ที่ไหนบ้าง

 เอทานอลขณะนี้มีแหล่งผลิต 2 แห่งคือที่โครงการส่วนพระองค์ผลิตได้ 860 ลิตรต่อวัน และที่ โรงงานต้นแบบของ สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย(วท.)เดิมผลิตได้ 1,500 ลิตรต่อวัน แต่หลังจากไม่ได้ใช้นาน และ มาเริ่มใช้ใหม่ในปีที่ผ่านมาจึงผลิตได้เพียง 300-500 ลิตรต่อวัน เมื่อนำไปผสมกับน้ำมันเบนซินก็จะได้เป็นน้ำมันจำนวน 3,000-5,000 ลิตรต่อวัน เติมได้ 60-100 คันก็หมดแล้ว

- สถานีเติมแก๊สโซฮอล์ อยู่ที่จุดไหนบ้าง

สถานีเติมน้ำมันแก๊สโซฮอล์ของปตท.มีอยู่ 2 แห่ง คือที่สำนักงานใหญ่ของ ปตท. และสนามเป้า สถานีเติมน้ำมัน แก๊สโซฮอล์ ของบางจากมีอยู่ที่ สาขาอุดมสุข, แยกแคลาย, ติวานนท์, แจ้งวัฒนะ ซึ่งทั้งหมดมีปริมาณไม่มากเท่าไหร่ กำลังการผลิตขณะนี้ ยังไม่พอใช้ ทางปตท.เองก็กำลังร่วมมือกับบริษัทสุรามหาราษฎร์ และกลุ่มผู้ผลิตสุราต่าง ๆ ซึ่งมี กำลังการผลิตสูง เพื่อหาทาง เพิ่ม ปริมาณการผลิตให้มากขึ้น

      เนื่องจากว่า เอทานอลก็คือเอทิลแอกอฮอล์ หรือเหล้า เมื่อผลิตออกมาจะมีความเข้มข้น 95.5% หากเราสามารถ ติดตั้งหน่วยที่เป็นตัวสกัดน้ำ ที่เราเรียกว่าเป็นดีไฮเดรชั่นยูนิต ในตอนท้ายของกระบวนการ ก็จะได้เป็น เอทานอล ประมาณวันละ 10,000 ลิตร เมื่อมาผสมก็จะได้น้ำมันผสมเอทานอล 100,000 ลิตร ซึ่งน่าจะขยายกำลังการผลิตเป็น 1 ล้านลิตร สามารถเติมน้ำมันเบนซินได้เป็น 10 ล้านลิตร ขณะนี้เราใช้เบนซิน 20 ล้านลิตรต่อวันจะเป็น 91 จำนวน 10 ล้านลิตร เบนซิน 95 จำนวน 10 ล้านลิตร หากเราเติมเอทานอลลงในเบนซิน 91 จำนวน 10 ล้านลิตรก็จะได้เป็นเบนซิน 95 จำนวน 10 ล้านลิตร ซึ่งจะเพียงพอกับการใช้งานของคนในกรุงเทพและในจังหวัดอื่น ๆ ทั่วประเทศ

- ตัวอย่างการใช้เอทานอลในต่างประเทศ

ที่บราซิลใช้เอทานอลมา 25 ปี แล้ว เนื่องจากราคาน้ำตาลตกต่ำ จึงหาทางพัฒนาการผลิตน้ำตาลเป็นเอทานอล จนขณะนี้ บราซิลใช้น้ำมันเบนซินผสมเอทานอลผสมถึง 23-24%ทั่วประเทศ ไม่ใช่น้ำมันอื่นเลย

ที่สวีเดนไม่ผลิตเอง แต่สั่งเอทานอลจากต่างประเทศ ใช้น้ำมันเอทานอลกับรถประจำทางขนาดใหญ่ (Blue Bus) มีสถานี เติมน้ำมันชนิด Flexible (เพิ่มลดส่วนผสมเอทานอลในเบนซินได้) 50 แห่ง มีจำนวนรถยนต์ทั่วไป ที่ใช้เอทานอลอยู่ ทั้งหมด 400 คัน หากดูที่การจำหน่ายเฉลี่ยสถานีละ 8 คัน ซึ่งไม่คุ้มทุน แต่สวีเดนจำเป็นต้องลงทุน วางระบบไว้ เพื่อให้เกิด ความสะดวก แก่ผู้ใช้รถยนต์รุ่นต่อไป ซึ่งจะเปลี่ยนไปใช้เซลล์เชื้อเพลิง ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานที่แทบจะไม่เกิดมลพิษเลย

หันมาดูบ้านเราเอง รัฐบาลควรจะต้องพิจารณาโครงสร้างพื้นฐานเหล่านี้เพื่อรองรับ และสนับสนุน ให้เกิดการใช้ น้ำมันเอทานอลในประเทศหรือเชื้อเพลิงอื่น ๆ ทดแทนน้ำมันปิโตรเลียมต่อไป

ปัจจุบันคณะกรรมการเอทานอลแห่งชาติ มีปลัดกระทรวงอุตสาหกรรมเป็นประธาน มีหน่วยงานร่วมอื่น ๆ เช่น กระทรวง เกษตรฯ กระทรวงการคลัง กระทรวงพาณิชย์ สวทช. กรมควบคุมมลพิษ สถาบันยานยนต์ มีการแบ่งกลุ่มผู้ผลิต ผู้ใช้และ ผู้จัดจำหน่าย ได้เตรียมแผนปฎิบัติการเอาไว้แล้วว่าฝ่ายต่าง ๆ จะดำเนินการอย่างไร เช่น กระทรวงเกษตรฯ จะพิจารณา เรื่องวัตถุดิบทางการเกษตร ว่าควรจะมีปริมาณการผลิตเท่าไหร่จึงเหมาะสมกับปริมาณการใช้เอทานอล หลังจากนั้นผู้จัดจำหน่าย ก็จะดูในรื่องการวางแผนจัดจำหน่ายว่าจะเป็นอย่างไร สถาบันยานยนต์ก็จะพิจารณาว่า รถยนต์ ที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน จะใช้น้ำมัน ผสมเอทานอลได้หรือไม่ ตลอดจนควรจะมีการ นำรถยนต์ที่ใช้เอทานอล เข้ามา จำหน่ายในประเทศไทยได้เมื่อไหร่ ซึ่งขณะนี้ แผนปฏิบัติการต่าง ๆ ก็พร้อมแล้วรอที่จะนำไปใช้ เชื่อว่าภายใน 2 ปีจะมีการใช้เอทานอลมากขึ้น และจำนวน สถานีเติมน้ำมันเอทานอลก็จะเพิ่มมากขึ้นด้วย

- ขณะนี้กำลังอยู่ระหว่างวิจัยดีโซฮอล์

จะมีการพิจารณาใน 3 ด้านคือด้านไอเสียคาดว่าจะใช้เวลา 3 เดือน ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ใช้เวลา 6 เดือน และด้านผลกระทบของชิ้นส่วนเครื่องยนต์ต่าง ๆ ประมาณ 8-12 เดือน นอกจากนี้ จะมีการพิจารณาเรื่องการประเมินวงจรอายุ หรือ Life Cycle Accessment (LCA) ด้วย ซึ่งเป็นการประเมินผลกระทบของการใช้เอทานอลต่อสภาพแวดล้อม นับตั้งแต่การผลิตวัตถุดิบจนถึงหลังจากการใช้งานแล้ว

 ที่ผ่านมามีการทดลองใช้ดีโซฮอล์กับรถบรรทุก 6 คันของ รสพ. ตั้งแต่วันที่ 31 ส.ค. 43 ผลที่เกิดขึ้น เหมือนกับ การใช้กับน้ำมันเบนซิน ไม่มีผลกับกำลังบรรทุกแต่อย่างใด แต่ไอเสียลดลง การทดลองที่ดำเนินการกับ ปตท. จะมีการวัด อย่างเป็นระบบตามหลักวิชาการ เพื่อให้ได้ข้อมูลที่เที่ยงตรงมากขึ้น

- อัตราภาษี

 เครื่องดื่มแอลกอฮอล์ที่ใช้อยู่ขณะนี้ แบ่งเป็นภาษีสุราขาวลิตรละ 100 บาท สุราสีลิตรละ 150 บาท แต่ถ้า ผลิต เอทานอลเป็นน้ำมันเชื้อเพลิงจะคิดอัตราภาษีลิตรละ 5 สตางค์เท่านั้น ซึ่งทุกวันนี้กลุ่มบริษัทสุราต่างๆ มีการส่งออก สุรา ไปต่างประเทศอยู่แล้ว หากผันปริมาณการผลิตเป็นเชื้อเพลิงก็จะมีปริมาณเพียงพอใช้ในประเทศ หรือหากเราไม่ผลิตเอง ก็อาจนำเข้าได้ แต่ราคาสูงกว่าผลิตเองแน่นอน

- กรรมวิธีการผลิตเอทานอล

 การนำพืชผลการเกษตร เช่น มันสำปะหลัง ถั่วเห