พลังมหาสมุทรคือความหวังใหม่ ทรงพลังจนอาจเทียบชั้นพลังงานนิวเคลียร์
สุนิสา กาญจนกุล รายงาน
ในยุคสมัยที่การเปลี่ยนแปลงด้านสภาพภูมิอากาศกำลังคุกคามความเป็นอยู่ของมนุษย์ และต้นตอสำคัญของการคุกคามนั้นมาจากพลังงานฟอสซิล การแสวงหาแหล่งพลังงานอื่นที่สะอาดกว่าและยั่งยืนกว่าจึงเป็นเรื่องจำเป็น
ทุกฝ่ายพากันค้นหาคำตอบที่เป็นไปได้จากแหล่งพลังงานธรรมชาติรอบตัว ตั้งแต่พลังงานจากแสงอาทิตย์ที่สาดส่องลงมา พลังงานจากลมที่โบกโบย และขุดค้นลึกลงเพื่อนำพลังงานความร้อนใต้พิภพมาใช้ประโยชน์ แต่ยังมีแหล่งพลังงานมหาศาลอีกแห่งหนึ่งที่ยังคงรอคอยให้เรานำมาใช้งาน
แหล่งพลังงานดังกล่าวก็คือ มหาสมุทร ซึ่งเป็นผืนน้ำกว้างใหญ่ที่ปกคลุมพื้นที่มากกว่าสองในสามของโลกใบนี้ มหาสมุทรไม่ได้เป็นเพียงแหล่งกำเนิดอาหารที่สำคัญของมนุษย์ แต่ยังกักเก็บพลังงานในรูปแบบต่างๆ ไว้อย่างมหาศาล
พลังงานมหาสมุทรจึงกลายเป็นอีกหนึ่งในความหวังสำคัญของพลังงานสะอาด ที่ปราศจากการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม อีกทั้งยังเชื่อกันว่าหากพัฒนาจนถึงจุดสูงสุด พลังงานจากมหาสมุทรอาจมีศักยภาพเทียบเท่าพลังงานนิวเคลียร์ได้เลยทีเดียว
คลื่นในมหาสมุทรถูกจับตามองในฐานะแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่มีศักยภาพมหาศาลมานานแล้ว มนุษย์ศึกษาหาวิธีเปลี่ยนคลื่นและกระแสน้ำในมหาสมุทรให้กลายเป็นพลังงานทดแทนมาตั้งแต่ศตวรรษที่ 17 แต่ก็มีชะตากรรมเช่นเดียวกับพลังงานทดแทนอื่นๆ ที่ไม่ได้รับความสำคัญมากนัก เพราะการใช้พลังงานฟอสซิลนั้นสะดวกกว่ามาก
จนกระทั่งเกิดวิกฤติราคาน้ำมันในปี 1973 การวิจัยเกี่ยวกับพลังงานทางเลือกจึงทวีความเข้มข้นและจริงจังขึ้น ซึ่งรวมถึงพลังงานมหาสมุทรด้วย
หลากหลายรูปแบบ
ที่จริงแล้ว พลังงานมหาสมุทรมีหลากหลายรูปแบบ โดยสามารถแบ่งออกเป็นประเภทหลักๆ ดังนี้
1. พลังงานความร้อนจากมหาสมุทร (Ocean Thermal Energy Conversion – OTEC) เป็นการใช้ประโยชน์จากความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างน้ำทะเลที่ผิวน้ำกับน้ำทะเลลึก โดยใช้ของเหลวที่มีจุดเดือดต่ำ เช่น แอมโมเนีย ในการทำงาน
น้ำทะเลที่ผิวน้ำจะถูกสูบเข้ามาเพื่อทำให้แอมโมเนียระเหยกลายเป็นไอน้ำแรงดันสูงไปหมุนกังหันเพื่อผลิตไฟฟ้า จากนั้นไอน้ำจะถูกทำให้เย็นลงด้วยน้ำจากทะเลลึกจนควบแน่นกลับเป็นของเหลวอีกครั้ง
เทคโนโลยีนี้เหมาะกับพื้นที่เขตร้อนและกึ่งเขตร้อนซึ่งมีความต่างของอุณหภูมิที่ชัดเจนตลอดทั้งปี โดยสามารถผลิตไฟฟ้าได้ตลอด 24 ชั่วโมง
2. พลังงานจากความเค็ม (Salinity Gradient Energy) หรือที่เรียกว่าพลังงานออสโมซิส เป็นการสกัดพลังงานจากความแตกต่างของความเข้มข้นของเกลือในบริเวณที่น้ำจืดจากแม่น้ำไหลมาบรรจบกับน้ำเค็มในทะเล
หลักการคือใช้เยื่อกรองกั้นน้ำจืดและน้ำเค็มไว้คนละฟาก น้ำจืดจะเคลื่อนที่ผ่านเยื่อกรองไปยังฝั่งน้ำเค็มเพื่อปรับสมดุลความเข้มข้น การเคลื่อนที่ของน้ำจะสร้างแรงดันขึ้นในฝั่งน้ำเค็ม ซึ่งแรงดันที่เพิ่มขึ้นนี้สามารถนำไปขับเคลื่อนกังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าได้
3. พลังงานน้ำขึ้นน้ำลง (Tidal Energy) ใช้ประโยชน์จากอิทธิพลของแรงดึงดูดระหว่างโลก ดวงจันทร์ และดวงอาทิตย์ โดยสามารถทำได้สองรูปแบบหลัก คือ สร้างเขื่อนกั้นน้ำขึ้นน้ำลง (Tidal Barrage) ขวางปากอ่าวหรือปากแม่น้ำ เมื่อระดับน้ำแตกต่างกันระหว่างสองฝั่งของเขื่อน น้ำจะถูกปล่อยให้ไหลผ่านกังหันที่ติดตั้งอยู่ในตัวเขื่อนเพื่อผลิตไฟฟ้า
อีกวิธีหนึ่งก็คือ การใช้กังหันกระแสน้ำ (Tidal Stream Turbines) ซึ่งติดตั้งไว้ใต้น้ำ กังหันจะหมุนเมื่อมีกระแสน้ำไหลผ่าน ซึ่งสามารถนำพลังงานไปผลิตไฟฟ้าได้โดยตรง
4. พลังงานคลื่น (Wave Energy) เป็นพลังงานมหาสมุทรที่ได้รับความสนใจอย่างมาก และมีเทคโนโลยีการทำงานที่หลากหลาย
ศักยภาพโดดเด่น
พลังงานมหาสมุทรที่สำคัญจนเป็นกระแสหลักและมีการวิจัยพัฒนาอย่างกว้างขวางที่สุดคือ พลังงานคลื่นนั่นเอง เนื่องจากการเก็บพลังงานจากคลื่นมีประสิทธิภาพสูงกว่าแหล่งพลังงานหมุนเวียนอื่นๆ บางชนิดในพื้นที่ขนาดเท่ากัน
ความน่าสนใจของพลังงานคลื่นก็คือความสม่ำเสมอและความสามารถที่จะพยากรณ์การก่อเกิดได้ค่อนข้างแม่นยำกว่าพลังงานทดแทนชนิดอื่น เช่น พลังงานลมและพลังแสงอาทิตย์ นอกจากนั้น ในเมื่อคลื่นสามารถเดินทางได้ไกลหลายพันกิโลเมตรจากแหล่งกำเนิด จึงทำให้พื้นที่ชายฝั่งยังคงมีคลื่นอยู่เสมอแม้จะเป็นวันที่ลมสงบก็ตาม
การเปลี่ยนพลังงานจากการเคลื่อนที่ของคลื่นให้กลายเป็นพลังงานไฟฟ้าที่ใช้งานได้นั้นต้องอาศัยเครื่องแปลงพลังงานคลื่น (Wave Energy Converters – WECs) ซึ่งปัจจุบันมีการออกแบบและพัฒนาขึ้นมาหลายรูปแบบเพื่อให้เหมาะสมกับลักษณะของคลื่นและความลึกของทะเลที่แตกต่างกัน
เทคโนโลยีเหล่านี้มีหลักการทำงานที่หลากหลาย ตั้งแต่อุปกรณ์ที่เรียกว่าPoint Absorbers ซึ่งมีลักษณะคล้ายทุ่นลอยที่ขยับขึ้นลงตามจังหวะของคลื่น ซึ่งพลังงานจากการเคลื่อนที่ขึ้นลงในแนวดิ่งของทุ่นจะถูกนำไปใช้เพื่อผลิตเป็นกระแสไฟฟ้า
อีกรูปแบบหนึ่งคืออุปกรณ์ที่มีลักษณะเป็นปล้องยาวคล้ายงู เรียกว่า Attenuators ซึ่งประกอบด้วยท่อนยาวหลายท่อนเชื่อมต่อกัน เมื่อกระแสคลื่นเคลื่อนที่ผ่าน ข้อต่อระหว่างท่อนเหล่านี้จะขยับและงอตัว ซึ่งการเคลื่อนไหวนี้จะถูกนำไปใช้ขับเคลื่อนระบบไฮดรอลิกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
ขณะที่เทคโนโลยีแบบ Oscillating Water Column (OWC) จะมีโครงสร้างบางส่วนจมอยู่ใต้น้ำและมีช่องอากาศอยู่ภายใน เมื่อคลื่นเคลื่อนที่เข้าสู่โครงสร้าง ระดับน้ำในช่องอากาศจะสูงขึ้นและอัดอากาศที่อยู่ภายในให้เคลื่อนที่ผ่านกังหันเพื่อผลิตไฟฟ้า เมื่อคลื่นลดระดับลง อากาศภายนอกจะถูกดูดกลับเข้ามาผ่านกังหันตัวเดิม ทำให้สามารถผลิตไฟฟ้าได้ทั้งจังหวะที่คลื่นซัดเข้าและออก
ส่วนเทคโนโลยี Overtopping Devices จะออกแบบมาให้คล้ายกับทางลาดเพื่อให้น้ำทะเลสาดข้ามเข้าไปเก็บในอ่างเก็บน้ำที่อยู่สูงกว่าระดับน้ำทะเล จากนั้นจึงปล่อยน้ำจากอ่างเก็บน้ำผ่านกังหันเพื่อผลิตไฟฟ้า คล้ายกับหลักการของเขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็ก
อาจเทียบชั้นนิวเคลียร์
ความโดดเด่นของพลังงานมหาสมุทรทำให้เกิดคำถามที่น่าสนใจว่า พลังงานทางเลือกชนิดนี้จะสามารถก้าวขึ้นมาทดแทนพลังงานนิวเคลียร์ที่หลายคนหวาดหวั่นได้หรือไม่ ซึ่งหลายฝ่ายมองว่าพลังงานมหาสมุทรจะมีบทบาทมากขึ้นจนอาจเทียบเคียงได้กับพลังงานนิวเคลียร์ทั้งในด้านขนาดและผลกระทบ
บทความในนิตยสาร Forbes ระบุว่า ในทางทฤษฎีนั้น พลังงานคลื่นสามารถผลิตไฟฟ้าได้มากกว่า 29,500 เทราวัตต์ชั่วโมง/ปี ซึ่งเทียบเท่ากับปริมาณการใช้ไฟฟ้าทั่วโลก
ห้องปฏิบัติการพลังงานหมุนเวียนแห่งชาติ กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ประเมินว่า พลังงานคลื่นสามารถผลิตไฟฟ้าได้ 66% ของความต้องการไฟฟ้าของสหรัฐอเมริกา หรือประมาณ 1,400 เทราวัตต์ชั่วโมง/ปี ซึ่งเพียงพอต่อการจ่ายพลังงานให้กับบ้านเรือนประมาณ 130 ล้านหลัง
ส่วนสหภาพยุโรปประเมินศักยภาพทางทฤษฎีของพลังงานคลื่นไว้สูงกว่านี้ โดยคาดการณ์ไว้ที่ 2,800 เทราวัตต์ชั่วโมง/ต่อปี ซึ่งคิดเป็นประมาณ 107.6% ของการผลิตพลังงานนิวเคลียร์ทั่วโลกในปี 2023 สหภาพยุโรปจึงตั้งเป้าที่จะพัฒนากำลังการผลิตพลังงานจากมหาสมุทรให้ได้ 1 กิกะวัตต์ภายในปี 2030 และ 40 กิกะวัตต์ภายในปี 2050 ซึ่งเพียงพอที่จะจ่ายพลังงานให้กับบ้านเรือนประมาณ 58 ล้านหลัง
ขณะที่สำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ (IEA) คาดการณ์ว่า ภายในปี 2050 กำลังการผลิตพลังงานมหาสมุทรจะสูงถึง 87 เทราวัตต์/ชั่วโมง เลยทีเดียว
ยังต้องพัฒนา
แม้ว่าในปัจจุบัน ศักยภาพของพลังงานคลื่นและพลังงานมหาสมุทรโดยรวมจะดูสดใส แต่การพัฒนาเทคโนโลยีเหล่านี้ยังคงเผชิญกับอุปสรรคความท้าทายที่สำคัญหลายประการ
การลดต้นทุนยังเป็นเรื่องสำคัญที่ต้องเอาชนะ อุปสรรคที่ยิ่งใหญ่ที่สุดคือสภาพแวดล้อมของมหาสมุทรที่รุนแรงและมีการกัดกร่อนสูง อุปกรณ์ที่ติดตั้งต้องมีความแข็งแรงทนทานเป็นพิเศษเพื่อรับมือกับพายุขนาดใหญ่และแรงกระแทกของคลื่นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อต้นทุนในการก่อสร้าง การติดตั้ง และการบำรุงรักษาที่ยังคงสูงกว่าแหล่งพลังงานหมุนเวียนอื่นๆ ที่มีการพัฒนามาแล้วอย่างยาวนาน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์
ผลกระทบต่อระบบนิเวศทางทะเลก็เป็นอีกประเด็นที่ต้องพิจารณาอย่างรอบคอบ การติดตั้งโครงสร้างขนาดใหญ่ในทะเลอาจส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตในทะเล เส้นทางการเดินเรือ และกิจกรรมประมงในพื้นที่ จึงจำเป็นต้องมีการศึกษาและประเมินผลกระทบสิ่งแวดล้อมอย่างละเอียดก่อนการดำเนินโครงการใดๆ
การเชื่อมต่อระบบผลิตไฟฟ้าที่อยู่นอกชายฝั่งเข้ากับโครงข่ายไฟฟ้าบนบกก็เป็นอีกหนึ่งความท้าทายทางวิศวกรรมและมีค่าใช้จ่ายที่สูง
อย่างไรก็ตาม การวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานมหาสมุทรยังคงเดินหน้าอย่างไม่หยุดยั้ง หลายประเทศโดยเฉพาะในยุโรป เช่น สหราชอาณาจักร โปรตุเกส และสเปน ได้มีการจัดตั้งศูนย์ทดสอบและโครงการนำร่องเพื่อผลักดันเทคโนโลยีเหล่านี้ให้เข้าสู่เชิงพาณิชย์
ขณะที่ความก้าวหน้าทางวัสดุศาสตร์ วิศวกรรม และระบบควบคุมอัตโนมัติก็ช่วยลดต้นทุนและเพิ่มความทนทานของอุปกรณ์ต่างๆ ที่ต้องใช้กับฟาร์มพลังงานมหาสมุทรได้เป็นอย่างมาก
*ข้อมูลอ้างอิง :*
https://www.ocean-energy-systems.org/ocean-energy/what-is-ocean-energy/
https://www.forbes.com/sites/elenabou/2025/02/20/could-wave-energy-become-the-new-nuclear/
https://www.weforum.org/stories/2022/03/wave-energy-ocean-electricity-renewables/
https://www.irena.org/Energy-Transition/Technology/Ocean-energy