เหตุผลที่ทำให้ “สกอตแลนด์” เป็นดินแดนแห่งพลังงานทดแทน เพราะมีการใช้พลังงานหมุนเวียนจากธรรมชาติมาผลิตกระแสไฟฟ้าเป็นหลัก เช่น พลังงานลม (Wind Power), พลังงานคลื่นสมุทร ( Wave Power), พลังงานจากกระแสน้ำขึ้น-น้ำลง (Tidal Power) พร้อมวางแผนนำเอาพลังงานทางเลือกอื่น ๆ มาใช้ทดแทนให้เกิดความยั่งยืน ตามเป้าหมายภายในปี 2030 ที่จะทำให้ 50% ของการบริโภคพลังงานทั้งหมดในสกอตแลนด์เกิดจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนและลดการปล่อยคาร์บอนในระบบพลังงานให้เป็นศูนย์ภายในปี 2050
แต่การหาแหล่งพลังงานทางเลือกใหม่ เพื่อลดใช้พลังงานเชื้อเพลิงจากฟอสซิลเป็นความท้าทายของผู้พัฒนาเทคโนโลยีในยุคปัจจุบัน อีกทั้ง บ้านเรือนส่วนใหญ่ในสกอตแลนด์ยังคงใช้ฮีตเตอร์ทำความร้อนจากหม้อไอน้ำในหน้าหนาว นักวิจัยจาก University of Edinburgh จึงได้พัฒนาระบบทำความร้อนภายในบ้านที่ปล่อยคาร์บอนต่ำ ผ่านการใช้งานเทคโนโลยีที่ชื่อว่า #HotTwist ใช้พลังงานจากน้ำทะเลและแหล่งน้ำอื่น ๆ ทดแทนการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล เพื่อทำความร้อนสำหรับใช้ในอาคารและครัวเรือน
แน่นอนว่า หัวใจหลักในการทำความร้อนของ ฮีตเตอร์ ก็คือ ระบบปั๊มความร้อน (Heat Pumps) ซึ่งทำหน้าที่ถ่ายเทพลังงานความร้อนจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง ตัวอย่างที่พบเห็นในชีวิตประจำวันอย่าง ตู้เย็น ที่มีการนำความร้อนจากอากาศภายในตู้เย็นออกมาสู่ด้านนอก ทำให้ด้านในของตู้เย็นมีอุณหภูมิต่ำกว่าภายนอกจนสามารถเก็บรักษาอาหารไว้ได้ แต่ “อากาศ” เป็นตัวกลางที่รักษาพลังงานความร้อนได้ไม่ค่อยดีนัก เมื่อเปรียบเทียบกับ “น้ำ” ตัวกลางที่สามารถสะสมพลังงานความร้อนได้ดีกว่าอากาศ
บริษัท SeaWarm สตาร์ทอัปจาก University of Edinburgh ได้นำเสนอแหล่งพลังงานที่น่าสนใจ เก็บพลังงานความร้อนได้มากถึง 3,400 เท่าของปริมาตรของอากาศที่เท่ากัน ใช้งานปั๊มความร้อนจากแหล่งน้ำ (Water Source Heat Pumps; WSHPs) เก็บความร้อนจากแหล่งน้ำ เช่น มหาสมุทร แม่น้ำ ทะเลสาบ หรือแหล่งน้ำใต้ดินและเหมืองแร่ โดยปั๊มนี้สามารถตั้งได้ไกลสุดถึง 500 เมตร (1,640 ฟุต) จากแหล่งน้ำ
SeaWarm Unit มีขนาดกะทัดรัดและเหมาะสำหรับบ้านหรืออาคารขนาดเล็ก โดยระบบแลกเปลี่ยนความร้อนจะอยู่ภายในถังที่มีความกว้าง 2 เมตรและสูง 1.5 เมตร ซึ่งจุน้ำได้ 3.7 ลูกบาศก์เมตร สามารถวางไว้ภายนอกหรือฝังไว้ใต้ดินได้ ในขณะที่ปั๊มความร้อนภายในมีขนาดประมาณตู้เย็น สำหรับในโครงการขนาดใหญ่ที่มีความต้องการความร้อนสูงกว่าสามารถออกแบบให้มีหลาย unit แล้วนำแต่ละ unit มาเชื่อมต่อกันได้
รวมถึงแลกเปลี่ยนความร้อน ด้วยเทคโนโลยี HotTwist ที่ออกแบบมาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการดึงความร้อนจากน้ำให้ได้มากที่สุด ภายในถังน้ำประกอบไปด้วยท่อรูปเกลียวที่มี Glycol (ของเหลวอินทรีย์ประเภทหนึ่ง นิยมใช้เป็นสารหล่อเย็นและสารป้องกันการแข็งตัวของน้ำ) อยู่ด้านใน ความร้อนจากน้ำจะถูกดูดซับโดย Glycol จากนั้นจะถูกอัดเข้าไปในปั๊มเพื่อเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้น เมื่อ Glycol มีอุณหภูมิสูงขึ้นแล้วจะสามารถนำไปใช้ในการทำให้ตัวอาคารอบอุ่นขึ้นได้โดยใช้เครื่องทำความร้อนหรือระบบทำความร้อนใต้พื้น หลังจากที่ Glycol เย็นลงแล้วจะถูกส่งกลับเข้าสู่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนอีกครั้งเพื่อเริ่มต้นให้ความร้อนใหม่อีกครั้ง
การทดลองประสิทธิภาพของระบบทำความร้อนของ SeaWarm ทำการทดลองในพื้นที่จริง ได้แก่ พิพิธภัณฑ์ เรือนกระจก และที่ดินจัดสรรในค่ายทหารเรือเก่า โดยใช้ปั๊มความร้อน 13 kW และ เครื่องทำความร้อน 12 ตัว เพื่อทำความร้อนให้ตึกขนาด 140 ตร.ม. ให้ได้อุณหภูมิ 25 °C ระบบทำความร้อนนี้สามารถผลิตพลังงานความร้อนได้ 4 เท่าของพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในการบีบอัด Glycol และผลการทดลองในพิพิธภัณฑ์ พบว่าสามารถลดค่าไฟฟ้าได้ถึง 75%
Diagram แสดงการติดตั้ง SeaWarm Unit จะเห็นว่าสามารถใช้แหล่งน้ำได้หลากหลาย ตั้งแต่การสูบน้ำจากน้ำทะเลมายังยูนิตโดยตรงหรือหากน้ำทะเลมีปัจจัยของระดับน้ำขึ้น-น้ำลง อาจจะสูบน้ำมาพักไว้ที่ถังเก็บน้ำก่อน นอกจากน้ำทะเลแล้วสามารถใช้น้ำจากแม่น้ำ ทะเลสาบ หรือเหมืองแร่เป็นแหล่งของพลังงานก็ได้ และนอกจากใช้ปั๊มสูบน้ำมาจากแหล่งน้ำแล้วยังใช้แรงโน้มถ่วงของโลกมาช่วยในการขนส่งน้ำอีกด้วย
ข้อดีของระบบทำความร้อนนี้ คือ สามารถรักษาอุณหภูมิให้คงที่ได้ตลอดทั้งปีแม้มีการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศในแต่ละฤดู เมื่อเปรียบเทียบกับระบบที่ใช้อากาศหรือความร้อนใต้ดิน ผู้พัฒนากล่าวว่า การเปลี่ยนจากการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลมาใช้พลังงานน้ำเป็นการอนุรักษ์ทรัพยากรที่ยั่งยืน
ถึงแม้ว่าเทคโนโลยีนี้จะไม่สามารถใช้งานได้ทุกพื้นที่เนื่องจากต้องการแหล่งน้ำในการสร้างพลังงาน แต่จะเห็นว่าเป็นเทคโนโลยีที่น่าสนใจในการหาแหล่งของพลังงานใหม่เพื่อทดแทนพลังงานเชื้อเพลิงจากฟอสซิลที่ปลดปล่อยคาร์บอนออกสู่สิ่งแวดล้อมในปริมาณมาก
อ้างอิง
https://newatlas.com/energy/seawarm-thermal-energy-water-heat
https://www.ribaj.com/products/water-source-heat-pumps-on-trial-in-scotland-seawarm
