แม้คำว่า ‘ฤดูฝุ่น’ จะมีความหมายเชิงลบและเป็นฤดูที่เราไม่อยากเผชิญ แต่ความเข้มข้นของ PM2.5 ที่สูงขึ้นทุกปีในช่วงเวลาดังกล่าว ได้ส่งผลกระทบต่อสุขภาพผู้คนไปจนถึงสังคมและภาคเศรษฐกิจ สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ องค์การมหาชน (สทน.) มองเรื่องนี้เป็นโจทย์สำคัญระดับประเทศ จึงได้ริเริ่มโครงการ “การใช้เทคโนโลยีนิวเคลียร์และรังสีในการบริหารจัดการคุณภาพอากาศจากฝุ่นละออง PM2.5” เพื่อประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนิวเคลียร์อย่างเป็นรูปธรรมในการสนับสนุนการแก้ไขปัญหามลพิษทางอากาศ เสริมสร้างองค์ความรู้เชิงวิทยาศาสตร์ และพัฒนานวัตกรรมที่ช่วยยกระดับการจัดการคุณภาพอากาศให้ดีขึ้นอย่างยั่งยืน
โครงการนี้มี 3 โครงการย่อยที่ประกอบด้วย การจำแนกแหล่งที่มาของฝุ่นละออง PM2.5 ด้วยเทคนิคทางนิวเคลียร์, รวบรวมผลข้อมูลรวมทั้งวางแผนการพัฒนาวิธีการวิเคราะห์แหล่งกำเนิดฝุ่นละอองขนาดไม่เกิน 2.5 ไมครอน โดยใช้การเรียนรู้ของเครื่อง (machine learning), และการออกแบบและพัฒนา ‘อุปกรณ์ดักจับฝุ่นด้วยระบบไฟฟ้าสถิตและพลาสมาแบบเคลื่อนที่’ โดยมี ดร.วิลาสินี กิ่งก้ำ นักวิทยาศาสตร์นิวเคลียร์ชำนาญการ จากศูนย์วิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีนิวเคลียร์ เป็นหัวหน้าโครงการและผู้รับผิดชอบหลักของโครงการวิจัยนี้ ซึ่งใช้ระยะเวลาเกือบสองปีในการศึกษาและพัฒนาต้นแบบอุปกรณ์ดักจับฝุ่นด้วยระบบไฟฟ้าสถิตและพลาสมาที่เน้นการ ‘บำบัดและกำจัด’ ฝุ่นละอองขนาดเล็ก PM2.5 และ PM10
อุปกรณ์ดังกล่าวกำลังเข้าสู่การพัฒนาในเฟส 2 เพื่อให้สามารถประยุกต์ใช้ในครัวเรือนและติดตั้งที่ปล่องควันโรงงาน ข้อดีของนวัตกรรมนี้คือ ความสามารถในการดักจับฝุ่นและบำบัดคุณภาพอากาศในตัว โดยไม่ต้องอาศัยแผ่นกรองหรือแผ่นเพลตขนาดใหญ่ในระดับอุตสาหกรรม ที่จะสร้างขยะในปลายทาง
“พลาสมาเป็นสภาวะที่ 4 ของสสารซึ่งเป็นแก๊ส สทน. มีงานวิจัยเกี่ยวกับการนำพลาสมาไปใช้ประโยชน์อย่างหลากหลาย เช่น การบำบัดกลิ่น ฆ่าเชื้อโรค ปรับปรุงคุณภาพพืช และ การบำบัดน้ำเสีย” ดร.วิลาสินี อธิบายถึงแนวคิดที่นำมาสู่การทดลองตั้งต้น โดยใช้ Plasma DBD (Dielectric Barrier Discharge: พลังงานพลาสมาที่เกิดจากการคายประจุไฟฟ้าผ่านฉนวน) สำหรับบำบัดอากาศ “แต่ Plasma DBD ผลิตโอโซนเยอะมาก ทำให้ค่าฝุ่นเพิ่มขึ้นแทนที่จะลดลง”
เมื่อผลลัพธ์ไม่เป็นไปตามคาด การทดลองครั้งใหม่จึงเกิดขึ้น โดยนำระบบ ESP (Electrostatic Precipitator) ระบบดักจับฝุ่นด้วยไฟฟ้าสถิตมาใช้แทนแบบเดิม ซึ่งเป็นระบบที่โรงงานอุตสาหกรรมใช้ในการดักจับฝุ่น โดยฝุ่นจะถูกชาร์จให้มีประจุ และถูกดูดไปติดบนผนังท่อที่มีประจุตรงข้าม เมื่อทำงานร่วมกับไฟฟ้าแรงดันสูง จะเกิดปรากฏการณ์ Corona Discharge (การคายประจุไฟฟ้าระดับอ่อนที่ทำให้อากาศแตกตัวเป็นพลาสมา) เป็นพลาสมาบาง ๆ สีชมพูที่ไม่สร้างโอโซนในระดับอันตราย
การค้นพบนี้ ทำให้ ดร.วิลาสินี ได้คำตอบในการนำไฟฟ้าสถิตมาใช้ร่วมกับ Corona Discharge ในการดักจับฝุ่นและบำบัดอากาศเสียให้กลายเป็นอากาศดี “หลักการทำงานคือดูดควันเข้ามา บำบัดผ่านระบบไฟฟ้า แล้วปล่อยอากาศบริสุทธิ์ออกไป” เธออธิบายให้เห็นภาพง่ายขึ้น ก่อนเล่าถึงกระบวนการทำงานของเครื่อง
“ส่วนประกอบสำคัญในระบบ ESP คือ Discharge Electrode (ขั้วปล่อยประจุ) ที่เราใช้ลวดทังสเตนเพราะทนความร้อนได้ดีที่สุดและทำให้ Corona Discharge เสถียรที่สุด กับ Collection Electrode (ขั้วเก็บฝุ่น) หลักการคือเราจะป้อนแรงดันไฟฟ้าเข้าไปในท่อดักจับฝุ่นทองแดงซึ่งนำไฟฟ้าได้ดีจำนวน 4 ท่อ ที่ตัวเครื่องจะมีพัดลมดูดอากาศดูดเอาฝุ่นเข้ามา ฝุ่นจะวิ่งผ่านสนามไฟฟ้าและถูกดูดไปติดที่ขั้วเก็บฝุ่นซึ่งมีประจุตรงข้าม ฝุ่นหนักจะตกลงไปอยู่ข้างล่าง ส่วนฝุ่นเบาจะติดอยู่ที่ขอบท่อ ระหว่างนั้นอากาศจะได้รับการบำบัดกลิ่นและฆ่าเชื้อโรคโดยพลาสมา ก่อนปล่อยออกสู่ภายนอก ส่วนฝุ่นที่ดักจับได้ เราใช้วิธีถอดท่อมาล้างทำความสะอาดแล้วเอาไปใช้ต่อได้ตลอดอายุการใช้งาน ทำให้ไม่ต้องเปลี่ยนฟิลเตอร์เหมือนเครื่องกรองอากาศทั่วไป”
อุปกรณ์ซึ่งพัฒนาขึ้นสำหรับการทดลองในห้องแล็บนี้ ถูกนำไปทดสอบกับฝุ่นจากการเผาชีวมวล ควันธูป ควันจากไอเสีย และควันบุหรี่ โดยใช้ Particle Counter ที่วัดจำนวนฝุ่นได้สูงสุด 5,000 ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตร จากการทดสอบต่อเนื่อง 1 ชั่วโมง พบว่ามีประสิทธิภาพการกำจัดฝุ่นมากกว่า 90% ซึ่งถือว่าสูงมาก
แม้ผลลัพธ์จะออกมาอยู่ในระดับพึงพอใจ แต่ ดร.วิลาสินี ก็ยอมรับอย่างตรงไปตรงมาว่ายังมีจุดที่ต้องพัฒนาต่อ “หัวใจหลักของเครื่องอยู่ที่ Power Supply เราใช้แรงดันไฟฟ้าสูง 15 kV ข้อดีคือกินกระแสไฟฟ้าน้อยมากในระดับมิลลิแอมป์ จึงใช้กับไฟบ้านทั่วไปได้และไม่เปลืองค่าไฟ แต่ระดับของแรงดันไฟฟ้าสูงแบบนี้ยังค่อนข้างอันตราย จึงต้องมีการออกแบบระบบป้องกันที่ดีเมื่อนำไปใช้งานจริง การถอดล้างทำความสะอาดในโมเดลต้นแบบที่ต้องถอดทีละท่อก็ยังไม่สะดวกนัก และเครื่องยังไม่สามารถจำกัดสารระเหยบางชนิดได้สมบูรณ์”
ข้อจำกัดจากโมเดลแรก จะถูกนำมาพัฒนาต่อในอนาคต ทั้งการออกแบบที่ถอดล้างง่ายขึ้นด้วยการเชื่อมท่อดักฝุ่นเป็นชุดเดียวกัน โดยใช้วัสดุโครงสร้างที่เหมาะสมและแข็งแรงขึ้น หาจุดที่เหมาะสมที่สุดของแรงดันไฟฟ้าและความเร็วลม ขยายสเกลเครื่องให้ใหญ่ขึ้นเพื่อรองรับปริมาณฝุ่นที่มากขึ้น ขณะเดียวกันก็ต้องย่อส่วนจากเครื่องอุตสาหกรรมมาเป็นขนาดครัวเรือนหรือขนาดห้อง เพื่อประยุกต์ใช้ในการติดตั้งกับท่อดูดควันในครัว รวมถึงการเปลี่ยนวัสดุบางอย่างเพื่อให้ได้เครื่องต้นแบบที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในต้นทุนที่จับต้องได้
“ตอนนี้เครื่องของเราสามารถนับวัดฝุ่นละอองขนาดเล็กได้ทั้ง PM10, PM2.5 และ PM1.0 ในเฟส 2 เราวางแผนจะติดตั้งระบบเซนเซอร์เพื่อให้รู้ผลทั้งฝุ่น แก๊ส โอโซน CO2 แบบเรียลไทม์ เพื่อดูว่าแหล่งกำเนิดฝุ่นมีความเข้มข้นสารเหล่านี้เท่าไร และจะพัฒนาให้เป็นระบบอัตโนมัติมากขึ้น”
จากการทำงานวิจัยที่เกี่ยวเนื่องกับการแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อมหลายชิ้นที่ผ่านมา ดร.วิลาสินีสะท้อนบทบาทของตนว่า “งานวิจัยแต่ละชิ้นใช้เวลา ไม่ใช่แค่ทำเพื่อให้ใช้งานได้ แต่ต้องเป็นงานที่พิสูจน์ผลลัพธ์ชัดเจนว่าใช้ได้จริง เพื่อต่อยอดไปสู่การนำไปใช้ในวงกว้าง หากงานของเราได้ช่วยแก้ปัญหามลพิษทางอากาศที่มีแนวโน้มรุนแรงยิ่งขึ้น ก็เป็นเรื่องน่ายินดีและเป็นความภาคภูมิใจสูงสุดในฐานะนักวิจัย
“ท้ายที่สุดปัญหาฝุ่นละออง PM2.5 ไม่ใช่ภาระของใครคนใดคนหนึ่ง แต่เป็นความท้าทายร่วมกันทั้งสังคม ที่ต้องอาศัยความตระหนักรู้ ความร่วมมือ และองค์ความรู้ทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เพื่อขับเคลื่อนการแก้ไขปัญหาอย่างยั่งยืนและสร้างอากาศที่สะอาดขึ้นให้กับทุกคน”
