พลังงานไฮโดรเจน (Hydrogen Energy) เป็นหนึ่งในแนวทางสำคัญของการเปลี่ยนผ่านสู่พลังงานสะอาดและยั่งยืน โดยมีศักยภาพในการเป็นพลังงานที่ปลอดมลพิษและมีประสิทธิภาพสูง จึงถูกเรียกว่า “พลังงานแห่งอนาคต” บทความนี้ ผู้เขียนจะเล่าถึงแนวคิดเกี่ยวกับพลังงานไฮโดรเจน เทคนิคที่ใช้ในการผลิตและใช้งาน แหล่งพลังงานสำคัญที่ขับเคลื่อนโลก และแนวโน้มที่กำลังจะเกิดขึ้นในอนาคต

แนวคิด

ไฮโดรเจน เป็นธาตุที่พบง่ายที่สุด และมีปริมาณมากที่สุดในจักรวาล ประกอบด้วยโปรตอน 1 ตัวและอิเล็กตรอน 1 ตัว อย่างไรก็ตาม ไฮโดรเจนในรูปแบบโมเลกุลบริสุทธิ์ (H₂) พบได้ยากบนโลก มักอยู่ในรูปสารประกอบ เช่น น้ำ (H₂O) หรือสารไฮโดรคาร์บอน พลังงานไฮโดรเจน (Hydrogen Energy) หมายถึง การใช้ไฮโดรเจนเป็นสื่อในการกักเก็บ ขนส่ง และผลิตพลังงาน

จุดเด่นของพลังงานไฮโดรเจน คือ ความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เมื่อใช้เป็นเชื้อเพลิง ไฮโดรเจนจะผลิตเพียงน้ำเป็นผลพลอยได้ จึงเป็นทางเลือกที่เหมาะสมสำหรับการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก นอกจากนี้ ไฮโดรเจนยังมีความหลากหลายในการใช้งาน ตั้งแต่ระบบขนส่ง กระบวนการทางอุตสาหกรรม ไปจนถึงการผลิตไฟฟ้า

อย่างไรก็ตาม ไฮโดรเจนไม่ใช่แหล่งพลังงานโดยตรง แต่เป็นตัวกลางในการจัดเก็บพลังงาน เช่นเดียวกับไฟฟ้า การผลิตไฮโดรเจนต้องใช้ทรัพยากรอื่น ๆ เช่น น้ำ ก๊าซธรรมชาติ หรือชีวมวล วิธีการผลิตและแหล่งพลังงานที่ใช้ในการผลิตส่งผลต่อผลกระทบทางสิ่งแวดล้อมของไฮโดรเจนโดยตรง

เพิ่มเติม : ในวันที่ปิโตรเลียมและถ่านหินเริ่มร่อยหรอ เรายังมีทางไหนให้เลือกบ้าง

เทคนิคการผลิต

การผลิตไฮโดรเจนสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภทหลัก ตามแหล่งวัตถุดิบและกระบวนการ

1. ไฮโดรเจนสีเทา (ผลิตจากเชื้อเพลิงฟอสซิล)

• Steam Methane Reforming (SMR) เป็นวิธีที่พบมากที่สุดในการผลิตไฮโดรเจน โดยการนำก๊าซธรรมชาติมาทำปฏิกิริยากับไอน้ำที่อุณหภูมิสูง ทำให้เกิดไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์ แม้ว่าจะมีประสิทธิภาพสูง แต่กระบวนการนี้ปล่อย CO₂ จำนวนมาก
• Coal Gasification ใช้ถ่านหินทำปฏิกิริยากับไอน้ำและออกซิเจนเพื่อผลิตไฮโดรเจน คาร์บอนมอนอกไซด์ และ CO₂ เป็นวิธีที่ใช้พลังงานสูงและมีการปล่อยก๊าซเรือนกระจกมาก

2. ไฮโดรเจนสีน้ำเงิน (ผลิตจากเชื้อเพลิงฟอสซิลพร้อมดักจับคาร์บอน)

• Carbon Capture, Utilization, and Storage (CCUS) การผลิตไฮโดรเจนแบบสีน้ำเงินคล้ายกับไฮโดรเจนสีเทา แต่มีการดักจับ CO₂ ที่ปล่อยออกมาเพื่อลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม โดย CO₂ ที่ดักจับได้สามารถนำไปใช้ประโยชน์หรือเก็บไว้ใต้ดิน

3. ไฮโดรเจนสีเขียว (ผลิตจากพลังงานหมุนเวียน)

• Electrolysis ใช้ไฟฟ้าแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน หากใช้ไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียน เช่น ลม แสงอาทิตย์ หรือพลังน้ำ จะเป็นกระบวนการปลอดคาร์บอน
• Photoelectrochemical Water Splitting เทคโนโลยีใหม่ที่ใช้แสงอาทิตย์และเซมิคอนดักเตอร์ในการแยกโมเลกุลน้ำโดยตรง
• Biomass Gasification ใช้วัสดุชีวมวลแปรสภาพเป็นไฮโดรเจนผ่านกระบวนการทางเคมีความร้อน

การจัดเก็บและขนส่งไฮโดรเจน

• Compressed Hydrogen จัดเก็บในถังแรงดันสูงเพื่อนำไปใช้หรือขนส่ง
• Liquid Hydrogen แช่เย็นจนกลายเป็นของเหลวสำหรับการใช้งานเฉพาะ เช่น ในอุตสาหกรรมอวกาศ
• Chemical Carriers ไฮโดรเจนสามารถจับตัวกับสารเคมี เช่น แอมโมเนีย หรือเมทานอล เพื่อความสะดวกในการขนส่งและปล่อยออกเมื่อใช้งาน

การใช้งานไฮโดรเจน

• Fuel Cells แปลงไฮโดรเจนเป็นพลังงานไฟฟ้าผ่านปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า ใช้ในยานพาหนะไฟฟ้า ระบบไฟฟ้าพกพา และระบบไฟฟ้าสำรอง
• อุตสาหกรรม ใช้ในกระบวนการกลั่นน้ำมัน การผลิตแอมโมเนีย และการลดแร่ในอุตสาหกรรมเหล็ก
• การผลิตไฟฟ้า กังหันที่ใช้ไฮโดรเจนและระบบผลิตพลังงานแบบผสมร้อนและไฟฟ้ากำลังได้รับการพัฒนา

แหล่งพลังงานที่สำคัญ

1. ญี่ปุ่น Fukushima Hydrogen Energy Research Field (FH2R) ฟุกุชิมะ ประเทศญี่ปุ่น เป็นที่ตั้งของโรงงานผลิตไฮโดรเจนจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่ใหญ่ที่สุดแห่งหนึ่งในโลก แสดงถึงความมุ่งมั่นของญี่ปุ่นในการพัฒนาพลังงานไฮโดรเจน

2. เยอรมนี โครงการ H2 Mobility เยอรมนีเป็นผู้นำในโครงสร้างพื้นฐานไฮโดรเจน มีเครือข่ายสถานีเติมไฮโดรเจนอย่างกว้างขวางและโครงการ H2 Mobility เพื่อส่งเสริมการขนส่งที่ใช้ไฮโดรเจน

3. สหรัฐอเมริกา ท่าเรือลอสแอนเจลิส ท่าเรือลอสแอนเจลิสเป็นศูนย์กลางนวัตกรรมไฮโดรเจน โดยเฉพาะการใช้ไฮโดรเจนในยานพาหนักและลดการปล่อยมลพิษ

4. ออสเตรเลีย Pilbara Hydrogen Hub ออสเตรเลียลงทุนในโครงการไฮโดรเจนสีเขียวขนาดใหญ่ เช่น Pilbara Hydrogen Hub ซึ่งใช้พลังงานลมและแสงอาทิตย์

5. ซาอุดีอาระเบีย โครงการ Neom โครงการ Neom ในซาอุดีอาระเบีย เป็นหนึ่งในโรงงานผลิตไฮโดรเจนสีเขียวขนาดใหญ่ที่สุดในโลก โดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์และลมที่มีอยู่มากในพื้นที่

แนวโน้มในอนาคต

1. การขยายการผลิตไฮโดรเจนสีเขียว การผลิตไฮโดรเจนสีเขียวจะเติบโตขึ้นพร้อมกับการใช้พลังงานหมุนเวียนที่ต้นทุนต่ำและแพร่หลาย

2. การพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานไฮโดรเจน การลงทุนในโครงสร้างพื้นฐาน เช่น สถานีเติมเชื้อเพลิง ท่อส่ง และระบบกักเก็บ จะช่วยเร่งการใช้งานไฮโดรเจน

3. การลดคาร์บอนในอุตสาหกรรม อุตสาหกรรมที่ยากต่อการลดคาร์บอน เช่น เหล็ก ปูนซีเมนต์ และเคมีภัณฑ์ เริ่มหันมาใช้ไฮโดรเจนในกระบวนการผลิต

4. ไฮโดรเจนในระบบขนส่ง ยานยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน (FCVs) เป็นอีกทางเลือกหนึ่งของยานยนต์ไฟฟ้า โดยเฉพาะในยานพาหนะหนักและการเดินทางไกล

5. การค้าระหว่างประเทศ ไฮโดรเจนมีแนวโน้มที่จะกลายเป็นสินค้าโภคภัณฑ์ที่มีการค้าขายระดับโลก โดยประเทศต่าง ๆ กำลังเตรียมความพร้อมในการเป็นผู้ส่งออก

6. การบูรณาการกับระบบพลังงานหมุนเวียน ไฮโดรเจนสามารถกักเก็บพลังงานส่วนเกินจากพลังงานหมุนเวียนและปล่อยออกมาเมื่อจำเป็น

7. การพัฒนาเทคโนโลยีไฮโดรเจน การพัฒนาเช่น อิเล็กโทรไลเซอร์ประสิทธิภาพสูง ตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่ ๆ และวิธีการกักเก็บที่มีประสิทธิภาพกำลังเกิดขึ้น

พลังงานไฮโดรเจนเป็นกุญแจสำคัญในยุคพลังงานสะอาด ด้วยศักยภาพในการลดมลพิษและเพิ่มความยั่งยืน หากความร่วมมือด้านเทคโนโลยี นโยบาย และการลงทุนก้าวหน้า พลังงานไฮโดรเจนจะกลายเป็นพลังงานหลักในการบรรลุเป้าหมายสภาพภูมิอากาศของโลก

. . .
บทความล่าสุด : www.mitrearth.org
เยี่ยมชม facebook : มิตรเอิร์ธ – mitrearth