ท่ามกลางความพยายามของนานาประเทศในการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเป็นศูนย์ หรือ Net Zero นั้น พลังงานไฮโดรเจน (Hydrogen Energy) ได้รับการยอมรับในระดับสากลว่าเป็นหนึ่งในแหล่งพลังงานสะอาด ที่มีศักยภาพสูงที่สุดในการเปลี่ยนผ่านระบบพลังงานของโลก แม้พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมจะมีบทบาทหลักในการกระบวนการผลิตพลังงานสะอาด แต่ยังมีข้อจำกัดบางส่วนที่ทำให้การเข้าถึงพลังงานประเภทนี้ไม่ครอบคลุมในหลายพื้นที่
บทความนี้จะอธิบายหลักการพื้นฐานของพลังงานไฮโดรเจน ประเภทตามกระบวนการผลิต ตลอดจนปัจจัยสำคัญที่ทำให้ไฮโดรเจนกลายเป็นองค์ประกอบหลักในการขับเคลื่อนอุตสาหกรรมพลังงานแห่งอนาคต
พลังงานไฮโดรเจนคืออะไร?
ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่เบาที่สุดและมีอยู่มากที่สุดในจักรวาล อย่างไรก็ตาม บนโลกแทบไม่พบไฮโดรเจนในรูปก๊าซบริสุทธิ์ เนื่องจากมักรวมตัวอยู่กับธาตุอื่นในรูปสารประกอบ เช่น โมเลกุลของน้ำ (H₂O) และสารประกอบไฮโดรคาร์บอนอย่างน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ การนำไฮโดรเจนมาใช้เป็นพลังงานจึงจำเป็นต้องผ่านกระบวนการแยกไฮโดรเจนออกจากสารประกอบเหล่านั้น ก่อนจะนำไฮโดรเจนบริสุทธิ์มาใช้ประโยชน์ได้
ในบริบทของอุตสาหกรรมพลังงาน พลังงานไฮโดรเจนหมายถึงการใช้ก๊าซไฮโดรเจนเป็น ตัวกลางในการกักเก็บและส่งผ่านพลังงาน (Energy Carrier) โดยเปลี่ยนพลังงานเคมีที่สะสมอยู่ในไฮโดรเจนให้เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรงหรือเผาไหมเป็นพลังงานความร้อน ประเด็นที่ต้องทำความเข้าใจคือ ไฮโดรเจนมิได้เป็นแหล่งพลังงานปฐมภูมิเช่นเดียวกับแสงอาทิตย์ หรือ ลม หากแต่ทำหน้าที่คล้ายระบบกักเก็บพลังงานคล้ายกับเชื้อเพลิงฟอสซิล ที่สามารถเคลื่อนย้ายพลังงานสะอาดไปยังพื้นที่ที่ต้องการใช้งาน ในบ้างกระบวนการที่การผลิตเชื่อเพลิงไฮโดนเจรใช้พลังงานจากพลังงานหมุนเวียน จะทำให้พลังงานหมุนเวียนที่ผลิตได้ไม่สม่ำเสมอสามารถถูกกักเก็บในรูปแบบที่สามารถนำมาใช้ต่อได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
ไฮโดรเจนมีกี่ “สี”? รู้จักแหล่งพลังงานต่างๆ และกระบวนการที่ใช้ในการผลิต
วงการพลังงานนิยมจำแนกประเภทของไฮโดรเจนตามแหล่งพลังงานและกระบวนการที่ใช้ในการผลิต โดยใช้ “สี” เป็นสัญลักษณ์แทนระดับการปล่อยคาร์บอน ซึ่งสามารถจำแนกประเภทหลักได้ดังนี้
- ไฮโดรเจนสีเทา (Grey Hydrogen): ผลิตจากก๊าซธรรมชาติผ่านกระบวนการ Steam Methane Reforming (SMR) โดยไม่มีการดักจับคาร์บอน เป็นวิธีที่แพร่หลายที่สุดในปัจจุบันเนื่องจากต้นทุนในการผลิตต่ำ แต่มีการปล่อยคาร์บอนกระบวนการผลิตในระดับสูง
- ไฮโดรเจนสีฟ้า (Blue Hydrogen): ผลิตจากก๊าซธรรมชาติเช่นเดียวกับสีเทา ผ่านเทคโนโลยีดักจับและกักเก็บคาร์บอน (Carbon Capture Utilization and Sequestration: CCUS) จึงลดการปล่อยคาร์บอนได้อย่างมีนัยสำคัญ และถือเป็นทางเลือกในช่วงเปลี่ยนผ่าน หากแต่มีต้นทุนในการผลิตที่สูงขึ้นจากกระบวนการดักจับและกักเก็บคาร์บอนที่เพิ่มเข้ามา
- ไฮโดรเจนสีเขียว (Green Hydrogen): ผลิตด้วยกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส (Electrolysis) ที่ใช้ไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนในการแยกอะตอมไฮโดนเจนออกจากโมเลกุลของน้ำ จึงแทบไม่ปล่อยคาร์บอน และถือเป็นเป้าหมายสูงสุดของการพัฒนาแหล่งพลังงานสะอาด แม้ปัจจุบันยังมีต้นทุนการผลิตค่อนข้างสูงเนื่องมาจากราคาของอุปกรณ์ที่ใช้ในการผลิต
นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาไฮโดรเจนประเภทอื่น เช่น ไฮโดรเจนสีชมพู (Pink Hydrogen) ที่ผลิตจากพลังงานนิวเคลียร์ และไฮโดรเจนสีเทอร์ควอยซ์ (Turquoise Hydrogen) ที่ได้คาร์บอนในรูปของแข็งแทนการปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ ความหลากหลายนี้สะท้อนถึงความพยายามของอุตสาหกรรมในการแสวงหากระบวนการผลิตที่สะอาดและคุ้มค่าที่สุด
พลังงานไฮโดรเจนทำงานอย่างไร?
อุปกรณ์สำคัญในการนำพลังงานไฮโดรเจนมาผลิตกระแสไฟฟ้าโดยตรง คือ อุปกรณ์ที่เรียกว่าเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cell) ซึ่งทำงานในลักษณะตรงข้ามกับการแยกอะตอมไฮโดนเจนออกจากโมเลกุลของน้ำด้วยกระแสไฟฟ้า กล่าวคือ เป็นการนำไฮโดรเจนและออกซิเจนกลับมาทำปฏิกิริยาเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า โดยมีหลักการทำงานพื้นฐานดังนี้
- ก๊าซไฮโดรเจนถูกป้อนเข้าสู่ขั้วลบ (Anode) ของเซลล์เชื้อเพลิง
- ตัวเร่งปฏิกิริยาแยกอิเล็กตรอนออกจากอะตอมไฮโดรเจน ทำให้เกิดประจุบวกและอิเล็กตรอนอิสระ
- อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านวงจรภายนอกและก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้าสำหรับขับเคลื่อนมอเตอร์หรืออุปกรณ์ต่างๆ
- ที่ขั้วบวก (Cathode) ไฮโดรเจน ออกซิเจน และอิเล็กตรอนรวมตัวกัน เกิดผลผลิตเป็นน้ำบริสุทธิ์และความร้อนปริมาณเล็กน้อย
ข้อได้เปรียบของเซลล์เชื้อเพลิงคือมีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงานสูงกว่าการเผาไหม้แบบดั้งเดิม เพราะลดขั้นตอนการเปลี่ยนผ่านพลังงาน ทำงานเงียบ และ ไม่ปล่อยมลพิษในกระบวนการผลิต จึงเหมาะสมกับการใช้งานทั้งในยานพาหนะ ระบบผลิตไฟฟ้าสำรอง และพื้นที่ที่ต้องการคุณภาพอากาศที่ดี
ทำไมไฮโดรเจนถึงเป็นจิ๊กซอว์ของพลังงานโลก
ในการมุ่งสู่เป้าหมาย Net Zero หรือการปล่อยก๊าซเรือนกระจกสุทธิเป็นศูนย์ พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมได้กลายเป็นกำลังหลักของการผลิตไฟฟ้าสะอาด อย่างไรก็ตาม ยังคงมีภาคส่วนที่พลังงานหมุนเวียนเข้าไม่ถึง โดยเฉพาะอุตสาหกรรมหนัก การกักเก็บพลังงานระยะยาว และการขนส่งทางไกล พลังงานไฮโดรเจนจึงเข้ามาเติมเต็มช่องว่างดังกล่าวด้วยคุณสมบัติเด่นสามประการ
- เป็นเชื้อเพลิงสะอาดที่ให้ความร้อนสูง สามารถทดแทนถ่านหินหรือก๊าซธรรมชาติในกระบวนการอุตสาหกรรมที่ต้องการความร้อนระดับสูงได้
- รองรับการกักเก็บพลังงานข้ามฤดูกาล สามารถเปลี่ยนไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนส่วนเกินให้อยู่ในรูปก๊าซเพื่อกักเก็บไว้ใช้ในระยะยาว
- มีความหนาแน่นพลังงานสูงและน้ำหนักเบา เหมาะสมกับการขนส่งหนักและการเดินทางระยะไกลที่การใช้แบตเตอรี่ยังมีข้อจำกัด
ด้วยคุณสมบัติเหล่านี้ พลังงานไฮโดรเจนจึงมิได้มีบทบาทในการทดแทนพลังงานหมุนเวียนประเภทอื่น หากแต่ทำงานร่วมกันเพื่อสร้างระบบพลังงานที่มีความสมดุลและยั่งยืน เปรียบเสมือนชิ้นส่วนที่ช่วยเชื่อมโยงแหล่งพลังงานต่างๆ เข้าด้วยกันให้ครอบคลุมทุกภาคส่วนของระบบเศรษฐกิจ
การทำความเข้าใจพลังงานไฮโดรเจนตั้งแต่พื้นฐาน คือก้าวแรกของการมองเห็นภาพรวมของการเปลี่ยนผ่านพลังงานโลก ซึ่งต้องอาศัยทั้งความหลากหลายของแหล่งพลังงานและการเปิดรับเทคโนโลยีใหม่อย่างต่อเนื่อง ในฐานะบริษัทพลังงานระดับนานาชาติ บ้านปูเข้าใจดีว่าอนาคตของพลังงานไม่ได้ขึ้นอยู่กับแหล่งพลังงานใดเพียงอย่างเดียว แม้ปัจจุบันบ้านปูจะยังไม่มีการผลิตพลังงานจากไฮโดรเจน (Hydrogen Energy) อยู่ในพอร์ตธุรกิจ แต่ยังคงติดตามและศึกษาเทคโนโลยีพลังงานสะอาดแห่งอนาคตอย่างใกล้ชิดเพื่อเป้าหมายในการส่งมอบพลังงานที่มั่นคง เข้าถึงได้ และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมได้อย่างยั่งยืน
คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับพลังงานไฮโดรเจน
ไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานหรือเป็นตัวกักเก็บพลังงาน?
- พลังงานไฮโดรเจนจัดเป็นตัวกลางในการกักเก็บและส่งผ่านพลังงาน (Energy Carrier) มิใช่แหล่งพลังงานปฐมภูมิ เนื่องจากต้องอาศัยพลังงานอื่น เช่น ไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์หรือลม ในการผลิต จึงทำหน้าที่คล้ายระบบกักเก็บพลังงานสะอาดเพื่อนำไปใช้ในพื้นที่และช่วงเวลาที่ต้องการ
ไฮโดรเจนสีเขียวต่างจากสีเทาและสีฟ้าอย่างไร?
- ความแตกต่างหลักอยู่ที่แหล่งพลังงานที่ใช้ผลิตและปริมาณการปล่อยคาร์บอน ไฮโดรเจนสีเทาผลิตจากเชื้อเพลิงฟอสซิลและปล่อยคาร์บอนสูง ไฮโดรเจนสีฟ้าผลิตจากฟอสซิลแต่มีการดักจับคาร์บอน ส่วนไฮโดรเจนสีเขียวผลิตจากการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียน จึงมีความสะอาดมากที่สุด
พลังงานไฮโดรเจนปลอดภัยหรือไม่?
- ไฮโดรเจนเป็นก๊าซไวไฟที่ต้องอาศัยมาตรฐานการจัดเก็บและขนส่งที่เข้มงวด อย่างไรก็ตาม ด้วยคุณสมบัติที่มีน้ำหนักเบาและกระจายตัวในอากาศได้รวดเร็ว ประกอบกับการพัฒนาระบบเซนเซอร์ตรวจจับการรั่วไหลและถังเก็บที่ทนแรงดันสูง ทำให้สามารถใช้งานได้อย่างปลอดภัยเทียบเท่าเชื้อเพลิงประเภทอื่น ปัจจุบันมีการพัฒนาการจัดเก็บไฮโดรเจน ให้อยู่ในรูปแบบสารประกอบที่มีความเสถียรและสะดวกต่อการขนส่ง เช่น แอมโมเนีย (Ammonia) ซึ่งจะช่วยให้การใช้งานไฮโดนเจนมีความแพร่หลายมากยิ่งขึ้น
บ้านปู คือ ผู้นำด้านพลังงานที่หลากหลาย ดำเนินธุรกิจหลัก 4 กลุ่มธุรกิจ ได้แก่ U.S. Closed-Loop Gas (ก๊าซธรรมชาติครบวงจรในสหรัฐฯ) Next-Gen Mining (เหมืองยุคใหม่) Power+ (ไฟฟ้าและธุรกิจที่เกี่ยวเนื่อง) Future Tech (เทคโนโลยีแห่งอนาคต) ในประเทศไทย อินโดนีเซีย จีน ออสเตรเลีย ลาว มองโกเลีย ญี่ปุ่น สหรัฐอเมริกา และเวียดนาม โดยมุ่งขยายขีดความสามารถด้านพลังงานของโลก ผ่านการสร้างสรรค์โซลูชันพลังงานที่มั่นคงและรับผิดชอบ เพื่อขับเคลื่อนโลกสู่อนาคตที่ดียิ่งกว่าเดิม
ติดตามเรื่องราวที่น่าสนใจเกี่ยวกับพลังงานและความยั่งยืนได้ที่นี่ และทางเพจเฟซบุ๊ก Banpu
References
- IEA – Hydrogen (Energy System): https://www.iea.org/energy-system/low-emission-fuels/hydrogen
- IEA – The Future of Hydrogen: https://www.iea.org/reports/the-future-of-hydrogen
- IRENA – International Renewable Energy Agency: https://www.irena.org
- Hydrogen Council: https://hydrogencouncil.com