อนันต์ จรูญโรจน์

ปัจจุบันการค้นคว้าวิจัยเทคโนโลยีด้านพลังงานไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงชนิดเดียวให้สามารถใช้ได้กับเครื่องยนต์ในเชิงพาณิชย์นั้น คาดการณ์ว่าคงต้องใช้เวลาอีกประมาณสักสี่สิบถึงห้าสิบปีข้างหน้า สำหรับยานยนต์ที่วิ่งบนท้องถนนในประเทศที่พัฒนาแล้วบางคัน ตัวอย่างเช่น สหรัฐอเมริกา อังกฤษ เยอรมัน ฝรั่งเศส นอร์เวย์ สวีเดน เดนมาร์ก ญี่ปุ่น เป็นต้น จะเป็นเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง โดยเฉพาะรถบรรทุกที่ใช้ในการขนส่งขนถ่ายสินค้าไปสถานที่ต่างๆ ระยะทางไกลๆ รวมทั้งรถยนต์ส่วนบุคคลที่เริ่มมีการผลิตมาใช้กันบ้างแล้ว

โดยพลังงานไฮโดรเจนนี้ถูกผลิตโดยวิธี Steam Reforming ที่ได้จากก๊าซธรรมชาติ (มีหลายกรรมวิธีในการผลิต) ซึ่งจะเป็นวิธีที่ได้พลังงานไฮโดรเจนในราคาถูกที่สุด ณ ขณะนี้ แต่ในอนาคตนั้นการผลิตพลังงานไฮโดรเจนจะผลิตจากโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบฟิวส์ชั่น ซึ่งเป็นเทคโนโลยีใหม่ที่นักวิทยาศาสตร์ได้คิดค้นคว้าด้วยการสลายนิวเครียสของไฮโดรเจน ซึ่งพลังงานที่ได้จากการระเบิดนิวเครียสของไฮโดรเจนจะทำให้เกิดพลังงานที่สูงกว่าระเบิดนิวเครียสจากแร่ยูเรเนี่ยมกว่า 1,000 เท่า    

ดังนั้นพลังงานในอนาคตที่คาดการณ์ว่าจะเป็นที่นิยมใช้แทนน้ำมันเชื้อเพลิง ก็คือ พลังงานไฮโดรเจน ที่สามารถผลิตได้จากน้ำนั่นเอง ด้วยวิธี Electrolysis (เป็นการแยกทางไฟฟ้าเคมีจะได้ก๊าซไฮโดรเจนออกมา) ข้อดีของพลังงานไฮโดรเจนที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในยานยนต์ คือ สะอาด มีแต่ไอน้ำเท่านั้นที่ออกมาจากท่อไอเสีย ไม่มีก๊าซที่เป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ และไม่ก่อให้เกิดมลพิษ ควันพิษ และไม่ทำให้เกิดสภาวะโลกร้อนอีกด้วย

รถยนต์พลังงานไฮโดรเจนที่นำมาใช้ในประเทศของเราส่วนใหญ่ยังอยู่ในช่วงการทดสอบก่อนนำไปสู่การใช้งานจริงในเชิงพาณิชย์ ซึ่งเป็นลักษณะการใช้เชื้อเพลิงร่วมกับน้ำมันเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ ไฮโดรเจนที่ได้จากวิธีการผลิตในด้านต่างๆ และนำมาใช้ในยานยนต์ เป็นเทคโนโลยีที่ได้รับการพัฒนาอยู่ทั่วโลกอย่างมากมาย โดยเฉพาะบริษัทผู้ผลิตยานยนต์บริษัทต่างๆ  นอกจากนั้นแล้ว ยังมีหน่วยที่ตั้งขึ้นมาเพื่อการนี้โดยเฉพาะและสถานศึกษาด้านวิศวกรรม  

ตัวอย่างเช่น มหาวิทยาลัยโอไฮโอ ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้ตั้งเป็นศูนย์การค้นคว้าวิจัยเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงด้านยานยนต์ (Fuel Cell Vehicles : FCVs) ในการนำพลังงานไฮโดรเจนมาใช้เป็นพลังงานทางเลือกในการขนส่งสินค้าที่เกิดประสิทธิภาพสูงและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม สำหรับอนาคต (Ohio State’s Center for Automotive Research: CAR) สำหรับมลรัฐแคลิฟอร์เนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา ให้ความสำคัญเรื่องการใช้พลังงานไฮโดรเจนอย่างมาก ตั้งแต่ พ.ศ.2545 มีการศึกษาถึงความคุ้มค่าในการลงทุนด้านการใช้งานระบบขนส่ง ด้านความปลอดภัยในการใช้งาน ด้านสิ่งแวดล้อมที่อาจมีผลกระทบเรื่องมลพิษ และอื่นๆ   

หลังจากนั้นได้ให้มีการศึกษาความเป็นไปได้ในการสร้างระบบเครือข่ายสถานีให้บริการเชื้อเพลิงไฮโดรเจนตามเส้นทางหลวง (California Hydrogen Highways) ในมลรัฐแคลิฟอร์เนีย 40 สถานี ซึ่งปัจจุบันในประเทศสหรัฐอเมริกามีสถานีให้บริการเชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่ใช้กับยานยนต์ 15 สถานีแล้ว แต่อยู่ในพื้นที่จำกัดการใช้งาน

ประเทศไอซ์แลนด์ รัฐบาลได้ออกกฎหมายบังคับเรื่องการใช้รถยนต์ส่วนบุคคล ในเวลา 10 ปีต่อไปนี้ รถยนต์ส่วนบุคคลทุกคันในประเทศจะต้องเป็นรถยนต์ที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงอย่างเดียว และจะเป็นประเทศแรกของโลกที่ใช้พลังงานไฮโดรเจน สาเหตุสำคัญของการออกกฎหมายเรื่องนี้ออกมา เพราะปัจจุบันเชื้อเพลิงน้ำมันมีแต่จะราคาสูงขึ้นเรื่อยๆ

นอกจากนี้แล้วพลังงานไฮโดรเจนที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในยานยนต์ เวลาขับเคลื่อนยานยนต์มีเสียงดังน้อยมาก ส่วนอัตราเร่งของเครื่องยนต์ใกล้เคียงกัน ปลอดภัยจากการระเบิดกว่า และขนาดถังเก็บที่เป็นแบบ Absorption มีขนาดใกล้เคียงกับถังน้ำมันที่ใช้กันอยู่ ถ้าได้รับการพัฒนาจะมีขนาดเล็กและเบากว่าถังน้ำมัน และที่สำคัญไม่ก่อให้เกิดมลพิษ เพราะมีเพียงไอน้ำเท่านั้น  

ปัจจุบันไม่ได้มีแต่ผู้ผลิตรถยนต์ญี่ปุ่นหรือประเทศอื่นๆ เท่านั้นที่ผลิตรถไฮโดรเจนออกมาวิ่งจริงบนถนน ทีมวิจัยจากบริษัทเอกชนของไทยก็สามารถผลิตยานยนต์ที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงแทนน้ำมันได้แล้วเหมือนกัน โดยได้รับทุนวิจัยและพัฒนาจากสำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ (วช.) กระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี   

โดยบริษัท คลีนฟูเอล เอ็นเนอร์ยี เอ็นเตอร์ไพร้ส์ จำกัด ได้พัฒนายานยนต์ให้ใช้เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนต้นแบบ ขนาด 4 ที่นั่ง ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า วิ่งด้วยความเร็วได้ประมาณ 90 กิโลเมตรต่อชั่วโมง พบว่าถังเก็บพลังงานเซลล์เชื้อเพลิงขนาด 900 ลิตร วิ่งได้นาน 20 นาที เป็นระยะทาง 40 กิโลเมตร ถือได้ว่าเป็นรถยนต์พลังงานไฮโดรเจนคันแรกของไทย

รถยนต์พลังงานขับเคลื่อนด้วยเชื้อเพลิงไฮโดรเจนนี้ ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าที่ได้จากเซลล์เชื้อเพลิงชนิดเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (Proton Exchange Membrane Fuel Cell: PEMFC) โดยอาศัยก๊าซไฮโดรเจนเป็นแหล่งผลิตกระแสไฟฟ้า เมื่อก๊าซไฮโดรเจนและอากาศผ่านเข้าไปในเซลล์เชื้อเพลิงที่ทำด้วยแกรไฟต์และมีทองคำขาวเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ไฮโดรเจนจะแตกตัวให้อิเล็กตรอนเหนี่ยวนำจนทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้นแล้วส่งไปยังมอเตอร์เพื่อเป็นต้นกำลังในการขับเคลื่อนรถยนต์ 

เมื่ออิเล็กตรอนไหลวนจนครบวงจรแล้วจะไหลกลับมารวมกลับไฮโดรเจนประจุบวกและออกซิเจนที่อยู่ในอากาศ ก็จะกลายเป็นไอน้ำกลับคืนสู่บรรยากาศ จึงไม่ก่อให้เกิดมลพิษ อีกทั้งยังไม่มีเสียงที่ดังของเครื่องยนต์เหมือนรถยนต์ทั่วไปด้วย ปัจจุบันรถยนต์ที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงอย่างเดียวมีราคาประมาณไม่ต่ำกว่าคันละ 30 ล้านบาท

ปัจจุบันแหล่งที่มาของไฮโดรเจนที่ใช้กับเซลล์เชื้อเพลิงในประเทศไทย มี 2 แหล่ง ได้แก่ ผลพลอยได้จากโรงงานผลิตโอเลฟินส์และโรงงานที่ผลิตโซดาไฟ ซึ่งปล่อยทิ้งให้สูญเปล่า วันละ 8 ล้านลิตร แต่ถ้าสามารถนำมาเก็บแล้วป้อนส่งไปตามสถานีให้บริการไฮโดรเจนใช้เติมให้แก่ยานยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงชนิดนี้ได้ จะสามารถให้บริการอย่างน้อยแสนคันต่อวัน

1. เซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cells) ที่ใช้ในยานยนต์ ได้จากวิธีการผลิตต่างๆ ดังนี้
 - Alkaline Fuel Cell (AFC)
 - Direct Borohydride Fuel Cell (DBFC)
 - Direct Carbon Fuel Cell (DCFC)
 - Direct-Ethanol Fuel Cell (DEFC)
 - Direct Methanol Fuel Cell (DMFC)
 - Electro-Galvanic Fuel Cell (EGFC)
 - Formic Acid Fuel Cell (FAFC)
 - Metal Hydride Fuel Cell (MHFC)
 - Microbial Fuel Cell (MFC)
 - Molten-Carbonate Fuel Cell (MCFC)
 - Phosphoric-Acid Fuel Cell (PAFC)
 - Photo-Electrochemical Cell (PEC)
 - Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC)
 - Protonic Ceramic Fuel Cell (PCFC)
 - Regenerative Fuel Cell (RFC)
 - Solid-Oxide Fuel Cell (SOFC) 

รูปที่ 1 สถานีให้บริการไฮโดรเจน

 - Hydrogen Station     
 - Hydrogen Pipeline Transport
 - Hydrogen Piping
 - Hydrogen Compressor
 - Hydrogen Leak Testing
 - Hydrogen Sensor
 - Hydrogen Purifier
 - Hydrogen Analyzer
 - Hydrogen Valve 

รูปที่ 2 หัวจ่ายไฮโดรเจน (Nozzle)

รูปที่ 3 Tank-Liquid

รูปที่ 4 Station-Liquid

รูปที่ 5 รถยนต์ Honda รุ่น FCX Clarity 

รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงพลังงานไฮโดรเจนของ บริษัท ฮอนด้า ได้เปิดแนะนำตัวรุ่น  FCX Clarity เมื่อเดือนพฤศจิกายน พ.ศ.2551 ที่ประเทศญี่ปุ่น รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงพลังงานไฮโดรเจนนี้ ถูกผลิตขึ้นจำนวน 100 คัน เปิดโอกาสให้ประชาชนเช่าขับได้ และคาดการณ์ว่าอีก 10 ปีข้างหน้าด้วยพื้นฐานของรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงพลังงานไฮโดรเจน รุ่น FCX Clarity นี้ จะสามารถเริ่มผลิตออกมาเพื่อการขายให้กับบุคคลทั่วไปในเชิงธุรกิจได้ ทั้งนี้ก็ขึ้นอยู่กับความสะดวกของสถานีในการเติมเชื้อเพลิงและราคาขายเป็นสำคัญ ที่ต้องดึงดูดให้คนหันมาใช้รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงพลังงานไฮโดรเจน  

ข้อมูลเบื้องต้นรถยนต์ฮอนด้า รุ่น FCX Clarity  
 - กำลังเครื่องยนต์ 134 แรงม้า (100 กิโลวัตต์) 
 - แรงบิด 256 นิวตันเมตร (189 ปอนด์/ฟุต) ที่ความเร็ว 3,056 รอบต่อนาที
 - ขนาดของถังเก็บเชื้อเพลิงไฮโดรเจนเหลว ปริมาตร 4.1 กิโลกรัม ที่ความดัน 5,000 PSI วิ่งได้ประมาณ 450 กิโลเมตร (280 ไมล์) 
 - อัตราสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง 124 กิโลเมตรต่อกิโลกรัมของไฮโดรเจน (77 ไมล์) สำหรับการขับบนถนนในเมือง, 108 กิโลเมตรต่อกิโลกรัมของไฮโดรเจน (67 ไมล์) สำหรับการขับบนถนนทางหลวง และ 116 กิโลเมตรต่อกิโลกรัมของไฮโดรเจน (72 ไมล์) สำหรับการขับบนถนนในเมืองและทางหลวง
 - ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมอิออน (Lithium-Ion) เป็นที่เก็บกระแสไฟฟ้า ขนาด 288 โวลต์ ร่วมกับชุดมอเตอร์ไฟฟ้า

รูปที่ 6 รถยนต์ BMW รุ่น H2R

ข้อมูลเบื้องต้นรถยนต์ BMW รุ่น H2R
 - กำลังเครื่องยนต์ 232 แรงม้า (173 กิโลวัตต์)
 - ความเร็วสูงสุด 302 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (187.62 ไมล์ต่อชั่วโมง)
  - เครื่องยนต์เป็นแบบวี 12 กระบอกสูบ 6,000 ลูกบาศก์เซนติเมตร (6 ลิตร)
 - ขนาดของรถยนต์ ยาว 5.40 เมตร (212.6 นิ้ว), กว้าง 2.01 เมตร (79.1 นิ้ว) และ สูง 1.34 เมตร (52.8 นิ้ว) 
  - น้ำหนักรถยนต์ 1,560 กิโลกรัม (3,439 ปอนด์)

รูปที่ 7 รถยนต์ BMW รุ่น Hydrogen 7 

รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงพลังงานไฮโดรเจนเหลวของ บริษัท บีเอ็มดับเบิ้ลยู รุ่น Hydrogen 7 ใช้รถยนต์บีเอ็มดับเบิ้ลยู รุ่น 760i มาดัดแปลงใช้พลังงานไฮโดรเจนคู่กับน้ำมันเบนซินได้ 

รูปที่ 8 รถยนต์ Mercedes-Benz F-Cell ในรุ่น A-Class และ B-Class

รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงพลังงานไฮโดรเจนของเมอร์ซิเดสเบนซ์  ที่ถูกพัฒนาขึ้นตั้งแต่ปี พ.ศ.2545 โดยใช้รถยนต์ของเมอร์ซิเดสเบนซ์ รุ่น A-Class และรถยนต์ของเมอร์ซิเดสเบนซ์ รุ่น B-Class  

ข้อมูลเบื้องต้นรถยนต์ Mercedes-Benz รุ่น F-Cell (A-Class)
 - สามารถวิ่งได้ระยะทาง 160 กิโลเมตร (100 ไมล์) 
 - ความเร็วสูงสุดที่วิ่งได้ 132 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (82 ไมล์ต่อชั่วโมง) 

นอกจากนี้ทางทางบริษัทเมอร์ซิเดสเบนซ์ กำลังพัฒนาเรื่องของถังเก็บไฮโดรเจนอัดที่ความดันสูง อุปกรณ์ที่นำมาใช้กับ
ไฮโดรเจน และเซลล์เชื้อเพลิงแบบ  Proton Exchange Membrane Fuel Fell ซึ่งคิดค้นและพัฒนาโดย บริษัท Ballard Power Systems

รูปที่ 9 รถยนต์ Fiat รุ่น Panda Hydrogen 

รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงพลังงานไฮโดรเจนของ บริษัท เฟียต รุ่น Panda Hydrogen โครงสร้างมาจากรถยนต์เฟียต รุ่น Panda เปิดตัวเมื่อ พ.ศ.2549

รูปที่ 10 Morgan LIFEcar

รูปที่ 11 Peugeot Quark  

รูปที่ 12 Chrysler Natrium  

รูปที่ 13 Ford Fuel Cell Focus   

รูปที่ 14 General Motors Hy-wire

ทั้งนี้ยานยนต์ที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงเพียงชนิดเดียว บริษัทผู้ผลิตรถยนต์ส่วนมากยังไม่ได้ผลิตออกมาใช้ในเชิงพาณิชยกรรม เพื่อจำหน่ายจำนวนมากเหมือนรถยนต์ที่ใช้น้ำมันเบนซินและน้ำมันดีเซล ทั้งนี้ยังมีข้อจำกัดในเรื่องของเชื้อเพลิงจะได้มาจากวิธีใด ถังในการเก็บเชื้อเพลิง สถานีในการให้บริการ ด้านความปลอดภัย ราคาของรถยนต์ที่ใช้เทคโนโลยีนี้ที่ยังสูงมาก เป็นต้น ก็คงต้องรออีกสักประมาณ 20 ปี น่าจะได้ใช้อย่างแน่นอน

เอกสารอ้างอิง