พลังงาน ไฮโดรเจน ( Hydrogen gas )พลังงานทางเลือก
ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่เบาที่สุดและเป็นองค์ประกอบของน้ํา (HO) ที่มีมากที่สุดบนโลก นอกจากนี้ยังเป็นธาตุที่ รวมอยู่ในโมเลกุลของสารประกอบอื่นๆ เช่น สารประกอบจําพวกไฮโดรคาร์บอน (HC) ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ของ ปิโตรเลียมที่มีความสําคัญสําหรับการพัฒนาทางเศรษฐกิจของประเทศ คุณสมบัติทั่วไปของไฮโดรเจน คือไม่มี สี ไม่มีกลิ่น ติดไฟง่าย มีความสะอาดสูง ไม่เป็นพิษและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ประโยชน์ของการนําก๊าซ ไฮโดรเจนมาใช้งานคือใช้เป็นเชื้อเพลิงในการเผาไหม้และให้ความร้อนออกมา หรือใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงโดย ปฏิกิริยาทางเคมีแล้วเกิดกระแสไฟฟ้าซึ่งสามารถนําไปใช้ได้ทั้งในการขับเคลื่อนรถ ผลิตกระแสไฟฟ้า อุปกรณ์ อิเล็คทรอนิคส์ขนาดเล็กและอื่นๆ
พลังงาน ไฮโดรเจน ( Hydrogen gas ) ได้มาจากอะไร?
ปัจจุบันการผลิตไฮโดรเจนเมื่อพิจารณา จากวัตถุดิบเป็นหลักแบ่งออกเป็น 3 แหล่งหลัก คือ จากเชื้อเพลิง ฟอสซิล เช่น แก๊สธรรมชาติ ถ่านหิน น้ํามันปิโตรเลียม จากแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น ชีวมวล และน้ํา เป็น ต้น และจากพลังงานนิวเคลียร์
เทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจน
เทคโนโลยีในการผลิตไฮโดรเจน สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 เทคโนโลยีหลัก ได้แก่ Thermo Chemical
Processes, Electro Chemical Processes bla: Biochemical Processes
1.) Thermo Chemical Process (กระบวนการความร้อนเคมี) ไฮโดรเจนสามารถผลิตได้โดยวิธีทางเคมีโดย ใช้ความร้อน มีวัตถุดิบหลักที่เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอน เช่น ก๊าซธรรมชาติ ถ่านหิน ชีวมวล เป็นต้น ผลลัพธ์ที่ได้คือก๊าซสังเคราะห์ซึ่งประกอบด้วย ไฮโดรเจน(H), คาร์บอนมอนนอกไซด์ (CO) คาร์บอนมอนนอก ไซด์(Co.) น้ํา(HO) และมีเทน(CH) จากนั้นจะผ่านกระบวนการเพิ่มเติมเพื่อทําให้ได้ไฮโดรเจนที่บริสุทธิ์ขึ้น ซึ่ง การผลิตไฮโดรเจนโดยกระบวนการความร้อนเคมี ได้แก่ กระบวนการรีฟอร์มมิ่งด้วยไอน้ํา (Steam Reforming) กระบวนการแก๊สซิฟิเคชั่น (Gasification)
ปัจจุบันการผลิตไฮโดรเจนจากกระบวนการรีฟอร์มมิ่งด้วยไอน้ําจากก๊าซธรรมชาติ เป็นกระบวนการที่ใช้กัน แพร่หลายในเชิงพาณิชย์ ซึ่งในประเทศไทยใช้กระบวนการนี้ในการผลิตไฮโดรเจนเพื่อใช้เป็นสารตั้งต้นใน
อุตสาหกรรมต่างๆ
2.) Electro Chemical Process (กระบวนการไฟฟ้าเคมี) เป็นการใช้ไฟฟ้าเพื่อแยกน้ําเพื่อให้ได้ไฮโดรเจน และออกซิเจน โดยไฟฟ้าที่มาจากแหล่งกําเนิดไฟฟ้าทุกชนิดสามารถใช้ได้กับกระบวนการนี้ ไม่ว่าจะเป็นไฟฟ้า จากแหล่งพลังงานหมุนเวียน รวมทั้งจากพลังงานนิวเคลียร์
3.) Biochemical Processes (กระบวนการชีวเคมี) กระบวนการนี้เป็นการผลิตไฮโดรเจนโดยอาศัย กระบวนการสังเคราะห์แสงของสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก หรือจุลินทรีย์ และสาหร่ายสีเขียวแกมน้ําเงิน ซึ่งสิ่งมีชีวิต ขนาดเล็กเหล่านี้จะเปลี่ยนสารตั้งต้นให้เป็นไฮโดรเจน อย่างไรก็ตามวิธีการนี้ยังมีข้อเสียคือ มีประสิทธิภาพต่ํา ความสามารถในการผลิตถูกจํากัดด้วยความเข้มแสงที่ได้รับ
พลังงานไฮโดรเจนสามารถนําไปใช้ประโยชน์อะไรได้บ้าง?
ไฮโดรเจนนอกจากนํามาใช้เป็นสารตั้งต้นในอุตสาหรรมต่างๆ ใช้เป็นเชื้อเพลิงในการเผาไหม้ หรือใช้ในเซลล์ เชื้อเพลิงโดยปฏิกิริยาทางเคมีแล้วเกิดกระแสไฟฟ้า ซึ่งสามารถนําไปใช้ได้ทั้งการขับเคลื่อนรถยนต์ และผลิต กระแสไฟฟ้า
การนําไฮโดรเจนไปใช้ในภาคคมนาคมขนส่ง
การนําไฮโดรเจนไปใช้ในภาคคมนาคมขนส่งสามารถใช้ได้หลายรูปแบบ เช่น ใช้เป็นเชื้อเพลิงสําหรับเผาไหม้ ภายในโดยใช้ผสมกับเชื้อเพลิงประเภทอื่นในเครื่องยนต์สันดาปภายใน เช่น นําไฮโดรเจนผสมกับก๊าซธรรมชาติ หรือใช้เป็นเชื้อเพลิงในเซลล์เชื้อเพลิงโดยไม่มีการสันดาปภายในแต่เป็นกระบวนการไฟฟ้าเคมีเพื่อขับเคลื่อน มอเตอร์ไฟฟ้าสําหรับรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิง
เซลล์เชื้อเพลิงคืออะไร?
เซลล์เชื้อเพลิงเป็นกระบวนการเปลี่ยนพลังงานเคมีของเซลล์เชื้อเพลิงไปเป็นพลังงานไฟฟ้า โดยกลไก ทางเคมีไฟฟ้า กระบวนการแปรรูปพลังงานดังกล่าวแตกต่างจากกระบวนการแปรรูปพลังงานทั่วๆ ไปที่ใช้ใน ปัจจุบันตรงที่กระบวนการที่ใช้ในปัจจุบันส่วนใหญ่ทําการเปลี่ยนพลังงานเคมีไปเป็นพลังงานความร้อนก่อน จาก นั้นจึงทําการเปลี่ยนความร้อนไปเป็นพลังงานกลก่อนจะเปลี่ยนพลังงานกลไปเป็นพลังงานไฟฟ้าดังรูปที่ 1 ขั้น ตอนการผลิตพลังงานไฟฟ้าโดยวิธีการดังกล่าวจะมีการสูญเสียค่อนข้างมาก เนื่องจากมีขั้นตอนในการแปรรูป แบบพลังงานหลายขั้นตอน โดยธรรมชาติการเปลี่ยนแปลงในทุกขั้นตอนมีการสูญเสียโดยเฉพาะอย่างยิ่งขั้นตอน การเปลี่ยนแปลงจากพลังงานเคมีมาเป็นพลังงานความร้อนมีการสูญเสียศักยภาพเชิงพลังงานค่อนข้างมาก ดัง นั้นกระบวนการดังกล่าว โดยทั่วไปจึงมีประสิทธิภาพต่ํากว่ากระบวนการของเซลล์เชื้อเพลิง ปัจจุบันกระบวนการ ผลิตไฟฟ้าจากเครื่องยนต์ ความร้อน เมื่อไม่มีการนําความร้อนที่เหลือมาใช้ประโยชน์ในเชิงความร้อนจะมีประ สิทธิภาพเพียงร้อยละ 30 – 35 ในขณะที่ประสิทธิภาพของกระบวนการเซลล์เชื้อเพลิงอยู่ที่ประมาณร้อยละ 40 – 50 นอกจากนี้กระบวนการผลิตพลังงานเหล่านี้มักใช้เชื้อเพลิงจากปิโตรเลียมเป็นหลัก ซึ่งผลจากการแปรรูปพลัง งานเคมีในกระบวนการนี้คือ ความร้อน แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และน้ํา ในขณะที่กระบวนการเซลล์เชื้อเพลิง สามารถใช้เชื้อเพลิงได้จากหลายแหล่ง และผลที่ได้จากการแปรรูปพลังงานเคมี ในกรณีของเซลล์เชื้อเพลิงคือ ความร้อนและน้ําเท่านั้น ซึ่งหมายความว่ากระบวนการเซลล์เชื้อเพลิงมีความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่า กระบวนการผลิตพลังงานแบบเครื่องยนต์ความร้อน
เซลล์เชื้อเพลิงที่มีใช้งานในปัจจุบันนั้น แต่ละชนิดจะมีโครงสร้างและปฏิกิริยาทางไฟฟ้าเคมีที่แตกต่างกัน ทํา ให้การนํามาประยุกต์ใช้งานแตกต่างกันด้วย สามารถแบ่งออกเป็น 5 ชนิดใหญ่ๆ ดังแสดงในตาราง
เซลล์เชื้อเพลิงแบบแอลคาไลน์ (Alkaline Fuel Cell, AFC) เป็น เซลล์เชื้อเพลิงที่มีประสิทธิภาพสูงที่สุด (50-70%) แต่เนื่องจากระบบ ไวต่อการปนเปื้อนมาก จึงจําเป็นต้องใช้ไฮโดรเจนและออกซิเจน ที่ บริสุทธิ์เท่านั้น ทําให้ระบบโดยรวมมีราคาสูงมาก ดังนั้นเซลล์เชื้อเพลิง ชนิดนี้จะถูกใช้ในงานด้านอวกาศ เป็นส่วนใหญ่ เนื่องจากมี ประสิทธิภาพ สูงสุด อุณหภูมิขณะที่ทํางานอยู่ต่ํากว่า 80 องศา เซลเซียส นอกจากนี้ของเสียที่ได้จากเซลล์เชื้อเพลิงคือ น้ําบริสุทธ์ ซึ่ง นักบินอวกาศสามารถใช้บริโภคได้
เซลล์เชื้อเพลิงแบบกรดฟอสฟอริก (Phosphoric Acid Fuel Cell, PAEC) เป็นเซลล์เชื้อเพลิงชนิดแรกที่สามารถสร้างขึ้นในเชิงพาณิชย์ มีระดับอุณหภูมิ ในการทํางานประมาณ 210 องศาเซลเซียส สามารถสร้างพลังงานไฟฟ้าได้ถึง 200 กิโลวัตต์ มีประสิทธิภาพประมาณ 35-50% มักนําไปใช้เป็นแหล่งพลังงาน ไฟฟ้า ในสถานที่ขนาดเล็กต่างๆ เช่น โรงแรมและสํานักงานต่างๆ เป็นต้น
เซลล์เชื้อเพลิงแบบเกลือคาร์บอเนตหลอม (Molten Carbonate FuelCel, MCFC) เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้เหมาะสม สําหรับโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ สําหรับจําหน่ายไฟฟ้า มีอุณหภูมิการทํางานที่สูงมากประมาณ 650 องศา เซลเซียส สามารถสร้างพลังงานไฟฟ้าได้สูงถึง 2 เมกะวัตต์ และยังให้ไอน้ํา ความดันสูงออกมา ซึ่งสามารถนํามาช่วยผลิตกระแสไฟฟ้าในลักษณะ ความร้อนร่วมได้ เป็นผลทําให้ประสิทธิภาพของระบบโดยรวมสูงขึ้นถึง 80
85 เปอร์เซ็นต์ และเนื่องจากทํางานที่อุณหภูมิที่ต่ํากว่าเซลล์เชื้อเพลิงแบบ ออกไซด์ของแข็ง ทําให้ไม่ต้องใช้วัสดุที่มีคุณสมบัติพิเศษ จึงทําให้ระบบโดยรวมมีราคาที่ต่ำกว่า
เซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์ของแข็ง (Solid Oxide Fuel Cel, SOFC) เซลล์เชื้อเพลิงชนิดมีอุณหภูมิในการทํางานที่สูงที่สุดเมื่อเทียบกับเซลล์ เชื้อเพลิงประเภทอื่นๆ คือ ประมาณ 800-1000 องศาเซลเซียส เหมาะสําหรับ โรงงานไฟฟ้าขนาดใหญ่ มีไอน้ําอุณหภูมิสูง เป็นผลผลิตจากกระบวนการทาง เคมี ซึ่งสามารถนําไปใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า ในลักษณะความร้อนร่วมได้ เช่นเดียวกับเซลล์เชื้อเพลิงแบบเกลือคาร์บอเนตหลอม ทําให้ประสิทธิภาพ ของระบบเพิ่มขึ้นสูงถึงประมาณ 80-85 เปอร์เซ็นต์ สําหรับในระบบที่ต้องการ กําลังไฟฟ้าสูงมากๆ นั้นเซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์ของแข็ง จะมีราคาถูกกว่า ระบบที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิงแบบเกลือคาร์บอเนตหลอม
เซลล์เชื้อเพลิงแบบเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (Proton Exchange Membrane Fuel Cel, PEMFC) เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ได้รับ
ความนิยมมาก ในการนํามาประยุกต์ใช้งาน เนื่องจากมีอุณหภูมิในการทํางานที่ไม่สูงมากนัก และราคาที่ไม่ แพงเมื่อเทียบกับเซลล์เชื้อเพลิง ชนิดอื่น รวมถึงมีประสิทธิภาพที่สูง (35-60%) เชื้อเพลิงที่ใช้คือ ไฮโดรเจน (บริสุทธ์ที่ 99.99%) และอากาศ ปัจจุบันนํามาประยุกต์ใช้งานด้านต่างๆ กันอย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะการ นํามาเป็นแหล่งพลังงานขับเคลื่อน สําหรับรถยนต์หรือรถโดยสารสาธารณะ รวมถึงเป็นแหล่งกําเนิดระแสไฟฟ้า ขนาดเล็กเพื่อใช้ภายในที่อยู่อาศัย เป็นต้น
ประเทศไทยมีนโยบาย ทิศทาง และเป้าหมายการพัฒนาพลังงานไฮโดรเจนอย่างไร?
จากนโยบายและแผนพลังงานภายใต้กรอบการจัดทําแผนพลังงานทดแทน 15 ปี ที่กระทรวงพลังงานได้ เตรียมจัดทําไว้สําหรับปี 2551-2565 ซึ่งในปี 2560 ได้เริ่มกําหนดเป้าหมายให้มีการใช้พลังงานไฮโดรเจน 100,000 กิโลกรัม
ดังนั้น เพื่อให้บรรลุเป้าหมายการใช้พลังงานไฮโดรเจนในอนาคตตามแผนพัฒนาพลังงานทดแทน 15 ปี จึงได้จัดทําร่างแผนปฏิบัติการพลังงานไฮโดรเจนเป็นที่เรียบร้อยแล้ว โดยมี 7 ประเด็นยุทธศาสตร์ที่ต้องเข้าไป ดําเนินการ เพื่อผลักดันให้โครงสร้างพื้นฐานรองรับการใช้ ไฮโดรเจน มีความพร้อมในทุกด้านตั้งแต่ก่อนที่จะเริ่ม มีการใช้ไฮโดรเจนจนกระทั่ง เติบโตแพร่หลายเข้าสู่ยุคของการใช้ไฮโดรเจนอย่างเต็มรูปแบบ เพื่อลดการพึ่งพา พลังงานนําเข้าและเทคโนโลยีนําเข้าให้มากที่สุด ได้แก่
1. กําหนดนโยบายและแผน และการปรับปรุงมาตรฐาน กฎระเบียบ ข้อบังคับ การใช้พลังงานไฮโดรเจน
อย่างปลอดภัย
2. การวิจัยและพัฒนาด้านการผลิต จัดเก็บ ขนส่ง ไฮโดรเจน และเทคโนโลยี ด้านการเพิ่มประสิทธิภาพ
และใช้วัสดุที่จัดหาได้ในประเทศ
3. การพัฒนาโครงสร้างพื้นฐาน (Infrastructure Development)
4. การพัฒนาเครือข่ายในและต่างประเทศ (Network)
5. การพัฒนาอุตสาหกรรมการผลิตไฮโดรเจนและและเทคโนโลยี
6. การพัฒนาด้านบุคลากร
7. การสื่อสารและประชาสัมพันธ์
พลังงานไฮโดรเจนกับประเทศไทย
ในช่วงเวลาปัจจุบันประเทศไทยมีการใช้พลังงานไฮโดรเจนอยู่พอสมควร โดยเฉพาะการใช้งานในการผลิตกระแสไฟฟ้า โดยพลังงานไฮโดรเจนจะทำหน้าที่สนับสนุนการผลิตกระแสไฟฟ้าพลังงานลม เพื่อเพิ่มความเสถียรในการผลิตกระแสไฟฟ้า
นอกเหนือจากโรงงานไฟฟ้าแล้ว ประเทศไทยเองก็มีการทำโรงงานไฮโดรเจนและรถยนต์ไฮโดรเจนเช่นกัน รวมถึงมีแผนการใช้เป็นหนึ่งในพลังงานทดแทนอีกด้วย ซึ่งในส่วนนี้อาจต้องมีการพิจารณากันว่า ในระยะยาวแล้ว แผนการเดิมที่มีการวางไว้จะมีการเปลี่ยนแปลงหรือไม่ เนื่องจากการเข้ามาของรถยนต์ไฟฟ้าและพลังงานแสงอาทิตย์ที่อาจมีความคุ้มค่ามากกว่าในระยะยาว
เพราะสุดท้ายแล้ว ไม่ว่าจะมีความนิยมหรือไม่ พลังงานไฮโดรเจนยังเป็นเพียง “ทางเลือก” ของพลังงานทดแทนเท่านั้น ซึ่งก็ต้องติดตามกันว่าท้ายสุดแล้ว พลังงานประเภทใดกันแน่ที่จะขึ้นมาเป็น “พลังงานหลัก” ของโลกในอนาคต
#พลังงานสะอาด #พลังงานทางเลือก #พลังงานทดแทน #พลังงาน #Hydrogen #Hydrogenges
ขอขอบคุณ ข้อมูลเพิ่มเติม :: https://blog.pttexpresso.com/
