ผมให้ความสนใจกับรางวัลโนเบลสาขาเคมีของปีนี้มากเป็นพิเศษ
มูลนิธิรางวัลโนเบลมอบหมายให้สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสวีเดนในพระบรมราชูปถัมภ์ เป็นผู้ตัดสินชี้ขาดให้ จอห์น บี. กูดอีนัฟ นักวิชาการด้านเคมีของมหาวิทยาลัยเท็กซัส วิทยาเขตออสติน, เอ็ม. สแตนลีย์ วิททิงแฮม จากมหาวิทยาลัยบิงแฮมตัน (หรือที่เรียกกันเป็นทางการว่า มหา วิทยาลัยแห่งรัฐนิวยอร์ก วิทยาเขตบิงแฮมตัน) และอากิระ โยชิโนะ นักวิชาการประจำมหาวิทยาลัยเมโจ ในเมืองนาโงยา ซึ่งทำงานวิจัยอยู่กับบริษัท อาซาฮี คาเซ ของญี่ปุ่นอยู่ด้วย เป็นผู้ได้รับรางวัลอันทรงเกียรติของปีนี้ไป
ที่บอกว่ารางวัลโนเบลเคมีปีนี้น่าสนใจก็ด้วยเหตุผล 2 อย่าง
อย่างแรกก็คือ โนเบลเคมีในปีนี้นับเป็นครั้งแรกในรอบหลายๆ ปี นานจนผมจำไม่ได้แล้วว่ากี่ปี ที่เป็นการมอบรางวัลให้กับผลงานการคิดค้นอะไรสักอย่างที่ใกล้ตัวคนทั่วไปมากที่สุด เข้าใจง่ายที่สุด แล้วก็ตระหนักได้ในความสำคัญ ความหมายยิ่งใหญ่ของการค้นพบที่นำไปสู่รางวัลนี้ได้ทันที
นี่ไม่ใช่การค้นพบสารประกอบทางเคมีใหม่ๆ ซึ่งพูดไปแล้วก็ยังไม่เข้าใจอยู่ดีว่ามันมีความหมายอย่างไรต่อชีวิตประจำวันของเรา ไม่ใช่การปฏิวัติวงการเคมีด้วยวิธีการวัดอะไรสักอย่าง ที่คนในวงการเดียวกันเท่านั้นที่จะร้องว้าว แล้วก็ไม่ใช่การค้นพบการรวมตัวกันของอะตอมในรูปแบบใหม่ที่ทำให้ได้โมเลกุลของแข็งชนิดใหม่ ซึ่งสลับสับเปลี่ยนหมุนเวียนกันได้รางวัลโนเบลสาขาเคมีมาตลอดในหลายปีหลังมานี้
คราวนี้เป็นเพียงแค่ผลงานการคิดค้นแบตเตอรี่ ลิเธียม-ไอออน ที่เราใช้กันอยู่ทั่วไปในชีวิตประจำวันตั้งแต่ลืมตาตื่นขึ้นมาจนกระทั่งหลับทุกวัน
ทุกคนรู้จักแบตเตอรี่ที่สามารถชาร์จประจุไฟฟ้าซ้ำๆ ได้ชนิดนี้ รู้ว่าดีกว่า ทำให้ชีวิตของเราง่ายขึ้น สะดวกขึ้นกว่าแบตเตอรี่ใช้แล้วทิ้งเมื่อก่อนนี้อย่างไรบ้าง รู้กันด้วยว่าเราดัดแปลงมาใช้งานได้หลากหลายตั้งแต่สมาร์ทโฟน นาฬิกาข้อมือ เรื่อยไปจนถึงรถยนต์ ตลอดจนในเครื่องบินและยานอวกาศ
เป็นคุณประโยชน์ที่ยิ่งใหญ่ กว้างขวาง เหมาะกับการได้รับการยกย่องและมอบรางวัลทรงเกียรติที่สุดในแวดวงวิทยาศาสตร์โลกให้กับผู้คิดค้น
ความเป็นมาของแบตเตอรี่ ลิเธียม-ไอออน ก็เป็นความน่าสนใจอีกประการในความคิดของผม
หลักการอันเป็นที่มาของแบตเตอรี่ที่ปฏิวัติวงการเช่นนี้ไม่ได้สลับซับซ้อนอะไรมากมาย เป็นหลักการตามองค์ความรู้พื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ที่สอนกันอยู่ทั่วไปนั่นแหละครับ เพียงแต่เติมความใส่ใจ เฝ้าสังเกตแล้วก็จินตนาการในเชิงวิทยาศาสตร์เข้าไป ก็กลายเป็นสิ่งประดิษฐ์ใหม่ที่บางคนถึงกับบอกว่า ราวกับพระเจ้าประทานมาให้เลยทีเดียว
แบตเตอรี่แต่เดิมใช้ปฏิกิริยาทางเคมีของสารประกอบในตัวแบตเตอรี่ที่เรียกกันว่า “อิเล็กโตรไลต์” เป็นตัวสร้างประจุไฟฟ้าไปรวมตัวกันอยู่ที่ คะโทด หรือขั้วลบ สำหรับปล่อยออกเมื่อถูกต่อเชื่อมกับขั้วบวก หรืออะโนด ได้กระแสไฟฟ้าครบวงจรนำมาใช้งานได้
แต่ปฏิกิริยาเคมีหมดเมื่อใดก็เป็นอันต้องโยนทิ้ง สารเคมีที่ก่อปฏิกิริยาก็เป็นอันตรายหากรั่วไหลออกมา
เอ็ม. สแตนลีย์ วิททิงแฮม กำลังทำงานวิจัยเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีใหม่สำหรับใช้ทดแทนพลังงานจากฟอสซิล (น้ำมันดิบนั่นแหละครับ) อยู่ตอนที่สังเกตเห็นว่ามีวัสดุบางอย่างมีพลังงานประจุอยู่มากมาย สามารถนำมาใช้เป็นคะโทด (ออกเสียงว่า คะ-โถด หรือแคโถด) ของแบตเตอรี่แบบใหม่ได้
วัสดุที่ว่า ซึ่งทำจาก “ไทเทเนียม ไดซัลไฟด์” นั้นมีโพรงเล็กๆ (มองด้วยตาเปล่าไม่เห็น) จำนวนมากซึ่งสามารถเก็บกักประจุของลิเธียม-ไอออน (ซึ่งคืออะตอมของลิเธียม ที่อิเล็กตรอนหายไป 1 ตัว) ดังนั้นถ้าเราสร้างประจุลิเธียม-ไอออน ไว้ที่อะโนด (อะ-โหนด หรือแอ-โหนด) แล้วเติมสารอิเล็กโตรไลต์ลงไปสำหรับเป็นช่องทางไหลของกระแสลิเธียม-ไอออนไปยังที่เก็บที่ขั้วคะโทด เราก็จะได้กระแสไฟฟ้าออกมา หมดประจุก็ชาร์จประจุใหม่ซ้ำได้หลายครั้ง
วิททิงแฮมทำตามความคิดนี้ ใช้ลิเธียมที่เป็นโลหะเป็นอะโนด เรียกว่า เมทัลลิค ลิเธียม แล้วก็ได้แบต ลิเธียม-ไอออน ชิ้นแรกออกมา ได้กระแสไฟเพียง 2 โวลต์
ปัญหาที่เกิดขึ้นนอกจากแรงไฟฟ้าน้อยแล้วก็คือ เมทัลลิค ลิเธียม มีปฏิกิริยาไวมาก แบตเลยระเบิด ลุกเป็นไฟได้ง่ายเกินไป
กูดอีนัฟ นำหลักการเดียวกันมาค้นคว้าต่อ เขาพบว่า โคบอลท์ ออกไซด์ มีช่องโพรงสำหรับเก็บประจุได้มากกว่า จึงลองเปลี่ยนมาใช้โคบอลท์ ออกไซด์ ทำเป็นขั้วคะโทด เก็บประจุได้เพิ่มเป็นเท่าตัว ได้แบต 4 โวลต์ขึ้นมา
แต่ก็ยังติดไฟง่ายอยู่ดีเมื่อชาร์จประจุซ้ำหลายๆ ครั้ง
อากิระ โยชิโนะ คือคนที่คิดค้นแบตเตอรี่ชาร์จได้แบบที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนี้ขึ้นมา โยชิโนะตัดสินใจเปลี่ยนขั้วอะโนดเป็นกราไฟท์ที่เป็นชั้นบางๆ หลายชั้นทับๆ กัน มีช่องระหว่างชั้นใช้เก็บกักอะตอมลิเธียม ป้องกันปัญหาการชอร์ต ติดไฟง่ายได้สำเร็จ
ต้นแบบของโยชิโนะเสร็จในปี 1985 แต่แบตลิเธียม-ไอออน ในเชิงพาณิชย์วางขายครั้งแรกในปี 1991 ครับ
แล้วโลกก็ไม่เหมือนเดิมอีกเลย
