เรียบเรียงจาก Brochure "Realizing A Hydrogen Future" โดย Department of Energy, USA

คงเป็นที่ทราบกันดีว่า ขณะนี้ปริมาณน้ำมันดิบบนโลก ได้ร่อยหรอลงไปเรื่อยๆ และในอีกไม่นาน ก็คงจะหมดไปจากโลก เมื่อถึงเวลานั้น พวกเราคงสงสัยว่า โลกเราจะเป็นอย่างไร ในยุคที่ไม่มีน้ำมัน ให้รถแล่นหรือปั่นไฟฟ้า ให้เราใช้ หลายๆประเทศทั่วโลก ได้ตระหนักถึงเรื่องนี้ และมีการเตรียมการในเรื่องนี้แล้ว แหล่งพลังงานทดแทน เป็นทำถามที่คนส่วนใหญ่พยายามที่จะตอบ มีการคิดค้นถึงความเป็นไปได้มากมาย ในการที่จะใช้เชื้อเพลิงอื่นๆ แทนการใช้น้ำมัน ตัวเลือกในขณะนี้ ที่หลายคนมองอาจจะเป็น ก๊าซ ธรรมชาติ หรือ methane, alcohol รูปแบบต่างๆ แต่อย่างไรก็ตาม เชื้อเพลิงเหล่านี้ยังคงไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีที่สุด ในทุกๆด้าน ปัจจัยที่ต้องคำนึงก็คือ ต้นทุนการผลิต ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม เป็นต้น ในบทความนี้ กระผมขอแนะนำ แหล่งพลังงานทดแทนอีก รูปแบบหนึ่งที่หลายคน อาจมองข้ามไป แต่ขณะนี้ในสหรัฐอเมริกา ยุโรป และญี่ปุ่น กำลังเป็นที่ตื่นตัว และมีการค้นคว้าวิจัยกันอย่างแพร่หลาย แหล่งพลังงานทดแทน ที่ผมจะพูดถึงนี้คือก๊าซ hydrogen นั่นเอง

ทำไมถึงเป็น hydrogen? เหตุผลประการแรกก็คือ hydrogen เป็นธาต ุที่มีอยู่ในปริมาณ ที่มากที่สุดในจักรวาล บนโลกนี้ ธาตุ hydrogen เป็นส่วนประกอบ ของสสารแทบจะทุกชนิด ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดก็คือน้ำ ในน้ำหนึ่งโมเลกุล จะมี hydrogen เป็นส่วนประกอบ อยู่ถึงสองอะตอม เหตุผลที่สอง คงเป็นคำตอบ ในด้านสิ่งแวดล้อมได้ดี นั่นก็คือการเผาผลาญของก๊าซ hydrogen นั้นสะอาดมาก สิ่งที่ได้ก็คือน้ำ น้ำบริสุทธิ์นั่นเอง เหตุผลอีกประการหนึ่งก็คือ hydrogen นั้นไม่มีวันหมดไปจากโลก ก๊าซ hydrogen สามารถสกัดได้จากน้ำ เมื่อเผาผลาญ เราจะได้น้ำกลับมาอีก เหตุผลเหล่านี้ทำให้ก๊าซ hydrogen เป็นตัวเลือกที่ดีที่จะใช้ เป็นแหล่งพลังงานทดแทนน้ำมัน

ก๊าซ hydrogen สามารถนำมาใช้ใน fuel cell ซึ่ง hydrogen และ oxygen จะรวมตัวกัน ก่อให้เกิด พลังงานไฟฟ้า ความร้อน และน้ำ จริงๆแล้ว การเผาผลาญก๊าซ hydrogen นั้นได้มีการนำมาใช ้เป็นเชื้อเพลิงมานานแล้ว ในการส่งจรวดขึ้นไปในอวกาศ ควันขาวๆ ที่พุ่งออกมาก็คือน้ำนั่นเอง ในปัจจุบัน ก๊าซ hydrogen ส่วนมากนั้นผลิตจาก fossil fuels เช่นในกระบวนการกลั่นน้ำมัน เป็นต้น แต่ในอนาคตข้างหน้า คาดว่าเราจะสามารถ ผลิตได้โดยตรงจากน้ำ

ก๊าซ hydrogen เป็นแหล่งพลังงานที่ไม่มีวันสูญไปจากโลก เราสามารถแยกก๊าซ hydrogen ออกจากน้ำเพื่อนำมาใช้ เมื่อเผาผลาญก็จะได้น้ำมาเป็นผลผลิต อีกเป็นวัฏจักรเช่นนี้ไปเรื่อยๆ

ในขณะนี้ทาง Department of Energy (DOE) ของสหรัฐอเมริกาได้มีการกำหนดนโยบาย ให้มีการเปลี่ยนมาใช้ hydrogen อย่างช้าๆ โดยในระยะสั้น อาจจะมีการผสมก๊าซ hydrogen กับก๊าซธรรมชาติเพื่อใช้ใน combustion engines ซึ่งการทำเช่นนี้ จะทำให้เครื่องยนต์ มีประสิทธิภาพมากขึ้นแต่ ในขณะเดียวกันก็เป็นการลดมลพิษลง อาจจะมีการตั้งโรงผลิตก๊าซ hydrogen ส่วนกลางขึ้น จากนั้นอาจจะมีการกระจาย ไปตามจุดแจกจ่ายต่างๆ เพื่อให้รถยนต์ที่ใช้ fuel cell สามารถที่จะเติมได้ ในระยะสั้นนี้ ก๊าซ hydrogen จะผลิตจากก๊าซธรรมชาต ิโดยกระบวนการ advance steam reforming

ในระยะกลาง จะมีการเปลี่ยนแปลง ทางโครงสร้างการใช้ไฟฟ้า ของโรงงานอุตสาหกรรมต่างๆ โดยที่ hydrogen fuel cell สามารถที่จะสร้างไฟฟ้า เพื่อใช้ได้ในอุตสาหกรรมนั้นๆ นอกจากนั้น บางโรงงาน อาจจะยังสามารถ ใช้ประโยชน์จากความร้อน และน้ำร้อนที่ได้จาก fuel cell อีกด้วย ในระยะกลางนี้ ก๊าซ hydrogen จะถูกผลิต จากถ่านหินและกระบวนการ pyrolysis หรือ gasification of biomass มีพืชบางชนิด สามารถที่จะนำมา สกัดเอาก๊าซ hydrogen ได้ ในระยะกลางนี้ จะมีการเพิ่มจำนวนรถ ที่วิ่งบนท้องถนนให้เป็นรถ ที่ใช้ hydrogen fuel cell มากขึ้นด้วย

รถตัวอย่างที่ใช้ hydrogen fuel cells ในการขับเคลื่อน ในอนาคต เราอาจจะเห็นรถประเภทนี้แพร่หลายมากยิ่งขึ้น

ในระยะยาว จะเริ่มมีการผลิตก๊าซ hydrogen จากน้ำและแสงแดดซึ่งจะทำให้ hydrogen เป็น renewable energy พลังงานที่ไม่มีวันสูญสิ้น เมื่อถึงจุดนั้น เทคโนโลยีนี้จะซึมแทรกเข้าไป ในทุกชุมชน และเป็นหนึ่งสินค้าตัวหนึ่งที่ทุกคนต้องการ เช่นเดียวกับน้ำมันในปัจจุบัน

แนวโน้มของ Hydrogen Technology

การผลิต
* Thermochemical processes - ใช้ความร้อนในการเปลี่ยน มวลชีวภาพให้กลายเป็นก๊าซผสม สามารถที่จะผลิต hydrogen ได้
* PhotobiologIcal processes - ใช้แสงแดดและกระบวนการ ทางชีวภาพของสาหร่ายเซลล์เดียว และแบคทีเรีย ในการแยกน้ำให้กลายเป็น hydrogen และ oxygen
* Photoelectrochemical processes - ใช้ เทคโนโลยีของ semiconductor เพื่อที่จะแยกน้ำโดยใช้แสงแดด เช่น ใช้ไฟฟ้าจาก solar cell เป็นต้น
การจัดเก็บ

* Metal hydrides - เป็นตัวดูดซับและเก็บรักษา hydrogen สามารถปล่อยออกมาได้เพื่อใช้ในงาน
* Carbon nanostructures - เป็นโครงร่างที่มีรูพรุนขนาดเล็กมากที่สามารถกัก hydrogen ไว้ได้โดยกระบวนการ capillary action ที่อุณหภูมิห้อง

การใช้งาน
* Phosphoric acid fuel cells - สามารถใช้ในการผลิตพลังงานในระยะสั้น
* The proton exchange membrane fuel cell - เป็นตัวเลือกในการใช้งานระยะสั้นและระยะกลาง โดยเฉพาะการใช้งานในรถยนต์
* Solid oxide and molten carbonate fuel cells – เนื่องจากการเกิดความร้อน ในปริมาณมาก จึงถูกมองให้ใช้งานในการสร้าง ความร้อนและไฟฟ้า

จะเห็นได้ว่า hydrogen technology นี้เป็นเทคโนโลยีใหม่ ซึ่งที่สหรัฐอเมริกานี้เอง ก็ยังอยู่ในช่วงศึกษาค้นคว้า งานวิจัยรูปแบบต่างๆทั้งในด้านการผลิต การใช้งานในรูปแบบต่างๆ ก็ได้รับการสนับสนุนอย่างเต็มที่ กระผมเขียนบทความสั้นๆนี้ขึ้น มีจุดหมายที่จะให้ประเทศไทย ทั้งในภาครัฐบาล นักวิจัย และองค์การต่างๆตระหนักถึง ความเป็นไปได้ของเทคโนโลยีนี้ คงยังไม่สายเกินไป ที่จะเริ่มมีการวิจัยค้นคว้าทางด้านนี้ขึ้น ในประเทศของเรา และหวังว่า เราคงจะไม่ต้องไปซื้อเทคโนโลยี ชาวบ้านอีก

ในตอนหน้าผมจะนำเสนอ บทความเกี่ยวกับเทคโนโลยี การผลิตก๊าซ hydrogen โดยใช้สาหร่ายเซลล์เดียว โปรดคอยติดตามอ่านนะครับ