สิริชนก  จันทร์ใบ
ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล  คณะวิศวกรรมศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

อัลคาไลน์อิเล็กโตรไลเซอร์จะอาศัยของเหลวเป็นสารละลายตัวกลาง โดยปกติสารละลายชนิดที่นิยมใช้กันจะต้องผสมด้วยโปแตสเซียมไฮดรอกไซด์อยู่อย่างน้อย 25% ในประเทศนอร์เวย์มีการผลิตไฮโดรเจนด้วยอัลคาไลน์อิเล็กโตรไลเซอร์มานานแล้ว ซึ่งที่ Norsk Hydro ระหว่างปี ค.ศ. 1928–1988 มีการใช้อิเล็กโตรไลเซอร์ผลิตไฮโดรเจนเพื่อนำไปผลิตแอมโมเนียอีกที

บริษัท Norsk Hydro Electrolysers (NHE) ถือได้ว่าเป็นผู้นำด้านการผลิตอิเล็กโตรไลเซอร์แบบอัลคาไลน์ไปแล้ว อิเล็กโตรไลเซอร์บางชนิดของ NHE ให้ประสิทธิภาพสูงถึง 80% (High Heating Value) ประสิทธิภาพเป็นตังบ่งชี้สำคัญอย่างหนึ่งของกระบวนการอิเล็กโตรไลซิส เพราะว่าการใช้พลังงานแค่ประมาณ ~4.5 (kWh/NM3H2) กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อแอมโมเนียไฮดรอกไซด์มีผลอย่างมากกับราคาต้นทุนการดำเนินการของโรงผลิต  

แล้วต้นทุนที่ให้กับค่าไฟฟ้าควรมีสัดส่วนมากน้อยเท่าไหร่กัน ? ทั้งนี้ทาง NHE ได้ประมาณสัดส่วนไว้ที่  2/3 ของวงเงินในดำเนินการทั้งหมด อิเล็กโตรไลเซอร์อัลคาไลน์ จะให้ประสิทธิภาพสูงสุดเมื่อทำงานในภาวะอัตราการผลิตต่ำ ๆ เพราะจะใช้กระแสไฟฟ้าในอัตราที่ต่ำ ดังนั้นในแง่เศรษฐศาสตร์แล้วความลงตัวคงขึ้นอยู่กับปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ใช้ ราคาวัตถุดิบในการผลิต และปริมาณความต้องการของไฮโดรเจน

ค่าความจุความร้อน Heating Value คือพลังงานความร้อนที่ได้จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงบ่งบอกเป็นค่าสูงและต่ำ ค่าสูงแสดงถึงความร้อนทั้งหมดของเชื้อเพลิงส่วนค่าต่ำจะถูกลบออกด้วยค่าความร้อนแฝงซึ่งเป็นพลังงานส่วนที่ใช้ไปในการกลั่นตัวของน้ำ ดังนั้นค่าประสิทธิภาพของเซลล์เชื้อเพลิงจะคำนวณจากค่าความจุความร้อนต่ำ เช่น กำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้/ค่าความจุความร้อนต่ำ x 100 ได้ผลรับเป็น % แต่ในกระบวนการอิเล็กโตรไลซิสจะใช้ค่าความจุความร้อนสูงคำนวณ

กลุ่มบริษัท NHE และ GHW (Gesellschaft für Hochleistungwasserelektrolyseure) ได้ร่วมกันพัฒนาระบบอิเล็กโตรไลซิสขนาดกะทัดรัด ที่สามารถผลิตไฮโดรเจนให้ได้ในปริมาณเทียบเท่ากับพลังงานจากน้ำมันที่จุได้ในปั๊มขนาดมาตรฐาน โดยผลิตภัณฑ์ที่ได้จะอยู่ภายใต้ความดัน 30 บาร์ (bar) 

นอกจากนี้ยังมีบริษัท Stuart Energy หนึ่งในผู้ผลิตชั้นนำอีกรายที่ได้ทำการพัฒนาต้นแบบอิเล็กโตรไลเซอร์ขนาดครัวเรือน ที่จุอุปกรณ์ทุกอย่างอยู่ในกล่องสีเทาขนาดเล็กพร้อมด้วยคอมเพรสเซอร์

เป็นอิเล็กโตรไลเซอร์ที่ใช้เยื่อโพลิเมอร์ทำหน้าที่เป็นตัวอิเล็กโตรไลต์ เทคโนโลยีหลัก ๆ ของเซลล์เชื้อเพลิง PEM สามารถนำมาปรับใช้ได้กับอิเล็กโตรไลเซอร์ PEM ซึ่งได้รับประโยชน์เป็นอย่างมากจากการที่เซลล์เชื้อเพลิง PEM ได้เข้าสู่ส่วนการผลิตแบบ Mass Production แล้ว (การผลิตในปริมาณมากให้ราคาที่ถูกลง)

ถึงแม้ว่าอิเล็กโตรไลเซอร์ PEM จะเป็นเทคโนโลยีที่ค่อนข้างใหม่กว่าถ้าเทียบกับอัลคาไลน์อิเล็กโตรไลเซอร์ แต่ก็ทำยอดขายได้ดีระดับหนึ่ง และมีเฟกเตอร์ประสิทธิภาพสูงถึง 94% ทั้งนี้ยังเป็นเพียงทฤษฎีเท่านั้น ปัจจุบันนี้แฟกเตอร์ประสิทธิภาพของอิเล็กโตรไลเซอร์ PEM ยังต่ำกว่าอิเล็กโตรไลเซอร์อัลคาไลน์ชนิดที่ดีที่สุด แต่อิเล็กโตรไลเซอร์ PEM สามารถทำงานร่วมกับแหล่งพลังงานหมุนเวียนได้ดี  

ถึงแม้ว่าปริมาณไฟฟ้าจะขึ้น ๆ ลง ๆ ไม่คงที่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหมาะกับโรงผลิตขนาดเล็กที่มีความต้องการปริมาณผลผลิตไม่คงที่ ในขณะที่อิเล็กโตรไลเซอร์อัลคาไลน์จะโดดเด่นกว่าและให้ประโยชน์มากกว่าเมื่อสร้างเป็นระบบขนาดใหญ่ซึ่งต่อตรงกับโรงไฟฟ้า

ชนิดที่สามของอิเล็กโตรไลเซอร์ที่เรียกกันว่า อิเล็กโตรไลเซอร์ไอน้ำจะใช้เซรามิกเป็นขั้วอิเล็กโตรดในการนำไอออน อิเล็กโตรไลเซอร์ไอน้ำให้แฟกเตอร์ประสิทธิภาพที่สูงมาก แต่ในขณะนี้ยังไม่สามารถทำเป็นเชิงการค้าได้ [Nytek 2000]

ทั้งนี้ อิเล็กโตรไลเซอร์ไอน้ำชนิดทรงกระบอกซึ่งสามารถต่อเพิ่มเซลล์เข้าไปได้เป็นชั้น ๆ ยังอยู่ในขั้นวิจัยและพัฒนาในห้องทดลองของ Lawrence Livermore National Laboratory สหรัฐอเมริกา ส่วนในประเทศเยอรมนีมีอิเล็กโตรไลเซอร์ไอน้ำอีกชนิดคือ “Hot Elly” ที่ให้ประสิทธิภาพสูงถึง 92% [NREL 2000]

แทนที่จะต้องแปลงแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าก่อนแล้วจึงนำพลังงานไฟฟ้ามาผลิตไฮโดรเจนได้นั้น น่าจะมีวิธีการรวบสองขั้นตอนดังกล่าวเข้าด้วยกัน 

เซลล์แสงอาทิตย์ (Photovoltaic Cell)  น่าจะเป็นทางออก เพราะสาร Catalyst หรือตัวเร่งปฏิกิริยาภายใน ทำหน้าที่เสมือนเป็นอิเล็กโตรไลเซอร์ในการแตกตัวน้ำเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนได้ ณ บริเวณผิวหน้าของเซลล์โดยตรง   จากหลักการดังกล่าวมีแนวโน้มที่จะผลิตเป็นเชิงการค้าได้จริง

ระบบดังกล่าวจะมีข้อดีตรงที่ไม่ต้องการอิเล็กโตรไลเซอร์  ทั้งยังน่าจะให้ประสิทธิภาพในการผลิตที่สูง จากข้อมูลผลการทดลองจริงบนเซลล์ซิลิกอนกับแสงอาทิตย์ธรรมชาติได้ค่าประสิทธิภาพที่ 7.8% ดังนั้นงานวิจัยต่อยอดต้องเป็นการพัฒนาเพื่อเพิ่มแฟกเตอร์ประสิทธิภาพให้สูงขึ้น และต้องออกแบบให้เซลล์มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น [DOE 2000], [Turner 1999]

การแตกตัวโมเลกุลน้ำด้วยพลังงานความร้อน

ในโรงผลิตพลังงานความร้อนแสงอาทิตย์ที่อาศัยตัวดักแสงอย่างเช่น Solar Two เป็นโรงผลิตที่มีขนาดกำลัง 10 MW ตั้งอยู่ในแคลิฟอร์เนีย มีอุณหภูมิในการทำงานสูงถึง 3,000 ^๐C สำหรับอุณหภูมิในการแตกตัวของน้ำต้องสูงกว่า 2,000 ^๐C จึงจะทำให้น้ำเกิดการแตกตัวเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน การใช้พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์นับว่าเป็นวิธีการผลิตไฮโดรเจนที่น่าสนใจและมีต้นทุนไม่สูงนัก

ทั้งนี้ในงานวิจัยมุ่งค้นหาตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อช่วยปรับลดอุณหภูมิของการแตกตัวให้ต่ำลง แต่ปัญหาหลัก ๆ ของกระบวนการนี้คือ ขั้นตอนการแยกก๊าซไฮโดรเจนและออกซิเจนออกจากกัน  เพราะต้องทำ ณ ภาวะอุณหภูมิสูง ๆ เพื่อป้องกันไม่ให้ก๊าซเกิดการรวมตัวกันใหม่ จะส่งผลให้ได้ค่าแฟกเตอร์ประสิทธิภาพไม่คงที่

การแยกสกัดก๊าซจากไบโอแมสด้วยกระบวนแก๊สซิฟิเคชั่น 

ทั้งนี้ไฮโดรเจนยังสามารถแยกสกัดได้จากวัตถุดิบที่เป็นไบโอแมส เช่น ผลผลิตจากป่าไม้ เปลือกไม้ ขยะแห้งขยะเปียกจากชุมชน ด้วยกระบวนการแก๊สซิฟิเคชั่น

ในหนึ่งหน่วยน้ำหนักของไบโอแมสจะมีไฮโดรเจนผสมอยู่เพียง 6- 6.5% หรือเท่ากับปริมาณไฮโดรเจนที่สกัดได้จากก๊าซธรรมชาติที่หนักเพียง 1/4 ของหน่วยน้ำหนักไบโอแมส [PYNE 8/1999] กระบวนการผลิตไฮโดรเจนจากไบโอแมสจะคล้ายคลึงกับกระบวนการผลิตไฮโดรเจนจากเชื้อเพลิงฟอสซิล โดยภายใต้ภาวะอุณหภูมิสูง ๆ ไบโอแมสจะแตกตัวเป็นก๊าซไฮโดรเจน (H2) คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) และ มีเธน (CH4)

หลังจากนั้นมีเทนจะถูกนำไปผ่านไอน้ำเพื่อแยกสกัดเป็นไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์อีกรอบ ส่วนคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ที่ได้จะถูกส่งไปยังกระบวนการ “Shift Process” อีกต่อ เพื่อสกัดให้ได้ปริมาณไฮโดรเจนเพิ่มขึ้น จนได้ผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่เป็นไฮโดรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ แต่ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ได้จากวัตถุดิบไบโอแมสจะถือว่ามีความเป็นกลางต่อชั้นบรรยากาศเพราะไม่ได้เป็นการเพิ่มก๊าซก่อภาวะเรือนกระจกแต่อย่างใด

นอกจากนี้ยังสามารถนำก๊าซมาผสมเพื่อนำไปใช้ในการผลิตไฟฟ้าในเซลล์เชื้อเพลิงได้อีกทอด ดังนั้นกระบวนการแก๊สซิฟิเคชั่น สามารถต่อเพิ่มเข้าไปในระบบผลิตไฟฟ้าจากไบโอแมสหรือขยะ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้าให้สูงขึ้นได้ถึง 30% ซึ่งระบบธรรมดาไม่สามารถทำได้ [Nytek 2000]

เตาปฏิกรณ์สำหรับกระบวนการแก๊สซิฟิเคชั่นได้รับการพัฒนาขึ้นมาครั้งแรกเพื่อใช้ในการสกัดเมธานอลจากไบโอแมส ซึ่งเตานี้สามารถใช้ผลิตไฮโดรเจนได้เช่นกัน โดยเฉพาะประเภทที่ใช้อากาศแทนออกซิเจนจะมีความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์มากกว่า [Ogden & Nitsch 1993]

หรืออีกกระบวนการหนึ่งที่ได้รับการพัฒนาขึ้นที่ NREL สหรัฐอเมริกา เพื่อใช้ในการสกัดน้ำมันชีวภาพจากไบโอแมส เป็นกระบวนการให้ความร้อนแก่ไบโอแมสในภาวะสุญญากาศ (ไพโรไลซิส) โดยน้ำมันชีวภาพสามารถนำไปแยกสกัดเป็นไฮโดรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ได้อีกที

ถ้าเปรียบเทียบน้ำมันชีวภาพกับน้ำมันเชื้อเพลิง (ฟอสซิล) จะพบว่ามีส่วนประกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน เมื่อแตกตัวจะให้สารผลิตภัณฑ์ต่างชนิดกัน แต่ทั้งนี้จะให้ไฮโดรเจนออกมาเหมือนกัน ข้อดีอีกอย่างของการใช้น้ำมันชีวภาพคือ แทนที่จะต้องขนส่งไบโอแมสในปริมาณมาก ๆ ก็ขนส่งน้ำมันชีวภาพแทน ซึ่งสามารถขนส่งด้วยรถน้ำมันเพื่อนำไปส่งให้แก่สถานีย่อยเพื่อแปลงน้ำมันชีวภาพให้เป็นไฮโดรเจน

ดังนั้นน้ำมันชีวภาพนอกจากจะขายได้โดยตรงแล้ว ยังสามารถนำมาทำเป็นวัตถุดิบในการผลิตไฮโดรเจนที่แข่งกับไฮโดรเจนจากก๊าซธรรมชาติได้สบาย โดยเฉพาะในเขตพื้นที่ที่โครงสร้างการขนถ่ายและจัดจำหน่ายก๊าซธรรมชาติยังไม่มีความพร้อม ไฮโดรเจนจากชีวภาพนี้อาจจะมีราคาถูกกว่าไฮโดรเจนจากก๊าซธรรมชาติก็เป็นได้

การผลิตไฮโดรเจนด้วยกระบวนการชีวภาพ

กระบวนการสังเคราะห์แสงนับได้ว่าเป็นรากฐานสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตจำนวนมากบนโลกใบนี้ โดยขั้นตอนแรกของกระบวนการสังเคราะห์แสงคือการแยกน้ำให้เป็นออกซิเจนกับไฮโดรเจน  

ไฮโดรเจนเมื่อผสมกับคาร์บอนไดออกไซด์จะกลายสภาพเป็นคาร์โบไฮเดรตตามที่พืชต้องการ ดังนั้นแนวความคิดเรื่องการใช้แสงอาทิตย์แยกน้ำก็ไม่ใช่แนวความคิดใหม่แต่อย่างใด เพราะกระบวนการนี้มีมาตั้งแต่สมัยก่อกำเนิดของชั้นบรรยากาศ และยังเป็นขั้นตอนสำคัญสำหรับการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตเกือบทั้งหมดบนโลกใบนี้

แต่ลำพังแค่แสงอาทิตย์ก็ไม่สามารถจะแยกน้ำได้เช่นกัน ต้องอาศัยส่วนประกอบเล็ก ๆ ในสิ่งมีชีวิตช่วยให้เกิดการสังเคราะห์แสง แต่กระบวนการนี้ในพืชจะแปรไฮโดรเจนเป็นคาร์โบไฮเดรตทันที ดังนั้นต้องค้นหาสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นที่จะสร้างไฮโดรเจนออกมาได้โดยตรง และแล้วในปี ค.ศ. 1896 ก็มีการค้นพบสาหร่าย ฟ้า-เขียว (Blue-green algae: “Anabaena”) ที่สามารถผลิตไฮโดรเจนได้เมื่อบรรจุในภาชนะแก้วปิดแล้วนำไปตากแดด 

ในทางทฤษฎีแล้วสาหร่ายชนิดนี้สามารถผลิตไฮโดรเจนได้ค่าประสิทธิภาพสูงถึง 25% แต่ปัญหาก็คือไฮโดรเจนที่ได้มาพร้อมกับออกซิเจน ดังนั้นออกซิเจนจะรวมตัวกับไฮโดรเจนเป็นเอนไซม์ไฮโดรจีแนส (Enzyme Hydrogenase) จึงเหลือก๊าซไฮโดรเจนจริง ๆ ไม่มากนัก

ทีมนักวิจัยจากห้องทดลองของมหาวิทยาลัย Berkeley แคลิฟอร์เนีย ร่วมกับห้องทดลองเพื่อการพลังงานทดแทนแห่งชาติสหรัฐอเมริกา ได้รายงานว่า ถ้านำสาหร่ายเขียว (Chlamydomonas Reinhardt of Sulphates) มาอดอาหาร (จำกัดอาหาร) จะทำให้โครงสร้างโปรตีนของสาหร่ายเปลี่ยนไปและจะไม่ผลิตออกซิเจนในขณะสังเคราะห์แสง

แต่โครงสร้างโปรตีนใหม่จะปรับเปลี่ยนวิธีการสังเคราะห์แสงที่ผลิตได้เฉพาะไฮโดรเจน สาหร่ายสามารถผลิตไฮโดรเจนได้ต่อเนื่องเป็นระยะเวลา 4 วันติดต่อกัน จึงจะถึงเวลาที่ต้องนำสาหร่ายคืนสู่การสังเคราะห์แสงแบบปกติเพื่อให้โครงสร้างโปรตีนคืนตัว

ดังนั้นถึงแม้ว่าจะสามารถใช้สาหร่ายได้ซ้ำแล้วซ้ำอีกแต่ทั้งนี้เพื่อความสดใหม่และเพื่อประสิทธิภาพในการทำงานที่ดีที่สุด จึงจำเป็นต้องมีการเปลี่ยนถ่ายชุดของสาหร่ายอย่างสม่ำเสมอ หลังจากเลิกใช้สาหร่ายเพื่อการผลิตไฮโดรเจนแล้วสามารถนำไปเป็นอาหารสัตว์ชั้นดีที่อุดมไปด้วยโปรตีน

ผลสำเร็จสูงสุดในขณะนี้ในการออกแบบและทดลองระบบการผลิตไฮโดรเจนด้วยกระบวนการชีวภาพให้ค่าประสิทธิภาพเฉลี่ยที่ 10% [Science 2000] ดังนั้นเป้าหมายถัดไปคือการพัฒนากระบวนการผลิตที่สมบูรณ์แบบ

ประกอบด้วยอุปกรณ์ที่ได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสมสำหรับการผลิต และอุปกรณ์ที่จะใช้คัดเลือกสาหร่ายที่มีขนาดพอเหมาะ เพื่อการพัฒนาระบบให้มีราคาย่อมเยาทั้งยังให้ประสิทธิภาพที่ดีจึงต้องมีการทดลองสร้างจริงนอกห้องทดลอง โดย 90%ของเงินลงทุนทั้งหมดคาดว่าจะครอบคลุมค่าติดตั้งและค่าดำเนินการ [Benemann 1998]

นอกจากจะใช้สาหร่ายแล้วยังมีความพยายามที่จะใช้แบคทีเรีย Rodobacter Speriodes เพื่อการผลิตไฮโดรเจนจากขยะสดจำพวกผลไม้และพืชผัก ทั้งยังได้ขยายการทดลองไปยังการผลิตจากขยะเปียกชนิดอื่น ๆ และได้ผลเป็นที่พอใจ กระบวนการนี้ถึงแม้ว่ายังเป็นเพียงการศึกษาและทดลองในห้องทดลอง แต่ก็ถือเป็นงานที่มีศักยภาพและสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้ทั้งในแง่การลดต้นทุนและเพิ่มความสะดวกในการผลิตจริงได้

ในประเทศเยอรมนีที่สถาบันวิจัย The Institut für Bioverfahrenstechnik ณ มหาวิทยาลัย RWTH-Aachen ได้ทำการพัฒนาเตาปฏิกรณ์ชีวภาพเพื่อการผลิตไฮโดรเจนจากหางนม “Whey” ซึ่งเป็นผลผลิตที่เหลือจากการทำชีสและเนยแข็ง

แต่งานวิจัยบางส่วนของการสังเคราะห์แสงด้วยวิธีชีวภาพเพื่อการผลิตไฮโดรเจนนั้น มีผลทำให้โครงสร้างทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตถูกดัดแปลงซึ่งอาจจะมีผลโดยตรงต่อสิ่งแวดล้อม

ไฮโดรเจนถูกนำไปใช้ในทางอุตสาหกรรมในหลายกระบวนการผลิต  เช่นอุตสาหกรรมการผลิตปุ๋ยเคมีและปิโตรเลียม ซึ่งเป็นกลุ่มอุตสาหกรรมหลักที่มีการใช้ไฮโดรเจนเพื่อการผลิตในปริมาณมาก

เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการใช้ไฮโดรเจนที่น่าสนใจคือการนำไฮโดรเจนไปใช้เพื่อการพลังงานและการขนส่ง  โดยเฉพาะอย่างยิ่งเซลล์เชื้อเพลิง

ดังนั้นจะได้กล่าวอย่างย่อ ๆ  ถึงเซลล์เชื้อเพลิงชนิดหลัก ๆ ที่สำคัญ ๆ และเทคโนโลยีที่น่าสนใจชนิดอื่นที่เกี่ยวกับไฮโดรเจน สุดท้ายจะเป็นส่วนของการเก็บและการขนถ่ายไฮโดรเจน 

รูปที่ 5 หลักการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิง PEM

เซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cells)

จากรูปที่ 5 เมื่อให้ความร้อนกับไฮโดรเจนจะเกิดปฏิกิริยารวมตัวกับออกซิเจนกลายเป็นน้ำในขณะเดียวกันจะคายพลังงานความร้อนออกมา (ฝั่งขวาของเซลล์) เป็นหลักการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิง ภายในเซลล์เชื้อเพลิงจะถูกแบ่งออกเป็นสองส่วนซึ่งกั้นไว้ด้วยสารอิเล็กโตรไลต์ที่ทำหน้าที่ช่วยในการแยกก๊าซไว้คนละด้าน แต่จะยอมให้ไอออนคือโปรตอน (Proton) เท่านั้นวิ่งผ่าน

ส่วนประจุไฟฟ้าลบ หรือ “อิเล็กตรอน” (Electron) จะวิ่งไปยังวงจรไฟฟ้าภายนอกผ่านอุปกรณ์ไฟฟ้า เสมือนเป็นการแปลงพลังงานเคมีให้เป็นพลังงานไฟฟ้าและได้ค่าประสิทธิภาพในทางทฤษฎีถึง 83% ถึงแม้ในความเป็นจริงประสิทธิภาพที่ได้จะมีค่าต่ำกว่านี้ แต่ก็ถือได้ว่าเซลล์เชื้อเพลิงดังกล่าวให้ค่าประสิทธิภาพที่ดีมากเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีด้านพลังงานอื่น ๆ

เซลล์เชื้อเพลิงถูกค้นพบโดย เซอร์ วิลเลียม โกรฟ (Sir William Grove) และได้รับการจดสิทธิบัตรไปในปี ค.ศ. 1839 ในส่วนของการใช้ไฮโดรเจนเพื่อการขนส่งในตอนที่ 4 (ต่อไป) จะมีข้อมูลจากบริษัท Daimler Chrysler ที่ได้ทำการศึกษาเปรียบเทียบการทำงานของรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิง รถยนต์ดีเซล และรถยนต์เบนซิน ในโมเดลรถยนต์ทดสอบชนิดเดียวกัน คือ “Necar 4” นอกจากนี้ทาง Toyota ก็ได้มีการพัฒนารถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงที่จะได้กล่าวถึงต่อไปเช่นกัน

เซลล์เชื้อเพลิงมีหลักการทำงานเหมือนกับแบตเตอรี่ธรรมดา ๆ แต่จะต่างกันตรงที่แบตเตอรี่จะไม่ผลิตไฟฟ้าถ้าพลังงานที่สะสมหมดลง แต่เซลล์เชื้อเพลิงจะทำหน้าที่ผลิตกระไฟฟ้าตราบเท่าที่ยังมีเชื้อเพลิงหล่อเลี้ยงอยู่ (อายุการใช้งานยาวนานกว่ามาก) ดังตัวอย่างการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิง PEM ต่อไปนี้

เซลล์เชื้อเพลิงประกอบขึ้นด้วยชิ้นส่วนพื้นฐานหลัก 4 อย่าง ดังนี้
Anode แอโนด ขั้วอิเล็กโตรดลบ ทำหน้าที่นำอิเล็กตรอนจากโมเลกุลของไฮโดรเจนไปยังวงจรไฟฟ้าด้านนอก

Cathode คาโถด ขั้วอิเล็กโตรดบวก ทำหน้าที่รับอิเล็กตรอนจากวงจรภายนอกมายังตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อกระตุ้นการเกิดปฏิกิริยาการรวมตัวกันของออกซิเจนและไฮโดรเจนเป็นน้ำ

Electrolyte อิเล็กโตรไลต์ เยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอน ทำจากพลาสติก (โพลิเมอร์) เยื่อนี้มีความสามารถในการนำเฉพาะประจุบวก (โปรตอน) เท่านั้น แต่จะไม่ยอมให้ประจุลบวิ่งผ่านได้

Catalyst หรือตัวเร่งให้เกิดปฏิกิริยาเร็วขึ้น แต่ตัวมันเองจะไม่ผสมอยู่ทั้งในสารผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้น ที่ปกติจะเป็น ทองคำขาว (Platinum) โดยทองคำขาวจะถูกบดให้เป็นผงเพื่อการยึดเกาะตามอนุภาคคาร์บอนเล็ก ๆ ยิ่งผงละเอียดเท่าไรก็ยิ่งประหยัดปริมาณทองคำขาวที่ต้องใช้ เพราะผงละเอียดจะช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวในการทำปฏิกิริยาของทองคำขาวได้มากขึ้น

นอกจากชิ้นส่วนหลัก 4 ส่วนดังกล่าว ยังต้องมีวัสดุอื่น ๆ ที่ต้องประกอบเข้าไปด้วย เช่น ลวดหรือแผ่นตัวนำเพื่อนำอิเล็กตรอนเชื่อมต่อระหว่างขั้วอิเล็กโตรด

ภายในเซลล์เชื้อเพลิง PEM  มีการทำงานเป็นลำดับดังต่อไปนี้ ดังรูปที่ 5 เริ่มที่โมเลกุลไฮโดรเจนจะเกิดปฏิกิริยาแตกตัวเป็นสองไอออนบวก (โปรตอน) และสองไอออนลบ (อิเล็กตรอน) เมื่อสัมผัสกับสารเร่งปฏิกิริยาที่เป็นทองคำขาว (ฝั่งซ้ายของเซลล์) ส่วนอิเล็กตรอนที่ได้จะถูกเหนี่ยวนำไปยังขั้วอิเล็กโตรดลบและส่งผ่านไปยังวงจรไฟฟ้าภายนอก ซึ่งเป็นแรงขับให้อุปกรณ์ภายนอกทำงาน เช่น มอเตอร์ไฟฟ้า

หลังจากนั้นอิเล็กตรอนจะถูกส่งต่อไปยังขั้วคาโถด อีกด้านของสารอิเล็กโตรไลต์ ณ จุดนี้โปรตอนจะสัมผัสกับ อากาศ อิเล็กตรอน และ Catalyst เกิดการรวมตัวกันเป็นโมเลกุลของน้ำ เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้จะให้แรงดันไฟฟ้าออกมาเพียง 0.7 โวลต์ (Volts)

ดังนั้นโดยปกติเซลล์เชื้อเพลิงจะถูกนำมาเรียงต่อกันแบบอนุกรมเมื่อต้องการเอาต์พุตที่สูงขึ้น (เอาต์พุตคือแรงดันไฟฟ้าในกรณีนี้) โดยจะเรียกว่า “Stack” ของเซลล์เชื้อเพลิง

ถ้าเป็นระบบขนาดเล็กที่มีกำลังการผลิตไม่เกิน 100 วัตต์ อาจจะไม่ต้องการระบบระบายความร้อน หรือปั๊มเพื่อเติมอากาศเข้าสู่ระบบ แต่ถ้าเป็นระบบขนาดใหญ่ที่มีกำลังการผลิตมากกว่า 100 วัตต์ ขึ้นไปแล้ว จะต้องมีอุปกรณ์เสริมติดตั้งเข้าไป

คำว่าระบบ “System” ในที่นี้หมายถึงการประกอบกันของอุปกรณ์ทุกอย่างที่มีส่วนทำให้ระบบเกิดการทำงานอย่างสมบูรณ์แบบ อย่างเช่นเครื่องยนต์ที่ต้องมีทั้งระบบเติมอากาศ ระบบเชื้อเพลิง ระบบระบายอากาศ และปั๊มลม  ประกอบเข้าด้วยกันเป็นเครื่องยนต์มีการทำงานอย่างสมบูรณ์แบบ

ดังนั้นระบบเซลล์เชื้อเพลิงหรือ เครื่องยนต์เซลล์เชื้อเพลิงก็ต้องมีทั้ง ระบบระบายความร้อน ระบบป้อนอากาศ เป็นต้น โดยเซลล์เชื้อเพลิงปกติจะใช้ทั้งคอมเพรสเซอร์ (อัดอากาศ) และอินเตอร์คูลเลอร์ (ระบายความร้อน) ทั้งนี้สิ่งที่สำคัญที่สุดก็คือการปรับแต่ง (จูน) เพื่อให้ระบบทำงานได้ที่ค่าประสิทธิภาพสูงสุด

เซลล์เชื้อเพลิงมีอยู่หลายชนิดด้วยกัน ต่างกันทั้งในแง่โครงสร้างและการใช้งาน เซลล์เชื้อเพลิงโดยปกติจะสามารถจำแนกได้ตามประเภทของตัวอิเล็กโตรไลต์เซอร์ ดังสรุปในตารางที่  1

ตารางที่ 1 เซลล์เชื้อเพลิงชนิดต่าง ๆ และการใช้งาน (CHP: Combined Heat and Power: ความร้อน + กำลัง)

เซลล์เชื้อเพลิงอัลคาไลน์ เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่เคยใช้ในการขับเคลื่อนยานอวกาศอพอลโล (Apollo Flight) โดยในขณะนี้มีใช้งานอยู่ในสถานีอวกาศขององค์กร NASA 

กลุ่มผู้พัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงอัลคาไลน์หลัก ๆ ได้แก่ F.T.Bacon, Energy Conversions, และ Pratt Whitney and Elenco โดยเทคโนโลยีและสิทธิบัตรของ Elenco ถูกบริษัท Zetek ซื้อไปเพื่อการผลิตเซลล์เชื้อเพลิงให้กับรถแท็กซี่ที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฮโดรเจนในเมืองลอนดอน ประเทศอังกฤษ

นอกจากนี้ Zetek ยังผลิตเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อใช้กับเรือรับส่งในเมืองบอนน์ ประเทศเยอรมนี เซลล์เชื้อเพลิงตัวนี้มีราคาต่ำลงมากเพราะใช้นิกเกิลเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาแทนทองคำขาว

แต่ทั้งนี้เซลล์เชื้อเพลิงอัลคาไลน์มีข้อเสียตรงที่ไวต่อก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มาก ซึ่งถ้าจะใช้อากาศแทนออกซิเจนบริสุทธิ์ ต้องมีการกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศออกก่อน อีกทั้งสารอิเล็กโตรไลต์ที่เป็นของเหลวในเซลล์เชื้อเพลิงอัลคาไลน์จะทำให้เกิดการกัดกร่อนภายในระบบได้

เซลล์เชื้อเพลิงฟอสฟอริกได้รับการพัฒนาขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 1960 และมีการใช้งานกันอย่างแพร่หลาย เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ตามชื่อบ่งบอกว่าใช้กรดฟอสฟอริกเป็นสารอิเล็กโตรไลต์ซึ่งมีความทนทานต่อก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ แต่ให้ค่าประสิทธิภาพในการทำงานค่อนข้างต่ำ อยู่ที่ 35–40% เท่านั้น นอกจากนี้ปฏิกิริยาภายในจะสร้างความร้อนส่วนเกินขึ้น แต่ก็สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้

ซึ่งบริษัท IFE (International Fuel Cells) มีการผลิตเซลล์เชื้อเพลิง PAFC ในเชิงพาณิชย์ และทำยอดขายไปกว่า 200 เครื่อง โดยเป็นระบบเซลล์เชื้อเพลิงที่มีขนาดกำลังการผลิต 200 kW และมีชั่วโมงการทำงานยาวนานกว่า 4 ล้านชั่วโมง [King 2000] [IFC 2001] แต่ทั้งนี้ทาง IFC ได้หยุดการผลิตเซลล์เชื้อเพลิง PAFC ไปแล้ว เพราะเปลี่ยนไปผลิตเซลล์เชื้อเพลิง PEM แทน ในปี ค.ศ. 2003  

รูปที่ 6 เซลล์เชื้อเพลิง PAFC 5 เครื่องที่ Alaska โดยทั้งระบบผลิตกำลังได้ 1 MW

เซลล์เชื้อเพลิง SOFC เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่ทำงาน ภายใต้สภาวะความร้อนสูง สารอิเล็กโตรไลต์ที่ใช้จะเป็นออกไซด์ของของแข็ง โดยปกติจะใช้ เซอโคเนียมออกไซด์ (Zirconium Oxide) แต่ในบางกรณีก็จะใช้ อิตเตรียมออกไซด์ (Yttrium Oxide) ซึ่งออกไซด์เหล่านี้จะนำไอออนของออกซิเจนได้ที่อุณหภูมิสูง ๆ

รูปที่ 7 เซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์ของแข็งซึ่งต่ออยู่กับเทอร์ไบน์ ทำงานได้ค่าประสิทธิภาพที่สูงมากเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีการผลิตกำลังแบบธรรมดา ในรูปเป็นเทอร์ไบน์ไฮบริดจ์เครื่องแรก ขนาด 220  kW ติดตั้งที่แคลิฟอร์เนีย

เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ให้ค่าประสิทธิภาพสูงสุดโดยประมาณที่  60% หรืออีกนัย คือมีความสามารถในการแปลงเชื้อเพลิงไฮโดรเจนเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ 60%

ปัญหาอีกอย่างของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ก็คือ อิเล็กโตรดจะมีภาวะการนำไฟฟ้าได้ ณ อุณหภูมิสูงเกือบ 1000 ^๐C เท่านั้น ซึ่งสร้างปัญหาให้กับวัสดุที่ต้องรับภาระความร้อนสูงขนาดนี้ ดังนั้นจึงมีความพยายามวิจัยและพัฒนาวัสดุชนิดใหม่ที่มีเสถียรภาพสูงภายใต้ภาวะอุณหภูมิสูง ๆ ขณะเดียวกันก็ต้องพัฒนาให้ระบบสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิต่ำลง

หนึ่งในบริษัทผู้นำการผลิตด้านเซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์ของแข็ง ได้แก่ บริษัท Siemens Westinghouse (SW) โดยในปี ค.ศ. 1997 บริษัท SW ได้ทำการติดตั้งระบบเซลล์เชื้อเพลิงขนาด 100 กิโลวัตต์ ณ เมือง Arnhem ประเทศเนเธอร์แลนด์ เป็น Stack หรือ ชุดของเซลล์เชื้อเพลิงที่ขับเคลื่อนด้วยก๊าซธรรมชาติและได้ดำเนินการไปกว่า 16,612 ชั่วโมง

ภายหลังการทำงานอย่างต่อเนื่องกว่าหมื่นชั่วโมงนั้นเมื่อมีการตรวจสอบความเสื่อมสภาพของระบบพบว่าไม่มีร่องรอยของการสึกหรอเลย ซึ่งเป็นจุดที่น่าประทับใจมาก

หลังจากนั้นเซลล์ชุดนี้ได้ถูกเคลื่อนย้ายต่อไปยังประเทศเยอรมนีและได้ดำเนินการต่อเนื่องอีกกว่า 20,000 ชั่วโมง ระบบนี้สามารถผลิตไฟฟ้าได้ 110 กิโลวัตต์ และให้ค่าประสิทธิภาพที่  46% ขณะเดียวกันความร้อนส่วนเกินที่ได้จากระบบถูกส่งไปใช้ในเขตพื้นที่ที่โครงสร้างสาธารณูปโภคยังเข้าไปไม่ถึงด้วย  

ในช่วงปี ค.ศ. 2002 บริษัท SW ได้ทดสอบระบบที่มีกำลังการผลิตขนาด 250 กิโลวัตต์ ซึ่งทางบริษัท Shell เตรียมสำหรับติดตั้ง ณ เมือง Kollsnes นอกเมือง Bergen ประเทศนอร์เวย์ ส่วนในปลายปี ค.ศ. 2003 บริษัท SW ได้ทำการสร้างระบบเซลล์เชื้อเพลิงแบบ SOFC ที่มีกำลังการผลิตขนาด 250 ถึง 5,000 กิโลวัตต์ เพื่อติดตั้งให้กับโรงไฟฟ้าที่เมือง Pittsburgh, USA [Westinghouse 2000]

นอกจากนี้ยังมีอีกสองบริษัทอย่าง Rolls Royce และ Sulzer ที่ได้พัฒนาและสร้างเซลล์เชื้อเพลิง SOFC เช่นกัน และมีโอกาสดูแลโครงการใหญ่ ๆ ถึงสองโครงการที่ติดตั้งที่เมือง Mjølner และ Norcell ประเทศนอร์เวย์ แต่สุดท้ายก็ได้ปิดตัวลงเมื่อหลายปีมาแล้ว

ส่วนบริษัท Prototech ในเมือง Bergen ยังคงเดินหน้าพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิง SOFC ต่อไป ในส่วนของประเทศเดนมาร์กถือได้ว่ามีการลงทุนไปกับการพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงชนิด SOFC ค่อนข้างสูง โดยเป็นงานวิจัยภายใต้ความร่วมมือของกลุ่มสหภาพยุโรปและได้ดำเนินการ ณ เมือง Risø และ Haldor Topsøe [Nytek 2000] 

ทั้งนี้เซลล์เชื้อเพลิง SOFC ได้รับความสนใจจากผู้ผลิตชิ้นส่วนรถยนต์รายใหญ่อย่าง Delfi และ BMW จึงได้ร่วมกันทำการพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์ของแข็งเพื่อใช้แทนแบตเตอรี่สำหรับติดตั้งในรถ BMW รุ่นใหม่ในอนาคต โดยเซลล์เชื้อเพลิงจะใช้เชื้อเพลิงจากรถในการผลิตไฟฟ้า ทำให้ค่าประสิทธิภาพในการใช้เชื้อเพลิงมีค่าสูงขึ้นกว่าระบบเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ทำงานร่วมกับระบบไดนาโมในปัจจุบันมาก 

เซลล์เชื้อเพลิง PEM บ่อยครั้งจะถูกเรียกว่าเซลล์เชื้อเพลิง SPFC (Solid Polymer Fuel Cells: โพลิเมอร์แข็ง) แต่เราจะใช้คำว่า PEM เพราะว่าเป็นคำที่นิยมใช้กันมากกว่า

สำหรับเซลล์เชื้อเพลิง  PEM ได้รับการพัฒนาขึ้นมาในช่วงปี ค.ศ.1959–1982 โดยมีบริษัท GE (General Electric) เป็นผู้นำหลักในการพัฒนา แต่ก็ต้องปิดโครงการลงในท้ายที่สุด ดังนั้นในปี ค.ศ.1983 บริษัท Ballard ในแคนาดา จึงเป็นผู้รับช่วงพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิง PEM  ต่อจนกลายมาเป็นผู้พัฒนาที่ส่งผลสำคัญยิ่งต่อพัฒนาการของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้

การพัฒนาเน้นไปที่เยื่อแลกเปลี่ยนที่มีคุณสมบัติที่ดีขึ้น การลดปริมาณการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นทองคำขาวในกระบวนการให้น้อยลง รวมทั้งปรับปรุงระบบน้ำทิ้งจากกระบวนให้มีประสิทธิภาพดีขึ้น ทำให้เซลล์เชื้อเพลิง  PEM ก้าวขึ้นมาเป็นเซลล์เชื้อเพลิงชั้นนำได้สำเร็จ

รูปที่ 8 อัตราการใช้ทองคำขาวในการเร่งปฏิกิริยาในเซลล์เชื้อเพลิง ในกราฟแสดงปริมาณทองคำขาวที่ใช้ต่อการผลิตกำลัง 1 กิโลวัตต์ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงแนวโน้มที่ลดลงอย่างมากในช่วง 10 ปี ที่ผ่านมา 

เซลล์เชื้อเพลิง PEM ประกอบด้วยเยื่ออิเล็กโตรไลต์ที่ทำมาจากโพลิเมอร์แข็ง มีคุณสมบัติยอมให้อนุภาคโปรตอนเท่านั้นที่วิ่งผ่านจากด้านหนึ่งสู่อีกด้าน เซลล์เชื้อเพลิงจะทำงานที่อุณหภูมิ 80^๐C ซึ่งเป็นระดับอุณหภูมิที่เหมาะแก่การผลิตไฟฟ้า

อีกทั้งน้ำร้อนที่ได้จากกระบวนการยังเหมาะแก่ส่งจ่ายเพื่อใช้ในครัวเรือนได้เป็นอย่างดี ถ้าเทียบกับแบตเตอรี่ เซลล์เชื้อเพลิง PEM เหมาะแก่การใช้งานกับยวดยานและโตรศัพท์มือถือมากกว่า เพราะว่ามีน้ำหนักเบากว่าและทนทานกว่า  รวมทั้ง PEM ยังใช้วัสดุที่เป็นของแข็งเป็นสารอิเล็กโตรไลต์ทำให้มีความปลอดภัยในการใช้งานมากกว่าของเหลว     

นอกจากนี้ PEM ยังสามารถปรับอัตราการทำงานตามภาระงาน (Load) ที่เปลี่ยนแปลงได้ดี จึงช่วยให้อัตราการเร่งของรถดีขึ้น ที่สำคัญเทคโนโลยีของเซลล์เชื้อเพลิง PEM สามารถทำการผลิตได้แบบแมสโปรดักชัน (Mass Production: การผลิตในปริมาณมาก ๆ และให้ต้นทุนที่ต่ำลง) แต่จะมีข้อเสียตรงที่ต้องใช้ทองคำขาวเป็นตัวคะตะลิสต์ แต่ในระยะหลัง ๆ สามารถปรับลดปริมาณทองคำขาวที่ต้องใช้ลงได้มาก ทั้งยังมีแนวโน้มที่จะลดลงไปได้อีกมาก   

รูปที่ 9 เซลล์เชื้อเพลิง PEM ในปัจจุบันที่ทั้งเบาและมีขนาดกะทัดรัด ในรูปเป็นเซลล์เชื้อเพลิงขนาด 80 kW ซึ่งเปิดตัวออกมาในเดือน มกราคม ปี ค.ศ. 2000 

เซลล์เชื้อเพลิง PEM สามารถทนต่อก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ดี แต่จะไวต่อสภาวะที่มีก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ปนเปื้อน เพราะมีผลทำให้ประสิทธิภาพการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงต่ำลง ปัญหานี้จะเกิดขึ้นเมื่อเซลล์เชื้อเพลิงใช้วัตถุดิบที่เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอน ซึ่งจะสร้างก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์เข้าไปรบกวนระบบ

นอกเหนือจากบริษัท Ballard, Ford และ DaimlerChrysler ที่มีส่วนสำคัญในการพัฒนาเชื้อเพลิง PEM แล้วยังมีบริษัทหลักอื่น ๆ อีกที่ควรเอ่ยถึง ได้แก่ General Motors, Toyota, HPower, Panasonic, International Fuel Cells, NovArs, DeNora และ Plug Power

การเพิ่มประสิทธิภาพเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้อยู่ที่การเลือกใช้วัสดุในการเพิ่มอัตราส่วน ผลิตภัณฑ์/น้ำหนัก และ  ผลิตภัณฑ์/ปริมาตร ทั้งนี้เซลล์เชื้อเพลิง  PEM มีอนาคตที่ค่อนข้างสดใด เพราะว่าสามารถผลิตได้แบบแมสโปรดักชันทำให้มีราคาต้นทุนที่แข่งขันได้กับเทคโนโลยีอื่น และค่อนข้างเป็นที่แพร่หลายแล้วในขณะนี้

เซลล์เชื้อเพลิง  MCFC จะใช้อัลคาไลน์คาร์บอเนตหลอมเป็นสารอิเล็กโตรไลต์ เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ได้รับการออกแบบขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 1940 และได้ทดสอบจริงในช่วงทศวรรษที่ 1950 ซึ่งถือว่ามีพัฒนาการเป็นไปอย่างเชื่องช้า [Blomen 93]  แม้ว่าเซลล์เชื้อเพลิง  MCFC จะถูกนำไปติดตั้งใช้งานอยู่หลายที่

แต่พบว่าวัสดุที่ใช้กับเซลล์เชื้อเพลิงนี้กลับมีปัญหาค่อนข้างร้ายแรง อย่างไรก็ตามผู้ผลิตชั้นนำทั้งในสหรัฐอเมริกาและในเยอรมนีอย่าง  Motoren-und Turbinen-Union (MTU) ได้ตั้งเป้าไว้ว่าในปี ค.ศ. 2004 จะต้องขจัดปัญหาดังกล่าวออกไปให้ได้ และจะผลักดันให้เซลล์เชื้อเพลิง  MCFC เข้าแข่งขันในตลาดให้ได้  [Hyweb 2001][MTU2001]

โดยระบบของ  MTU จะทำงานที่อุณหภูมิ 600 ^๐C ช่วยให้อุณหภูมิในการทำงานลดลงส่งผลให้ความเครียด (Stress) ที่เกิดขึ้นภายในเนื้อวัสดุไม่สูงนัก ระบบนี้ให้ค่าประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าที่ 50% รวมทั้งยังให้ผลผลิตเป็นไอน้ำความดันสูงที่  400 ^๐C ส่วนอายุการดำเนินงานถูกประเมินไว้ที่  20,000 ชั่วโมง [MTU 2001]

เป็นเซลล์เชื้อเพลิง PEM อีกชนิดที่ใช้เมธิลแอลกอฮอล์บริสุทธิ์เป็นเชื้อเพลิงแทนไฮโดรเจน มีการทุ่มเทความพยายามไปในงานวิจัยและพัฒนาเพื่อเพิ่มค่าประสิทธิภาพเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้อย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ซึ่งให้ค่าต่ำมากในช่วงแรก และเมื่อเร็ว ๆ นี้เอง Daimler Chrysler ก็เป็นเจ้าแรกที่ได้สร้างรถโกคาร์ตขับเคลื่อนด้วยเซลล์เชื้อเพลิง DMFC 

ปัญหาของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้คือการใช้เมทิลแอลกอฮอล์บริสุทธิ์เป็นเชื้อเพลิง เพราะว่ามีส่วนผสมของคาร์บอนอยู่สูงจึงสร้างก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในปริมาณมาก หรืออาจกล่าวได้ว่าเมธิลแอลกอฮอล์มีความเป็นพิษสูง

เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้อาศัยการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับระหว่างการผลิตไฟฟ้าและการผลิตความร้อน โดยมีชุดการทำงานอยู่เพียงชุดเดียวแต่จะทำสองหน้าที่ เป็นทั้งเซลล์เชื้อเพลิงและอิเล็กโตรไลเซอร์ในตัว ซึ่งจะทำให้อุปกรณ์มีขนาดและน้ำหนักเบากว่าการแยกออกเป็นสองส่วน   

การทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงแบบย้อนกลับนี้สามารถทำงานในฐานะที่เป็นเซลล์เชื้อเพลิงได้ดีพอ ๆ กับการเป็นอิเล็กโตรไลเซอร์ แต่ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดเดียวที่ใช้ในระบบอาจจะไม่ใช่ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะที่สุดกับการทำงานสองหน้าที่   หมายความว่าไม่ว่าจะทำงานเป็นเซลล์เชื้อเพลิงหรืออิเล็กโตรไลเซอร์ก็จะไม่ได้ค่าประสิทธิภาพสูงสุดที่ควรจะเป็น

ดังนั้นคะตะลิสต์ที่ถูกเลือกใช้จึงขึ้นอยู่กับความต้องการเป็นหลัก เช่นถ้าเป้าหมายของอุปกรณ์นี้คือการผลิตไฮโดรเจน ก็ต้องเลือกตัวคะตะลิสต์ที่ดีที่สุดสำหรับการทำหน้าที่เป็นอิเล็กโตรไลเซอร์เป็นสำคัญ โดยเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้จะอาศัยเทคโนโลยีของเซลล์เชื้อเพลิง PEM เป็นหลัก