ไฮโดรเจนในโฟกัส

แต่ก็มีข้อเสียเช่นกัน การผลิตไม่ง่าย การขนส่งอาจลำบากและไม่มีประสิทธิภาพ และเพราะเหตุนี้ ประโยชน์ที่แท้จริงต่อความยั่งยืนจึงไม่ชัดเจนเสมอไป

ที่นี่ เราจะมาดูเทคโนโลยีไฮโดรเจนบางส่วนที่มีแนวโน้มดีที่สุด ผู้ใช้รายแรก แอปพลิเคชันที่กำลังเติบโต วิธีการขนส่งและจัดเก็บ และภูมิทัศน์ด้านกฎระเบียบ ควบคู่ไปกับการลงทุนของรัฐบาลในด้านไฮโดรเจน

เทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจน

ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่พบมากที่สุดชนิดหนึ่งบนโลก แต่ส่วนใหญ่มักพบในสารประกอบ เช่น น้ำ ซึ่งต้องมีกระบวนการต่างๆ ในการเข้าถึงไฮโดรเจน กระบวนการสำคัญบางประการ ได้แก่:

กระแสไฟฟ้า

การแยกน้ำด้วยไฟฟ้าเป็นกระบวนการแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนโดยใช้ไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้พลังงานจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น ลมหรือแสงอาทิตย์ วิธีนี้จะทำให้ได้ไฮโดรเจนสีเขียว บริษัทต่างๆ เช่น Siemens และ ITM Power กำลังพัฒนาเทคโนโลยีการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและลดต้นทุน

ฟังดูดีตั้งแต่แรก แต่การทำสิ่งนี้ในระดับขนาดใหญ่ก็มีปัญหาสำคัญอยู่เหมือนกัน

ประเด็นสำคัญในการผลิตไฮโดรเจนสีเขียว ได้แก่:

1. ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน: เครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ในปัจจุบันมีประสิทธิภาพ 60-70% โดยสูญเสียพลังงานไปมาก การปรับปรุงเทคโนโลยีตัวเร่งปฏิกิริยาและเมมเบรนจึงมีความสำคัญ การพึ่งพาพลังงานหมุนเวียนซึ่งไม่ต่อเนื่องก็สร้างความท้าทายเช่นกัน
2. ต้นทุน: ต้นทุนการลงทุนเริ่มต้นที่สูงและต้นทุนการดำเนินการต่อเนื่องเป็นอุปสรรคต่อการนำไปใช้อย่างแพร่หลาย จำเป็นต้องมีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและการประหยัดต่อขนาดเพื่อลดต้นทุนเหล่านี้
3. วัสดุและทรัพยากร: อิเล็กโทรไลเซอร์ใช้วัสดุหายาก เช่น แพลตตินัมและอิริเดียม การวิจัยตัวเร่งปฏิกิริยาทางเลือกยังคงดำเนินต่อไป นอกจากนี้ ความต้องการน้ำแม้จะไม่มากแต่ก็ต้องการการจัดการอย่างยั่งยืน
4. โครงสร้างพื้นฐาน: การบูรณาการอิเล็กโทรไลเซอร์เข้ากับระบบไฟฟ้าและการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานด้านการกระจายและการจัดเก็บถือเป็นอุปสรรคสำคัญ การขนส่งและการจัดเก็บไฮโดรเจนต้องใช้การลงทุนจำนวนมากในท่อส่ง ถัง และเทคโนโลยีอื่นๆ
5. ข้อกังวลด้านสิ่งแวดล้อม: วงจรชีวิตทั้งหมดของการผลิตไฮโดรเจนจะต้องยั่งยืนต่อสิ่งแวดล้อม ความต้องการพลังงานหมุนเวียนที่เพิ่มขึ้นสำหรับการผลิตไฮโดรเจนไม่ควรนำไปสู่การกลับมาของเชื้อเพลิงฟอสซิล
6. ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี: เครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์อัลคาไลน์ PEM และ SOEC ต่างก็มีข้อท้าทายเฉพาะตัว การปรับปรุงประสิทธิภาพ ต้นทุน และความทนทานถือเป็นสิ่งสำคัญ การรวมเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์เข้ากับแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่แปรผันต้องใช้ระบบไฮบริดและเทคโนโลยีขั้นสูง
7. กรอบเศรษฐกิจและนโยบาย: การพัฒนาตลาดไฮโดรเจนที่มั่นคงและนโยบายรัฐบาลที่สนับสนุนถือเป็นสิ่งสำคัญ เงินอุดหนุน เครดิตภาษี และความร่วมมือระหว่างประเทศสามารถขับเคลื่อนการวิจัย การพัฒนา และการนำไปใช้งาน

การแก้ไขปัญหาเหล่านี้ถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้กระบวนการอิเล็กโทรไลซิสไฮโดรเจนกลายเป็นโซลูชันไฮโดรเจนสีเขียวขนาดใหญ่ที่สามารถใช้งานได้จริง ซึ่งจะช่วยสนับสนุนการเปลี่ยนผ่านสู่อนาคตของพลังงานคาร์บอนต่ำ

การปฏิรูปไอน้ำมีเทน (SMR) ด้วยการดักจับและกักเก็บคาร์บอน (CCS)

การปฏิรูปก๊าซมีเทนด้วยไอน้ำเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาระหว่างก๊าซมีเทน (CH₄) และไอน้ำ (H₂O) ที่อุณหภูมิสูงเพื่อผลิตไฮโดรเจน (H₂) คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) และคาร์บอนไดออกไซด์บางส่วน (CO₂)

SMR มีประสิทธิภาพสูง โดยประสิทธิภาพโดยรวมโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 65% ถึง 75% นอกจากนี้ยังเป็นเทคโนโลยีที่ครบถ้วนสมบูรณ์และเป็นที่เข้าใจกันดี ทำให้เป็นวิธีการผลิตไฮโดรเจนในอุตสาหกรรมที่ใช้กันทั่วไปที่สุด โครงสร้างพื้นฐานและความเชี่ยวชาญด้าน SMR มีอยู่มากมาย เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการผลิตไฮโดรเจนอื่นๆ แล้ว SMR ยังคุ้มต้นทุนค่อนข้างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่มีก๊าซธรรมชาติมากมายและราคาถูก

ดังนั้น แม้ว่าการผลิตพลังงานนิวเคลียร์ขนาดเล็กจะมีข้อดีอย่างแน่นอน แต่การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลที่เกี่ยวข้องก็เป็นความท้าทายที่สำคัญเช่นกัน

การบูรณาการของ CCS อาจช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ทำให้ SMR เป็นโซลูชันการเปลี่ยนผ่านที่เป็นไปได้ในขณะที่โลกกำลังมุ่งสู่วิธีการผลิตไฮโดรเจนที่ยั่งยืนมากขึ้น

แต่แนวทางการผลิตนี้ถูกกำหนดไว้เพื่อใช้เป็นเทคโนโลยีเปลี่ยนผ่านเท่านั้น โดยใช้ประโยชน์จากโครงสร้างพื้นฐานก๊าซธรรมชาติที่มีอยู่

เซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์ของแข็ง (SOFCs)

เซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์แข็ง (SOFCs) เปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นไฟฟ้าผ่านกระบวนการทางเคมีไฟฟ้า เหมาะสำหรับการผลิตไฟฟ้าแบบอยู่กับที่

SOFC เป็นอุปกรณ์ประสิทธิภาพสูงที่สร้างไฟฟ้าโดยทำปฏิกิริยาไฮโดรเจนหรือไฮโดรคาร์บอนกับออกซิเจนที่อุณหภูมิสูง (600°C ถึง 1,000°C) โดยใช้เซรามิกอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็ง อุปกรณ์นี้มีข้อดี เช่น ประสิทธิภาพไฟฟ้าสูง (50-60%) ความยืดหยุ่นในการใช้เชื้อเพลิง (ไฮโดรเจน ก๊าซธรรมชาติ ก๊าซชีวภาพ) และความเสถียรในระยะยาว อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์เหล่านี้ต้องเผชิญกับความท้าทาย เช่น การเสื่อมสภาพของวัสดุ เวลาในการสตาร์ทเครื่องที่ยาวนาน ปัญหาการจัดการความร้อน และต้นทุนที่สูงเนื่องจากวัสดุและกระบวนการผลิตที่มีราคาแพง

SOFC เหมาะสำหรับการผลิตไฟฟ้าแบบคงที่ การใช้งานในอุตสาหกรรม และพลังงานจากระยะไกลหรือทางทะเล โดยใช้ประโยชน์จากประสิทธิภาพสูงและความสามารถในการใช้ความร้อนเหลือทิ้ง การเอาชนะอุปสรรคทางเทคนิคและเศรษฐกิจด้วยความก้าวหน้าทางวัสดุและเทคนิคการผลิตถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการนำไปใช้อย่างแพร่หลาย แม้จะมีความท้าทายในปัจจุบัน SOFC ก็ยังคงเป็นความหวังที่สำคัญในการมีส่วนสนับสนุนอนาคตด้านพลังงานที่ยั่งยืนพร้อมทั้งลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก

บริษัทต่างๆ เช่น Bloom Energy เป็นผู้นำในการพัฒนา SOFC โดยนำเสนอโซลูชันพลังงานที่มีประสิทธิภาพและปรับขนาดได้สำหรับการใช้ในอุตสาหกรรมและการพาณิชย์

ผู้ใช้รุ่นแรกและแอปพลิเคชันที่กำลังเติบโต

การขนส่ง

รถยนต์นั่งส่วนบุคคล / รถยนต์พลังงานเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน (FCV)

รถยนต์พลังงานไฮโดรเจนแบบ FCV ถือเป็นกลุ่มแรกๆ ที่มีการนำมาใช้ โดยบริษัทต่างๆ เช่น Toyota (Mirai) และ Hyundai (Nexo) เป็นผู้ผลิตรถยนต์นั่งส่วนบุคคลที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนในเชิงพาณิชย์ รถยนต์ประเภทนี้มีระยะทางวิ่งที่ไกลขึ้นและเติมเชื้อเพลิงได้เร็วกว่าเมื่อเทียบกับรถยนต์ไฟฟ้าแบบใช้แบตเตอรี่ (BEV) แม้ว่าจำนวนสถานีเติมเชื้อเพลิงจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ แต่ก็ยังไม่แพร่หลาย  

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Toyota ยึดมั่นในวิสัยทัศน์ในการใช้รถยนต์ไฮโดรเจนอย่างแพร่หลาย ซึ่งเป็นเหตุผลส่วนหนึ่งที่ทำให้พวกเขาตามหลังในการพัฒนาพอร์ตโฟลิโอของรถยนต์ EV

การขนส่งสำหรับงานหนัก

ความหนาแน่นพลังงานสูงและการเติมเชื้อเพลิงอย่างรวดเร็วของไฮโดรเจนทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานหนัก เช่น รถบรรทุก รถประจำทาง และรถไฟ 

ความก้าวหน้าที่สำคัญ ได้แก่ รถบรรทุกไฮโดรเจนของ Nikola Motors ที่มีระยะทางวิ่งสูงสุด 500 ไมล์ และรถบรรทุกเซลล์เชื้อเพลิง XCIENT ของ Hyundai ในยุโรป เมืองต่างๆ ในยุโรปและจีนกำลังนำรถบัสไฮโดรเจนมาใช้ ขณะที่รถไฟไฮโดรเจน Coradia iLint ของ Alstom ดำเนินการในเยอรมนี ภาคส่วนทางทะเลกำลังพัฒนาเรือที่ขับเคลื่อนด้วยไฮโดรเจน เช่น เรือข้ามฟากของ Norled ในนอร์เวย์ โดยมุ่งหวังที่จะเป็นการขนส่งที่ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ 

การเติบโตของสถานีบริการเชื้อเพลิงไฮโดรเจนสำหรับรถบรรทุกกำลังเร่งตัวขึ้นทั่วโลก อเมริกาเหนือและยุโรปกำลังขยายเครือข่ายของตน โดยมีโครงการสำคัญจากบริษัทต่างๆ เช่น Nikola Motors และโครงการริเริ่มของรัฐบาลในเมืองต่างๆ ที่นำรถบัสไฮโดรเจนมาใช้ เพื่อให้แน่ใจว่าโครงสร้างพื้นฐานสำหรับการเติมเชื้อเพลิงจะสะดวกและครอบคลุม

 ประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม

ในทางทฤษฎี ไฮโดรเจนสามารถนำมาใช้ในกระบวนการผลิตในอุตสาหกรรมและสารเคมีต่างๆ ได้มากมาย อย่างไรก็ตาม การผลิต ขนส่ง และจัดเก็บไฮโดรเจนนั้นค่อนข้างยาก จึงมักไม่เป็นทางเลือกที่ใช้งานได้จริงหรือคุ้มต้นทุนเมื่อเทียบกับเชื้อเพลิงฟอสซิลแบบดั้งเดิม เช่น ถ่านหิน

การผลิตเหล็ก

อุตสาหกรรมเหล็กซึ่งเป็นผู้ปล่อย CO2 จำนวนมาก กำลังสำรวจกระบวนการรีดักชันที่ใช้ไฮโดรเจนเพื่อผลิตเหล็กสีเขียว บริษัทต่างๆ เช่น SSAB ในสวีเดนเป็นผู้บุกเบิกแนวทางนี้ โดยตั้งเป้าที่จะแทนที่ถ่านหินด้วยไฮโดรเจน

SSAB ร่วมมือกับ LKAB และ Vattenfall เป็นผู้นำโครงการ HYBRIT (Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology) โดยโครงการ HYBRIT มีเป้าหมายที่จะแทนที่ถ่านหินในกระบวนการผลิตเหล็กด้วยไฮโดรเจน ซึ่งจะผลิตน้ำแทน CO₂ โรงงานนำร่องของ SSAB ในเมืองลูเลโอ ประเทศสวีเดน ได้ผลิตเหล็กฟองน้ำลดไฮโดรเจนเป็นแห่งแรกของโลกแล้ว

บริษัทอื่นๆ ส่วนใหญ่ในยุโรปก็ทดลองใช้ไฮโดรเจนแทนเชื้อเพลิงฟอสซิลแบบดั้งเดิมเช่นกัน  

Salzgitter AG กำลังพัฒนาโครงการ SALCOS (Salzgitter Low CO₂ Steelmaking) เพื่อกำจัดคาร์บอนออกจากการผลิตเหล็ก โดยโครงการนี้รวมถึงการใช้ไฮโดรเจนในการลดปริมาณแร่เหล็กโดยตรง Salzgitter ได้ร่วมมือกับ Sunfire GmbH เพื่อใช้เทคโนโลยีอิเล็กโทรไลซิสอุณหภูมิสูงสำหรับการผลิตไฮโดรเจนสีเขียว

ArcelorMittal กำลังสำรวจโครงการที่ใช้ไฮโดรเจนหลายโครงการเพื่อลดการปล่อย CO₂ ในเมืองฮัมบูร์ก ประเทศเยอรมนี พวกเขากำลังทดสอบโรงงานรีดักชันโดยตรงที่ใช้ไฮโดรเจนเพื่อผลิตเหล็กรีดักชันโดยตรง (DRI) โครงการนำร่องนี้มุ่งหวังที่จะแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของไฮโดรเจนในฐานะตัวรีดักชันในการผลิตเหล็ก

บริษัท Tata Steel กำลังดำเนินโครงการ HIsarna ที่โรงงาน IJmuiden ซึ่งมีเป้าหมายเพื่อลดการปล่อย CO₂ โดยการนำไฮโดรเจนมาใช้ในกระบวนการผลิตเหล็ก โครงการนี้มุ่งเน้นที่การแปลงแร่เหล็กเป็นเหล็กโดยใช้ไฮโดรเจนแทนวัสดุที่มีคาร์บอน

Thyssenkrupp กำลังพัฒนาโครงการ Carbon2Chem ซึ่งรวมถึงการใช้ไฮโดรเจนในการผลิตเหล็ก โครงการนี้มุ่งหมายที่จะดักจับและแปลงการปล่อยมลพิษจากการผลิตเหล็กให้เป็นสารเคมี โดยใช้ไฮโดรเจนเป็นส่วนประกอบสำคัญ นอกจากนี้ Thyssenkrupp ยังวางแผนที่จะสร้างโรงงานรีดักชันโดยตรงที่ใช้ไฮโดรเจนในเมืองดูอิสบวร์กอีกด้วย

อุตสาหกรรมเคมี

ไฮโดรเจนสีเขียวที่ผลิตขึ้นโดยใช้ไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียน กำลังเปลี่ยนรูปการผลิตแอมโมเนียและเมทานอล ซึ่งเป็นสารเคมีสำคัญที่มีการใช้งานในอุตสาหกรรมอย่างมาก

โดยทั่วไป แอมโมเนียผลิตขึ้นโดย กระบวนการ ฮาเบอร์-บอชโดยใช้ไฮโดรเจนที่ได้จากก๊าซธรรมชาติ ซึ่งส่งผลให้เกิดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนมาก แต่ด้วยการใช้ไฮโดรเจนสีเขียว กระบวนการนี้จะรวมไฮโดรเจนกับไนโตรเจนจากอากาศเพื่อผลิตแอมโมเนียโดยไม่ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์แอมโมเนียสีเขียว นี้ มีความสำคัญต่อการผลิตปุ๋ยและเป็นตัวนำพลังงานปลอดคาร์บอนที่มีศักยภาพ

โดยทั่วไปเมทานอลจะผลิตจากก๊าซสังเคราะห์ (ส่วนผสมของไฮโดรเจน คาร์บอนมอนอกไซด์ และ CO2) ที่ได้จากก๊าซธรรมชาติหรือถ่านหิน ซึ่งยังปล่อย CO2 ในปริมาณมากอีกด้วย ไฮโดรเจนสีเขียวที่ผสมกับ CO2 ที่ถูกจับไว้สามารถผลิตเมทานอลได้โดยการไฮโดรจิเนชัน ส่งผลให้ได้เมทานอลและน้ำ เมทานอลสีเขียวทำหน้าที่เป็นวัตถุดิบและเชื้อเพลิงทางเคมี โดยปล่อยคาร์บอนฟุตพริ้นท์ต่ำกว่ามาก

ที่น่าสังเกตคือ Yara International และ Siemens-CF Industries กำลังผลักดันโครงการแอมโมเนียสีเขียว และ Carbon Recycling International (CRI) ในประเทศไอซ์แลนด์ผลิตเมทานอลหมุนเวียนโดยใช้ไฮโดรเจนสีเขียวและ CO₂

ภาคอื่น ๆ

นอกเหนือจากเหล็กและสารเคมีแล้ว ยังมีการสำรวจไฮโดรเจนในกระบวนการอุตสาหกรรมต่างๆ เพื่อลดการปล่อยมลพิษและเพิ่มความยั่งยืน:

1. การผลิตซีเมนต์: ไฮโดรเจนสามารถทดแทนถ่านหินและก๊าซธรรมชาติในเตาเผาซีเมนต์เพื่อลดการปล่อย CO₂
2. การผลิตแก้ว: ไฮโดรเจนทำหน้าที่เป็นเชื้อเพลิงสะอาดสำหรับเตาเผาอุณหภูมิสูง
3. โรงกลั่น: การเปลี่ยนมาใช้ไฮโดรเจนสีเขียวสำหรับการไฮโดรแคร็กกิ้งและการกำจัดซัลเฟอร์สามารถลดการปล่อยมลพิษได้
4. อาหารและเครื่องดื่ม: ไฮโดรเจนให้พลังงานแก่เตาอบและหม้อไอน้ำ ช่วยลดการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล
5. สิ่งทอและกระดาษ*: ไฮโดรเจนเป็นทางเลือกที่สะอาดกว่าในการให้ความร้อนและการผลิตไอน้ำ
6. การดำเนินการขุด: เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนขับเคลื่อนเครื่องจักรกลหนัก ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
7. การผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์: ไฮโดรเจนสีเขียวใช้ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์
8. การขนส่งและโลจิสติกส์: เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนขับเคลื่อนรถบรรทุก รถประจำทาง รถยก และอุปกรณ์ขนถ่ายวัสดุ

การพัฒนาดังกล่าวแสดงให้เห็นศักยภาพของไฮโดรเจนในการลดคาร์บอนในอุตสาหกรรมที่มีการปล่อยคาร์บอนสูง แต่ยังคงเป็นทางเลือกที่มีต้นทุนมากกว่าและใช้งานได้จริงน้อยกว่าสถานะปัจจุบัน

การกักเก็บพลังงานและการผลิตไฟฟ้า

ระบบกักเก็บพลังงานระดับกริด

ไฮโดรเจนสามารถทำให้ระบบไฟฟ้ามีเสถียรภาพได้โดยการกักเก็บพลังงานหมุนเวียนส่วนเกินและปล่อยออกมาในช่วงที่มีความต้องการสูงสุด 

ในช่วงที่มีการผลิตพลังงานหมุนเวียนส่วนเกิน เครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์จะใช้ไฟฟ้าส่วนเกินนี้เพื่อแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน จากนั้นไฮโดรเจนจะถูกเก็บไว้เป็นก๊าซอัด ไฮโดรเจนเหลว หรือสารประกอบเคมี เมื่อความต้องการเกินกว่าอุปทาน ไฮโดรเจนที่เก็บไว้จะถูกแปลงกลับเป็นพลังงานไฟฟ้าผ่านเซลล์เชื้อเพลิงหรือกังหันเผาไหม้ 

เซลล์เชื้อเพลิงสร้างไฟฟ้าโดยการรวมไฮโดรเจนและออกซิเจนเข้าด้วยกัน ในขณะที่กังหันเผาไหม้จะเผาไฮโดรเจนเพื่อผลิตพลังงาน กระบวนการนี้ช่วยสร้างสมดุลระหว่างอุปทานและอุปสงค์ ให้พลังงานสำรองที่เชื่อถือได้ และช่วยควบคุมความถี่ 

ระบบกักเก็บไฮโดรเจนสามารถปรับขนาดได้และสามารถกักเก็บพลังงานได้เป็นเวลานาน จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการบูรณาการกับแหล่งพลังงานหมุนเวียนและเพิ่มเสถียรภาพของโครงข่ายไฟฟ้า แนวทางนี้สนับสนุนระบบพลังงานที่เชื่อถือได้และยั่งยืนมากขึ้นโดยรับรองการส่งมอบพลังงานที่สม่ำเสมอแม้จะมีแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่หลากหลาย

โครงการต่างๆ เช่น European HyDeploy มีเป้าหมายเพื่อรวมไฮโดรเจนเข้ากับเครือข่ายก๊าซธรรมชาติ โดยใช้ประโยชน์จากโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่

ระบบไฟฟ้าสำรอง

เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนให้พลังงานสำรองที่สะอาดและเชื่อถือได้สำหรับโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ เช่น ศูนย์ข้อมูล เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนให้พลังงานอย่างต่อเนื่องตราบเท่าที่มีการจ่ายไฮโดรเจน และสามารถเริ่มสำรองพลังงานได้ทันทีเมื่อเกิดไฟฟ้าดับ 

การผลิตไฟฟ้าโดยผ่านปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้า เซลล์เชื้อเพลิงจะปล่อยเพียงน้ำและความร้อนเท่านั้น ทำให้เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและลดปริมาณคาร์บอน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ไฮโดรเจนสีเขียว

เซลล์เชื้อเพลิงมีประสิทธิภาพสูง สามารถปรับเปลี่ยนได้ และปรับขนาดได้ ทำให้สามารถตอบสนองความต้องการพลังงานที่เฉพาะเจาะจงได้ ขณะเดียวกันก็ไม่ต้องบำรุงรักษามากและทำงานเงียบ การผลิตและจัดเก็บไฮโดรเจนในสถานที่ช่วยเพิ่มความมั่นคงด้านพลังงาน ทำให้ไม่ต้องพึ่งพาระบบไฟฟ้าและมั่นใจได้ว่าจะมีเชื้อเพลิงสำรองอย่างสม่ำเสมอ 

ด้วยการใช้เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน ศูนย์ข้อมูลจะสามารถผลิตพลังงานได้อย่างน่าเชื่อถือและไม่หยุดชะงัก ลดการปล่อยมลพิษ และสนับสนุนเป้าหมายด้านความยั่งยืน ทำให้เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเป็นทางเลือกที่น่าสนใจแทนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลแบบดั้งเดิม

บริษัทต่างๆ เช่น Microsoft กำลังทดลองใช้เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนสำหรับศูนย์ข้อมูลของตน

การเก็บและขนส่งไฮโดรเจน

พื้นที่จัดเก็บ

การกักเก็บไฮโดรเจนมีความจำเป็นสำหรับการใช้ไฮโดรเจนเป็นตัวพาพลังงาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการบูรณาการพลังงานหมุนเวียน การขนส่ง และกระบวนการอุตสาหกรรม โซลูชันการกักเก็บที่มีประสิทธิภาพต้องสามารถแก้ไขปัญหาความหนาแน่นของพลังงาน ต้นทุน ความปลอดภัย และโครงสร้างพื้นฐานได้ วิธีการกักเก็บไฮโดรเจนหลักๆ บางส่วน ได้แก่:

การเก็บก๊าซอัด

ไฮโดรเจนถูกเก็บไว้ในถังแรงดันสูง (350 ถึง 700 บาร์) เทคโนโลยีที่ก้าวหน้านี้ใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในยานยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน (FCV) แม้ว่าจะค่อนข้างตรงไปตรงมา แต่ความหนาแน่นของพลังงานจะต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการอื่นๆ ซึ่งต้องใช้ปริมาณการจัดเก็บที่มากขึ้น การจัดเก็บแรงดันสูงยังต้องใช้วัสดุที่แข็งแรงและทนทาน ทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้นด้วย

การเก็บไฮโดรเจนเหลว

ไฮโดรเจนจะถูกทำให้เย็นลงถึง -253°C และเก็บเป็นของเหลวในภาชนะที่เป็นฉนวน วิธีการนี้ให้ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้น ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีพื้นที่จำกัด เช่น อุตสาหกรรมการบินและอวกาศ อย่างไรก็ตาม การรักษาอุณหภูมิให้เย็นจัดนั้นต้องใช้พลังงานจำนวนมากและฉนวนพิเศษ ทำให้มีความซับซ้อนและต้นทุนที่เพิ่มมากขึ้น นอกจากนี้ ยังมีการสูญเสียจากการเดือดเมื่อเวลาผ่านไปอีกด้วย

การจัดเก็บสารเคมี

ไฮโดรเจนสามารถเก็บไว้ในสารประกอบเคมี เช่น ไฮไดรด์ของโลหะ แอมโมเนีย หรือสารพาไฮโดรเจนอินทรีย์เหลว (LOHC) ไฮไดรด์ของโลหะให้ความหนาแน่นของพลังงานเชิงปริมาตรสูงและปลอดภัย แต่มีอัตราการปลดปล่อยไฮโดรเจนช้า แอมโมเนียมีความหนาแน่นของพลังงานสูงและมีโครงสร้างพื้นฐานที่จัดตั้งขึ้น แต่เป็นพิษและกัดกร่อน LOHC ให้การจัดการที่ปลอดภัยและใช้โครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่ แต่ต้องใช้กระบวนการที่ใช้พลังงานเข้มข้นเพื่อปลดปล่อยไฮโดรเจน

ที่เก็บของใต้ดิน

ไฮโดรเจนสามารถเก็บไว้ในถ้ำใต้ดิน โดมเกลือ หรือแหล่งก๊าซธรรมชาติที่หมดลง วิธีนี้คุ้มต้นทุนสำหรับปริมาณมาก และเหมาะสำหรับการจัดเก็บในระดับกริด แต่ต้องมีโครงสร้างทางธรณีวิทยาที่เหมาะสม และมีความเสี่ยงต่อการรั่วไหลและการปนเปื้อน

วัสดุขั้นสูง

การวิจัยวัสดุขั้นสูง เช่น กรอบโลหะอินทรีย์ (MOF) และวัสดุจากคาร์บอนยังคงดำเนินต่อไป วัสดุเหล่านี้อาจมีความจุสูงในการจัดเก็บที่ความดันต่ำและอุณหภูมิแวดล้อม แต่ยังอยู่ในระยะการวิจัย ซึ่งเผชิญกับความท้าทายด้านความสามารถในการปรับขนาดและต้นทุน

ยานพาหนะ

ท่อ

ไฮโดรเจนสามารถขนส่งได้ผ่านท่อส่งก๊าซธรรมชาติที่มีอยู่แล้วโดยมีการดัดแปลงหรือใช้ท่อส่งไฮโดรเจนเฉพาะแบบใหม่ โครงการต่างๆ เช่น European Hydrogen Backbone เสนอให้สร้างเครือข่ายไฮโดรเจนข้ามยุโรปภายในปี 2040

รถบรรทุกน้ำมัน

สำหรับระยะทางที่สั้นกว่านั้น สามารถขนส่งไฮโดรเจนในรูปแบบอัดหรือเหลวได้โดยใช้รถบรรทุกน้ำมัน วิธีการนี้ใช้สำหรับการจัดหาไฮโดรเจนในอุตสาหกรรมในปัจจุบัน

การส่งสินค้า

การขนส่งไฮโดรเจนเหลวกำลังได้รับการพัฒนาสำหรับการขนส่งระหว่างประเทศ บริษัท Kawasaki Heavy Industries ได้เปิดตัวเรือขนส่งไฮโดรเจนเหลวลำแรกของโลกที่มีชื่อว่า Suiso Frontier ซึ่งจะช่วยอำนวยความสะดวกในการค้าไฮโดรเจนขนาดใหญ่

วิธีการใหม่

นอกจากนี้ ยังมีทางเลือกการขนส่งใหม่ๆ เกิดขึ้น โดยมักจะทำควบคู่กับการขนส่งวัตถุดิบหลักในกระบวนการทางอุตสาหกรรม

ตัวอย่างเช่น ไฮโดรเจนสามารถฝังอยู่ในแร่เหล็กเพื่อขนส่งไปยังโรงงานเหล็ก ซึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้ไฮโดรเจนเพื่อลดปริมาณแร่เหล็กให้กลายเป็นเหล็กที่ลดลงโดยตรง (DRI) ซึ่งจะช่วยลดการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ในการผลิตเหล็กได้อย่างมาก วิธีการนี้จะแทนที่คาร์บอนด้วยไฮโดรเจนในกระบวนการลดปริมาณคาร์บอน โดยผลิตไอน้ำแทนคาร์บอนไดออกไซด์ จากนั้น DRI ซึ่งประกอบด้วยไฮโดรเจนที่ฝังอยู่ในนั้นจะถูกขนส่งไปยังโรงงานผลิตเหล็กเพื่อดำเนินการแปรรูปเพิ่มเติมโดยใช้เตาเผาแบบอาร์กไฟฟ้า (EAF) ซึ่งสามารถใช้พลังงานหมุนเวียนได้ แนวทางนี้ช่วยลดปริมาณคาร์บอนในอุตสาหกรรมเหล็ก ใช้ประโยชน์จากการขนส่งแร่เหล็กที่มีอยู่ และส่งเสริมการใช้ไฮโดรเจนสีเขียว

ประเด็นด้านกฎระเบียบ

มาตรฐานความปลอดภัย

ความสามารถในการติดไฟของไฮโดรเจนต้องมีมาตรฐานความปลอดภัยที่เข้มงวดสำหรับการผลิต การจัดเก็บ และการขนส่ง หน่วยงานกำกับดูแล เช่น องค์กรมาตรฐานระหว่างประเทศ (ISO) และกระทรวงพลังงานสหรัฐอเมริกา (DOE) กำลังพัฒนาแนวทางปฏิบัติด้านความปลอดภัยเพื่อให้แน่ใจว่าการจัดการจะปลอดภัย

การพัฒนาโครงสร้างพื้นฐาน

กรอบการกำกับดูแลต้องรองรับการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐาน เช่น ท่อส่งน้ำมัน สถานีเติมน้ำมัน และสถานที่จัดเก็บ นโยบายที่ส่งเสริมความร่วมมือระหว่างภาครัฐและเอกชนและกระบวนการอนุญาตที่คล่องตัวถือเป็นสิ่งสำคัญ

สิ่งจูงใจและเงินอุดหนุน

รัฐบาลกำลังดำเนินการตามมาตรการจูงใจต่างๆ เช่น เครดิตภาษี เงินช่วยเหลือ และเงินอุดหนุน เพื่อส่งเสริมการนำไฮโดรเจนมาใช้ ตัวอย่างเช่น ข้อตกลงสีเขียวของสหภาพยุโรปได้รวมเงินทุนจำนวนมากสำหรับโครงการไฮโดรเจน

การลงทุนภาครัฐ

ยุโรป

สหภาพยุโรปเป็นผู้นำด้านการลงทุนด้านไฮโดรเจน โดยกลยุทธ์ไฮโดรเจนของสหภาพยุโรปมีเป้าหมายที่จะติดตั้งเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ 40 กิกะวัตต์ภายในปี 2030 ประเทศต่างๆ เช่น เยอรมนี ฝรั่งเศส และเนเธอร์แลนด์มีกลยุทธ์ไฮโดรเจนระดับประเทศที่สำคัญ โดยลงทุนหลายพันล้านดอลลาร์ในการวิจัย โครงสร้างพื้นฐาน และโครงการนำร่อง

เอเชีย

ญี่ปุ่นและเกาหลีใต้เป็นผู้บุกเบิกเศรษฐกิจไฮโดรเจน กลยุทธ์ไฮโดรเจนพื้นฐานของญี่ปุ่นมุ่งเป้าไปที่สังคมที่ใช้ไฮโดรเจนเป็นหลัก โดยมีการลงทุนในยานยนต์เซลล์เชื้อเพลิงและการผลิตไฮโดรเจน แผนงานเศรษฐกิจไฮโดรเจนของเกาหลีใต้มีเป้าหมายที่จะนำยานยนต์ไฮโดรเจนจำนวน 5.26 ล้านคันมาใช้ภายในปี 2040

อเมริกาเหนือ

สหรัฐฯ กำลังเร่งลงทุนด้านไฮโดรเจน โดยโครงการ Hydrogen Energy Earthshot ของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ตั้งเป้าที่จะลงทุนไฮโดรเจน 1 ดอลลาร์ต่อ 2030 กิโลกรัมภายในปี XNUMX แคลิฟอร์เนียเป็นผู้นำ โดยมีโครงสร้างพื้นฐานการเติมไฮโดรเจนที่ครอบคลุมและแรงจูงใจสำหรับ FCV ไฮโดรเจน กลยุทธ์ไฮโดรเจนของแคนาดามุ่งเน้นไปที่การผลิตไฮโดรเจนสีเขียวและศักยภาพในการส่งออก

แสดงให้เห็นศักยภาพ มีช่องว่างสำหรับการปรับปรุง…

ไฮโดรเจนเป็นทางเลือกทดแทนเชื้อเพลิงฟอสซิลที่มีความยืดหยุ่นและมีแนวโน้มดี โดยมีการใช้งานครอบคลุมถึงการขนส่ง กระบวนการทางอุตสาหกรรม และการกักเก็บพลังงาน ผู้ที่นำมาใช้งานในช่วงแรกๆ ในภาคยานยนต์และการขนส่งขนาดใหญ่ได้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของไฮโดรเจน ขณะที่การใช้งานในอุตสาหกรรมยังให้โอกาสในการลดการปล่อยคาร์บอนได้อย่างมาก โซลูชันการขนส่งและการจัดเก็บที่มีประสิทธิภาพมีความสำคัญต่อความสำเร็จของไฮโดรเจน ซึ่งจำเป็นต้องมีการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานและเทคโนโลยี

กรอบการกำกับดูแลและการลงทุนของรัฐบาลถือเป็นปัจจัยสำคัญในการผลักดันการนำไฮโดรเจนมาใช้ ด้วยมาตรฐานความปลอดภัยที่เข้มงวด นโยบายสนับสนุน และเงินทุนจำนวนมาก ไฮโดรเจนสามารถมีบทบาทสำคัญในการบรรลุเป้าหมายด้านสภาพภูมิอากาศโลก 

แต่ – และนี่เป็นจริงมานานแล้ว – ไฮโดรเจนยังไม่สามารถบรรลุตามคำสัญญาได้ 

ในขณะที่ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและการประหยัดต่อขนาดเกิดขึ้นจริง บทบาทของไฮโดรเจนในการเปลี่ยนผ่านด้านพลังงานควรขยายตัวต่อไป ซึ่งนำเสนอเส้นทางที่ยั่งยืนมากขึ้นไปข้างหน้า