heat storage

เทคนิคใหม่สำหรับเก็บพลังงานความร้อนในฤดูร้อนไปใช้ในฤดูหนาว

การเปลี่ยนแนวคิดจากการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลเพื่อทำความร้อนนั้นมีส่วนสำคัญต่อการสร้างอนาคตที่ยั่งยืนแต่ก็เป็นการยากที่ตัวเครื่องทำความร้อนแบบไฟฟ้าจะสร้างความอบอุ่นให้กับผู้ใช้งานได้ทันทีโดยไม่มีปัญหาใดๆ ดังนั้นหากต้องการให้ผู้คนหันไปใช้พลังงานทดแทนมากขึ้นก็ต้องทำให้พวกเขารู้สึกว่าเป็นระบบใช้งานที่ง่ายพอที่พวกเขาจะซื้อซึ่งกลุ่มนักวิจัยชาวสวิสฯได้ระบุว่าพวกเขาค้นพบวิธีการกักเก็บความร้อนช่วงฤดูร้อนเพื่อนำไปใช้ต่อช่วงหน้าหนาวพร้อมทั้งสามารถขนย้ายไปได้ทุกที่ที่ต้องการ

งานวิจัยนี้เป็นผลการสร้างสรรค์ของกลุ่มนักวิจัยจาก EMPA (Eidgenössische Materialprüfungs-und ForschungsAnstalt หรือที่ภาษาอังกฤษใช้ว่า The Swiss Federal Laboratories for Materials Testing and Research) ซึ่งเป็นระบบที่ใช้สาร Sodium hydroxide (NaOH) ที่เข้มข้นเป็นเสมือนสารตัวกลางในการจัดเก็บพลังงานความร้อนและส่วนประกอบอื่นในการเก็บสะสมที่หาได้ง่ายเพื่อกักเก็บ เปลี่ยนแปลง และปลดปล่อยพลังงานความร้อนได้ตามความต้องการ

IMAGE: Wikipedia

กระบวนการนี้สำเร็จขึ้นได้จากขั้นตอนดังนี้  เมื่อทำการเทน้ำลงบนเม็ด NaOH แห้งจะพบว่ามีปฏิกิริยาคายความร้อนเกิดขึ้นทั้งนี้มาจากพลังงานเคมีภายใน NaOH ถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของพลังงานความร้อนและจากการที่ NaOH สามารถดูดความชื้นได้ดีมาก นั่นคือมีแรงดึงดูดที่ดีในการดึงและยึดโมเลกุลของน้ำจากสภาพแวดล้อมทำให้พลังงานความร้อนถูกดึงออกมาจากไอน้ำในอากาศจนเกิดการควบแน่นขึ้นจึงส่งผลให้สารละลาย NaOH มีพลังงานความร้อนเพิ่มมากขึ้น ดังนั้น NaOH จึงสามารถปลดปล่อยพลังงานความร้อนออกมาได้อย่างง่ายดายเพียงแค่เติมน้ำลงไป

ในทางกลับกันถ้าทำการถ่ายพลังงานความร้อนสะสมจากแสงอาทิตย์ลงในสารละลาย NaOH ที่ถูกเจือจางด้วยน้ำพบว่าความชื้นจะระเหยออกไปอย่างรวดเร็วส่งผลให้สารละลาย NaOH มีความเข้มข้นสูงขึ้นพร้อมทั้งสามารถเก็บสะสมพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและยังอาจเก็บรักษาไว้ได้เป็นเวลานานหลายเดือนหรือปีจนกว่าพลังงานความร้อนจะถูกปลดปล่อยออกมาอีกครั้งด้วยการนำ NaOH ไปสัมผัสกับน้ำ นอกจากนี้สารละลาย NaOH ยังสามารถขนย้ายผ่านถังบรรจุขนาดใหญ่ได้อย่างง่ายดายเพื่อกระจายไปยังพื้นที่อื่นๆที่ต้องการพลังงานความร้อน

แต่ในทางปฏิบัติสารตัวกลางที่ใช้จัดเก็บก็คือของเหลวข้นหนืดที่ประกอบด้วยสารละลาย NaOH ปริมาณร้อยละ 50 ซึ่งจะถูกทำให้ไหลอย่างช้าๆไปยังท่อเกลียวที่มาจากเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่พบได้ทั่วไปตามเครื่องทำน้ำอุ่นแบบฉับพลันโดยจะมีการดูดซับไอน้ำไปตามทางพร้อมกับถ่ายเทพลังงานความร้อนที่เกิดขึ้นภายในท่อซึ่งพลังงานความร้อนขณะนั้นจะอยู่อย่างอิสระพร้อมที่จะแผ่รังสีและนำพาไปสู่พื้นที่ที่ต้องการความอบอุ่น

IMAGE: ScienceDaily

ในกระบวนการนี้สารละลาย NaOH จะไหลตกลงไปยังบริเวณด้านนอกท่อเกลียวของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนโดยสารละลายจะถูกเจือจางลงไปประมาณร้อยละ 30 ในสภาวะอากาศที่ร้อนชื้นภายในระบบและอุณหภูมิของน้ำภายในท่อจะเพิ่มขึ้นไปอยู่ที่ประมาณ 50°C ซึ่งค่อนข้างสอดคล้องกันอย่างเหมาะสมสำหรับการทำความร้อนใต้ดิน

การผันกลับของกระบวนการนี้คือการที่พลังงานความร้อนไหลผ่านไปยังสารตัวกลางเพื่อเก็บสะสมพลังงานนั้นได้มีการแสดงให้เห็นในระบบโดยความชื้นจากสารละลาย NaOH จะระเหยออกไปเมื่อมีการให้พลังงานความร้อนแก่สารละลายซึ่งความชื้นจะถูกดูดออกแล้วทำให้ควบแน่นส่งผลให้สารละลายที่ออกมาจากเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในขณะนั้นจะกลับมามีความเข้มข้นสูงถึงร้อยละ 50 และเกิดการกักเก็บสะสมพลังงานความร้อนโดยนักวิจัยเสนอแนะว่าพลังงานความร้อนในขั้นตอนนี้สามารถนำมาใช้ใหม่ได้เรื่อยๆด้วยการใช้แผงสะสมพลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งคล้ายกันกับที่ใช้ในระบบปรับอากาศแบบพลังงานแสงอาทิตย์

IMAGE: Chanler

สำหรับน้ำอุ่นที่เกิดขึ้นในกระบวนการควบแน่นจะถูกส่งผ่านไปยังตัววัดความร้อนใต้พิภพซึ่งโดยปกติลูปท่อของตัววัดความร้อนใต้พิภพจะถูกฝังตัวลงไปในแนวตั้งกับพื้นดินเพื่อการจัดเก็บและการเอากลับคืนมาหลังจากที่อุณหภูมิควบแน่นสะสมลดลงประมาณ 5-10°C โดยจะถูกส่งกลับคืนสู่ระบบเพื่อระบายน้ำที่ถูกสะสมออกไป

ถึงแม้ว่าเทคนิคนี้จะยังอยู่ในขั้นทดลองแต่ปัจจุบันทาง EMPA ก็กำลังมองหาหุ้นส่วนทางธุรกิจเพื่อที่จะช่วยในการสร้างระบบในรูปแบบกะทัดรัดซึ่งเหมาะสำหรับที่จะใช้ในครัวเรือน

EMPA ยังจัดเป็นหนึ่งในสามระบบที่มีการแข่งขันกันในโครงการของ COMTES ซึ่งมีเป้าหมายที่จะพัฒนาและแสดงให้เห็นถึงการจัดเก็บพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ตามฤดูกาลอีกด้วย

Comments




Pin It on Pinterest

Share This