มธ. เปิดตัว “ทีมอฟ” วัสดุผงนาโนมหัศจรรย์ดูดซับแก๊ส-สารเคมี มุ่งใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมยานยนต์สมัยใหม่

          คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ (มธ.) เปิดตัว “ทีมอฟ (TMOFs)” วัสดุผงนาโนมหัศจรรย์ดูดซับแก๊ส-สารเคมี ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นเป็นครั้งแรกในประเทศไทย โดยเป็นนวัตกรรมที่มีโอกาสนำไปวิจัยต่อยอดเพื่อใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมอย่างหลากหลาย โดยเฉพาะกลุ่มอุตสาหกรรมยานยนต์สมัยใหม่ 

           รองศาสตราจารย์ ปกรณ์ เสริมสุข คณบดีคณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ (มธ.) กล่าวว่า ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาประเทศไทยเผชิญกับภาวะเศรษฐกิจถดถอย ภาครัฐบาลมีการกำหนดทิศทางและมาตรการส่งเสริมการลงทุนสู่กลุ่มอุตสาหกรรมเป้าหมายที่มีศักยภาพในการเติบโต และดึงดูดความสนใจจากนักลงทุนทั่วโลก
           โดยล่าสุดคณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มธ. ได้คิดค้น “TMOFs” วัสดุผงนาโนดูดซับแก๊ส-สารเคมีที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นเป็นครั้งแรกในประเทศไทย ซึ่งสามารถนำไปวิจัยต่อยอดเพื่อประยุกต์ใช้ในหลากหลายอุตสาหกรรม อันจะช่วยเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันของอุตสาหกรรมไทยให้สูงขึ้นตามโมเดล “ไทยแลนด์ 4.0”

           ด้าน ผศ.ดร.กิตติพงศ์ ไชยนอก อาจารย์ประจำสาขาวิชาเทคโนโลยีวัสดุและสิ่งทอ คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ (มธ.) ผู้คิดค้นนวัตกรรมวัสดุผงนาโนมหัศจรรย์ “ทีมอฟ” กล่าวว่า Thammasat Metal-Organic Frameworks (TMOFs) เป็นสารประกอบรูปผสมที่เกิดจากการรวมตัวกันระหว่างสารอนินทรีย์ (โลหะ) และสารอินทรีย์ (ลิแกนด์) มีลักษณะทางกายภาพเป็นของแข็งผลึกขนาดเล็กกว่าเกลือแกง มีสีสันที่เปลี่ยนแปลงไปตามสารตั้งต้นที่ใช้ หากส่องด้วยกล้องจุลทรรศน์จะเห็นเป็นผลึกคริสตัลที่มีความวาวสวยงามและมีรูปร่างที่แน่นอน

           สำหรับคุณสมบัติพิเศษของสารตัวนี้คือ โครงสร้างที่มีลักษณะเป็นโพรงหรือรูพรุน ทำให้สามารถดูดซับแก๊สหรือโมเลกุลของสารต่าง ๆ ได้ และยังสามารถคัดแยกโมเลกุลของสารเคมีที่มีขนาดและรูปร่างต่างกันได้ เนื่องจากสารรูปผสมบางชนิดมีโครงสร้างที่ยืดหยุ่นซึ่งสามารถปรับเข้ากับโมเลกุลของสารที่จะถูกดูดซับได้นั่นเอง

          คุณสมบัติเด่นอีกข้อหนึ่งคือ มีพื้นที่ผิวในการดูดซับสูงมาก เมื่อเทียบกับวัสดุรูพรุนประเภทอื่น เช่น ซีโอไลต์ (Zeolite) และถ่านกัมมันต์ (Activated carbon) โดยปริมาณสาร 1 กรัม มีพื้นที่ในการดูดซับประมาณ 3 ถึง 20 สนามฟุตบอลเรียงต่อกัน และสามารถ ทนความร้อน ได้ถึง 450 องศาเซลเซียส
           อีกทั้งสารดังกล่าวยังสามารถปรับให้มีสมบัติอื่น ๆ เช่น สมบัติทางแม่เหล็ก หรือ สมบัติการเรืองแสง และสามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้ ด้วยเหตุที่สารรูปผสมประเภทนี้มีความเป็นผลึกสูง ทำให้สามารถทราบโครงสร้างระดับอะตอมได้อย่างถูกต้องโดยการวิเคราะห์ด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอ็กซ์ผ่านผลึกเดี่ยว (Single Crystal X-ray Diffraction) และข้อมูลที่ได้จากเทคนิคดังกล่าวสามารถนำไปใช้ในการออกแบบสารรูปผสมชนิดใหม่ให้มีความจำเพาะเจาะจงต่อการนำไปใช้งาน จากคุณสมบัติอันน่ามหัศจรรย์ TMOFs จึงเป็นนวัตกรรมที่มีโอกาสจะนำไปประยุกต์ใช้ให้เกิดประโยชน์ต่ออุตสาหกรรมอันหลากหลายของประเทศไทย โดยมีตัวอย่างการใช้งานในอุตสาหกรรม ดังนี้

• อุตสาหกรรมยานยนต์สมัยใหม่ TMOFs อาจนำไปประยุกต์ใช้เป็นสารดูดซับแก๊สธรรมชาติที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์ (NGV CNG LPG) แทนถังบรรจุแก๊สความดันสูงที่ใช้อยู่ในปัจจุบันซึ่งมีขนาดใหญ่ น้ำหนักมาก และค่อนข้างอันตรายระหว่างการใช้งาน โดยการที่วัสดุผงนาโน TMOFs มีพื้นที่ผิวในการดูดซับสูงนี้ทำให้สามารถบรรจุแก๊สเชื้อเพลิงได้เพิ่มขึ้น ส่งผลให้รถยนต์เดินทางได้ในระยะทางที่มากขึ้น ตลอดจนสามารถนำไปสู่การย่อส่วนภาชนะสำหรับบรรจุแก๊สเชื้อเพลิงให้มีขนาดเล็กลงได้ในอนาคต ซึ่งจะส่งผลต่อการออกแบบโครงสร้างยานยนต์สมัยใหม่ในภาพรวม
  

          อย่างไรก็ตาม การจะคิดค้นสารรูปผสมดังกล่าวให้มีขนาดของรูพรุนเหมาะสมกับการดูดซับสารสักตัวหนึ่งนั้นทำได้ยากต้องอาศัยเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่มีประสิทธิภาพ รวมทั้งใช้เวลาและค่าใช้จ่ายในการวิจัยสูงซึ่งส่งผลให้สารดังกล่าวที่จำหน่ายในต่างประเทศมีราคาค่อนข้างสูงในปัจจุบันสาร โดยสารบางประเภทมีราคาสูงถึงกิโลกรัมละ 1 ล้านบาท จึงไม่ค่อยมีการนำเข้ามาใช้ในประเทศไทย
          ทั้งนี้ปัจจุบัน TMOFs พร้อมสู่การพัฒนาร่วมกับหน่วยงานต่าง ๆ เพื่อการต่อยอดสู่การจำหน่ายเชิงพาณิชย์ และคาดว่าในอนาคตจะสามารถลดต้นทุนการนำเข้าได้ราว 30-50 เปอร์เซ็นต์