Properea

Ionic Wind Tower… แนวคิดและสมมุติฐานที่หนึ่งเพื่อลมหายใจทุกคน

Smog Free Tower

ข่าว PM 2.5 ที่เป็นเหมือนฝันร้ายกลายเป็นจริงของคนเมืองใหญ่อย่างกรุงเทพมหานคร เชียงใหม่ สระบุรีและอีกหลายพื้นที่ทั่วประเทศที่เงียบๆ เข้าไว้ถ้ายังไม่ติดอันดับสภาพอากาศเลวร้ายระดับชาติหรือระดับโลก… ที่จริงปัญหาเรื่องฝุ่นละออง ควันพิษและสภาพอากาศสกปรกในเมืองเป็นปัญหามานาน ซึ่งคนกรุงเทพที่ใช้เวลาริมถนนรถติดๆ ขึ้นรถเมล์ร้อนๆ ไปนั่นมานี่จะมีเขม่ามากน้อยเกาะรูจมูกกันทุกคนมานานแล้ว

เพียงแต่ระยะหลังๆ มานี้ เริ่มหนักหนาจนตื่นตระหนกกันไปทั่ว… และมีทางออกเดียวให้ทุกคนคือหาหน้ากากมาใส่ถ้าจะไปไหนมาไหน และผ่านเข้าออกโซนวิกฤติฝุ่นควัน ที่มีอนุภาคฝุ่นสารพัดขนาด PM ตลบอบอวล ที่อาจจะฆ่าใครก็ได้สักวันหนึ่ง

ตลอดหลายวันมานี้… ประเด็น PM 2.5 กลายเป็นเรื่องติว่าด่าทอที่ทั้งคนด่าและคนถูกด่า ต่างก็บอกไม่ถูกว่าควรทำอะไรและอย่างไรในเมื่อผลกระทบสามารถเกิดได้กับทุกๆ แนวทางที่จะแตะลงไป ทั้งเพื่อป้องกันและทั้งเพื่อดูแลเยียวยา

ผมก็ไม่ได้ต่างจากคนอื่นที่ยิ่งพยายามศึกษาค้นคว้า ก็ยิ่งรู้ตัวว่าเข้าใจและรู้น้อยเหลือเกินในเรื่องใหญ่ๆ ระดับโลกอย่างปัญหาฝุ่นควันและมลพิษทางอากาศ… ซึ่งผมก็ไม่ทราบว่าตัวเองอยู่ขั้นไหนของเส้นกราฟ Dunning Kruger Effect ในกรณีที่พยายามเข้าใจปัญหา PM 2.5 เพื่อเสนอความเห็นตามกำลังสติปัญญาและข้อมูลที่มี

ผมชอบแนวคิดการตั้งเครื่องฟอกอากาศยักษ์ไว้ต่อสู้กับมลพิษทางอากาศ เหมือนการทดลองในจีนด้วยการสร้างระบบฟอกอากาศขนาดใหญ่ขึ้นมา โดยระบบฟอกอากาศของจีนที่เป็นที่รู้จักกันในเวลานี้มี 2 ระบบใหญ่เล็กทำงานแตกต่างกัน ระบบแรกเป็นหอฟอกอากาศ สูง 7 เมตร ติดตั้งที่สวนสาธารณะของเทศบาลนครเทียนจิน เมืองที่มีปัญหามลพิษอันดับ 6 ของประเทศจีน 

ต้นแบบชุดนี้ออกแบบและติดตั้งโดย Daan Roosegaarde  ดีไซเนอร์จากเนเธอร์แลนด์ในปี 2016 ใช้เทคโนโลยีไฟฟ้าสถิต นำอากาศเข้าโดยพัดลมดูดอากาศ สามารถลดฝุ่นละอองขนาด PM 10 ได้ 45% และลดฝุ่นละอองขนาด PM 2.5 ได้ 25% ในรัศมี 20 เมตรรอบอุปกรณ์

Daan Roosegaarde Smog Tower ในเทียนจิน, ประเทศจีน

ต้นแบบอีกชุดที่ทางจีนอ้างว่าเป็นหอฟอกอากาศที่ใหญ่ที่สุดในโลก คือหอฟอกอากาศในเมืองเสียน มณฑลส่านซี ที่เริ่มต้นสร้างและทดสอบการทำงานในปี 2018… สร้างเป็นหอคอยยักษ์สูง 100 เมตร สามารถฟอกอากาศได้ 5-18 ล้านลูกบาศก์เมตรต่อวัน ครอบคลุมพื้นที่ 10 ตารางกิโลเมตรรอบหอคอย ทำงานโดยพลังงานแสงอาทิตย์ ไม่ต้องการพลังงานไฟ้ฟ้าใดๆ เหมือนระบบแรก

กลไกการทำงานของหอคอยฟอกอากาศยักษ์ในมณฑลส่านซีนี้ ใช้หลักการของอากาศร้อนเย็น… เทคนิคคือ พลังแสงอาทิตน์จะทำให้อากาศในห้องด้านล่างที่มีสภาพเหมือนเรือนเพาะชำร้อนขึ้น อากาศร้อนจะลอยขึ้นสู่ปล่องขนาดใหญ่ตรงกลาง ในขณะที่อากาศเย็นที่เต็มไปด้วยมลพิษรอบหอคอยจะไหลเข้ามาแทนที่ เมื่ออากาศร้อนลอยขึ้นในปล่องก็จะพบกับตัวกรองฝุ่นที่ติดตั้งไว้เพื่อดักฝุ่นขนาดเล็กทุกขนาด อากาศหลังการฟอกแล้วมีฝุ่นน้อยลงก็จะลอยออกด้านบนของปล่องระบายอากาศ เป็นวงจรต่อเนื่องไม่สิ้นสุด ผลจากการสังเกตพบว่าหอฟอกอากาศยักษ์นี้ สามารถลดฝุ่นขนาด PM 2.5 ลงได้ 10%-19%

หอฟอกอากาศในฮ่องกง

ระบบฟอกอากาศนอกอาคารขนาดใหญ่ หรือหอฟอกอากาศที่น่าสนใจอีกโครงการหนึ่งคือระบบฟอกอากาสของฮ่องกง ริมถนนบายพาส เซ็นทรัลหว่านไจ๋… ถือเป็นระบบฟอกอากาศในอุโมงค์ระบบแรกในฮ่องกงและใหญ่ที่สุดในโลกในแง่ของปริมาณอากาศที่จัดการได้… ตัวหอฟอกอากาศออกแบบให้มีรูปทรงเกลียวใบไม้ มีประสิทธิภาพในการกำจัดอนุภาคแขวนลอยและไนโตรเจนไดออกไซด์ และมลพิษบนถนนสายสำคัญสองสายใกล้หอคอยได้ไม่ต่ำกว่า 80%

การทำงานของหอฟอกอากาศย่านหว่านไจ๋ ใช้พัดลมขนาดใหญ่ดูดไอเสียจากอุโมงค์เข้าไปในหอฟอกอากาศผ่านอาคารระบายอากาศสามแห่งตามแนวอุโมงค์ อากาศจะผ่านตัวตกตะกอนไฟฟ้าสถิตซึ่งจะแยกอนุภาคที่เป็นอันตรายก่อน จากนั้นผ่านตัวกรองอีกชั้นซึ่งใช้ถ่านกัมมันต์เพื่อกำจัดไนโตรเจนไดออกไซด์ ฟอกจนอากาศบริสุทธิ์ และปล่อยระบายออกจากระบบภายนอก โดยมีอัตราการดูดฟอกอากาศพิษ เทียบเท่ากับการดูดซับของต้นไม้กว่า 480,000 ต้น หรือเท่ากับสวนสาธารณะวิกตอเรียราว 67 แห่ง

Kurin Systems, Air Purifier StartUp, India

ในอินเดีย… ความพยายามของ Startup ชื่อ Kurin Systems ผู้ผลิตและจำหน่ายเครื่องฟอกอากาศในอาคารยี่ห้อ Kurin ได้พยายามเสนอแนวคิดการฟอกอากาศในนครนิวเดลลีมาตั้งแต่ปี 2016 เช่นกัน… แต่รายละเอียดและความชัดเจนก็ยังคลุมเครือ มีเพียงข่าวในวงการสตาร์ทอัพอินเดียที่ยังยืนยันอะไรไม่ได้มาก… แต่อินเดียเองก็สาหัสกับฝุ่นละอองและ PM 2.5 และ PM 10 เหมือนที่อืน… แต่ถ้าคืบหน้าอย่างไรผมจะหาโอกาสนำข้อมูลมานำเสนอต่อไปครับ

ต้นแบบเทคโนโลยี Direct Air Capture โดย Climeworks, Swisszerland

อีกโครงการหนึ่งที่ต้นแบบเปิดใช้อย่างมีประสิทธิภาพคือ งานค้นคว้าและพัฒนาของบริษัท Climeworks บริษัทพัฒนาด้านพลังงานในสวิสเซอร์แลนด์ได้คิดค้นเทคโนโลยีชื่อ Direct Air Capture หรือ  การดักจับและสกัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยตรงจากอากาศเป็นผลสำเร็จ นวัตกรรมนี้ถูกออกแบบมาสำหรับใช้ในการดึงเอาคาร์บอนไดออกไซด์มากักเก็บและแปรสภาพเพื่อใช้ในเชิงอุตสาหกรรม… ซึ่งผมและเพื่อนๆ หลายท่านก็ติดตามข้อมูลข่าวสารสายนี้อย่างต่อเนื่องมาเป็นระยะ… ด้วยเชื่อว่า เทคนิคทางเทคโนโลยีเหล่านี้ น่าจะต่อยอดเพื่อให้มนุษย์เข้าใจและควบคุมภูมิอากาศได้ดีขึ้นกว่าเดิม

ระบบฟอกอากาศฟ้าใส จาก Nestech และพันธมิตร ที่ True Digital Park, Thailand

ในบ้านเรา… บริษัทจำกัด เนสเทคประเทศไทย หรือ Nestech ร่วมกับพันธมิตรและ True Digital Park ได้ร่วมกันเปิดตัว หอฟอกอากาศ “ฟ้าใส” ที่อ้างว่าสามารถฟอกอากาศบริสุทธิ์ได้ในอัตราสูงสุด 120,000 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง… และดูเหมือนจะเป็นความเคลื่อนไหวเดียวที่พอจะยอมรับได้สำหรับหลายๆ ท่านที่เห็นวิธีแก้ปัญหาเฉพาะหน้าอย่างเอารถบรรทุกเครื่องยนต์ดีเซลขน น้ำไปรดถนนบ้าง พ่นละอองน้ำบ้าง หรือไม่ก็แนะนำให้ชาวบ้านไปหาหน้ากากมาใส่กันเอง

การบรรเทาปัญหาหมอกควันสะสมและมลพิษในอากาศของกรุงเทพมหานครในปัจจุบัน…
ภาพข่าวจากเวบไซต์ BangkokPost

ประเด็นก็คือ… ฝุ่นพิษปนเปื้อนในเมืองใหญ่มาจากเครื่องยนต์เป็นปฐมเหตุ การพยายามจัดการกับอากาศปนเปื้อนควรโฟกัสอยู่ที่รถยนต์กับถนนในขั้นแรก… โลกใบนี้คงใช้เวลาอีกหลายสิบปีกว่าจะทำให้เครื่องยนต์ดีเซลและเบนซินหายไปจากท้องถนนและชีวิตประจำวันได้เกือบหมด… ถ้าจะบอกว่าขอตังค์คนใช้น้ำมันดีเซลเพิ่มลิตรละ 2-5 บาทมาทำกองทุนหน้ากากอนามัยดีมั๊ย?… เหมือนๆ ที่คนประเทศนี้เคยถูกเก็บเงินเข้ากองทุนน้ำมัน เอาไปช่วยพยุงราคาดีเซลมานานแสนนาน

ส่วนกรณีหอฟอกอากาศ… โครงการอสังหาริมทรัพย์ในพื้นที่วิกฤติส่วนใหญ่มีส่วนดึงคนให้เดินทางเข้าพื้นที่ค่อนข้างชัด… ถ้าส่งเสริมให้เอกชนลงทุนติดตั้งหอฟอกอากาศน้อยใหญ่ เปิดทางให้เอกชนเอามาลดภาษีได้ อะไรๆ ก็น่าจะเร็วขึ้น… ผมเชื่อว่ามีเอกชนมากมายพร้อมจะร่วมมือ… ตึกใหญ่ๆ ในย่านการค้าสำคัญๆ ล้วนมีส่วนเพิ่มปริมาณการจราจรที่ต้องหันหน้ามาช่วยกันทั้งนั้น

กรณีเขตก่อสร้าง… หากจำเป็นผมเชื่อว่า เราอาจจะต้องพักการก่อสร้างในฤดูแล้งช่วงต้นปี และพิจารณาใช้เทคโนโลยีฟอกอากาศและดักฝุ่นที่มีประสิทธิภาพ… รวมทั้งยกระดับเทคนิคการก่อสร้างด้วยเทคโนโลยีอีกขั้น เช่นการผนึกพื้นที่ก่อสร้างและใช้หุ่นยนต์ทำงานในไซส์งานที่ไม่ต้องใช้การระบายอากาศระหว่างก่อสร้าง หรือปิดผนึกด้วยเทคนิคพิเศษแบบต่างๆ และฟอกกรองอากาศภายในไซส์ก่อสร้างให้จบ เป็นต้น

ส่วนนักพัฒนาอสังหาริมทรัพย์ หรือ Developer ที่กำลังพิจารณาลงทุนโครงการใหม่… ใส่ระบบฟอกอากาศเข้าไปในโครงการด้วยเลยครับ… รีบทำตอนนี้ผมเชื่อว่าจะมีคนช่วยประชาสัมพันธ์โครงการเยอะแยะ และผมเชื่อว่าสามารถสร้างแบรนด์อิมเมจได้ไม่อยากในแนวโน้มนี้

ส่วนเทคโนโลยีหอฟอกอากาศในห้วงเวลานี้… น่าจะยังมีพัฒนาการอีกมากโดยเฉพาะเทคนิคการพาอากาศปนเปื้อนไหลเข้ามาผ่านขั้นตอนการฟอกกรองที่ยังไปไม่พ้นระบบลมร้อนลมเย็นและพัดลมดูดเป่า ซึ่งยังถือเป็นเทคนิคเก่าแก่ที่ตัวเลขประสิทธิภาพทั้งในซ่านซี เทียนจินและฮ่องกง ยังถือว่าน้อยเมื่อเทียบกับต้นทางการก่อมลพิษจนอากาศปนเปื้อนซับซ้อน…

ผมกับเพื่อนๆ กลุ่ม Maker ที่หลงไหลการประดิษฐ์โน่นนี่เป็นของเล่น… หลายท่านกำลังสนใจเทคนิค Ionic Wind และแนวคิด Electro Aero Dynamic หรือ EAD เพื่อสร้างลมไอออน หรือ Ionic Wind โดยอาศัยแรงดันไฟฟ้าขนาด 20,000 โวลต์หรือแล้วแต่การออกแบบ ทำให้โมเลกุลของไนโตรเจนในอากาศเป็นประจุบวก หรือ Positive ions และวิ่งไปหาประจุลบ หรือ Negative ions ที่อยู่หลังกลไกการกรองฟอกอากาศ การเคลื่อนที่ของประจุบวกส่งผลให้อากาศที่อยู่ระหว่างเส้นทางถูกผลักเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องใช้ชิ้นส่วนใดเคลื่อนไหว… และมีความเป็นไปได้ที่จะสร้างกระแสลมต่อเนื่องใกล้เคียงปรากฏการณ์ธรรมชาติ ซึ่งการคำนวณและจำลองมีความเป็นไปได้

Ionic Wind ถูกค้นพบตั้งแต่ปี 1709 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อ Francis Hauksbee ผู้ซึ่งอธิบายถึงลมไฟฟ้าหรือ Electric Wind เอาไว้ กระทั่งปี 1917 จึงได้สร้างเครื่องต้นแบบพลังลมไอออนสำเร็จ… ในปี 1750 นักวิทยาศาสตร์ชื่อ B.Wilson อธิบายการทดลองหมุนกังหันขนาดเล็กโดยใช้แรงผลักของไอออน ซึ่งถือเป็นสิ่งมหัศจรรย์อย่างมากสำหรับเทคโนโลยีเมื่อเกือบ 300 ปีก่อน

ปี 1911 นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียชื่อ Konstantin Tsiolkovsky ได้นำเสนอแนวคิดแรงผลักของไอออนอีกครั้งแต่อยู่ในรูปของเอกสารวิชาการไม่ได้มีการสร้างต้นแบบขึ้นมา… การนำแนวคิดแรงผลักดันของไอออนมาประยุกต์สร้างต้นแบบเกิดขึ้นในปี 1916 โดยวิศวกรชาวอเมริกันชื่อ Robert Goddard ผู้ได้ทำการวิจัยพัฒนาต้นแบบเครื่องสร้างแรงผลักของไอออนที่ Clark University… ซึ่ง Robert Goddard ผู้นี้ยังเป็นเจ้าของตำนานผู้พัฒนาจรวดเชื้อเพลิงเหลวลำแรกของโลกด้วย

ในปี 1959 วิศวกรของนาซ่า Harold Kaufman ได้นำแนวคิดแรงผลักของไอออนมาใช้กับโครงการอวกาศโดยมีการทดสอบกับยานอวกาศ SERT 1 และยานอวกาศ SERT 2… และนาซ่าได้นำเทคโนโลยีแรงผลักของไอออน มาใช้พัฒนาเครื่องยนต์ Ion Thruster หรือ Ion Drive ให้ยาน Deep Space 1 ในภารกิจสำรวจดาวหางโบร์เรลลี (19P/Borrelly) และทดสอบเทคโนโลยีอวกาศมากมายในเที่ยวบิน DS1 ซึ่งนักเรียนไทยในสหรัฐอเมริกาหลายท่านในยุค 90 ก็เคยมีชื่อในทีมสบทบสาขาต่างๆ ที่เข้าร่วมโครงการ DS1 เหมือนกัน…  เที่ยวบิน DS1 เริ่มภาระกิจในเดือนตุลาคมปี 1998 และสิ้นสุดภาระกิจในวันที่ 22 กันยายนปี 2001… ซึ่งเป็นความสำเร็จครั้งงดงามที่สุดครั้งหนึ่งของนาซ่าในศตวรรษที่ 20 ก็ว่าได้

และล่าสุดเมื่อช่วงปลายปีที่ผ่านมา… MIT ก็ประกาศความสำเร็จในการทดลองสร้างยานบินที่ขับเคลื่อนด้วย Ionic Wind ด้วยชุดบินทดลองที่ไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่หรือหมุนแม้แต่ชิ้นเดียว… เทคนิคการสร้างกระแสลมขนาดยกอากาศยานได้แบบนี้ โดยทัศนส่วนตัวและเพื่อนนักประดิษฐ์สาย Maker หลายท่านเชื่อว่าน่าลองอย่างยิ่งกับเทคโนโลยี Ion wind

MIT Motorless Plane

คนสายพัฒนานวัตกรรมจะทราบดีว่า… การทดลองด้วยจุดประสงค์หนึ่ง อาจจะสร้างนวัตกรรมให้อีกวงการหนึ่งด้วยการออกแบบสมมุติฐานที่กรอบ Design Thinking เรียกว่า Ideation ที่ต้องคิดฟุ้งๆ ไว้มากๆ และทดลอง… เพื่อล้มเหลววนไป… จนเจอความเป็นไปได้เพียงความสำเร็จเดียวที่ต้องการ… เหมือนความพยายามของ Thomas Alva Edison ที่กว่าจะได้หลอดไฟก็ผ่านความล้มเหลวนับหมื่นครั้งและบอกได้ด้วยว่า…  I have not failed. I’ve just found 10,000 ways that won’t work. …ผมไม่ได้ล้มเหลว ผมเพียงค้นพบหนึ่งหมื่นหนทางที่มันใช้ไม่ได้

นี่เป็นหนึ่งไอเดียที่ผมออกหน้าเสนอ แม้ว่าจะถูกหัวเราะเยาะก็ยินดี ขอเพียงทุกท่านที่มีไอเดียร่วมถกเถียง… พื้นที่แสดงความเห็นใต้บทความนี้ยินดีแลกเปลี่ยนแม้พวกเราจะทำได้เท่านี้ก็ตาม… หรือท่านจะ Add line @properea และคุยกันทาง DM ก็ยินดียิ่งเช่นเดิมครับ… และถ้าสนใจถึงขั้นมาสนุกด้วยกันจะยิ่งน่ายินดีมากครับ

อ่อ ผมตั้งชื่อโครงการนี้ว่า Ionic wind Tower ครับ!

PM 2.5 และลมหายใจที่สะอาด เป็นทั้ง Pain Point และ ความท้าทายอย่างแท้จริงของพวกเราในยุคสมัยนี้… อย่ารอให้เด็กต้องหยุดเรียนวันศุกร์มาประท้วงหรือช่วยลดการจราจรเลยน๊ะครับผู้ใหญ่ทั้งหลาย… ขยับกันจริงๆ ได้แล้วครับ!

อ้างอิง

http://news.mit.edu
https://thenextweb.com
https://www.nexwinder.com
https://reder.red
WikiPedia.org