‘พลังงานไฮโดรเจน’ เส้นทางสู่ ‘อุตสาหกรรมปลอดคาร์บอน’
การประยุกต์ใช้พลังงานไฮโดรเจนในภาคอุตสาหกรรม การขนส่ง ระบบกักเก็บพลังงาน ขับเคลื่อนเส้นทางสู่อุตสาหกรรมปลอดคาร์บอน
ปัจจุบัน พลังงานไฮโดรเจน ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางในการนำมาประยุกต์ใช้กับภาคอุตสาหกรรมหลากหลาย อย่างไรก็ตาม การนำพลังงานไฮโดรเจนมาใช้ยังต้องเผชิญกับความท้าทายสำคัญ ในด้านต้นทุนที่สูงกว่าพลังงานจากเชื้อเพลิงฟอสซิล
ดังนั้น การนำไฮโดรเจนมาใช้ในระยะเริ่มต้นควรมุ่งเน้นไปที่ ภาคอุตสาหกรรมที่มีความจำเป็นต้องใช้ไฮโดรเจนในกระบวนการผลิต หรือ ไม่มีทางเลือกอื่นที่สามารถทดแทนได้ ซึ่งภาคส่วนเหล่านี้มักถูกเรียกว่า Hard-to-abate sectors
ทำความรู้จัก Hard-to-abate Sectors
อุตสาหกรรมที่ลดการปล่อยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) ได้ยาก หรือ Hard-to-abate Sector เป็นผลมาจากปัจจัยต่างๆ เช่น มีความต้องการใช้พลังงานความร้อนที่อุณหภูมิสูง หรือการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับกระบวนการผลิต ซึ่งไม่สามารถใช้พลังงานไฟฟ้าทดแทนได้อย่างมีประสิทธิภาพ เช่น การให้ความร้อนอุณหภูมิสูงในกระบวนการ เช่น การผลิตปูนซีเมนต์
หรือใช้งานในภาคส่วนที่ใช้งานไฮโดรเจนเป็นสารตั้งต้นในกระบวนการ (Feedstock) อุตสาหกรรมโรงกลั่นและปิโตรเคมี อุตสาหกรรมเหล็ก และการผลิตปุ๋ย เป็นต้น โดยไฮโดรเจนส่วนใหญ่ในปัจจุบันผลิตจาก ก๊าซธรรมชาติ ซึ่งมีการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในปริมาณมาก ดังนั้น ภาคอุตสาหกรรมเหล่านี้ จึงเป็นกลุ่มเป้าหมายหลัก สำหรับการนำไฮโดรเจนคาร์บอนต่ำมาใช้เพื่อลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ หรือก๊าซเรือนกระจก
การประยุกต์ใช้ไฮโดรเจนในภาคอุตสาหกรรม
- ภาคขนส่ง
การเปลี่ยนผ่านจากพลังงานฟอสซิลไปสู่พลังงานสะอาด นับเป็นแนวโน้มสำคัญของอุตสาหกรรมยานยนต์ ซึ่งยานยนต์พลังงานไฟฟ้าเป็นทางเลือกหลักที่ช่วยลดการปล่อยมลพิษ โดยแบ่งออกเป็น 2 ประเภทหลัก ได้แก่ Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV) หรือ รถยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง ที่ใช้ไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงาน โดยเปลี่ยนเป็นไฟฟ้าผ่านเซลล์เชื้อเพลิง และ Battery Electric Vehicle (BEV) หรือ รถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่ ที่ใช้พลังงานไฟฟ้าที่เก็บไว้ในแบตเตอรี่โดยตรง
ปัจจุบันยานยนต์ไฟฟ้าทั้งสองประเภท กำลังได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง โดย BEV มีการใช้งานอย่างแพร่หลายมากกว่า เนื่องจากโครงสร้างพื้นฐานที่พร้อมรองรับ มีสถานีชาร์จที่สะดวกและครอบคลุม โดยเฉพาะสำหรับการใช้งานในเมืองที่มีระยะการเดินทางใกล้ถึงปานกลาง
อย่างไรก็ตาม BEV มีข้อจำกัดสำคัญที่ทำให้ไม่เหมาะกับการขนส่งระยะไกล เช่น ระยะทางจำกัดต่อการชาร์จหนึ่งครั้ง ใช้เวลาชาร์จแบตเตอรี่ที่ค่อนข้างนาน และแบตเตอรี่หนัก มีขนาดใหญ่ ส่งผลให้พื้นที่ใช้สอยจำกัด และบรรทุกน้ำหนักสินค้าได้น้อยลง
ขณะที่ FCEV สามารถแก้ไขข้อจำกัดเหล่านี้ได้ เนื่องจากระยะทางวิ่งไกลกว่ามากต่อการเติมหนึ่งครั้ง การใช้เวลาเติมเชื้อเพลิงเร็วกว่าการชาร์จแบตเตอรี่ และใช้ถังบรรจุไฮโดรเจนแทนแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ ทำให้บรรทุกน้ำหนักได้มากกว่า
ดังนั้น ยิ่งระยะทางไกลขึ้น และน้ำหนักในการบรรทุกสินค้ามากขึ้นเท่าไร รถ FCEV ก็ยิ่งแสดงข้อได้เปรียบและมีความเหมาะสมในการใช้งานมากยิ่งขึ้นเท่านั้น ด้วยเหตุนี้ FCEV จึงเหมาะสมสำหรับการขนส่งสินค้าระยะไกลอย่างมีประสิทธิภาพ และไม่ปล่อยก๊าซเรือนกระจกออกสู่สิ่งแวดล้อม
หากมองไปในอนาคต คาดว่า FCEV จะมีต้นทุนต่ำกว่า BEV ทำให้ไฮโดรเจนจะกลายเป็นเทคโนโลยีสำคัญที่ช่วยให้การเดินทางเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น ซึ่งการพัฒนาเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงและโครงสร้างพื้นฐาน เช่น สถานีเติมไฮโดรเจน จะเป็นปัจจัยสำคัญที่กำหนดทิศทางของอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้าอย่างยั่งยืน
- ระบบกักเก็บพลังงาน
ระบบกักเก็บพลังงาน (Energy Storage System: ESS) คือ เทคโนโลยีที่ใช้ในการสะสมพลังงานที่ผลิตได้จากแหล่งต่าง ๆ โดยเฉพาะจากพลังงานหมุนเวียน เช่น แสงอาทิตย์ ลม และน้ำ เพื่อสำรองไว้ใช้ในช่วงเวลาที่แหล่งผลิตพลังงานไม่สามารถจ่ายไฟได้ตามความต้องการ
ทั้งนี้ ระบบ ESS จะช่วยเพิ่มความมั่นคงให้กับการใช้พลังงาน โดยกักเก็บพลังงานส่วนเกินที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาที่มีการผลิตมากกว่าความต้องการใช้ และจัดเก็บในรูปแบบต่าง ๆ เช่น พลังงานไฟฟ้าเคมี พลังงานไฟฟ้า หรือพลังงานเชิงกล ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีที่เลือกใช้
จากนั้น เมื่อเกิดภาวะพลังงานขาดแคลน หรือเมื่อความต้องการใช้พลังงานสูง ระบบจะทำการแปลงพลังงานที่สะสม กลับมาใช้งานในรูปแบบของ พลังงานไฟฟ้าเพื่อความสะดวกในการส่งผ่านและใช้งานต่อในระบบไฟฟ้า
หนึ่งในเทคโนโลยีสำคัญที่ได้รับความสนใจสำหรับการกักเก็บพลังงานสะอาด คือ แบตเตอรี่ และ ไฮโดรเจน ซึ่งแต่ละเทคโนโลยีมีหลักการทำงานและข้อได้เปรียบที่แตกต่างกัน
จะเห็นได้ว่าระบบแบตเตอรี่ (BESS) เหมาะสำหรับการเก็บพลังงานระยะสั้นถึงปานกลาง (ตั้งแต่ไม่กี่ชั่วโมงถึงหลายชั่วโมง) เช่น ระบบโซลาร์เซลล์ภายในบ้าน ระบบสำรองไฟระยะสั้น เป็นต้น แต่ไม่เหมาะสำหรับการเก็บพลังงานในระยะยาว เนื่องจากมีการคายประจุ (สูญเสียพลังงาน) และมีต้นทุนสูง เมื่อขยายขนาดการเก็บพลังงานขนาดใหญ่
ขณะที่ระบบไฮโดรเจน (HESS) เหมาะสำหรับการเก็บพลังงานระยะยาว หรือการเก็บพลังงานตามฤดูกาล เพราะไม่มีการสูญเสียพลังงานในระหว่างที่เก็บพลังงานเป็นระยะเวลานาน รวมถึงการใช้ในระบบสำรองไฟที่ต้องการความต่อเนื่องยาวนาน เช่น ศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ โรงพยาบาล หรือระบบสำรองไฟในพื้นที่ห่างไกล และพื้นที่ที่ไม่เชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าหลัก (Off-grid) หรือพื้นที่ห่างไกลที่มีการใช้พลังงานหมุนเวียน
อย่างไรก็ตาม แนวทางสำหรับระบบกักเก็บพลังงานที่มีความยั่งยืนมากที่สุด คือ การผสมผสานเทคโนโลยีเข้าด้วยกันอย่างเหมาะสม โดยใช้แบตเตอรี่เพื่อรองรับความต้องการพลังงานในช่วงสั้นถึงกลาง และใช้เทคโนโลยีไฮโดรเจนในการเพิ่มเสถียรภาพของระบบในระยะยาว ซึ่งจะตอบโจทย์การใช้งานในพื้นที่ที่อยู่นอกระบบสายส่งหลักหรือ off-grid
ความปลอดภัยของพลังงานไฮโดรเจน
ไฮโดรเจน (H2) เป็นก๊าซที่มีคุณสมบัติน้ำหนักเบา โดยเบากว่าก๊าซธรรมชาติถึง 8 เท่า ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น และแม้จะเป็นก๊าซไวไฟ แต่กลับปลอดภัยกว่าที่หลายคนเข้าใจ ในกรณีที่เกิดการรั่วไหล ไฮโดรเจนจะลอยขึ้นสู่อากาศอย่างรวดเร็ว ไม่สะสมอยู่ในพื้นที่ต่ำ ซึ่งสามารถลดความเสี่ยงจากการเกิดอุบัติเหตุจากการสะสมของก๊าซในพื้นที่ปิดได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ด้วยคุณสมบัติที่ปลอดภัยและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมนี้ ไฮโดรเจนจึงได้รับความนิยมในการนำมาใช้เป็น พลังงานสะอาด ทั้งในภาคอุตสาหกรรม ยานยนต์ และการผลิตไฟฟ้า โดยเฉพาะในเทคโนโลยีรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน ซึ่งมีมาตรฐานด้านความปลอดภัยเทียบเท่ากับระบบเชื้อเพลิงก๊าซธรรมชาติ (NGV) หรือ ก๊าซปิโตรเลียมเหลว (LPG) ทั้งในด้านการจัดเก็บ การขนส่ง และการควบคุมการรั่วไหล
อย่างไรก็ตาม ความท้าทายที่สำคัญในปัจจุบัน ไม่ได้มาจากข้อจำกัดทางเทคนิค แต่เป็นเรื่องของต้นทุน ทั้งในด้านราคาของเชื้อเพลิงไฮโดรเจน และค่าใช้จ่ายในการลงทุนสำหรับสถานีเติมเชื้อเพลิง
ความปลอดภัยในการใช้ไฮโดรเจนภาคขนส่ง
- การพัฒนาเทคโนโลยี : ปัจจุบันมีการติดตั้งสถานีเติมไฮโดรเจน กว่า 900 สถานีทั่วโลก และ ผู้ผลิตรถยนต์ได้ลงทุนนวัตกรรมในการพัฒนาเทคโนโลยีไฮโดรเจนอย่างต่อเนื่อง โดยมุ่งเน้นการออกแบบรถยนต์ให้มีประสิทธิภาพสูงสุด พร้อมมาตรการด้านความปลอดภัยที่เข้มงวด เพื่อให้ผู้ใช้มั่นใจในทุกการเดินทาง
- การเติมเชื้อเพลิง: การเติมไฮโดรเจนต้องทำที่สถานีเติมเชื้อเพลิงที่ได้รับการรับรองและมีมาตรฐานความปลอดภัยสูง
- การบำรุงรักษา: การบำรุงรักษารถยนต์ไฮโดรเจนควรทำโดยช่างที่มีความเชี่ยวชาญและได้รับการฝึกอบรมเฉพาะทาง
สำหรับประเทศไทย ไฮโดรเจนได้มีการใช้งานมาอย่างยาวนาน โดยเฉพาะในภาคอุตสาหกรรม เช่น โรงกลั่นน้ำมัน และโรงงานเคมี ซึ่งแสดงให้เห็นถึงประสบการณ์และความชำนาญในการจัดการกับก๊าซไฮโดรเจนอย่างมีประสิทธิภาพ
ดังนั้น ไฮโดรเจนจึงไม่ใช่เรื่องใหม่และไม่ใช่สิ่งที่เราเริ่มต้นจากศูนย์ พลังงานไฮโดรเจนไม่เพียงแต่ปลอดภัย แต่ยังเป็นพลังงานสะอาดที่สามารถขับเคลื่อนการใช้พลังงานสู่ความยั่งยืน และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
อ่านข่าวเพิ่มเติม
- รายงานชี้ ปี 67 'ภาคพลังงานโลก' ปล่อยก๊าซคาร์บอนพุ่งทุบสถิติ ปีที่ 4 ต่อเนื่อง
- 'GULF-PTT Tank' เซ็นสัญญาพัฒนาท่าเรือก๊าซมาบตาพุดระยะ 3 เสริมแกร่งความมั่นคงพลังงานไทย
- 'โลกร้อน' ทุบสถิติ 10 เดือนติด! นักวิทย์เตือน อาจคุกคามชีวิตมนุษยชาติ
ติดตามเราได้ที่