[เฉลย] แหล่งพลังงานใดบ้าง ที่ไม่ได้มาจากแสงอาทิตย์?
จากที่เมื่อวานเราได้ตั้งคำถามเอาไว้ว่า "แหล่งพลังงานใดบ้าง ที่ไม่ได้มาจากแสงอาทิตย์?"[1] วันนี้มาถึงคราวที่จะเฉลยกันแล้ว
แต่ก่อนจะเฉลย เราจะมาดูบางคำตอบที่ผู้อ่านส่งเข้ามากันดูบ้าง และจะมาดูกันว่าทำไมคำตอบเหล่านี้นั้นแท้จริงแล้วมาจากแสงอาทิตย์
******************
- พลังงานฟอสซิล/biomass/ชีวมวล/การหมักหมมของซากพืชซากสัตว์
พลังงานเหล่านี้นั้นได้มาจากห่วงโซ่อาหารในธรรมชาติ ซึ่งต้นกำเนิดของห่วงโซ่อาหารเกือบทั้งหมดในธรรมชาตินั้น เริ่มมาจาก photoautotroph หรือผู้ผลิตที่ได้พลังงานมาจากการสังเคราะห์ด้วยแสง นั่นหมายความว่าหากเราตัดไม้มาเป็นเชื้อเพลิง เชื้อเพลิงเหล่านั้นก็สะสมพลังงานมาจากแสงอาทิตย์ ต่อให้เราใช้ฟอสซิล ฟอสซิลเหล่านั้นก็ได้พลังงานมาจากพืชดึกดำบรรพ์ที่สังเคราะห์ด้วยแสงมาหลายสิบล้านปีที่แล้ว และถึงแม้ว่าเราจะใช้พลังงานเคมี หรือออกแรงปั่นด้วยตัวเอง หรือพลังงานความร้อนจากตัวเรา พลังงานเคมีที่กล้ามเนื้อเราใช้นั้นก็มาจากแป้งที่เรากินเข้าไป ซึ่งได้มาจากต้นไม้อยู่ดี พลังงานเหล่านี้จึงเป็นพลังงานที่มีต้นตอมาจากสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์ด้วยแสง
- แรงโน้มถ่วง/พลังงานแม่เหล็ก/พลังงานเสียง/พลังงานความร้อน ฯลฯ
ถึงแม้พลังงานเหล่านี้จะเป็นพลังงานที่มีอยู่จริง แต่เราไม่สามารถตอบได้อย่างเต็มปากว่าไม่ได้มาจากแสงอาทิตย์ เพราะการจะได้มาซึ่งพลังงานที่เราสามารถนำไปใช้ได้นั้นเราจะต้องมีการถ่ายเทพลังงานจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งเสียก่อน เช่น ในขณะที่เรานั่งอยู่ตอนนี้นั้นมีแรงโน้มถ่วงที่กระทำกับเราอยู่ แต่หากเราปล่อยให้แรงโน้มถ่วงกระทำกับเราไปเรื่อยๆ ในขณะที่เรานั่งอยู่เฉยๆ เราไม่สามารถ "เก็บเกี่ยว" แรงโน้มถ่วงนี้ไปเป็นพลังงานได้ เนื่องจากไม่ได้มีการถ่ายเทพลังงานแต่อย่างใด แต่เราสามารถออกแรง "ยก" วัตถุขึ้นไปยังที่สูงภายในสนามแรงโน้มถ่วงของโลก แล้วปล่อยให้มันตกลงมา แล้วเปลี่ยนพลังงานศักย์โน้มถ่วงในการตกนั้นให้เป็นพลังงานที่เราใช้งานได้ ดังเช่นนาฬิกาลูกตุ้ม หรือพลังงานไฟฟ้าที่ได้จากเขื่อนผลิตกระแสไฟฟ้า
อย่างไรก็ตาม พลังงานที่ได้นั้นเป็นเพียงการ "เก็บ" เอาไว้ชั่วคราวในรูปของพลังงานโน้มถ่วง แต่เราต้องใช้พลังงานในการนำวัตถุยกขึ้นไปไว้ในที่สูงภายใต้สนามแรงโน้มถ่วงแต่แรกอยู่ดี เช่น หากเราออกแรงยกของขึ้นไปไว้ที่สูง พลังงานโน้มถ่วงนี้จะได้มาจากพลังงานเคมีในอาหารของเรา ซึ่งได้มาจากพืชที่สังเคราะห์ด้วยแสง หรือในกรณีของเขื่อนพลังงานน้ำ ก็ได้พลังงานโน้มถ่วงมาจากฝนที่ถูกยกขึ้นไปไว้ที่สูงผ่านการระเหยโดยแสงอาทิตย์
ในลักษณะเดียวกัน พลังงานแม่เหล็ก พลังงานเสียง พลังงานความร้อน นั้นไม่สามารถตอบได้ว่ามาจากแสงอาทิตย์หรือไม่ ขึ้นอยู่กับว่าต้นกำเนิดที่กำเนิดพลังงานไปไว้ในรูปแบบนั้นมาจากแหล่งพลังงานใด
ดังนั้น การจะตอบคำถามนี้ให้ดี เราจึงควรมองในแง่ของ "แหล่งกำเนิดพลังงาน" เสียมากกว่า "แหล่งสะสมพลังงาน" วิธีหนึ่งที่เราจะสามารถมองได้ ก็คือมองว่า เราสามารถนำแหล่งพลังงานนั้นไปผลิตกระแสไฟฟ้าได้หรือไม่? หรือมีระบบนิเวศใดที่สามารถดำรงอยู่ได้โดยไม่ต้องอาศัยพลังงานจากแสงอาทิตย์หรือไม่?
******************
เราจะพบว่ามีแหล่งพลังงานอยู่เพียงสี่แหล่ง ที่ในปัจจุบันเราสามารถนำไปผลิตกระแสไฟฟ้า หรือเป็นแหล่งพลังงานของระบบนิเวศได้
1. พลังงานนิวเคลียร์
พลังงานนิวเคลียร์นั้นได้มาจากการแยกธาตุหนักออกเป็นธาตุเบา (ฟิชชั่น) หรือการรวมธาตุเบาสองธาตุเป็นธาตุหนัก (ฟิวชั่น) นิวเคลียร์ฟิวชั่นนั้นเป็นแหล่งพลังงานเดียวกับที่เป็นต้นกำเนิดของพลังงานภายในดวงอาทิตย์ ดังนั้นหากเราสามารถสร้างเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชั่นบนโลกได้ ก็เทียบได้กับการนำแหล่งพลังงานของดวงอาทิตย์มาใช้งานบนโลกของเราโดยตรง อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันนี้เรายังไม่สามารถควบคุมปฏิกิริยาดังกล่าวให้อยู่ในรูปที่เราสามารถเก็บเกี่ยวพลังงานอย่างยั่งยืนได้ ทำได้เพียงแต่การปลดปล่อยออกมาในรวดเดียวในรูปของระเบิดเทอร์โมนิวเคลียร์
ส่วนพลังงานนิวเคลียร์ฟิชชั่นนั้น ได้มาจากการแบ่งธาตุหนักออกเป็นธาตุเบา ซึ่งเป็นวิธีที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใช้อยู่ในปัจจุบัน สาเหตุที่เราสามารถเก็บเกี่ยวพลังงานจากธาตุหนักได้นั้น เนื่องมาจากว่าธาตุที่หนักกว่าธาตุเหล็กนั้นมาจากการระเบิดซูเปอร์โนวาของดาวฤกษ์มวลมากในอดีต และพลังงานจากการระเบิดบางส่วนถูกสะสมเอาไว้ในนิวเคลียสของธาตุ เช่น ยูเรเนียม เตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในโรงไฟฟ้าจึงเป็นเพียงการปลดปล่อยพลังงานที่สะสมเอาไว้ในนิวเคลียสของธาตุเหล่านี้ออกมา เปลี่ยนให้อยู่ในรูปของไฟฟ้าที่เราสามารถใช้งานได้ ดังนั้นถึงแม้ว่าพลังงานนิวเคลียร์นั้นอาจจะไม่ได้มาจากดวงอาทิตย์ของเรา แต่แท้จริงแล้วก็มาจากใจกลางของดวงอาทิตย์สักดวงหนึ่งที่ระเบิดไปแล้วเมื่อหลายพันล้านปีที่แล้ว
2. พลังงานความร้อนใต้พิภพ
ใต้พื้นผิวที่เราอาศัยอยู่นั้นเต็มไปด้วยความร้อนอันมหาศาล ที่บางครั้งบางคราวก็ประทุออกมาในรูปของภูเขาไฟระเบิด แต่ในบริเวณที่แผ่นเปลือกโลกบางเป็นพิเศษ หรือในบริเวณที่เป็น hotspot เราสามารถค่อยๆ เก็บเกี่ยวพลังงานความร้อนใต้พิภพผ่านโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพได้
ว่าแต่ว่า พลังงานความร้อนใต้พิภพนี้มาจากไหน? เราพบว่าแหล่งกำเนิดความร้อนที่อยู่ภายในโลกของเรานั้นมาจากสองแหล่งเป็นหลัก แหล่งแรกเกิดขึ้นจากการยุบตัวลงภายใต้แรงโน้มถ่วงในขณะที่โลกก่อตัว ซึ่งความร้อนนี้เกิดขึ้นเพียงครั้งเดียวเมื่อราวห้าพันล้านปีที่แล้ว และค่อยๆ สูญเสียไปเรื่อยๆผ่านทางการแผ่รังสีความร้อน ปัจจุบันความร้อนที่เกิดจากการยุบตัวของโลกนั้นจึงเป็นเพียงสัดส่วนเพียงนิดเดียวของความร้อนที่มีอยู่ทั้งหมด แต่พลังงานความร้อนใต้พิภพที่โลกของเรามีอยู่นั้น ส่วนใหญ่เกิดจากการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีในโลกของเรา ที่ค่อยๆ ปลดปล่อยพลังงานออกมาอย่างช้าๆ ตลอดห้าพันล้านปีที่ผ่านมา เราจึงสามารถพูดได้ว่าแท้จริงแล้วพลังงานความร้อนใต้พิภพก็คือพลังงานนิวเคลียร์ฟิชชั่นนั่นเอง ซึ่งโดยทางอ้อมก็ได้มาจากดวงอาทิตย์ดวงหนึ่งในอดีตที่ระเบิดเป็นซูเปอร์โนวาเช่นกัน
3. พลังงานจากน้ำขึ้นน้ำลง
ปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงนั้นเกิดขึ้นจากแรงไทดัลที่ดวงจันทร์กระทำกับโลก น้ำในมหาสมุทรในแต่ละส่วนของโลกจะถูกแรงดึงดูดจากดวงจันทร์กระทำไม่เท่ากัน ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลง ซึ่งเราสามารถสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงเพื่อเก็บเกี่ยวพลังงานจากแรงไทดัลนี้ได้ ปัจจุบันโรงไฟฟ้าพลังน้ำขึ้นน้ำลงที่ใหญ่ที่สุดคือ Sihwa Lake Tidal Power Station อยู่ที่ประเทศเกาหลีใต้ สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ถึง 254 MW นอกจากนี้แรงไทดัลอันมหาศาลบนดวงจันทร์ไอโอของดาวพฤหัสบดียังเป็นต้นเหตุที่ทำให้ภายในดวงจันทร์ไอโอเต็มไปด้วยความร้อนอันมหาศาล ส่งผลให้พื้นผิวของดวงจันทร์ไอโอนั้นเต็มไปด้วยภูเขาไฟ
แต่หากเราสามารถเก็บเกี่ยวพลังงานจากแรงไทดัลได้ ก็แสดงว่าจะต้องมีการสูญเสียพลังงานจากระบบ แล้วพลังงานเหล่านี้มาจากไหน? เราพบว่าผลข้างเคียงของการเกิดน้ำขึ้นน้ำลงบนโลกนั้น ทำให้โลกของเราหมุนช้าลง และวงโคจรของดวงจันทร์ออกห่างไปเรื่อยๆ การสูญเสียพลังงานจลน์ในการหมุนของโลกนี้เอง ที่เป็นแหล่งกำเนิดพลังงานของน้ำขึ้นน้ำลง
อย่างไรก็ตาม แรงไทดัลที่เกิดขึ้นกับมหาสมุทรบนโลกนั้น กว่าหนึ่งในสามมาจากอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงจากดวงอาทิตย์ นั่นหมายความว่าแม้กระทั่งพลังงานจากน้ำขึ้นน้ำลง บางส่วนก็ได้มาจากแรงโน้มถ่วงจากดวงอาทิตย์อยู่ดี
4. พลังงานเคมีที่สะสมในแร่ธาตุบนโลก
ธาตุบางชนิดบนโลกสามารถทำปฏิกิริยาที่ทำให้ได้พลังงานออกมา เรา ในปี 1979 ได้มีการค้นพบปล่อง black smoker ใต้มหาสมุทรแอตแลนติก ที่เต็มไปด้วยสิ่งมีชีวิตและระบบนิเวศภายใต้ท้องทะเลที่มืดมิดที่ไม่เคยพบที่ใดมาก่อนบนโลก ในที่ๆ แสงอาทิตย์ส่องไปไม่ถึงนี้ นักวิทยาศาสตร์กลับพบว่ามีระบบนิเวศที่ยั่งยืนสามารถดำรงอยู่ได้
ระบบนิเวศนี้ไม่ได้พึ่งแหล่งพลังงานจากแสงอาทิตย์ แต่ได้รับพลังงานจากการออกซิไดซ์ของสารเคมีที่มีอยู่แล้วในโลก เราเรียกสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ว่า chemoautotroph โดยการออกซิไดซ์ธาตุเหล็ก Fe2+ ให้อยู่ในรูปของ Fe3+ เปรียบเทียบได้กับการเกิดสนิมเหล็กในธรรมชาติ ซึ่งพลังงานเหล่านี้นั้นก็เกิดมาจากธาตุและสารประกอบที่มีอยู่แล้วในตอนกำเนิดโลก ซึ่งก็ถูกสร้างขึ้นจากการระเบิดซูเปอร์โนวาของดวงอาทิตย์สักดวงนึงในอดีตนั่นเอง ธาตุเหล่านี้นั้นมีแต่จะใช้แล้วหมดไป อย่างไรก็ตามความต้องการของสิ่งมีชีวิตที่อยู่บนผิวบางๆ บนเปลือกโลกนั้นน้อยมากเมื่อเทียบกับปริมาณของธาตุที่สะสมอยู่ในดาวเคราะห์หรือดวงจันทร์ของดาวเคราะห์ การค้นพบระบบนิเวศรอบๆ black smoker จึงทำให้นักชีวดาราศาสตร์เริ่มสงสัยถึงความเป็นไปได้ที่จะมีการค้นพบสิ่งมีชีวิตใต้ท้องทะเลของดวงจันทร์ในระบบสุริยะ เช่น ยูโรปา หรือ เอนเซลาดัส
******************
ทั้งหมดนี้ เราจะพบว่า พลังงานที่เราใช้ในชีวิตประจำวันเกือบทั้งหมดนั้นก็ได้มาจากแสงอาทิตย์ทั้งสิ้น จากตำแหน่งในวงโคจรของโลกของเรา พลังงานแสงอาทิตย์นั้นจะตกถึงพื้นโลกอยู่ที่ปริมาณ 1380 W/m^2 ซึ่งหากเราคิดพื้นที่ของโลกทั้งหมดที่รับแสงอาทิตย์แล้ว เราจะพบว่า ในหนึ่งปีทั่วโลกมีการใช้พลังงานไฟฟ้าเพียงเศษเสี้ยวหนึ่งของพลังงานจากแสงอาทิตย์ที่เราได้รับในหนึ่งวินาทีเสียด้วยซ้ำ (ประมาณ 3.e-20 ส่วน) ในอนาคตอันใกล้ เมื่ออารยธรรมของมนุษย์ก้าวหน้าขึ้น เราจะต้องมีความต้องการทางพลังงานที่เพิ่มมากยิ่งขึ้น แน่นอนว่าการพึ่งพลังงานฟอสซิลที่ได้มาจากพืชที่เก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์เอาไว้ในอดีตจะไม่เพียงพอต่อความต้องการ ซึ่งน่าจะนำไปสู่การพัฒนาเทคโนโลยีในการเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น
อ้างอิง/อ่านเพิ่มเติม:
[1] https://www.facebook.com/matiponblog/photos/a.255101608033386/1237986689744868/
พลังงานความร้อนใต้พิภพ 在 Bangkok Bank SME - 🟦รู้จัก 'พลังงานความร้อนใต้พิภพ' เอ ... 的必吃
พลังงานความร้อนใต้พิภพ (Geothermal Energy) คือ พลังงานธรรมชาติที่เกิดจากความร้อน ที่มีอุณหภูมิสูงถึง 5,000 องศาเซลเซียส (9,932 องศาฟาเรนไฮต์) เป็นพลังงานสะอาด ... ... <看更多>