Technology & Innovation

Converse Energy for Future

01 Apr 2015
8311

เพียโซอิเล็กทริก (Piezoelectric) คือระบบเทคโนโลยีที่สร้างและสะสมพลังงานจากแรงกระทบลงบนแผ่นวัสดุ โดยจะเปลี่ยนพลังงานจลน์จากการเคลื่อนที่ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า เพียโซอิเล็กทริกสามารถตรวจวัดแรงกลต่างๆ เช่น แรงดัน ความเร่ง การสั่น แรงเครียด หรือแรงกระทำอื่นๆ ที่เกิดกับวัตถุ แล้วเปลี่ยนพลังงานกลต่างๆ เหล่านี้ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ในทางกลับกัน เมื่อให้พลังงานไฟฟ้าแก่วัสดุที่มีคุณสมบัติเป็นเพียโซอิเล็กทริก วัสดุนั้นก็จะเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลได้เช่นกัน วัสดุที่มีคุณสมบัติเป็นเพียโซอิเล็กทริกมีหลายชนิด เช่น คริสตัล เซรามิก โพลิเมอร์ ซึ่งมีการนำไปใช้ในงานทั้งทางด้านวิศวกรรมชีวเวช เช่น ไมโครโฟนวัดคลื่นเสียงของหัวใจ ตัวรับสัญญาณของเครื่องอัลตราซาวด์ เครื่องตรวจวัดทางชีวภาพบนผลึกควอทซ์ (Quartz Crystal Microbalance - QCM) ที่มีการประยุกต์ใช้ในการตรวจวัดสารชีวโมเลกุลจำนวนมาก หรือตัวตรวจวัดแรง เป็นต้น และที่กำลังมีแนวโน้มมากยิ่งขึ้นคือการใช้เพื่อเก็บเกี่ยวพลังงานกล

ตั้งแต่ปี 2007 ญี่ปุ่นได้นำเทคโนโลยีเพียโซอิเล็คทริกไปใช้เก็บสะสมพลังงานกลจากการเดินสัญจรไปมาของคนที่สถานีรถไฟโตเกียวและชิบูย่า โดยนำพลังงานไฟฟ้าที่ได้มาใช้ในการปิดเปิดประตูอัตโนมัติและในการทำงานของจอภาพอิเล็กทรอนิกส์ภายในสถานี และเพื่อให้สามารถเก็บสะสมพลังงานให้ได้มากที่สุด จึงมีการติดตั้งเทคโนโลยีดังกล่าวด้วยการใช้ปูพื้นฟุตบาทในบริเวณที่มีการสัญจรสูง นอกจากนี้ ในการแข่งวิ่งปารีสมาราธอนเมื่อปี 2013 บริษัท Pavegen Systems จากอังกฤษ ได้ติดตั้งอุปกรณ์เพียโซอิเล็คทริกที่ประกอบด้วยพลาสติกและยางรีไซเคิล เรียกว่า แผ่นเก็บเกี่ยวพลังงาน (Special Harvesting Tile) บนถนนช็องเซลีเซซึ่งสามารถเก็บพลังงานจากนักวิ่งทั้งหมดได้ถึง 4.7 กิโลวัตต์ต่อชั่วโมง เพียงพอที่จะใช้กับหลอดแอลอีดีขนาด 5 วัตต์ ได้นานถึง 940 ชั่วโมง หรือ 40 วัน และยังได้ติดตั้งวัสดุปูพื้นจำนวน 51 ชิ้น ที่เทอร์มินัล 3 ของสนามบินฮีทโทรว์ จนได้รับรางวัล Ferrovial Innovation Awards และเกิดเป็นแนวคิดว่า หากนำไปใช้ในสนามฟุตบอลจะสามารถช่วยให้วิเคราะห์ข้อมูลการก้าวเท้าได้ จนเกิดเป็นโครงการล่าสุดที่สร้างประวัติศาสตร์หน้าใหม่ของสนามฟุตบอล Shell Football Pitch ณ เมืองรีโอเดจาเนโร ที่ไม่ต้องใช้พลังงานไฟฟ้า ทั้งนี้ บริษัท Pavegen Systems มีเป้าหมายให้ระบบนี้แพร่หลายไปในประเทศที่กำลังพัฒนา โดยเฉพาะในพื้นที่ที่มีการเดินเท้ากันมาก เช่น สลัมในมุมไบ เนื่องจากโดยเฉลี่ยแล้วในชั่วชีวิตคนคนหนึ่งจะเดินถึง 150 ล้านก้าว ซึ่งน่าจะนำมาใช้ประโยชน์ได้มาก

นอกจากนี้ยังมีบริษัท Bionic Power ในแคนาดา ที่พัฒนาปลอกสวมเข่าที่สามารถเก็บสะสมพลังงานในขณะที่เดินและเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ โดยได้เริ่มทดลองใช้ภายในกองทัพแล้ว หรือการใช้สารเรืองแสง (Photo-Luminising) ที่ให้แสงสว่างบนถนนแทนพลังงานไฟฟ้า ซึ่งสารนี้จะเก็บสะสมพลังงานจากแสงอาทิตย์ในตอนกลางวัน และจะปล่อยแสงออกมาอย่างช้าๆ ในตอนกลางคืนได้นานถึงแปดชั่วโมง จึงมีการทดลองนำสารเรืองแสงไปผสมสีและทาเป็นเครื่องหมายบนถนนเพื่อใช้ทดแทนไฟฟ้าในช่วงที่ไม่มีเสาไฟบนถนนยาว 100 กิโลเมตร ที่เมืองออสส์ทางตอนใต้ของเนเธอร์แลนด์ และยังมีการพัฒนาสีเรืองแสงนี้ให้มีคุณภาพสม่ำเสมอแม้ว่าจะต้องเผชิญกับความชื้นจากน้ำฝนที่ตกลงมาก็ตาม

ในปัจจุบันนี้ การเก็บเกี่ยวพลังงานจากสิ่งแวดล้อมที่เกิดขึ้นมากมายรอบตัวเรานับเป็นแนวโน้มทางพลังงานที่กำลังได้รับความสนใจ เพราะนอกจากจะเป็นทางเลือกใหม่ที่ชาญฉลาดแล้ว หากมีการวางแผนที่ดีก็ยังสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้แบบที่ไม่มีวันหมดไปอีกด้วย

เรื่อง: ชมพูนุท วีรกิตติ และ ปิยวรรณ กลิ่นศรีสุข

พบกับวัสดุต้นคิดที่เกี่ยวข้อง ได้ที่ Material ConneXion® Bangkok

Curtisium® nachtleuchtende kera
หมายเลขวัสดุ MC# 5948-02

แผ่นกระเบื้องเซรามิกพิมพ์ลวดลายด้วยสีที่เรืองแสงในความมืด (สีเคลือบเรืองแสง Curtisium®) ทำให้ผลิตแผ่นเซรามิกที่มีผิวเรืองแสงได้ ซึ่งก่อนหน้านี้ไม่สามารถทำได้ในกระบวนการเผาที่อุณหภูมิสูง สามารถออกแบบลวดลายของแผ่นกระเบื้องแต่ละแผ่นได้ตามสั่ง มีขนาดมาตรฐานหลายขนาดโดยผลิตแผ่นใหญ่กว่า 300 x 300 มิลลิเมตรได้ มีสามสีเรืองแสงให้เลือก ได้แก่ เขียวเหลือง สีฟ้าอควา และสีน้ำเงิน ซึ่งจะมีสีต่างจากที่เห็นในแสงสว่าง ปราศจากสารกัมมันตรังสี ฟอสฟอรัส หรือสารพิษอื่นๆ ด้วยกรรมวิธีการผลิตพิเศษทำให้แผ่นกระเบื้องต้านทานความร้อนและความชื้นได้ ดี และเรืองแสงได้แม้ในสภาพอากาศชื้น โดยจะเรืองแสงอยู่ได้นานถึง 20 ชั่วโมง หลังจากการชาร์จด้วยแสงสว่างไว้ระยะหนึ่ง และชาร์จใหม่ได้แทบจะไม่จำกัดจำนวนครั้ง เหมาะสำหรับใช้ในงานวิศวกรรมด้านความปลอดภัย งานโฆษณา และตกแต่งร้านค้า

Silglow
หมายเลขวัสดุ MC# 6965-01

แร่ธาตุที่ทำปฏิกิริยากับแสงสำหรับผสมในแผ่นวัสดุปิดผิว ประกอบด้วยซิลิกาหลอม 91% แก้ว 5% และสารให้สี 4% สารนี้จะผสมลงในผิวเคลือบซึ่งจะเรืองแสงในที่มืดได้หลังจากนำไปไว้ในแสง สว่างเป็นเวลานาน 60 นาที วัสดุจะมีสีขาว-เทาเมื่ออยู่ในที่สว่าง แต่จะมีสีเขียวหรือน้ำเงินเมื่ออยู่ในที่มืด มีเกล็ดวัสดุให้เลือกหลายขนาดตั้งแต่ 0.1-5.0 มิลลิเมตร (0.004-0.2 นิ้ว) ขึ้นอยู่กับการนำไปใช้งาน สั่งผลิตขนาดพิเศษได้ตั้งแต่ 0.1 มิลลิเมตรขึ้นไป เหมาะสำหรับระบบการนำทางเพื่อความปลอดภัยและทำวัสดุปิดผิว

ที่มา
pavegen.com
roadtrippers.com