Highlight & Knowledge

รู้จัก “ไฮโดรเจน” พลังงานสะอาดแห่งอนาคต

เรากำลังเข้าสู่ในยุคของการใช้พลังงานสะอาด ที่ส่งผลกระทบต่อโลกให้น้อยที่สุด ซึ่งหนึ่งในพลังงานที่เป็นพลังงานสะอาดที่กำลังมาแรงนั่นก็คือ “ไฮโดรเจน” พลังงานที่ผลิตได้จากวัตถุดิบตามธรรมชาติหลายหลายประเภท ซึ่งจะได้น้ำและออกซิเจน ที่เป็นพลังงานสะอาดและมีประสิทธิภาพสูง ช่วยลดการปล่อยมลพิษทางอากาศ และช่วยบรรเทาปัญหาโลกร้อน

ไฮโดรเจนคืออะไร?

ไฮโดรเจนเป็นธาตุเคมี สัญลักษณ์ธาตุคือ H เป็นธาตุที่เบาที่สุดและเป็นองค์ประกอบของน้ำ (H2O) คุณสมบัติทั่วไปของไฮโดรเจน คือ ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ติดไฟง่าย ไม่เป็นพิษและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม สามารถนำไปใช้เป็นพลังงานได้หลากหลาย ไม่ว่าจะเป็น เชื้อเพลิงในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี เชื้อเพลิงในรถยนต์ไฮโดรเจน ใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตสารเคมีอื่นๆ เช่น อะมโมเนีย กรดไฮโดรคลอริก และกรดซัลฟิวริก เป็นต้น ใช้เป็นสารหล่อเย็น และ ใช้เป็นสารป้องกันการกัดกร่อน

photo : freepik

วิธีผลิตไฮโดรเจน ในปัจจุบัน

สำหรับพลังงานไฮโดรเจนนั้น สามารถผลิตได้จากวัตถุดิบหลักๆ ดังนี้

  1. เชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น แก๊สธรรมชาติ ถ่านหิน น้ำมันปิโตรเลียม
  2. พลังงานหมุนเวียน เช่น ชีวมวล น้ำ
  3. พลังงานนิวเคลียร์

ซึ่งการเลือกใช้วัตถุดิบที่แตกต่างกันนั้นก็ทำให้ได้ไฮโดรเจนที่มีความแตกต่างกันอีกด้วย โดยเทคโนโลยีที่ใช้ในการผลิตจะมีหลากหลายแบบขึ้นอยู่กับวัตถุดิบที่ใช้ ซึ่งสามารถสรุปได้ประมาณ 3 รูปแบบ ได้แก่ กระบวนการให้ความร้อนเคมี กระบวนการไฟฟ้าเคมี และ กระบวนการสังเคราะห์แสง

ไฮโดรเจนมีกี่ประเภท

พลังงานไฮโดรเจนสามารถสังเคราะห์ได้จากเชื้อเพลิงตามธรรมชาติหลากหลายประเภท ซึ่งเราสามารถจำแนกจากชนิดของแหล่งพลังงานและวิธีในการผลิตไฮโดรเจน โดยกำหนดเป็นสีต่าง ๆ ดังนี้

  1. ไฮโดรเจนสีเขียว (Green Hydrogen) คือ ไฮโดรเจนที่ผลิตขึ้นโดยใช้ไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานสะอาด พลังงานลม พลังงานแสงอาทิตย์ และกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส (electrolysis) ซึ่งไฮโดรเจนสีเขียวถือเป็นไฮโดรเจนที่มีการปล่อยมลพิษต่ำหรือเป็นศูนย์ เนื่องจากใช้แหล่งพลังงานสะอาด เช่น ลมหรือแสงอาทิตย์ จ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับอิเล็กโทรไลซิสในกระบวนการแยกน้ำ (H2O) เป็นไฮโดรเจน (H2) และออกซิเจน (O2)
  2. ไฮโดรเจนสีเหลือง (Yellow Hydrogen) คือ ไฮโดรเจนที่ผลิตจากพลังงานไฟฟ้าจากเชื้อเพลิงฟอสซิล และพลังงานทดแทน ร่วมกับกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส (Electrolysis) ซึ่งกระบวนการนี้ใช้พลังงานไฟฟ้าในการแยกไฮโดรเจนออกจากน้ำ ซึ่งความแตกต่างระหว่างไฮโดเจนสีเหลือง กับไฮโดรเจนสีเขียว ก็อยู่ที่พลังงานที่นำมาใช้ผลิตจะมีส่วนของเชื้อเพลิงฟอสซิลเข้ามาร่วมด้วยนั่นเอง
  3. ไฮโดรเจนสีชมพู (Pink Hydrogen) เป็นไฮโดรเจนที่ผลิตขึ้นโดยใช้พลังงานนิวเคลียร์ ร่วมกับกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส (Electrolysis) ซึ่งกระบวนการนี้ใช้พลังงานไฟฟ้าในการแยกไฮโดรเจนออกจากน้ำ อย่างไรก็ตาม ไฮโดรเจนสีชมพูยังมีข้อจำกัดบางประการ คือ ต้นทุนการผลิตยังสูง และยังมีความเสี่ยงด้านความปลอดภัยจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
  4. ไฮโดรเจนสีฟ้าน้ำทะเล (Turquoise Hydrogen) เป็นไฮโดรเจนที่ผลิตขึ้นโดยใช้กระบวนการ pyrolysi คือ การนำก๊าซธรรมชาติมาผ่านการแยกสลายด้วยความร้อนสูง ซึ่งสิ่งที่จะได้ออกมาจะเป็นไฮโดรเจน และผงคาร์บอน
  5. ไฮโดรเจนสีฟ้าน้ำเงิน (Blue Hydrogen) เป็นไฮโดรเจนที่สามารถผลิตได้จากก๊าซธรรมชาติ และถ่านหิน โดยการผลิตจากก๊าซธรรมชาตินั้นจะใช้กระบวนการ steam reforming ที่อุณหภูมิสูงประมาณ 800-1,000 องศาเซลเซียสซึ่งเป็นการเปลี่ยนรูปสารไฮโดรคาร์บอนในก๊าซธรรมชาติด้วยไอน้ำ ควบคู่กับการกักเก็บ Co2 ส่วนการใช้ถ่านหินนั้นจะมีการใช้กระบวนการที่มีชื่อว่า Gasification เป็นการเผาไหม้ด้วยความร้อนสูง ควบคู่กับการกักเก็บ Co2
  6. ไฮโดรเจนสีเทา (Grey Hydrogen) เป็นไฮโดรเจนที่ผลิตจากกระบวนการทางเคมีโดยใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น ก๊าซธรรมชาติ โดยจะแยกสารประกอบไฮโดรคาร์บอนออกจากเชื้อเพลิงฟอสซิล โดยใช้กระบวนการทางเคมี เช่น กระบวนการ steam reforming หรือกระบวนการ partial oxidation และมีการปล่อย Co2 สู่บรรยากาศออกมาในปริมาณมาก เนื่องจากกระบวนการนี้เป็นการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล จึงทำให้ไฮโดรเจนสีเทาเป็นไฮโดรเจนที่ปล่อยก๊าซเรือนกระจกมากที่สุดในปัจจุบัน ไฮโดรเจนสีเทาเป็นไฮโดรเจนที่ผลิตได้ง่ายและราคาถูกที่สุดในปัจจุบัน จึงนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมปิโตรเคมี อุตสาหกรรมเคมีภัณฑ์ และอุตสาหกรรมเหล็กกล้า เป็นต้น
  7. ไฮโดรเจนสีน้ำตาล (Brown Hydrogen) เป็นไฮโดรเจนที่ผลิตขึ้นโดยใช้กระบวนการแก๊สซิฟิเคชัน (Gasification) ของถ่านหิน โดยใช้ความร้อนสูง ทำให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ไฮโดรเจน และก๊าซอื่นๆ ไฮโดรเจนสีน้ำตาลเป็นไฮโดรเจนที่สะอาดน้อยกว่าไฮโดรเจนสีฟ้าหรือไฮโดรเจนสีเหลือง เนื่องจากกระบวนการผลิตปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ออกมา ซึ่งต้นทุนที่ใช้ในการผลิตนั้นค่อนข้างต่ำมาก จึงนิยมใช้ในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ต่างๆ มากมาย

ไฮโดรเจนในประเทศไทย

การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) เป็นหน่วยงานที่ดูแลความมั่นคงด้านพลังงานไฟฟ้าของประเทศไทย ได้ศึกษาการนำไฮโดรเจนมาใช้ประโยชน์ในการผลิตไฟฟ้า เพื่อยกระดับโครงสร้างพื้นฐานพลังงานเพื่อให้บริการพลังงานสีเขียว

ในปี พ.ศ. 2559 กฟผ.ประสบความสำเร็จในการทดลองผลิตไฮโดรเจนสีเขียว (Green Hydrogen) ที่ผลิตมาจากพลังงานลม โดยกักเก็บพลังงานไฟฟ้าจากกังหันลมในรูปของก๊าซไฮโดรเจน (Wind Hydrogen Hybrid System) จับคู่กับเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cell) กำลังผลิต 300 กิโลวัตต์ และเปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นพลังงานไฟฟ้าจ่ายให้กับศูนย์การเรียนรู้ กฟผ. ลำตะคอง จ.นครราชสีมา โครงการนี้ถือเป็นก้าวสำคัญในการนำไฮโดรเจนมาใช้ผลิตไฟฟ้าในประเทศไทย เนื่องจากสามารถผลิตไฮโดรเจนสีเขียวจากพลังงานหมุนเวียนได้สำเร็จ ซึ่งช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและมลพิษทางอากาศ กฟผ. ยังคงศึกษาและพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวอย่างต่อเนื่อง เพื่อเพิ่มศักยภาพการผลิตและลดต้นทุนการผลิตให้เหมาะสมกับการใช้งานจริงในอนาคต

โดยมีแผนเพิ่มกำลังการผลิตไฮโดรเจนสีเขียว (Green  Hydrogen) จากโครงการโรงไฟฟ้ากังหันลมลำตะคองระยะที่ 2 เต็มศักยภาพรวมถึงต่อยอดพัฒนาไปยังพื้นที่โครงการพลังงานทดแทนจากพลังงานลมและแสงอาทิตย์แห่งอื่นๆของกฟผ. ซึ่งมีอยู่ทั่วประเทศ และในปี พ.ศ. 2567 กฟผ. มีแผนศึกษาความเหมาะสมโครงการผลิตไฟฟ้าด้วยก๊าซสังเคราะห์จากถ่านหินที่มีแคลเซียมออกไซด์ (CaO) สูง ควบคู่กับเทคโนโลยีการดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และการนำไปใช้ประโยชน์ (Carbon Capture, Utilization and Storage : CCUS) ณ โรงไฟฟ้าแม่เมาะ จ.ลำปางซึ่งได้เป็นไฮโดรเจนสีน้ำเงิน (Blue Hydrogen) และแผนศึกษาความเหมาะสมโครงการศึกษารูปแบบการผสมและการใช้งานไฮโดรเจนร่วมกับก๊าซธรรมชาติเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงในโรงไฟฟ้าวังน้อย จ.พระนครศรีอยุธยา และโรงไฟฟ้าน้ำพอง จ.ขอนแก่น

ไฮโดรเจนกับการนำมาใช้เป็นพลังงานในรถยนต์

ไฮโดรเจนถือเป็นพลังงานทางเลือกที่มีการพัฒนานำมาใช้ในรถยนต์อีกด้วย ซึ่งอาศัยหลักการของเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cell) ซึ่งเซลล์เชื้อเพลิงจะทำหน้าที่แปลงพลังงานจากไฮโดรเจนและออกซิเจนให้เป็นกระแสไฟฟ้า เพื่อนำไปขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้า

ตัวอย่างรถยนต์ที่มีการพัฒนาไปใช้พลังงานไฮโดรเจน

Toyota Mirai เป็นรถไฮโดรเจนแบบบรรจุไฮโดรเจนเหลว ผลิตโดยบริษัทโตโยต้า ประเทศญี่ปุ่น เปิดตัวครั้งแรกในปี พ.ศ. 2558 มีระยะทางในการขับขี่สูงสุด 647 กิโลเมตรต่อการเติมเชื้อเพลิงหนึ่งครั้ง

Hyundai Nexo เป็นรถไฮโดรเจนแบบบรรจุไฮโดรเจนเหลว ผลิตโดยบริษัทฮุนได ประเทศเกาหลีใต้ เปิดตัวครั้งแรกในปี พ.ศ. 2561 มีระยะทางในการขับขี่สูงสุด 666 กิโลเมตรต่อการเติมเชื้อเพลิงหนึ่งครั้ง

Honda Clarity Fuel Cell เป็นรถไฮโดรเจนแบบบรรจุไฮโดรเจนเหลว ผลิตโดยบริษัทฮอนด้า ประเทศญี่ปุ่น เปิดตัวครั้งแรกในปี พ.ศ. 2560 มีระยะทางในการขับขี่สูงสุด 754 กิโลเมตรต่อการเติมเชื้อเพลิงหนึ่งครั้ง

Mercedes-Benz GLC F-Cell เป็นรถไฮโดรเจนแบบบรรจุไฮโดรเจนอัด ผลิตโดยบริษัทเมอร์เซเดส-เบนซ์ ประเทศเยอรมนี เปิดตัวครั้งแรกในปี พ.ศ. 2560 มีระยะทางในการขับขี่สูงสุด 437 กิโลเมตรต่อการเติมเชื้อเพลิงหนึ่งครั้ง

นอกจากนี้ ยังมีรถที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนอีกหลายรุ่นที่ผลิตโดยบริษัทต่างๆ ทั่วโลก เช่น BMW iX5 Hydrogen, Audi e-tron GT quattro Hidrogen Fuel Cell, และ Porsche Taycan Sport Turismo Hydrogen Fuel Cell เป็นต้น

และทัั้งหมดนี้ก็เป็นความรู้เกี่ยวกับไฮโดรเจน พลังงานสะอาดแห่งอนาคต แม้ว่าตอนนี้ยังไม่ใช้พลังงานหลัก แต่ก็ถือว่าเป็นพลังงานสะอาดที่มีความน่าสนใจเป็นอย่างมาก ซึ่งก็มีการคิดค้นและพัฒนากันอย่างต่อเนื่อง ทั้งการนำไปใช้ในภาคอุตสาหกรรม รวมถึงการทดลองใช้ในรถยนต์พลังงานสะอาด ที่ยังคงต้องรอติดตามดูว่า สุดท้ายแล้วผู้ผลิตรถยนต์ จะตัดสินใจผลิตรถยนต์พลังงานไฮโดรเจนออกมาจำหน่ายหรือไม่ เพราะนอกจากจะเป็นพลังงานสะอาดแล้ว ยังไม่ต้องเสียเวลาชาร์จไฟเหมือนกับรถยนต์ไฟฟ้าที่กำลังนิยมในขณะนี้ด้วย รอติดตามกันครับ

photo : freepik

ดวงอาทิตย์ประดิษฐ์ของจีน ใช้ผลิตเป็นพลังงานสะอาด

‘ดวงอาทิตย์ประดิษฐ์’ ของจีน ที่มีชื่อว่า EAST ประสบความสำเร็จในการทำงานต่อเนื่องภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงเป็นเวลา 1,056 วินาที ระหว่างการทดลองรอบล่าสุด ถือเป็นระยะเวลาการทำงานที่ยาวนานที่สุดเท่าที่เคยทำการทดลองมา

วารสาร Green Energy Review ฉบับ 02 มกราคม – มีนาคม 2566

เนื้อหาที่น่าสนใจ 3 ธุรกิจเทรนใหม่มาแรง ที่ใส่ใจสิ่งแวดล้อมมากกว่ากำไร 5 ไอเดียลดโลกร้อน ที่คุณช่วยได้ เมื่อไปเที่ยวต่างประเทศ พลังงานสะอาด ธีมการลงทุนรักษ์โลกทางเลือกใหม่…

Leave a Reply