สถานการณ์ โลกในปัจจุบันเรื่องราวเกี่ยวกับพลังงานเชื้อเพลิงและสิ่งแวดล้อม จัดเป็นประเด็นร้อนที่ทุกฝ่ายต่างให้ความสำคัญและหันมาเอาใจใส่กันมากขึ้น
ไฮโดรเจน: พลังงานทดแทนที่น่าสนใจในปัจจุบัน
รศ. ดร. สุบัณฑิต นิ่มรัตน์
ภาควิชาจุลชีววิทยา และโครงการวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม
คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยบูรพา
สถานการณ์โลกในปัจจุบันเรื่องราวเกี่ยวกับพลังงานเชื้อเพลิงและสิ่งแวดล้อม จัดเป็นประเด็นร้อนที่ทุกฝ่ายต่างให้ความสำคัญและหันมาเอาใจใส่กันมากขึ้น การขาดแคลนพลังงานเป็นปัญหาสำคัญที่ส่งผลกระทบไปทั่วโลก โดยเฉพาะน้ำมันซึ่งเป็นเชื้อเพลิงที่สำคัญเริ่มมีปริมาณลดลงและนับวันยิ่งมี ราคาแพงขึ้น การแสวงหาแหล่งพลังงานใหม่มาทดแทนจึงเป็นแนวทางที่ทุกฝ่ายหันมาให้ความสนใจ ในวันนี้ดิฉันมีพลังงานทางเลือกใหม่ที่น่าสนใจเป็นอย่างยิ่งมาแนะนำท่านผู้ ฟัง หลายท่านคงอาจเคยรู้จักมาบ้างแล้ว นั่นคือ พลังงานไฮโดรเจน ค่ะ
พลังงานไฮโดรเจนเป็นเทคโนโลยีที่ค่อนข้างใหม่ในปัจจุบันอาจยังมีผู้รู้จัก กันไม่แพร่หลายมากนัก แต่น่าสนใจเนื่องจากมีจุดเด่นที่เป็นพลังงานที่หาได้จากธรรมชาติ และยังเป็นพลังงานสะอาดที่ช่วยลดภาวะโลกร้อนและมลพิษจากไอเสียที่เกิดจากการ ใช้น้ำมันเป็นเชื้อเพลิงอีกด้วย เนื่องจากพลังงานชนิดนี้มีต้นกำเนิดมาจากน้ำบริสุทธิ์นั่นเอง ก่อนที่จะกล่าวถึงกระบวนการผลิตพลังงานเรามาทำความรู้จักกับ “ไฮโดรเจน” พระเอกของเรื่องกันก่อนค่ะ ไฮโดรเจน” จัดเป็นธาตุชนิดหนึ่งที่พบอยู่ในรูปของสารประกอบมากกว่ารูปอิสระ แหล่งสำคัญที่พบธาตุไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบ คือ น้ำและสารอินทรีย์ การจะนำไฮโดรเจนมาใช้จึงนำมาจากแหล่งที่พบธาตุนี้และหาได้ง่าย คือ น้ำ นั่นเอง โดยไฮโดรเจนถือได้ว่าเป็นพลังงานเชื้อเพลิงสำหรับการเผาไหม้ที่มี ประสิทธิภาพสูงสะอาดและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ได้รับการคาดหมายและยอมรับว่าจะเป็นแหล่งของพลังงานเชื้อเพลิงที่สำคัญอย่าง มากในอนาคต ในปัจจุบันนี้กระบวนการเปลี่ยนรูปสารไฮโครคาร์บอนด้วยไอน้ำ (Steam reforming of hydrocarbons) เป็นกระบวนการที่ใหญ่ที่สุดสำหรับการผลิตพลังงานไฮโดรเจน แต่ปัญหาหลักที่สำคัญมากของกระบวนการนี้คือ การปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในปริมาณมากซึ่งเป็นสาเหตุของสภาวะโลกร้อน หรือปรากฏการณ์เรือนกระจก นอกจากนี้แล้วยังประสบปัญหาการขาดแคลนแหล่งของไฮโดรคาร์บอนที่นำมาใช้ใน กระบวนการอีกด้วย ดังนั้นกระบวนการอื่นซึ่งเป็นทางเลือกใหม่ที่ปลอดภัย และสามารถผลิตพลังงานไฮโดรเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงควรได้มีการพัฒนาขึ้นเพื่อรองรับความต้องการพลังงานไฮโดรเจนในอนาคต
ไฮโดรเจนสามารถนำมาใช้ได้ทั้งเป็นเชื้อเพลิงและใช้สร้างพลังงานไฟฟ้า โดยการสร้างพลังงานไฟฟ้าจากไฮโดรเจนมีหลักการง่าย ๆ โดยเริ่มจากกระบวนการแยกก๊าซไฮโดรเจนจากโมเลกุลน้ำด้วยการผ่านกระแสไฟฟ้าลง ไปในน้ำ แล้วปล่อยก๊าซไฮโดรเจนที่แยกได้ให้วิ่งผ่านเซลล์เชื้อเพลิงซึ่งเป็นเยื่อ แปลงก๊าซไฮโดรเจนเป็นไฟฟ้าที่เรียกว่า เอ็มอีเอ (Membrane Electrode Assembly) ซึ่งเป็นเยื่อบางๆ ที่มีแผ่นพลาสติกโพลีเทตราฟลูออร์เอททีลีนอยู่ตรงกลาง ฉาบด้วยผ้าคาร์บอนที่มีผงแพลตินั่มเล็กระดับนาโนเคลือบจับในปริมาณที่พอ เหมาะ ซึ่งเมื่อก๊าซไฮโดรเจนวิ่งผ่านเยื่อนี้จะปลดปล่อยพลังงานไฟฟ้ามาให้เราใช้ งานได้โดยตรงโดยไม่ต้องผ่านแบตเตอรี่ ในปัจจุบันได้มีการพัฒนามาใช้กับรถยนต์ ซึ่งมีการพัฒนารถยนต์ที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงในการเผาไหม้โดย ตรง และรถไฟฟ้าพลังงานไฮโดรเจน สำหรับการใช้พลังงานไฮโดรเจนเป็นแหล่งของเชื้อเพลิงโดยตรงในการขับเคลื่อนรถ ยนต์ มีหลักการสำคัญคือการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าด้วยเครื่องมือที่เรียกว่า รีแอกเตอร์ เครื่องนี้ทำงานโดยอาศัยพลังงานไฟฟ้า ซึ่งในการนำมาใช้กับรถยนต์จะประยุกต์ใช้ไฟฟ้ากระแสตรงจากแบตเตอรี่รถยนต์มา เป็นแหล่งพลังงานให้แก่เครื่องรีแอกเตอร์ โดยปกติแล้วแยกน้ำด้วยเครื่องรีแอกเตอร์นั้นจะเกิดความร้อนสูงซึ่งค่อนข้าง เป็นอันตราย แต่ในปัจจุบันได้มีการพัฒนาให้การแยกน้ำด้วยเครื่องรีแอกเตอร์ สามารถควบคุมความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพจนนำมาใช้กับรถยนต์ได้อย่าง ปลอดภัย ไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นจะนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงในการเผาไหม้ของเครื่องยนต์โดย ตรง อีกทั้งในการแยกน้ำจะเกิดไฮโดรเจนขึ้นทีละน้อยตามความต้องการของเครื่องยนต์ จึงไม่ต้องสำรองเก็บก๊าซไฮโดรเจนในถังความดันสูง ข้อดีของเทคโนโลยีนี้คือ วัตถุดิบราคาถูก เนื่องจากใช้น้ำเปล่าเป็นแหล่งวัตถุดิบ และที่สำคัญเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมเนื่องจากสิ่งที่เกิดขึ้นจากการเผาไหม้ คือ ไอน้ำ เพียงอย่างเดียว ส่วนรถไฟฟ้าพลังงานไฮโดรเจน ปัจจุบันประเทศไทยสามารถผลิตรถยนต์ไฟฟ้าพลังงานไฮโดรเจนที่วิ่งด้วยความเร็ว 100 กม.ต่อชั่วโมงที่เรียก ว่า “ไทยคาร์” ซึ่งเป็นรถยนต์ต้นแบบ เชื้อเพลิงที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนจากน้ำ คันแรกที่เป็นฝีมือของนักประดิษฐ์ชาวไทย โดย พล.อ.ท.มรกต ชาญสำรวจ อดีตเจ้ากรมสรรพาวุธทหารอากาศ เป็นการนำหลักการเปลี่ยนพลังงานไฮโดรเจนด้วยเซลล์เชื้อเพลิงให้เป็นพลังงาน ไฟฟ้าเพื่อใช้ในการขับเคลื่อนเครื่องยนต์ ดังที่กล่าวไปข้างต้น
ดังนั้นพลังงานไฮโดรเจนจึงเป็นอีกทาง เลือกหนึ่งที่สามารถนำมาใช้ทดแทนพลังงานดั้งเดิมได้ เนื่องจากคุณประโยชน์ในด้านต่างๆโดยสรุปดังนี้ (1) แหล่งพลังงานดั้งเดิมก่อให้เกิดก๊าซเรือนกระจก แต่พลังงานไฮโดรเจนเป็นพลังงานสะอาด ไม่ก่อให้เกิดก๊าซเรือนกระจก ดังนั้นจึงไม่ส่งผลให้เกิดภาวะเรือนกระจก (2) การเผาไหม้ของเชื้อเพลิงดั้งเดิม ไม่ว่าจะมาจากยานพาหนะหรือแหล่งอุตสาหกรรมต่าง ๆ ก่อให้ เกิดกลุ่มควันและฝุ่นละออง แต่พลังงานไฮโดรเจนไม่ก่อให้เกิดมลพิษทางอากาศเหล่านี้ (3) พลังงานไฮโดรเจนสามารถนำไปประยุกต์ใช้กับงานที่ต้องใช้พลังงานดั้งเดิมได้ เช่น ใช้เป็นเชื้อ เพลิงสำหรับครัวเรือน เครื่องยนต์สันดาปภายใน เครื่องกังหัน และเครื่องไอพ่น (4) ค่าพลังงานเชื้อเพลิงที่ได้จากไฮโดรเจนจะมากกว่าค่าพลังงานเชื้อเพลิงไฮโดร คาร์บอน และเชื้อ เพลิงจากแอลกอฮอร์ เช่น เมทานอลและเอทานอลถึง 2.5 และ 5 เท่า ตามลำดับ (5) ก๊าซไฮโดรเจนสามารถนำไปใช้กับเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel cell) ในการผลิตไฟฟ้า ซึ่งอยู่ระหว่างการพัฒนาและคาดว่าจะนำมาใช้อย่างกว้างขวางในอนาคตจากข้อมูล ทั้งหมดที่กล่าวไปข้างต้น ท่านผู้ฟังหลายท่านคงคิดเช่นเดียวกับดิฉันนะคะว่า พลังงานไฮโดรเจนนั้นนับเป็นพลังงานทางเลือกใหม่ที่น่าสนใจอย่างยิ่ง เนื่องจากมีข้อดีในด้านของค่าใช้จ่ายที่ถูก โดยไม่ต้องง้อน้ำมันที่ปัจจุบันมีราคาแพงขึ้นและไม่มีทีท่าที่จะลดลง และในด้านการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมที่ไม่ก่อให้เกิดมลพิษที่ส่งผลให้เกิดปัญหา โลกร้อนและมลพิษทางเสียง ซึ่งจะเป็นผลดีอย่างยิ่งหากรัฐบาลให้ความสำคัญและให้การสนับสนุน แต่สิ่งที่ต้องคำนึงถึงในการนำเทคโลยีพลังงานทางเลือกไฮโดรเจนใช้ คือ ความปลอดภัย เนื่องจากเป็นเทคโนโลยีที่ค่อนข้างใหม่ จึงควรต้องมีการศึกษาค้นคว้ากันต่อไปจนแน่ใจว่าปลอดภัยในการนำมาใช้ เพื่อป้องกันปัญหาที่อาจเกิดขึ้นในภายหลังได้
เอกสารอ้างอิง
จันทร์ เพ็ญ เมฆาอภิรักษ์. (2550). บทความพิเศษ: เซลล์พลังงาน “ไฮโดรเจน” ทางเลือกหนึ่งของของยุโรป. องค์การพิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์แห่งชาติ (National Science Museum) กระทรวงวิทยาศาสตร์และ เทคโนโลยี.
พลังงานไฮโดรเจน. (2552).เข้าถึงได้จาก https://www.jobpub.com/articles/showarticle.asp?id=1699
พลังงานไฮโดรเจนและเซลล์เชื้อเพลิง. (2548). เข้าถึงได้จาก https://www.pyo.nu.ac.th/Info/Term1-49/hp_contest49/1_21/web/la4.htm
พลังงานไฮโดรเจนไทยก้าวไกลไปอีกขั้น. (2008). Eduzones News Network ศูนย์ข่าวการศึกษาไทย.
Thai Fuel cell Car รถยนต์แห่งชาติ. (2551). เข้าถึงได้จาก https://www.dailynews.co.th