ในห้องแล็บแห่งหนึ่งในเมืองเคมบริดจ์ ประเทศอังกฤษ มีอุปกรณ์ขนาดเล็กที่มองเผินๆ อาจดูเหมือนแผ่นใสบรรจุน้ำคล้ายกับน้ำในบ่อทั่วไป แต่ภายในกลับซ่อนเทคโนโลยีที่น่าสนใจ เพราะของเหลวในแผ่นใสนี้สามารถผลิตพลังงานเพื่อจ่ายไฟให้นาฬิกาได้อย่างต่อเนื่อง ที่น่าทึ่งคือ ระบบดังกล่าวทำงานมาแล้ว นานถึง 6 ปี โดยไม่ต้องเปลี่ยนแบตเตอรี่แม้แต่ครั้งเดียว เพราะแหล่งพลังงานไม่ได้มาจากแบตเตอรี่ แต่เกิดจากการทำงานของสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กภายในระบบที่อาศัยแสงและกระบวนการสังเคราะห์แสงในการผลิตกระแสไฟฟ้า

เทคโนโลยีนี้ทำงานด้วยหลักการ Biophotovoltaics หรือการผลิตกระแสไฟฟ้าจากกระบวนการสังเคราะห์แสงของสิ่งมีชีวิต โดยระบบจะดักจับอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์แสง ก่อนนำมาเปลี่ยนเป็นกระแสไฟฟ้าเพื่อใช้งาน
แม้พลังงานที่ผลิตได้จะไม่มากเท่ากับแหล่งพลังงานทั่วไป แต่มีศักยภาพเพียงพอสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้พลังงานต่ำ เช่น เซนเซอร์หรืออุปกรณ์ขนาดเล็ก จึงมีโอกาสนำมาใช้เป็นทางเลือกแทน แบตเตอรี่ขนาดเล็กแบบใช้แล้วทิ้ง ซึ่งช่วยลดการใช้แบตเตอรี่และขยะอิเล็กทรอนิกส์ในระยะยาว
เปลี่ยน “สาหร่าย” ให้กลายเป็นแหล่งพลังงาน
Biocell เป็นนวัตกรรมที่เกิดจากความร่วมมือระหว่างภาควิชาชีวเคมี มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ และ Lucia Giron นักออกแบบชีวภาพ ซึ่งใช้เวลาพัฒนานานกว่า 2 ปีครึ่ง เพื่อเปลี่ยนงานวิจัยในห้องทดลองให้กลายเป็นอุปกรณ์ต้นแบบที่สามารถนำมาใช้งานได้จริง
เบื้องหลังการทำงานของ Biocell คือหลักการ Biophotovoltaics หรือการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากกระบวนการสังเคราะห์แสง โดยภายในอุปกรณ์บรรจุ ไซยาโนแบคทีเรีย (Cyanobacteria) ซึ่งเป็นจุลินทรีย์ที่มีลักษณะคล้ายสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน เมื่อได้รับแสงและเกิดการสังเคราะห์แสง สิ่งมีชีวิตเหล่านี้จะปล่อยอิเล็กตรอนออกมา ระบบจึงทำหน้าที่ดักจับอิเล็กตรอนดังกล่าวและเปลี่ยนให้เป็นกระแสไฟฟ้า
แม้พลังงานที่ผลิตได้จะยังมีปริมาณไม่มากนัก แต่ข้อได้เปรียบสำคัญคือ สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้อย่างต่อเนื่อง ตราบใดที่ไซยาโนแบคทีเรียยังมีชีวิตและได้รับแสงอย่างเหมาะสม จึงเกิดแนวคิดในการนำเทคโนโลยีนี้มาใช้เป็นทางเลือกแทนแบตเตอรี่ขนาดเล็กแบบใช้แล้วทิ้ง สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องการพลังงานในระดับต่ำ

ออกแบบให้ “มองเห็น” พลังงานจากธรรมชาติ
สิ่งที่ทำให้ Biocell แตกต่างจากแหล่งพลังงานทั่วไปไม่ได้มีเพียงวิธีการผลิตไฟฟ้า แต่ยังรวมถึงแนวคิดด้านการออกแบบที่ตั้งใจ เปิดเผยกระบวนการทำงานของธรรมชาติให้ผู้ใช้งานมองเห็นได้
ตัวอุปกรณ์ถูกออกแบบให้มีโครงสร้างโปร่งใส เพื่อให้แสงสามารถส่องผ่านเข้าไปถึงไซยาโนแบคทีเรีย ขณะเดียวกันผู้ใช้งานก็สามารถมองเห็นสิ่งมีชีวิตภายในและเข้าใจได้ว่า พลังงานที่กำลังถูกผลิตขึ้นไม่ได้มาจากแบตเตอรี่ที่ซ่อนอยู่ แต่เกิดจากกระบวนการสังเคราะห์แสงของสิ่งมีชีวิต
ภายในตัวเครื่องยังถูกออกแบบให้เป็นสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมต่อการดำรงชีวิตของไซยาโนแบคทีเรีย โดยขั้วไฟฟ้ามีพื้นผิวลักษณะคล้ายเส้นขนขนาดเล็ก เพื่อเพิ่มพื้นที่ให้จุลินทรีย์สามารถเกาะอยู่ได้ ขณะที่มีแผ่นเยื่อพิเศษช่วยให้อากาศและก๊าซที่จำเป็นสามารถถ่ายเทผ่านระบบได้ แต่ยังคงกักเก็บน้ำไว้ภายใน เพื่อไม่ให้สภาพแวดล้อมแห้งจนกระทบต่อการทำงานของสิ่งมีชีวิต
ด้านหน้าของอุปกรณ์ยังตกแต่งด้วยลวดลายคล้าย เส้นใบไม้ เพื่อสื่อถึงกระบวนการสังเคราะห์แสงและการทำงานของธรรมชาติ โดยไม่จำเป็นต้องใช้ข้อความอธิบายมากมาย นอกจากนี้ Biocell ยังถูกออกแบบโดยคำนึงถึงการใช้งานหลังหมดอายุ ตัวเครื่องสามารถถอดแยกชิ้นส่วนได้ง่าย ทำให้สะดวกต่อการนำกลับมาใช้ใหม่หรือเข้าสู่กระบวนการรีไซเคิล

ทางเลือกใหม่แทนแบตเตอรี่ใช้แล้วทิ้ง
หนึ่งในเป้าหมายสำคัญของการพัฒนา Biocell คือการสร้างทางเลือกใหม่ให้กับ แบตเตอรี่ขนาดเล็กแบบใช้แล้วทิ้ง ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานที่พบได้ทั่วไปในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็ก ไม่ว่าจะเป็นรีโมตคอนโทรล เครื่องตรวจจับควัน หรือเซ็นเซอร์ต่างๆ
แม้แบตเตอรี่เหล่านี้จะมีขนาดเล็ก แต่เมื่อถูกใช้งานและทิ้งเป็นจำนวนมาก ก็สะสมกลายเป็นปัญหาด้านทรัพยากรและสิ่งแวดล้อม เพราะกระบวนการผลิตต้องพึ่งพาวัตถุดิบจากการทำเหมือง ขณะที่แบตเตอรี่ที่หมดอายุแล้วก็ต้องเข้าสู่กระบวนการจัดการขยะที่เหมาะสม
หาก Biocell สามารถพัฒนาประสิทธิภาพและลดขนาดลงได้มากพอ เทคโนโลยีนี้ก็อาจเข้ามาเป็นอีกหนึ่งทางเลือกสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำ โดยช่วยลดการพึ่งพาแบตเตอรี่แบบใช้ครั้งเดียว และลดปริมาณขยะที่เกิดขึ้นในระยะยาว

จากต้นแบบสู่การใช้งานจริง
ปัจจุบันทีมวิจัยได้พัฒนาต้นแบบที่สามารถทำงานได้จริงแล้ว 2 รูปแบบ ได้แก่ รุ่นทรงกลมสำหรับจ่ายไฟให้เซ็นเซอร์ และ รุ่นทรงสี่เหลี่ยมที่นำไปใช้กับวิทยุนาฬิกา อย่างไรก็ตาม ความท้าทายสำคัญในตอนนี้คือเรื่องของขนาด เพราะต้นแบบ Biocell ยังมีขนาดใหญ่กว่าอุปกรณ์ที่นำไปจ่ายไฟให้ ขณะที่บริษัทสปินเอาต์อย่าง e-Pho กำลังพัฒนาเทคโนโลยีต่อเนื่อง เพื่อทำให้เซลล์มีขนาดเล็กลงและเหมาะกับการนำไปใช้งานในอุปกรณ์จริงมากขึ้น
แต่สำหรับ Lucia Giron การพัฒนา Biocell ไม่จำเป็นต้องจบลงด้วยการทำให้อุปกรณ์มีขนาดเล็กจนแทบมองไม่เห็น เพราะหนึ่งในเสน่ห์ของเทคโนโลยีนี้ คือการทำให้ “กระบวนการผลิตพลังงาน” กลับมาอยู่ในสายตาของผู้คน ระบบพลังงานส่วนใหญ่ในปัจจุบันถูกออกแบบให้ซ่อนอยู่ภายในผนัง ตัวเครื่อง หรือก้อนแบตเตอรี่ เราจึงแทบไม่เคยเห็นว่าพลังงานที่เราใช้นั้นเกิดขึ้นมาได้อย่างไร แต่ Biocell กำลังทำให้เรื่องนี้แตกต่างออกไป

แผ่นใสเล็กๆ ที่วางอยู่บนโต๊ะอาจดูเหมือนไม่มีอะไรเกิดขึ้น แต่ภายในนั้นมีสิ่งมีชีวิตขนาดจิ๋วกำลังสังเคราะห์แสงและปล่อยอิเล็กตรอนออกมา ก่อนที่ระบบจะนำอิเล็กตรอนเหล่านั้นมาเปลี่ยนเป็นพลังงานเพื่อให้อุปกรณ์ทำงาน และสิ่งที่น่าทึ่งยิ่งกว่านั้นคือ ต้นแบบสามารถจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ได้ต่อเนื่องนานถึง 6 ปี โดยไม่ต้องเปลี่ยนแบตเตอรี่แม้แต่ครั้งเดียว
จากสิ่งมีชีวิตเล็กๆ ที่เราอาจมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า สู่การเป็นแหล่งพลังงานที่ทำงานอย่างเงียบๆ บนชั้นวางของ นี่อาจเป็นภาพหนึ่งของอนาคตที่ทำให้เราเห็นว่า พลังงานไม่จำเป็นต้องมาจากสิ่งที่ถูกขุดขึ้นมาจากพื้นดินเสมอไป แต่อาจเกิดขึ้นจากสิ่งมีชีวิตที่กำลังใช้ชีวิตอยู่ตรงหน้าเรา
ขอบคุณภาพ และอ้างอิงจาก : https://mossandfog.com/these-glowing-green-batteries-are-alive-and-they-never-run-out/?utm_source=flipboard&utm_content=topic/environment#jp-carousel-162704 , techsauce
