กระติกน้ำพกพาฆ่าเชื้อด้วยลำแสง UVC แบบประหยัดพลังงานไฟฟ้าด้วยเพียโซอิเล็กทริกและโซลาร์เซลล์

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

นันทวัฒน์ วิวัฒน์พิสิฏฐ์, ชมานนท์ ศรีใย, สาริศ ชินาธิวร

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

จันทร์จิรา ชัยอินทรีอาจ

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนมงฟอร์ตวิทยาลัย แผนกมัธยม

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2563

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

น้ำเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของระบบนิเวศและสิ่งมีชีวิต ถึงแม้ว่าน้ำจะเป็นทรัพยากรหมุนเวียน แต่ 97 เปอร์เซ็นต์ของปริมาณน้ำทั้งหมดบนโลกเป็นน้ำทะเลในมหาสมุทร มีส่วนเพียง 3 เปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่เป็นน้ำจืด ซึ่งหากแบ่งน้ำจืดออกเป็น 100 ส่วน ประมาณ 68.7 ส่วน ถูกกักเก็บในรูปแบบของน้ำแข็ง หิมะ อีก 30.1 ส่วนเป็นน้ำใต้ดิน ประมาณ 0.9 ส่วนเป็นความชื้นในดินที่มนุษย์สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้จริง (USGS, 2016) ร่างกายของคนเรามีน้ำเป็นส่วนประกอบถึง 70 เปอร์เซ็นต์ หากขาดน้ำติดต่อกันถึง 3 วันอาจทำให้เสียชีวิตได้ เราจึงควรดื่มน้ำอย่างน้อยวันละ 6-8 แก้ว เพื่อปรับสมดุลในร่างกายทำให้มีสุขภาพแข็งแรง บำรุงหัวใจ ชะลอวัย ผิวเด้งเต่ง กระตุ้นระบบเผาพลาญรวมไปถึงทำให้อารมณ์ดี สมองสดใส พร้อมเรียน พร้อมทำงาน แน่นนอนว่าหากดื่มน้ำที่ไม่สะอาดย่อมให้โทษมากกว่าคุณประโยชน์ มีรายงานสถานการณ์น้ำของโลกชี้ให้เห็นว่าประชากรโลก 1 ใน 5 คน ไม่สามารถเข้าถึงน้ำสะอาด ขาดแคลนน้ำดื่ม และประชากรครึ่งหนึ่งของโลกขาดแคลนน้ำสะอาดตามหลักสุขาภิบาล ประชากรมากกว่า 5 ล้านคนที่ทั่วโลกเสียชีวิตด้วยโรคที่เกิดจากน้ำไม่สะอาด เช่น น้ำเสีย น้ำที่มีเชื้อโรคในรอบ 10 ปีที่ผ่านมา

น้ำประปา เป็นแหล่งน้ำตามธรรมชาติที่หล่อเลี้ยงชีวิตของประชาชน แต่ว่าน้ำประปาในบางบริเวณนั้นมีการตรวจพบว่าไม่สะอาดและมีแบคทีเรียปนเปื้อนเนื่องจาก ท่อน้ำที่ใช้ลำเลียงน้ำในบริเวณนั้นๆ อาจจะเก่าจนหมดอายุ หรือชำรุด ทำให้น้ำประปาในบริเวณนั้นเป็นน้ำที่มีเชื้อโรค

น้ำที่มีเชื้อโรค คือน้ำที่มีเชื้อโรคทำให้เกิดโรคทางเดินอาหาร โรคตับ ติดเชื้อในกระแสเลือด ซึ่งได้แก่ เชื้อแบคทีเรีย เป็นต้น โดยอาจจะเข้าสู่ร่างกายโดยตรง คือ การบริโภค การสัมผัสทางผิวหนังหรือระบบการหายใจ ซึ่งปัญหานี้ส่งผลโดยตรงต่อผู้บริโภคน้ำ ทางผู้จัดทำโครงงานจึงสนใจที่จะแก้ปัญหานี้ด้วยการใช้แสง UVC ที่สามารถฆ่าเชื้อได้อย่างมีประสิทธิภาพและไม่ส่งผลถึงคุณภาพน้ำ แต่มีข้อจำกัดคือต้องใช้พลังงานในการทำให้หลอดรังสี UVC ทำงาน และต้องการแหล่งพลังงานไฟฟ้า ทางผู้จัดทำโครงงานมีความคิดที่จะนำอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกและโซลาร์เซลล์มาเป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าให้กับหลอดรังสี UVC

เพียโซอิเล็กทริก (piezoelectric) คือ วัสดุเซรามิกที่เมื่อได้รับแรงกดหรือแรงดึงจะ เปลี่ยนพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า และ โซลาร์เซลล์ (solar cells) คือ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำชนิดพิเศษ ที่มีคุณสมบัติในการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ ไปเป็นพลังงานไฟฟ้า

โดยทางผู้จัดทำโครงงานจะนำพลังงานจากการสั่นจากการเดินมาเป็นแหล่งพลังงานของวัสดุเพียโซ่อิเล็กทริก แปลงไปเป็นพลังงานไฟฟ้าและสามารถนำไปเป็นแหล่งพลังงานให้กับหลอดไฟ UVC ได้ ทำให้ประหยัดพลังงานไฟฟ้า และฆ่าเชื้อในน้ำให้พร้อมบริโภคได้