พลังงานไฮโดรเจนดีอย่างไร

พลังงานทดแทน กำลังได้รับความนิยมเป็นอย่างมากในโลกที่เต็มไปด้วยปัญหาทางสิ่งแวดล้อมและภาวะโลกร้อนที่กำลังร้อนระอุอย่างต่อเนื่อง หนึ่งในพลังงานทางเลือกที่ถูกตั้งเป้าไว้ว่าจะเข้ามาแทนที่พลังงานจากเชื้อเพลิงฟอสซิลคือพลังงานไฮโดรเจน พลังงานไฮไดรเจนคืออะไร มีข้อดี ข้อเสียอย่างไร และมีคุณสมบัติที่เพียงพอหรือไม่ต่อการเป็นพลังงานทางเลือก เราไปรู้จักพลังงานชนิดนี้ด้วยกันค่ะ

พลังงานไฮโดรเจนคืออะไร

“ไฮโดรเจน” นับเป็นธาตุที่มีปริมาณมากที่สุดเท่าที่สามารถตรวจสอบได้  และสามารถอยู่ได้ทั้ง 3สถานะ  ทั้งในรูปของแข็ง ของเหลว และก๊าซ (H2)ถือเป็นสารที่จุดติดไฟได้ง่าย ต้องอาศัยความระมัดระวังในการจัดเก็บ ส่วนใหญ่มักอยู่ในรูปแบบถังและของเหลวที่อยู่ในอุณหภูมิต่ำ หรือสามารถแปรรูปไปเป็นแอมโมเนียเพื่อจัดเก็บก็ได้ด้วยเช่นกัน คุณสมบัติโดยทั่วไปของไฮโดรเจนคือไม่มีสี ไม่มีกลิ่น มีความสะอาดสูง เป็นธาตุที่มีน้ำหนักเบาที่สุดในโลก และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม การได้มาซึ่งก๊าซไฮโดรเจนมีทั้งเกิดขึ้นได้เองตามธรรมชาติและที่เกิดโดยการผลิตจากมนุษย์เพื่อประโยชน์ทางด้านอุตสาหกรรม นอกจากนี้ยังเป็นธาตุที่รวมอยู่ในโมเลกุลของสารประกอบอื่นๆ เช่น สารประกอบจําพวกไฮโดรคาร์บอน (HC) ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ของปิโตรเลียม และในหลายประเทศทั่วโลกได้มีการวิจัยและพัฒนาเกี่ยวกับก๊าซไฮโดรเจนอย่างต่อเนื่อง ไม่ว่าจะเป็นสหรัฐอเมริกา เยอรมนี อังกฤษ และญี่ปุ่น เป็นต้น

ลักษณะการใช้งานของพลังงานไฮโดรเจน

การใช้พลังงานไฮโดรเจนเพื่อเป็นพลังงานทดแทนนั้น มีการใช้มาตั้งแต่ศตวรรษที่ 18 โดยได้มีการปรับเปลี่ยน ประยุกต์ใช้งานอย่างต่อเนื่องในรูปแบบต่างๆ ทั้งกับยานพานะหรือในครัวเรือน ซึ่งในปัจจุบันได้แบ่งการใช้งานพลังงานไฮโดรเจนเป็น 2 ลักษณะใหญ่ๆคือ

• ใช้ในการสันดาปในเครื่องยนต์
• ใช้เป็นพลังงานเชื้อเพลิง

แหล่งที่มาของก๊าซไฮโดรเจน

โดยปกติก๊าซไฮโดรเจนสามารถเกิดขึ้นได้เองตามธรรมชาติ เป็นปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างกรดกับโลหะ หรืออาจจะเกิดจากกระบวนการผลิตของแบคทีเรียหรือสาหร่ายบางชนิด แต่ก๊าซไฮโดรเจนมักจะหายไปในเวลาอันรวดเร็ว เนื่องจากน้ำหนักที่เบามาก ทำให้ระเหยขึ้นไปในอากาศ ส่วนก๊าซไฮโดรเจนที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน โดยส่วนใหญ่ถูกผลิตจากปฏิกิริยาปฏิรูปด้วยไอน้ำจากก๊าซ ธรรมชาติ (natural gas steam reforming) ส่วนวิธีการอื่นๆ ที่สามารถผลิตก๊าซไฮโดรเจนได้ อย่างเช่นการทำอิเล็กโทรลิซิสของน้ำ (water electrolysis) ปฏิกิริยาระหว่างกรดกับโลหะบางชนิด และปฏิกิริยา เคมีความร้อน (thermochemical process) นอกจากนี้ การเกิดออกซิเดชันของเหล็กในที่อับ ออกซิเจนทำให้เกิดก๊าซไฮโดรเจนได้ในธรรมชาติร่วมกับควอตซ์และแมกนีไทต์

ข้อดี -ข้อเสียของพลังงานไฮโดรเจน

ในการนำพลังงานไฮโดรเจนมาใช้ จะต้องพิจารณาทั้งผลดี ผลเสียร่วมกัน และนำมาใช้ให้เหมาะกับงานมากที่สุด ดังต่อไปนี้

ข้อดีของพลังงานไฮโดรเจน

• เป็นพลังงานสะอาด(Green Hydrogen) เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ไม่ก่อให้เกิดมลพิษ เพราะปล่อยค่าไอเสียเป็นศูนย์(Zero Emission)
• มีการปรับการผลิตก๊าซได้ตามรอบเครื่องยนต์ ในการใช้งานเทียบเท่ากับพลังงานน้ำมัน
• มีการระบายความร้อนและควบคุมระบบการเผาไหม้ที่ดี
• ช่วยประหยัดน้ำมันได้ 40-60%
• ช่วยลดปัญหาควันดำและมลพิษจากการเผาไหม้ของท่อไอเสียรถยนต์
• สามารถลดความเสี่ยงหากเกิดอุบัติเหตุได้มากกว่าระบบของแก๊ส NGV และ LPG
• สามารถประยุกต์ใช้ได้หลากหลายรูปแบบ
  ข้อเสียของพลังงานไฮโดรเจน
• ให้ประสิทธิภาพต่ำเมื่อใช้ร่วมกับเครื่องยนต์ที่มีการปรับปรุงจากเครื่องยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน ทั้งยังพบปัญหาในเรื่องการจุดระเบิดย้อนกลับ
• ยังมีปัญหาในเรื่องการบรรจุเชื้อเพลิงไฮโดรเจนในถังเก็บในกรณีที่ใช้กับยานยนต์
• ข้อกังวลที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยในการใช้งานกับยานยนต์ที่เคลื่อนที่
• การผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจนยังมีราคาแพงเมื่อเทียบกับเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน

ข้อจำกัดของการใช้พลังงานไฮโดรเจน

แม้ก๊าซไฮโดรเจนเป็นพลังงานสะอาดและไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม แต่ก็ยังมีข้อจำกัดอยู่หลักๆ3 ประการที่ทำให้มีการนำมาใช้ในปริมาณที่น้อยอยู่ในปัจจุบัน ดังนี้

• พลังงานไฮโดรเจนเป็นสิ่งที่จัดเก็บและขนส่งยาก
  เนื่องจากก๊าซไฮโดรเจนมีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา และมีคุณสมบัติในการกัดกร่อน ทำให้ยากต่อการจัดเก็บและในการขนส่ง
• การผลิตไฮโดรเจนจากเชื้อเพลิงสะอาดมีต้นทุนสูง
  ต้นทุนหลักในการผลิต Green Hydrogen ก็คือ Electrolyzer ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในกระบวนการผ่านกระแสไฟฟ้าเพื่อแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน โดยมีราคาที่ค่อนข้างสูง
• ไฮโดรเจนมีคุณสมบัติที่ต่างจากก๊าซธรรมชาติ
  ถึงแม้ว่าก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซธรรมชาติจะมีคุณสมบัติในการเผาไหม้เพื่อให้ความร้อนที่สามารถนำไปใช้ในภาคอุตสาหกรรมได้เหมือนกัน แต่การเปลี่ยนจากก๊าซธรรมชาติมาใช้พลังงานไฮโดรเจน จำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีในขั้นที่สูงขึ้นเพื่อให้ประสิทธิภาพเท่าเดิม

ถึงแม้ว่าก๊าซไฮโดรเจนจะมีข้อจำกัดในบางประการ แต่จากรายงานของ BloombergNEF  ระบุว่า พลังงานไฮโดรเจน ซึ่งเป็นพลังงานสะอาด(Green Hydrogen) สามารถลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้ถึง 1 ใน 3  และจากงานวิจัยของ Thomas Koch Blank  นักวิจัยจากสถาบัน Rocky Mountain ได้สรุปว่าก๊าซไฮโดรเจนช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากกระบวนการผลิตในภาคอุตสาหกรรมได้ และมีส่วนสำคัญที่จะทำให้ระบบการผลิตพลังงานของโลกสอดคล้องกับการรักษาอุณหภูมิของโลกให้เพิ่มขึ้นไม่เกิน 1.5-2.0 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นสิ่งที่ดีต่อสุขภาพของมนุษย์เราและส่งผลดีต่อสภาพแวดล้อมอีกทางหนึ่งด้วย

ติดตามข่าวสารและบทความเกี่ยวกับ The Sustain – ธุรกิจและความยั่งยืน พลังงาน ภาวะโลกร้อน ทรัพยากรธรรมชาติ

thesustain.space