นี่คือบทความที่ส่งผลต่อความคิดของผมมากที่สุดในปีนี้ (ถ้าระหว่างนี้จนถึงสิ้นปียังไม่มีบทความอื่น) เป็นบทความที่เขียนถึง “ภาพใหญ่” เรื่องพลังงาน ของ Noah Smith อีกเช่นเคย (น่าจะเป็นบทความของ Smith ที่ดีที่สุดที่อ่านมาในปีนี้เช่นกัน)
Smith ใช้พาดหัวชื่อบทความว่า The triumph of electromagnetism over thermodynamics แปลเป็นภาษาไทยแบบภาษาชาวบ้านๆ คือ “ชัยชนะของไฟฟ้าเหนือน้ำมัน”
www.noahpinion.blog Smith เริ่มต้นจากการบอกว่า แม้ตอนนี้เป็นปี 2024 แล้ว ในโลกพลังงานทุกวันนี้ เราสร้างเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ระดับสูง เพื่อนำไป “ต้มน้ำหมุนกังหัน” เพื่อผลิตไฟฟ้ากันอยู่เหมือนเดิม แสดงให้เห็นข้อจำกัดของมนุษย์ในการใช้พลังงานกันอยู่
ในโลกปัจจุบันมีวิธีดึงและผ่องถ่ายพลังงาน (extracting and transporting energy) อยู่สองวิธีใหญ่ๆ
- การเผาไหม้เชื้อเพลิง (combustion) มนุษย์เริ่มจากการใช้ถ่านหินทำเครื่องจักรไอน้ำ (coal-powered steam engine) แล้วพัฒนามาสู่การใช้น้ำมันกับเครื่องยนต์เผาไหม้ภายใน (oil-powered internal combustion engine) ที่ใช้กันในรถยนต์น้ำมันยุคปัจจุบัน
- การสร้างกระแสไฟฟ้า (electricity) โดยเนื้อแท้มันคือการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนผ่านไปตามวัตถุที่เป็นสารเหนี่ยวนำ (conducting materials)
ในประวัติศาสตร์ที่ผ่านมา ทั้ง combustion และ electricity อยู่ร่วมกัน เพราะมีคุณลักษณะที่แตกต่างกัน และความแตกต่างนี้ช่วยเสริมงานซึ่งกันและกัน
- combustion เป็นการสร้างปฏิกิริยาเคมีที่ปลดปล่อยความร้อน แบบที่ยุ่งเหยิง ไม่เป็นระเบียบ ควบคุมไม่ได้ (ลองนึกภาพตัวจุดระเบิดในเครื่องยนต์สันดาบภายใน เป็น random motion)
- electricity มีความเป็นระเบียบ ควบคุมได้กว่ามาก เพราะเป็นการส่งผ่านอิเล็กตรอนให้วิ่งผ่านสายไฟฟ้าที่วางแนวไว้อยู่แล้ว มีความแม่นยำ (precision) สูงกว่า
ข้อดีของ combustion คือมีกำลัง (power) สูง เกิดจากสารกักเก็บพลังงาน (ในที่นี้คือน้ำมันเชื้อเพลิง) มีความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่า อีกทั้งยังขนย้ายได้ง่ายกว่า มี portability สูงกว่า (เราเอาน้ำมันใส่ถังไปไหนมาไหนได้สะดวก)
ข้อดีของ electricity คือมีความแม่นยำ (precision) สูง เหมาะกับงานที่ต้องการความละเอียด เช่น วิทยุ เครื่องใช้ไฟฟ้า คอมพิวเตอร์ กับมีประสิทธิผล (efficiency) สูง ปลดปล่อยความร้อนน้อย จึงเอาไปใช้งานส่องสว่างได้ดีกว่า เช่น ทำหลอดไฟ
ส่วนใหญ่เรามักใช้ combustion กับ electricity ควบคู่กันไป เพราะธรรมชาติไม่เหมือนกัน แต่ในอดีตก็เคยมีช่วงเวลาที่นักประดิษฐ์ นักวิทยาศาสตร์ในยุคนั้นๆ ต้องเลือกว่าจะไปทางไฟฟ้าหรือน้ำมัน เช่น อุตสาหกรรมรถยนต์ในช่วงแรกๆ ที่เคยลองใช้ระบบไฟฟ้าอยู่พักหนึ่ง ก่อนตัดสินใจไปทางน้ำมันเพราะข้อดีเรื่องกำลัง (จากเทคโนโลยีการสร้างเครื่องยนต์ ICE + การกลั่นน้ำมันที่ดีขึ้นมากในยุคนั้น)
แต่ในช่วงหลังๆ มีการคิดค้นเทคโนโลยีสำคัญ 2 อย่างที่เป็นตัวเปลี่ยนเกมของ electricity คือ
- Semiconductor เกิดผลกระทบใหญ่หลวง 2 ประการ
- มนุษย์สามารถสร้างไฟฟ้าได้จากแสงอาทิตย์โดยตรง (photoelectric cell) ไม่ต้องไปขุดน้ำมันหรือถ่านหินมาต้มน้ำผลิตกระแสไฟฟ้าอีกต่อไป ลัดขั้นตอนพวกนี้ไปได้เลย แค่รับแสงอาทิตย์มาผ่านเซลล์ก็ได้กระแสไฟฟ้ามา
- ยกระดับความแม่นยำ (precision) และประสิทธิผล (efficiency) ซึ่งเป็นจุดเด่นเดิมของไฟฟ้าไปอีกขั้น เมื่อมี semiconductor ใช้ทำชิปคอมพิวเตอร์ที่มีความละเอียดสูงขึ้น (กว่ายุคหลอดสุญญากาศ) เราสามารถใช้กระแสไฟฟ้าได้อย่างละเอียดขึ้นมากๆ (ตอนนี้คือระดับนาโนเมตร) ฝั่งของประสิทธิพล เราสามารถผลิตมอเตอร์แบบ brushless electric ที่ใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเหนี่นยวนำมอเตอร์ แทนมอเตอร์เชิงกลแบบเดิม ลดความสูญเสียพลังงานไปเป็นความร้อนลงได้อีก กำลังสูงขึ้น ดูแลง่ายขึ้น
- Battery chemistry โดยเฉพาะการคิดค้นแบตเตอรี่แบบ lithium-ion ที่ใช้กันในทุกวันนี้ ช่วยแก้ปัญหาเรื่อง storability กักเก็บพลังงานไฟฟ้าได้มากขึ้น
- ข้อดีอีกอย่างของไฟฟ้าคือ การแปลงพลังงานกลับคืน (fully reversible) คือเราสามารถสร้างไฟฟ้า แล้วนำไปเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมีในเซลล์แบตเตอรี่ พอจะใช้งานก็แปลงกลับเป็นไฟฟ้า โดยมีอัตราการสูญเสียพลังงานไม่เยอะนัก เมื่อเทียบกับ combustion ที่เผาน้ำมันเชื้อเพลิงเป็นพลังงานแล้ว แทบไม่สามารถเปลี่ยนกลับเป็นน้ำมันคืนได้ง่ายๆ เลย (ตามกฎของ thermodynamics)
เทคโนโลยี 2 อย่างนี้ ช่วยแก้จุดอ่อนของพลังงานไฟฟ้า (กำลังน้อย ขนย้ายยาก) และขยายจุดแข็ง (เพิ่มความแม่นยำ ประสิทธิผล การกักเก็บพลังงาน) ไปได้อีกมาก
ในอีกทาง ในรอบหลายสิบปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีฝั่ง combustion กลับไม่ได้พัฒนาขึ้นอย่างก้าวกระโดดอีกเลย (หลังพัฒนาเร็วมากๆ ในช่วงแรก) แถมยังเจอข้อจำกัดในการใช้งาน จากเรื่องราคาน้ำมัน และสิ่งแวดล้อมด้วย
เทรนด์ของพลังงานทั้ง 2 แบบที่สวนทางกัน ทำให้เราเห็น electricity ถูกนำมาใช้ทดแทน combustion มากขึ้นเรื่อยๆ ที่เห็นชัดที่สุดคือ รถยนต์ EV เริ่มมาแทนรถยนต์น้ำมัน แต่นอกจากสายงานรถยนต์แล้ว เราเริ่มเห็นเครื่องจักรที่ใช้แบตเตอรี่ แทนการใช้น้ำมันมากขึ้นเรื่อยๆ เช่น เครื่องบินรบ vs โดรน หรือ เตาไฟฟ้าแบบใหม่ที่ใช้เสียบปลั๊กหรือใช้แบตเตอรี่ ก็เริ่มเกิดขึ้นเพื่อมาทดแทนเตาแก๊สบ้างแล้ว
เทคโนโลยีฝั่งไฟฟ้า-โซลาร์ยังพัฒนาต่อไปได้อีก อย่างน้อยในระยะที่มองเห็นว่ากำลังวิจัยกันอยู่ คือ solid state battery, การใช้สารเคมีชนิดอื่นทำแบตเตอรี่ (เช่น Sodium) และ perovskite solar cell (ตรงนี้จะเขียนถึงในโอกาสถัดไป)
Noah บอกว่าผลกระทบของเทรนด์นี้ (ไฟฟ้าเอาชนะน้ำมัน) คือ
- Age of Abundance ยุคที่มีพลังงานเหลือเฟือ เพราะพลังงานแสงอาทิตย์มีไม่จำกัด เทียบกับพลังงานน้ำมันที่มีจำกัด จะช่วยยกระดับผลิตภาพ (productivity) ของเศรษฐกิจในภาพรวมได้
- Geopolitics ผลกระทบต่อการแข่งขันในภูมิรัฐศาสตร์โลก โดยเฉพาะจีน vs ตะวันตก (นับรวมญี่ปุ่น เกาหลี ไต้หวัน) เนื่องจากจีนมาทีหลังในยุค thermodynamics จีนจึงไม่สามารถสร้างรถยนต์น้ำมัน เครื่องบินรบ ที่ดีได้มากนักเมื่อเทียบกับตะวันตก เพราะขาดทักษะหลายๆ อย่างในการควบคุม combustion
- จีนจึงกระโดดข้ามมาทำไฟฟ้าเลย และตอนนี้พิสูจน์แล้วว่าจีนทำได้ดีกว่าโลกตะวันตกมาก ทั้งโซลาร์เซลล์ แบตเตอรี่ EV (เทคโนโลยีสำคัญของ Xi Jinping) ตอนนี้จีนกลายเป็นประเทศแห่งไฟฟ้า (electrostate)
- โลกในอนาคตเราเห็นเลาๆ แล้วว่า EV ชนะรถน้ำมัน และ โดรนกลายเป็นอาวุธหลักแทนเครื่องบินเจ็ต
- คำถามที่น่าสนใจคือ ประเทศแถบเอเชีย โดยเฉพาะประเทศกำลังพัฒนา จะเดินตามรอยจีนในเรื่องประเทศแห่งไฟฟ้า เพื่อให้เติบโตแบบก้าวกระโดดทันกับประเทศพัฒนาแล้วได้อย่างไร
ภาพประกอบ: Wikipedia (Solar), Wikipedia (Oil)
