กระบวนการเปลี่ยนขยะพลาสติกให้เป็นเชื้อเพลิงไฮโดรเจนสะอาดโดยใช้แสงอาทิตย์  (Turning plastic waste into clean hydrogen fuel using sunlight involves photocatalytic reforming )

21 กรกฎาคม 2568

กระบวนการเปลี่ยนขยะพลาสติกให้เป็นเชื้อเพลิงไฮโดรเจนสะอาดโดยใช้แสงอาทิตย์:

แนวคิดพื้นฐาน:

เทคโนโลยีนี้เรียกว่า Photocatalytic Reforming หรือการปฏิรูปด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาแสง ใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ในการเปลี่ยนขยะพลาสติกให้กลายเป็นก๊าซไฮโดรเจน (H₂) และผลิตภัณฑ์ที่มีประโยชน์อื่นๆ โดยใช้สารกึ่งตัวนำ (Semiconductor) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา เช่น ไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO₂) ที่มักนำมาปรับปรุงคุณสมบัติด้วยวัสดุอื่น เช่น แคดเมียมซัลไฟด์ (CdS), คาร์บอนควอนตัมดอทส์ (CQDs) หรือกราฟีน (Graphene) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ

ขั้นตอนกระบวนการ:

1. การเตรียมวัตถุดิบ

• ขยะพลาสติก เช่น พอลิเอทิลีน พอลิโพรพิลีน หรือ PET จะถูกนำไปบดหรือสับให้มีขนาดเล็ก เพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัส
  
  

• พลาสติกที่ผ่านการเตรียมจะถูกผสมเข้ากับน้ำและตัวเร่งปฏิกิริยาแสงที่เตรียมไว้
  
  

2. การเกิดปฏิกิริยาด้วยแสงอาทิตย์ (Photocatalysis)

• แสงแดด โดยเฉพาะแสงยูวีและแสงที่มองเห็นได้ (UV-Visible) กระตุ้นตัวเร่งปฏิกิริยาให้ทำงาน
  
  

• ตัวเร่งปฏิกิริยาจะดูดซับแสง ทำให้เกิดคู่ของอิเล็กตรอน (electron, e⁻) และโฮล (hole, h⁺)
  
  

• อิเล็กตรอนและโฮลนี้จะทำปฏิกิริยาเคมี สลายพันธะของพลาสติก (พอลิเมอร์ไฮโดรคาร์บอน) และน้ำให้แตกตัวออก
  
  

3. การผลิตไฮโดรเจน

• อิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นจะไปรีดิวซ์โมเลกุลน้ำให้กลายเป็นก๊าซไฮโดรเจน (H₂)
  
  

• โฮลที่เกิดขึ้นจะออกซิไดซ์พลาสติก เปลี่ยนพลาสติกให้กลายเป็นโมเลกุลขนาดเล็ก เช่น ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) กรดฟอร์มิก หรือกรดอะซิติก เป็นต้น
  
  

กลไกทางเคมีอย่างง่าย:

• การกระตุ้นตัวเร่งปฏิกิริยา:
  
  

ตัวเร่งปฏิกิริยา (TiO₂) + hν(แสงแดด) → e + h+

• ปฏิกิริยารีดักชัน (การผลิตไฮโดรเจน):
  
  

2H2O + 2e−→ H2 + 2OH

• ปฏิกิริยาออกซิเดชัน (ย่อยสลายพลาสติก):
  
  

พอลิเมอร์พลาสติก (CₓHy) + h+ + OH- CO₂ + สารอินทรีย์ขนาดเล็กอื่นๆ + H₂O

ประโยชน์ของเทคโนโลยีนี้:

• ผลิตพลังงานสะอาด: เปลี่ยนขยะพลาสติกที่เป็นปัญหาสิ่งแวดล้อมให้เป็นเชื้อเพลิงสะอาด (ไฮโดรเจน) โดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ที่มีอยู่อย่างเหลือเฟือ
  
  

• ช่วยลดขยะพลาสติก: ลดการสะสมขยะพลาสติกที่ปนเปื้อนในทะเล พื้นดิน และระบบนิเวศ
  
  

• ลดการปล่อยก๊าซคาร์บอน: กระบวนการนี้ช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเมื่อเทียบกับกระบวนการผลิตไฮโดรเจนจากเชื้อเพลิงฟอสซิลแบบเดิม
  
  

ความท้าทายที่ยังคงอยู่:

• ประสิทธิภาพ: เทคโนโลยีในปัจจุบันยังมีประสิทธิภาพในการผลิตไฮโดรเจนค่อนข้างต่ำ จำเป็นต้องพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยา ระบบการทำปฏิกิริยา และการเตรียมพลาสติกให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น
  
  

• ความทนทานของตัวเร่งปฏิกิริยา: ตัวเร่งปฏิกิริยามีแนวโน้มที่จะเสื่อมสภาพหรือมีประสิทธิภาพลดลงเมื่อใช้งานเป็นระยะเวลานาน
  
  

• ความเป็นไปได้ในเชิงเศรษฐกิจ: ยังต้องมีการวิจัยต่อเนื่องเพื่อให้ต้นทุนของเทคโนโลยีนี้ต่ำลง และเหมาะสมต่อการขยายผลในระดับอุตสาหกรรม
  
  

พัฒนาการล่าสุด:

• มีการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยารุ่นใหม่โดยผสมผสานกับวัสดุนาโน เช่น คาร์บอนควอนตัมดอทส์ หรือกราฟีน ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการดูดกลืนแสงและการถ่ายเทอิเล็กตรอน ส่งผลให้ผลิตไฮโดรเจนได้มีประสิทธิภาพมากขึ้น
  
  

• มีการสร้างระบบไฮบริด (Hybrid System) ที่ผสมผสาน Photocatalysis เข้ากับกระบวนการทางชีวภาพหรือทางไฟฟ้าเคมี เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและความเฉพาะเจาะจงของผลิตภัณฑ์
  
  

สรุปนวัตกรรมนี้โดยสังเขป:

คุณลักษณะ รายละเอียด/ประโยชน์

เทคโนโลยี Photocatalytic Reforming

วัตถุดิบ ขยะพลาสติก น้ำ และแสงอาทิตย์

ผลิตภัณฑ์หลัก ก๊าซไฮโดรเจนสะอาด

ผลพลอยได้ CO₂ และสารอินทรีย์อื่นๆ (นำไปใช้ประโยชน์ต่อได้)

ตัวเร่งปฏิกิริยา ไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO₂) และวัสดุเสริมอื่นๆ

ความยั่งยืน สูง – ใช้ขยะและพลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งเป็นพลังงานหมุนเวียน

ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ช่วยลดมลพิษจากพลาสติกและการปล่อยก๊าซคาร์บอน

เทคโนโลยีนี้นับเป็นนวัตกรรมที่น่าสนใจ ซึ่งเป็นการเชื่อมโยงพลังงานสะอาดกับการจัดการขยะเพื่อแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อมที่สำคัญของโลกในเวลาเดียวกัน