จากบทความเรื่อง Hydrogen Economy ที่กล่าวถึงการสร้างระบบพลังงานใหม่ให้แก่มนุษยชาติโดยใช้ไฮโดรเจน แต่ยังมีความท้าทายหลายเรื่องให้บุกเบิกและค้นคว้า ได้แก่ การผลิต การเก็บ การส่งจ่าย ในบทความนี้จึงจะกล่าวถึง เทคโนโลยีไฮโดรเจนในการทำให้วิสัยทัศน์การสร้าง Hydrogen Economy เป็นจริง

เทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจน

วิธีการผลิตไฮโดรเจนมีหลายวิธีขึ้นอยู่กับวัตถุดิบที่ใช้ ปริมาณ และคุณภาพของไฮโดรเจน ความพยายามในการคิดค้นและพัฒนาวิธีการผลิตได้ให้ความสำคัญถึง เรื่องความคุ้มค่าในการลงทุนเป็นหลัก โดยคำนึงถึงผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม วิธีการผลิตสามารถแบ่งได้หลัก ๆ 3 วิธี ดังนี้

1. Thermo-chemical Technologies

2. Electrolytic Technologies

3. Photolytic Technologies

1. Thermo-chemical Technologies

ใช้ความร้อนและปฏิกิริยาเคมีในการแปลงไฮโดรคาร์บอน จากวัตถุดิบจำพวกชีวมวล (Biomass) เป็นไฮโดรเจน ซึ่งมีหลายวิธีได้แก่ การเผาไหม้ชีวมวลวิธีไพโรไรซีส ได้ผลผลิตเป็นของเหลวที่มีออกซิเจนเป็นส่วนประกอบและแปลงเป็นไฮโดรเจน หรือใช้วิธีเผาไหม้แบบ Gasification หรือใช้วิธีการออกซิเดชันไฮโดรเจนออกจากก๊าซมีเธน เรียกว่า วิธี Steam Methane Reforming จากก๊าซธรรมชาติ

2. Electrolytic Technologies

3. Photolytic Technologies

เป็นวิธีการผลิตไฮโดรเจนโดยใช้แสงอาทิตย์แยกไฮโดรเจนออกจากน้ำ นอกจากนี้ยังมีการศึกษาใช้วิธีการ Photobiological ซึ่งใช้แสงอา ทิตย์ หรือแสงประดิษฐ์ในการให้เอนไซม์สำหรับสาหร่ายสีเขียวเพื่อผลิตไฮโดรเจนจากน้ำ หรือวิธี Photoelectrolysis ใช้แสงอา ทิตย์ ส่องบนเซลล์ Photoelectrochemical (PEC) ซึ่งทำจาก Amorphous และ Silicon ซึ่งเซลล์นี้จะจุ่มอยู่ในน้ำ จะทำให้เกิดฟองไฮโดรเจน

เทคโนโลยีการส่งจ่ายไฮโดรเจน

แบ่งเป็น 2 วิธีขึ้นอยู่กับปริมาณการใช้ ได้แก่ 1. การสร้างท่อส่งซึ่งเหมาะกับกรณีที่มีการใช้มากในอนาคต และ 2. ใช้รถบรรทุกขนส่งไฮโดรเจนในสถานะของเหลวกรณีที่ใช้ไม่มากและตามพื้นที่ห่างไกล

เทคโนโลยีการเก็บไฮโดรเจน

1. Compressed Gas Tank เป็นถังที่ได้รับการออกแบบให้ทนความดันสูง 500 Psi (35 Mpa) – 10,000 Psi (70 Mpa) ผ่านมาตรฐานการทดสอบ 2.35 เท่าของความดันออกแบบ เพื่อความปลอดภัยตามมาตรฐานยุโรป และมียังมีการพัฒนาออกแบบถังอย่างต่อเนื่องให้มีขนาดเบาและความสูญเสียต่ำ

2. Cryogenic Liquid เป็นถังที่เก็บไฮโดรเจนในสถานะของเหลว มีฉนวนป้องกันการรั่วไหล โดยมากออกแบบเพื่อเป็นถังเก็บใช้ในยานพาหนะ

3. การเก็บไฮโดรเจนในวัสดุ  มี 3 วิธี 1. Absorption วิธีนี้ไฮโดรเจนถูกดูดซับไว้ในวัสดุ คริสตัล เมทัลไฮไดร (Crystalline Metal Hydrides) 2. Adsorption ใช้วัสดุมีรูพรุน Porous Material เพื่อให้พื้นที่ผิวมากพอสำหรับ ไฮโดรเจนเจาะและง่ายต่อการแยกไฮโดรเจนออก และ 3. Chemical Reaction ใช้ปฏิกิริยาเคมีในการผลิต เก็บและคายไฮโดรเจน จากการปรับเปลี่ยนอุณหภูมิและความดัน เช่น

2 LiH + 2H₂O => 2LiOH + 2 H₂ หรือ NaBH₄ + 2H₂O + catalyst => NaBO₂ + 4H₂

จากข้างต้นจะเห็นว่ามีการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิต การส่งจ่าย และการเก็บ อย่างต่อเนื่อง คำถามก็คือเมื่อไรจะได้ใช้ไฮโดรเจนในเชิงธุรกิจ จากความก้าวหน้าของการพัฒนาเทคโนโลยีไฮโดรเจนทำให้มีการคาดการณ์แบ่งเป็น 3 ระยะ คือ ระยะสั้น ระยะกลาง และระยะยาว

ระยะสั้น (ภายในปี ค.ศ. 2010) ไฮโดรเจนใช้ในอุตสาหกรรมเคมี จากเทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจน Thermo-Chemical Technology จาก Methane Reformer ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ใช้ไฮโดรเจนสะอาดจากเทคโนโลยีผลิตไฮโดรเจน Electrolyzer รถยนต์ต้นแบบใช้พลังงานไฮโดรเจนมีออกมาให้เห็น ส่วนระบบส่งจ่าย ก็คงยังเป็นรถบรรทุกบรรจุถังขนส่ง

ระยะกลาง (ภายในปี 2020) คาดว่าไฮโดรเจนจะได้รับความนิยมแพร่หลายมากขึ้น ทำให้ต้นทุนการผลิตไฮโดรเจน เซลล์เชื้อเพลิงราคาถูกลง รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิง และการผลิตไฟฟ้าโดยใช้ไฮโดรเจนขนาดเล็กมีใช้กันอย่างแพร่หลาย ส่วนด้านการผลิตจะใช้ชีวมวล มาเผาไหม้โดยวิธีไพโรไรซีส หรือ Gasification เป็นหลักเพราะได้ปริมาณมาก ส่วนระบบส่งจ่าย ก็เริ่มมีการสร้างระบบท่อส่งไปยังบางพื้นที่ ๆ มีการใช้อย่างหนาแน่น ส่วนการเก็บจะได้ถังที่มีความแข็งแรงต่อน้ำหนักดีขึ้น

ระยะยาว (หลังจากปี 2025) พลังงานไฮโดรเจนจะไปทุกหนทุกแห่ง มีการสร้าง Power Park ดังรูป เป็น Hydrogen Economy มีสถานีเติมไฮโดรเจนอยู่ทั่ว ๆ ไป มีการใช้พลังงานไฮโดรเจนสำหรับอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ โทรศัพท์เคลื่อนที่ และอุปกรณ์ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ ระบบส่งจ่ายก็จะมีท่อส่งไปอย่างแพร่หลาย ส่วนพื้นที่ห่างไกลที่มีความต้องการน้อยก็ใช้รถบรรทุก หรือรถไฟ ส่วนระบบเก็บ จะมีถังน้ำหนักเบา ราคาถูก ขนาดเล็ก

เอกสารอ้างอิง 

- Hydrogen Program, EERE Department of Energy