แผนงานวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีระดับแนวหน้าทางวิศวกรรมเครื่องกลขั้นสูงสำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้าเพื่อนำไปสู่สังคมความเป็นกลางทางคาร์บอน

1. บทสรุปผู้บริหาร (ไม่เกิน 3000 คำ)

ตามมติคณะรัฐมนตรี (ครม.) เมื่อวันที่ 20 ตุลาคม 2563 มีมติมอบหมายให้กระทรวงพลังงาน จัดทำ “แผนพลังงานชาติ (National Energy Plan 2022)” ซึ่งเป็นการรวมทั้ง 5 แผนพลังงานไว้ด้วยกัน ประกอบด้วย แผนพัฒนากำลังผลิตไฟฟ้าของประเทศไทย (PDP) แผนพัฒนาพลังงานทดแทนและพลังงานทางเลือก (AEDP) แผนอนุรักษ์พลังงาน (EEP) แผนบริหารจัดการก๊าซธรรมชาติ (Gas Plan) และแผนบริหารจัดการน้ำมันเชื้อเพลิง (Oil Plan) และต่อมา เมื่อวันที่ 26 มีนาคม 2564 การประชุมคณะกรรมการบริหารนโยบายพลังงาน (กบง.) ได้มอบหมายให้ทุกหน่วยงานที่เกี่ยวข้องพิจารณาปรับเป้าหมายในการจัดทำแผนพลังงานชาติใหม่ โดยให้ความสำคัญ “เรื่องการกำหนดเป้าหมายในการสร้างความเป็นกลางทางคาร์บอน (carbon neutral) และการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกสุทธิเป็นศูนย์ (net zero) ภายในปี ค.ศ. 2065-2070” ส่งผลให้ สำนักงานนโยบายและแผนพลังงาน (สนพ.) กระทรวงพลังงาน ได้จัดทำแผนพลังงานชาติใหม่ที่ให้ความสำคัญต่อแนวทางมุ่งสู่พลังงานสะอาดที่ลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ พร้อมกำหนดเป้าหมาย “ลดการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สุทธิเป็นศูนย์ (Carbon Neutrality) ภายในปี ค.ศ. 2065-2070” ซึ่งจะมีผลต่อทิศทางการกำหนดการกำหนดนโยบายพลังงานที่สำคัญ โดยสรุปดังนี้

• ด้านไฟฟ้า เพิ่มสัดส่วนการผลิตไฟฟ้าใหม่ โดยมีสัดส่วนพลังงานหมุนเวียน (RE) ไม่น้อยกว่า50% ให้สอดคล้องกับแนวโน้มต้นทุน RE ที่ต่ำลง โดยพิจารณาต้นทุนของระบบกักเก็บพลังงาน (ESS) ร่วมด้วย และไม่ทำให้ต้นทุนการผลิตไฟฟ้าในระยะยาวสูงขึ้น

• ด้านก๊าซธรรมชาติ จะเน้นการเปิดเสรีและการจัดหาเพื่อสร้างความมั่นคงให้กับระบบพลังงานประเทศ และการนำเข้าก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG) เพื่อส่งเสริมให้ประเทศไทยเป็นศูนย์กลางการซื้อขาย (Regional LNG Hub)

• ด้านน้ำมัน จะต้องมีการปรับแผนพลังงานภาคขนส่ง และพิจารณาการบริหารการเปลี่ยนผ่าน สร้างความสมดุลระหว่างผู้ใช้เชื้อเพลิงชีวภาพ (Bio Fuel) และยานยนต์ไฟฟ้า (EV)

• ด้านพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน จะมีการส่งเสริมการผลิตและการใช้พลังงานทดแทน ในทุกภาคส่วนให้มากขึ้น ตลอดจนการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานจากทุกภาคส่วนให้เข้มข้นมากขึ้น

นอกจากนี้ยังกำหนดเป้าหมายในการปรับเปลี่ยนการใช้พลังงานภาคขนส่งเป็นพลังงานไฟฟ้าสีเขียวผ่าน EV ตามนโยบาย 30@30 ที่กำหนดการตั้งเป้าผลิตรถ Zero Emission Vehicle (ZEV) หรือรถยนต์ที่ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ ให้ได้อย่างน้อย 30% ของการผลิตยานยนต์ทั้งหมดในปี 2573 รวมถึงการผลิตแบตเตอรี่เพื่อตอบสนองการผลิตในประเทศด้วย โดยนำเทคโนโลยีและนวัตกรรมการบริหารจัดการพลังงานสมัยใหม่มาใช้ในการบริหารจัดการพลังงาน

ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี หนึ่งในหน่วยงานทางวิชาการชั้นนำของประเทศไทยจากการจัดอันดับของ TIMES HIGHER EDUCATION UNIVERSITY RANKINGS 2020 และ ACADEMIC RANKING OF WORLD UNIVERSITIES BY SHANGHAI RANKING CONSULTANCY (ARWU) ภายใต้การนำทีมของ ศาสตราจารย์ ดร.สมชาย วงศ์วิเศษ และทีมอาจารย์นักวิจัยจากภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล ร่วมกับทีมนักวิจัยจาก สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง มหาวิทยาลัยบูรพา และมหาวิทยาลัยทักษิณ ในฐานะหน่วยงานทางวิชาการของภาครัฐ ได้ร่วมกันจัดทำแผนงานวิจัยโครงการวิจัยเพื่อตอบสนองต่อนโยบายการส่งเสริมภาคอุตสาหกรรมและการผลิตของไทยไปสู่การปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออก-ไซด์สุทธิเป็นศูนย์ ภายในปี ค.ศ. 2065-2070 ซึ่งมุ่งการพัฒนาองค์ความรู้ขั้นสูงอันก่อให้เกิดนวัตกรรมที่เพิ่มความสามารถทางด้านการแข่งขันของอุตสาหกรรมไทย โดยเฉพาะในภาคขนส่ง เนื่องจากเป็นภาคอุตสาหกรรมหลักของประเทศที่มีส่วนสำคัญอย่างมากต่อการลดการปลดปล่อยคาร์บอน และการเจริญเติบโตทางเศรษฐกิจของประเทศไทย โดยได้จัดทำ “แผนงานวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีขั้นแนวหน้าเพื่อรองรับความก้าวหน้าทางกลศาสตร์ วัสดุศาสตร์ และพลังงาน สำหรับอุตสาหกรรมภาคการขนส่งในอนาคต” (“Frontier Technological Research and Development Plan in Advanced Mechanics, Materials and Energy for the Future Transportation Industries”) โดยมีการกำหนดโครงสร้างการบริหารแผนงานวิจัย ตามลักษณะของผลลัพธ์ทางเทคโนโลยีของโครงการออกได้เป็น 3 โครงการย่อย อันได้แก่ 

โครงการวิจัยย่อยที่ 1 การวิจัยขั้นสูงทางพลังงานและการจัดการพลังงานในยานยนต์ไฟฟ้า และเทคโนโลยีเกี่ยวเนื่องเพื่อนำไปสู่สังคมความเป็นกลางทางคาร์บอน

Frontier Research in Energy and Energy management in Electric Vehicles and Related Technologies to Achieve Carbon Neutral Society   

ภาคขนส่งซึ่งเป็นอุตสาหกรรมหลักของประเทศ และมีส่วนสำคัญอย่างยิ่งต่อความสำเร็จของนโยบายความเป็นกลางทางคาร์บอนของไทยในอนาคต การพัฒนาเทคโนโลยีที่เกี่ยวเนื่องกับการพัฒนาชิ้นส่วน โดยเฉพาะการบริหารการใช้พลังงานในยานยนต์ EV เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานในยานยนต์ EV พร้อมทั้งการเพิ่มความปลอดภัยของระบบพลังงานของยานยนต์ EV ล้วนแล้วมีส่วนสำคัญต่อการเติบโตของตลาด EV ทั้งในประเทศและต่างประเทศ การพัฒนานวัตกรรมและเทคโนโลยีที่เกี่ยวเนื่องกับระบบสะสมพลังงานและระบบบริหารจัดการการใช้พลังงาน จึงมีความสำคัญต่อการเตรียมความพร้อมของประเทศในตลาดอุตสาหกรรมภาคขนส่งในอนาคต  

คณะผู้วิจัยจากภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี ซึ่งมีองค์ความรู้และประสบการณ์ในการออกแบบระบบการจัดการความร้อนที่มีการใช้อย่างแพร่หลายในทุกอุตสาหกรรม เช่น ระบบทำความเย็นหรือระบบปรับอากาศ และระบบแลกเปลี่ยนความร้อนสำหรับอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ได้มุ่งหวังเพื่อประยุกต์ใช้ประสบการณ์ดังกล่าว ในการพัฒนาโครงการ “การวิจัยขั้นสูงทางพลังงานและการจัดการพลังงานในยานยนต์ไฟฟ้า และเทคโนโลยีเกี่ยวเนื่องเพื่อนำไปสู่สังคมความเป็นกลางทางคาร์บอน” โดยคาดหวังว่า ผลการศึกษาวิจัยจะแก้ไขปัญหาด้านระบบการจัดการความร้อนในยานยนต์ EV อย่างมีประสิทธิภาพ โดยอาศัยการประยุกต์ใช้ เทคโนโลยีระบบระบายความร้อนขั้นสูง เทคโนโลยีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนขนาดกระทัดรัด (Compact Heat Exchanger) เช่น เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นวงจรพิมพ์ (Printed Circuit Heat Exchanger) และการคำนึงถึงประสิทธิภาพการบริหารจัดการพลังงาน ที่เหมาะสมกับการประยุกต์ใช้งานตามความต้องการของอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้าที่เป็นหนึ่งในอุตสาหกรรมหลักในอนาคตของประเทศ ทั้งยังเป็นการเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันเพื่อเป็นผู้นำทางด้านเทคโนโลยียานยนต์ไฟฟ้าที่จะเกิดขึ้นในอนาคต อันเป็นหนึ่งในอุตสาหกรรมเป้าหมายประเภท ยานยนต์สมัยใหม่ (Next-generation Automotive) ตามนโยบายเร่งด่วนของรัฐบาลที่ต้องการวางรากฐานระบบเศรษฐกิจของประเทศสู่อนาคต และเป็นกลไกในการขับเคลื่อนเศรษฐกิจอย่างยั่งยืน นอกจากนี้ ชุดโครงการยังได้นำเสนอ โครงการวิจัยชั้นนำที่เกี่ยวเนื่องด้วยความคาดหวังในการพัฒนานวัตกรรมเพื่อนำประเทศเข้าสู่การเป็นสังคมความเป็นกลางทางคาร์บอนที่สมบูรณ์

โครงการวิจัยย่อยที่ 2 การวิจัยขั้นแนวหน้าเพื่อพัฒนานวัตกรรมทางด้านวัสดุ กระบวนการผลิตขึ้นรูปชิ้นงานและการออกแบบทางวิศวกรรมรองรับอุตสาหกรรมแห่งอนาคต

Frontier Research in Innovative Materials, Manufacturing and Engineering Design for the New S-curve Industries

โครงการนี้เป็นการพัฒนาเทคโนโลยีวัสดุและเทคโนโลยีการขึ้นรูปโลหะและวัสดุผสม เพื่อรองรับความต้องการเทคโนโลยีวัสดุในภาคอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้า และอุตสาหกรรมตามแผนแม่บทภายใต้ยุทธศาสตร์ชาติ ประเด็นอุตสาหกรรมและบริการแห่งอนาคตซึ่งให้ความสำคัญกับการพัฒนาต่อยอดอุตสาหกรรมเป้าหมายของประเทศไปสู่อุตสาหกรรมอนาคต อาทิเช่น อุตสาหกรรมต่อเนื่องจากการพัฒนาระบบคมนาคม อุตสาหกรรมและบริการการแพทย์ครบวงจรเป็นต้น การนำวัสดุขั้นสูงหรือวัสดุสมัยใหม่ทางวิศวกรรมมาใช้จะทำให้ช่วยเพิ่มขีดความสามารถในการแข่นขันของผู้ประกอบการอุตสาหกรรมในประเทศไทย เช่น เหล็กกล้าความแข็งแรงสูง อลูมิเนียม โลหะผสม วัสดุคอมโพสิท วัสดุผสมจากเส้นใยธรรมชาติ วัสดุ Functionally Graded Materials และโครงสร้างแบบ Lattice structure มาใช้ในการออกแบบชิ้นส่วนและโครงสร้างต่าง ๆ เป็นกุญแจที่สำคัญสำหรับการพัฒนาและออกแบบผลิตภัณฑ์ใหม่ๆที่มีมูลค่าสูงขึ้น ตั้งแต่ ชิ้นส่วนเครื่องบิน ยานอวกาศ ชิ้นส่วนและโครงสร้างยานยนต์ ชิ้นส่วนเรือ อวัยวะเทียม และอื่น ๆ อีกมากมาย การออกแบบโครงสร้างและชิ้นส่วนที่ท้าทายเหล่านี้จะต้องมีการเปลี่ยนวิธีคิด เทคนิค ทักษะการออกแบบและกระบวนการผลิต ซึ่งจะช่วยนำไปสู่การลดการใช้วัสดุและพลังงานลงและเพิ่มประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ให้สูงขึ้น เพื่อให้สามารถใช้วัสดุขั้นสูงเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพจะต้องมีการบูรณาการความต้องการด้านการใช้งาน สมบัติทางกล และสมบัติทางกายภาพของชิ้นงานให้ตอบสนองกับภาระต่าง ๆ อย่างเหมาะสมและปลอดภัย ซึ่งรวมไปถึงกระบวนการผลิตที่เป็นไปได้และมีประสิทธิภาพสูง นอกจากนี้การประยุกต์ใช้เทคนิคในการวิเคราะห์ออกแบบขั้นสูง ได้แก่ การหารูปแบบที่เหมาะสม (Optimization) การออกแบบโครงสร้างแบบปรับรูปได้ (Morphing structure) การวิเคราะห์สมรรถนะของโครงสร้างผ่านการวิเคราะห์ด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ และการนำเทคโนโลยี Artificial Intelligence (AI) มาช่วยในการวิเคราะห์และประเมินความแข็งแรงจะทำให้สามารถออกแบบโครงสร้างสมัยใหม่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ใช้ต้นทุนในการออกแบบต่ำ ลดต้นทุนในการผลิตและเพิ่มความเข้มแข็งอุตสาหกรรมเป้าหมายของประเทศ

โครงการวิจัยย่อยที่ 2 นี้ มุ่งเน้นไปที่การทำวิจัยใน 4 ส่วนหลัก ได้แก่ เหล็กกล้าความแข็งแรงสูง การขึ้นรูปสามมิติของโลหะ (Additive Manufacturing) การใช้วัสดุสมัยใหม่ที่มีความยั่งยืน เช่น วัสดุผสมจากเส้นใยธรรมชาติ  และการเพิ่มประสิทธิภาพของวัสดุกลุ่มไทเทเนียมและโคบอลต์โครเมียมด้วยกระบวนการปรับผิวแบบพ่นยิงอนุภาคละเอียด จากที่กล่าวไปข้างต้น งานวิจัยชุดนี้จึงประกอบไปด้วยผู้ร่วมวิจัยที่มีความเชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีวัสดุประเภทต่าง ๆ และเทคโนโลยีการขึ้นรูปและผลิตชิ้นส่วนต่าง ๆ โดยมีเป้าประสงค์ที่จะพัฒนาวัสดุสมัยใหม่ ร่วมกับเทคโนโลยีการออกแบบทางวิศวกรรมและกระบวนการผลิตขั้นสูง โดยมีคาดหวังว่าผลสำเร็จของงานวิจัยชุดนี้คือการพัฒนาองค์ความรู้ใหม่เพื่อสนับสนุนภาคอุตสาหกรรมและภาคการศึกษาให้เข้าใจ สามารถออกแบบวัสดุประเภทใหม่ และกระบวนการผลิตสมัยใหม่ที่สามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีความซับซ้อนและมูลค่าสูงได้ โดยมุ่งหวังให้เกิดการบูรณาการวิจัยและพัฒนาอย่างจริงจังเพื่อนำไปสู่การยกระดับอุตสาหกรรมในประเทศและการพัฒนาประเทศอย่างยั่งยืนในอนาคต ​​​​​​​
ดังจะเห็นได้ว่า ชุดโครงการย่อยทั้ง 3 โครงการ จะเป็นส่วนสำคัญในการพัฒนาองค์ความรู้ นวัตกรรม และเทคโนโลยีอย่างบูรณาการ ตลอดจนมุ่งเน้นพัฒนาบุคคลากรและนักวิจัยเพื่อรองรับการขยายตัว รวมถึงส่งเสริมศักยภาพการแข่งขันของภาคอุตสาหกรรมเป้าหมายของประเทศ ทั้งอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้า อุตสาหกรรมและบริการการแพทย์ครบวงจร และอุตสาหกรรมเทคโนโลยีที่เกี่ยวเนื่องกับการส่งเสริมนโยบายความเป็นกลางทางคาร์บอนของประเทศไทย  ให้สามารถแข่งขันได้ในตลาดเทคโนโลยีของโลกในอนาคต ที่มีการแข่งขันที่เข้มข้นและสูงกว่าในปัจจุบัน ทั้งทางด้าน ความล้ำสมัย ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม และทางด้านต้นทุน