จีนค้นพบวิธีสกัด 'โบรอน' เชื้อเพลิงอาวุธความเร็วเหนือเสียงไฮเปอร์โซนิก จากน้ำทะเล ด้วยระบบพลังงานแสงอาทิตย์

9-12-2025

   SCMP รายงานว่า นักวิทย์จีนรายงานความสำเร็จ สกัด 'โบรอน' เชื้อเพลิงอาวุธความเร็วเหนือเสียงจากน้ำทะเล ด้วยระบบพลังงานแสงอาทิตย์

 – นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัย Northwest A&F ในประเทศจีน ได้พัฒนาเทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมเพื่อสกัดและเก็บเกี่ยวแร่โบรอน (Boron) จากน้ำทะเล ซึ่งเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญที่ได้รับแรงบันดาลใจจากการวิจัย "เทคโนโลยีที่ยั่งยืนแบบใหม่" โดยทีมงานได้ออกแบบระบบอันทรงพลังเพียงระบบเดียวที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อดำเนินการสกัด

ความสำคัญเชิงยุทธศาสตร์ของโบรอนในตลาดโลก

โบรอนเป็นธาตุที่มีน้ำหนักเบา ซึ่งถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงแข็งในเครื่องยนต์ scramjet ที่ติดตั้งในอาวุธความเร็วเหนือเสียง (hypersonic weapons) ขั้นสูงบางชนิดของจีน นอกจากนี้ ความสนใจเป็นพิเศษยังมุ่งไปที่แม่เหล็กหายากนีโอดิเมียม-เหล็ก-โบรอน (Neodymium-iron-boron rare earth magnets) ซึ่งถูกใช้อย่างแพร่หลายในการประยุกต์ใช้ในภาคอุตสาหกรรมและการทหาร

แม่เหล็กหายากประสิทธิภาพสูงเหล่านี้ไม่เพียงแต่อาศัยธาตุนีโอดิเมียมและเหล็กเท่านั้น แต่ยังต้องการโบรอนในระหว่างกระบวนการผลิต ทำให้การเข้าถึงธาตุทั้งสามมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อห่วงโซ่อุปทานระดับโลก ท่ามกลางความตึงเครียดทางการค้าที่กำลังดำเนินอยู่เกี่ยวกับแร่ธาตุวิกฤต (critical minerals)

แม้ว่าประเทศจีนจะมีความต้องการโบรอนสูงที่สุดในโลก แต่จีนกลับไม่ใช่ผู้ผลิตรายใหญ่ โดยมีประเทศตุรกี (Turkey) และประเทศสหรัฐฯ (US) เป็นผู้ผลิตแร่โบรอนส่วนใหญ่ของโลก

แก้ปัญหาสุขภาพด้วยเทคโนโลยี SDIE

น้ำทะเลมีปริมาณโบรอนในระดับร่องรอย ซึ่งเทคโนโลยีการแยกเกลือออกจากน้ำ (desalination) แบบรีเวิร์สออสโมซิส (reverse osmosis) แบบดั้งเดิมไม่สามารถกำจัดออกได้ และอาจทำให้ความเข้มข้นสูงขึ้น การบริโภคน้ำบริสุทธิ์ที่มีโบรอนในระยะยาวจึงเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์

รายงานการวิจัยที่ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 7 พฤศจิกายน ในวารสาร Science Bulletin ซึ่งเป็นวารสารวิชาการที่มีการทบทวนโดยผู้เชี่ยวชาญของจีน ระบุว่า "การระเหยของเหลวบนผิวสัมผัสที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ (Solar-driven interfacial evaporation - SDIE) ได้กลายเป็นเทคโนโลยีที่ยั่งยืนแบบใหม่สำหรับการผลิตน้ำจืด" การวิจัยนี้ดำเนินการโดยทีมที่นำโดย ฟ่าน จื้อหมิน (Fan Zhimin) จากห้องปฏิบัติการสำคัญระดับมณฑลส่านซี (Shaanxi Provincial Key Laboratory) เพื่อการพัฒนาและการใช้ประโยชน์จากทรัพยากรพืชเศรษฐกิจ ณ มหาวิทยาลัย Northwest A&F

ฟ่าน จื้อหมิน (Fan Zhimin) และเพื่อนร่วมงานเปิดเผยว่า ความก้าวหน้าล่าสุดในการผสานสารดูดซับแบบเลือก (selective adsorbents) เข้ากับระบบ SDIE ได้ช่วยให้สามารถสกัดร่วมกันระหว่างน้ำจืดและธาตุที่มีมูลค่าสูง เช่น ลิเทียม ยูเรเนียม และซีเซียม (caesium) ได้

การออกแบบระบบและการทำงานของเจล MMS

ด้วยแรงบันดาลใจจากการวิจัยดังกล่าว ทีมงานได้ออกแบบระบบอันทรงพลังเพียงระบบเดียวที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อดึงน้ำจืดและโบรอนออกจากน้ำทะเล โดยมีการพัฒนาเจลใหม่ที่เรียกว่า MMS ขึ้นมา

เจล MMS ใช้สารธรรมชาติ โซเดียมอัลจิเนต (sodium alginate) เป็นฐาน และผสมกับสารประกอบเทคโนโลยีขั้นสูงสองชนิด ได้แก่ MXene และ MgO

MXene เป็นวัสดุนาโนคาร์ไบด์โลหะทรานซิชันสองมิติ (two-dimensional transition-metal carbide nano materials) ที่มีโครงสร้างคล้ายกราฟีน (graphene-like structure) ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่ามีประสิทธิภาพในการแปลงแสงเป็นความร้อนสูง ทำให้เจลนี้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพการระเหยที่สูงขึ้นภายใต้การฉายรังสีแสงอาทิตย์

MgO หรือแมกนีเซียมออกไซด์ (magnesium oxide) ทำหน้าที่เป็นสารดูดซับที่สามารถจับและกักเก็บโบรอนจากน้ำทะเลได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ทีมงานของ ฟ่าน (Fan) ได้เตรียมเจลคอมโพสิต MMS ให้เป็นแผ่นบางหนา 2 มิลลิเมตร (0.08 นิ้ว) โดยชั้นบนจะลอยอยู่บนผิวน้ำเพื่อรับอากาศและแสงแดด ขณะที่ชั้นล่างยังคงสัมผัสกับน้ำทะเล ซึ่งทำให้เกิดการดูดซับ

ภายใต้แสงแดด การระเหยของน้ำจากพื้นผิวเจลชั้นบนจะสร้างการไล่ระดับความเข้มข้น (concentration gradient) ที่ดึงน้ำทะเลขึ้นมาผ่านเจล ขณะเดียวกัน ส่วนล่างของเจลที่สัมผัสกับน้ำทะเลจะดูดซับทั้งน้ำและโบรอนอย่างต่อเนื่อง โดย MgO ภายในเจลช่วยให้เกิดการดูดซับโบรอนแบบเฉพาะเจาะจง

ผลการทดสอบในห้องปฏิบัติการและภาคสนาม

นักวิจัยระบุว่า เมื่อสัมผัสกับแสงแดด น้ำจืดจะถูกผลิตโดยการระเหยจากเจลคอมโพสิต MXene-MgO และในขณะเดียวกัน โบรอนในน้ำทะเลก็จะถูกจับและสะสมไว้โดยเฉพาะ

ในการทดสอบในห้องปฏิบัติการ ระบบดังกล่าวบรรลุอัตราการระเหยสูงสุดที่ 2.14 กิโลกรัม (4.7 ปอนด์) ของน้ำจืดต่อพื้นที่เจลหนึ่งตารางเมตรต่อชั่วโมง พร้อมกับการสะสมโบรอน 225.52 มิลลิกรัม

นักวิจัยกล่าวว่า กุญแจสู่ความสำเร็จของ MMS อยู่ที่โครงสร้างรูพรุนแบบลำดับชั้นที่เป็นเอกลักษณ์ (unique hierarchical porous structure) และผลกระทบร่วมกันของ MXene และ MgO โดยแผ่นนาโน MXene ให้การดูดกลืนแสงแบบบรอดแบนด์ (broadband light absorption) และการแปลงแสงเป็นความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ ขณะที่อนุภาคนาโน MgO ทำหน้าที่เป็นสารดูดซับโบรอนที่มีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ ปฏิกิริยาระหว่างอุณหภูมิ ความเข้มข้น และสนามการไหล (flowing fields) ภายใน MMS ได้ช่วยเพิ่มจลนพลศาสตร์การดูดซับโบรอน (boron adsorption kinetics) อย่างมีนัยสำคัญ

เพื่อประเมินประสิทธิภาพในโลกแห่งความเป็นจริง นักวิจัยได้ดำเนินการทดสอบโครงสร้างของอุปกรณ์กลางแจ้งในฮ่องกง (Hong Kong) หลังจากดำเนินการเป็นเวลาสามชั่วโมง แม้จะมีรังสีดวงอาทิตย์ค่อนข้างอ่อนแอในช่วงการทดสอบในเดือนมีนาคม แต่เจลก็บรรลุอัตราการผลิตน้ำ 5.20 กิโลกรัม ต่อตารางเมตร และความสามารถในการสกัดโบรอน 122.45 มิลลิกรัม ต่อตารางเมตร โดยไม่พบไอออนโบรอนในน้ำกลั่นตัว (condensate)

ความสามารถในการนำกลับมาใช้ซ้ำสูง

ตามรายงานของเอกสารดังกล่าว เจลนี้สามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้หลายครั้ง หลังจากการใช้งานเจ็ดรอบ ความสามารถในการดูดซับโบรอนยังคงอยู่เหนือ ร้อยละ 86 ซึ่งเน้นย้ำถึงความสามารถในการนำกลับมาใช้ซ้ำที่ยอดเยี่ยม ขณะที่อัตราการระเหยก็แสดงให้เห็นถึงการเสื่อมสภาพที่น้อยมากตลอดทั้งเจ็ดรอบ

ฟ่าน จื้อหมิน (Fan Zhimin) สรุปในเอกสารว่า "เราได้แสดงให้เห็นว่า MMS ที่ได้รับการพัฒนาขึ้นนี้มีศักยภาพที่ดีในการผลิตน้ำจืดและสกัดโบรอนจากน้ำทะเล/น้ำเกลือ (brine) ได้พร้อมกัน" พร้อมเสริมว่า ทีมงานมีความประสงค์ที่จะหารือเกี่ยวกับ "ต้นทุนและความสามารถในการขยายขนาดของ MMS โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานขนาดใหญ่"

---

IMCT NEWS

ที่มา https://www.scmp.com/news/china/science/article/3335618/chinese-scientists-report-way-extract-hypersonic-weapon-fuel-boron-seawater?module=top_story&pgtype=homepage