“สถานีไฟฟ้าไฮโดรเจน”เซลล์เชื้อเพลิง

Hydrogen Fuel Cell Power Plant

เซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cell .. ใช้ปฏิกิริยาทางเคมีของก๊าซไฮโดรเจน เพื่อผลิตกำลังไฟฟ้าพลังงานสะอาด และมีประสิทธิภาพ ..

หากใช้ไฮโดรเจนสีเขียว Green Hydrogen เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตพลังงานไฟฟ้า ของเสียของมันจากทั่วทั้งกระบวนผลิต จะได้เพียง น้ำ และความร้อน เท่านั้น .. เซลล์เชื้อเพลิง มีลักษณะเฉพาะในแง่ของความหลากหลายของการใช้งานที่เป็นไปได้สูงยิ่ง พวกมันสามารถจ่ายกำลังไฟฟ้าได้เสมือนเป็น โรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ สถานีไฟฟ้าในระบบสาธารณูปโภค และแม้กระทั่งทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานในระบบขนาดเล็กลงไป เช่น โรงงาน โรงแรม อาคารสถานที่ ที่ทำงาน ที่อยู่อาศัย ไปจนถึงอุปกรณ์ไฟฟ้าในครัวเรือน และคอมพิวเตอร์แล็ปท็อป ..

เมื่อไรก็ตามที่ชุดของเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cell Packs เข้าถึงแหล่งกักเก็บไฮโดรเจน Hydrogen Storage ได้ เมื่อนั้น มันจะสามารถจ่ายกำลังไฟฟ้าออกไปได้เช่นเดียวกับชุดแบตเตอรี่ สถานีไฟฟ้า หรือโรงไฟฟ้าในโครงข่ายระบบสายส่ง โดยไม่มีการปล่อยมลพิษใด ๆ หรือก๊าซเรือนกระจกออกสู่บรรยากาศ .. สำหรับ Hydrogen Energy & Storage ที่ได้จากแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานหมุนเวียนนั้น มันสะอาด และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอย่างยิ่ง ..

ด้วยเหตุนี้ ก๊าซไฮโดรเจน ร่วมกับเซลล์เชื้อเพลิง จึงเหมาะสมอย่างยิ่งที่อนาคตของมัน กำลังจะกลายเป็นตัวเปลี่ยนเกม Game Changer และแสดงบทบาทหลักในระบบจ่ายกำลังไฟฟ้าพลังงานสะอาด สำหรับพื้นที่ขนาดใหญ่ เมือง ชุมชน หมู่บ้าน โรงงานอุตสาหกรรม ระบบขนส่ง การขนถ่ายวัสดุ ยานยนต์พลังไฮโดรเจน เรือ อากาศยาน รวมทั้งการใช้งานกับอุปกรณ์ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์แบบอยู่นิ่ง และแบบพกพา .. มันสามารถทำหน้าที่ได้อย่างยอดเยี่ยมในฐานะสถานีจ่ายกำลังไฟฟ้าหลัก และการสำรองไฟฟ้าฉุกเฉิน .. มันแสดงบทบาทได้เช่นเดียวกับ โรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ สถานีจ่ายกำลังไฟฟ้า โรงไฟฟ้าแยกเดี่ยว หรือต่อเชื่อมกันไว้เป็นระบบเครือข่าย และสามารถทำตัวเสมือนชุดแบตเตอรี่ และระบบจัดเก็บพลังงานไปพร้อมด้วย ทั้งบนโครงข่ายระบบสายส่ง และนอกระบบสายส่ง ..

เซลล์เชื้อเพลิง มีประโยชน์หลายประการเหนือชั้นกว่าเทคโนโลยีที่ใช้การเผาไหม้รูปแบบเดิมในโรงไฟฟ้า สถานีไฟฟ้า ยานยนต์ รถยนต์โดยสาร และรถยนต์บรรทุกที่ใช้งานหนัก .. ประสิทธิภาพการทำงานของมันสูงกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายใน และสามารถเปลี่ยนพลังงานเคมีในเซลล์เชื้อเพลิงไปเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ด้วยประสิทธิภาพสูงถึง 60% .. เซลล์เชื้อเพลิง มีการปล่อยมลพิษต่ำกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายใน และมันปลดปล่อยเพียงน้ำอย่างเดียวสู่สิ่งแวดล้อม ..

ดังนั้นจึงไม่มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ไม่มีก๊าซเรือนกระจก และไม่มีมลพิษทางอากาศที่สร้างหมอกควัน หรือก่อให้เกิดปัญหาต่อสุขภาพ ณ จุดดำเนินการ .. นอกจากนี้ เซลล์เชื้อเพลิง ยังเงียบกริบในระหว่างการทำงาน เนื่องจากระบบไม่มีชิ้นส่วนใดที่ต้องเคลื่อนไหวยกเว้นการไหลของก๊าซไฮโดรเจน ไอน้ำ และหยดน้ำ เท่านั้น ..

“เราเห็นต้นทุนการผลิตไฮโดรเจนที่ลดลงอย่างแท้จริง” Haim Israel นักยุทธศาสตร์พลังงานระดับโลก และหัวหน้าฝ่ายการลงทุนเฉพาะเรื่องของ BofA Securities กล่าวไว้ .. ราคาของอิเล็กโทรไลเซอร์ Electrolyzer ลดลงมากกว่า 50% ตั้งแต่ 5 ปีที่ผ่านมา และต้นทุนพลังงานทางเลือก และพลังงานหมุนเวียน ก็ลดลงมากกว่า 50%-60% .. “เราเชื่อว่าต้นทุนรวมจะลดลงอีก 60 ถึง 70% ก่อนสิ้นทศวรรษ” เขากล่าว ..

ในอีกไม่ถึง 50 ปีข้างหน้า Haim Israel เชื่อว่า ไฮโดรเจนจะเป็นส่วนสำคัญในชีวิตของเรา หากเราจริงจังกับการลดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศ เราก็ไม่มีทางเลือกอื่น นอกจากไฮโดรเจน ..

โรงไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน ผลผลิตที่เป็นนวัตกรรมรูปแบบใหม่สู่อนาคต ..

ในช่วงแรก ๆ ของการพัฒนานั้น นักวิจัยมิค่อยเห็นความจำเป็นที่จะต้องมีโรงไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงขนาดใหญ่ .. เซลล์เชื้อเพลิง สามารถกระจายติดตั้งตามหน้าห้อง ครัวเรือน ที่อยู่อาศัย อาคารสถานที่ต่าง ๆ และชุมชน ด้วยการรับก๊าซไฮโดรเจนที่ส่งไหลผ่านทางระบบท่อได้ รวมทั้งก๊าซไฮโดรเจนเองสามารถทดแทนเชื้อเพลิงฟอสซิลสำหรับการจุดระเบิดในเครื่องยนต์เผาไหม้ภายในได้โดยตรงอีกต่างหาก .. อย่างไรก็ตาม เพื่อให้เศรษฐกิจและสังคมทั่วทั้งระบบในอนาคต เปลี่ยนไปใช้แหล่งพลังงานสะอาดอย่างแท้จริงแล้ว สถานีไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงขนาดใหญ่บนโครงข่ายระบบสายส่ง กลายเป็นความจำเป็น หลีกเลี่ยงไม่ได้ที่ต้องจัดสร้างวางไว้พร้อมด้วย ..

โรงไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่ใหญ่ที่สุดในโลก และเป็นแห่งแรกที่ใช้เฉพาะไฮโดรเจนจากการผลิตปีโตรเคมีเท่านั้น .. Hanwha Energy ให้บริการที่ Daesan Industrial Complex ใน Seosan ประเทศเกาหลีใต้

โรงไฟฟ้านวัตกรรมใหม่แห่งนี้ใช้ “ไฮโดรเจนรีไซเคิล Hydrogen Recycle จากการผลิตปีโตรเคมี” ที่จัดหาโดยโรงงาน Hanwha Total Petrochemical ซึ่งตั้งอยู่ภายในคอมเพล็กซ์ Complex เดียวกัน .. มันคือโรงไฟฟ้าขนาด 50 MW มีความสามารถในการผลิตกำลังไฟฟ้าได้ถึง 400,000 MW ต่อปี ซึ่งเพียงพอที่จะจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับบ้านเรือนชาวเกาหลีใต้มากกว่า 160,000 หลังคาเรือน ..

“เมื่อโรงงานแห่งนี้เสร็จสมบูรณ์ เราจะช่วยภาครัฐในการกำหนดแผนงานไปสู่เศรษฐกิจไฮโดรเจน Hydrogen Economy พร้อมทั้งส่งเสริมเศรษฐกิจในท้องถิ่นได้” Hanwha Energy CEO | In – Sub Jung กล่าวไว้ในงานฉลองความสำเร็จของโครงการ ..

อย่างไรก็ตาม มันจะสมบูรณ์แบบมากกว่านี้ หากใช้ไฮโดรเจนสีเขียวจากการแยกน้ำด้วยแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ พลังลม พลังน้ำ หรือพลังงานความร้อนใต้พิภพ เป็นเชื้อเพลิงแทนไฮโดรเจนที่ได้จาก By Product ปีโตรเคมี สำหรับ โรงไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง Hydrogen Fuel Cell Power Plant ..

ทั้งนี้ คาดหมายได้ว่า ในอีกไม่เกิน 10 ปีข้างหน้า เมื่อการผลิตไฮโดรเจนปริมาณมาก ๆ ด้วยพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทนที่สะอาดกว่าเพิ่มขึ้น และมีโรงไฟฟ้า สถานีไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงขนาดต่าง ๆ เกิดขึ้นติดตั้งกระจายอยู่ทั่วไปในวงกว้างแล้ว ภาพรวมระบบเศรษฐกิจและสังคมของโลก ก็จะขยับขับเคลื่อนเข้าไปสู่ เศรษฐกิจไฮโดรเจน Hydrogen Economy หรือ สังคมไฮโดรเจน Hydrogen Society ในอนาคตได้สำเร็จในที่สุด ..

โรงไฟฟ้าพลังเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cell Power Plant ทำงานอย่างไร ..

พลังงานไฟฟ้าจากเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน แตกต่างอย่างมากเมื่อเทียบกับการผลิตกำลังไฟฟ้าจากเชื้อเพลิงฟอสซิล เทคโนโลยีเชื้อเพลิงฟอสซิลทั่วไป อาศัยการเผาไหม้เพื่อผลิตไอน้ำ และหมุนกังหันเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ในขณะที่ เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน จะรวมไฮโดรเจนและออกซิเจนในปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ผลพลอยได้เพียงอย่างเดียวจากปฏิกิริยานี้ คือ ความร้อน และไอน้ำ ทำให้การประยุกต์ใช้งานเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน เป็นวิธีการที่น่าสนใจในการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ได้อย่างเฉียบขาด ..

โรงงานที่ Daesan Industrial Complex ประกอบด้วย เซลล์เชื้อเพลิง 114 ชุด โรงงานปีโตรเคมีทั้งหมดของ Hanwha ผลิตไฮโดรเจนได้มากถึง 3 ตันต่อชั่วโมง .. ไฮโดรเจนรีไซเคิล จะถูกสูบเข้าไปในโรงไฟฟ้าแห่งใหม่ ผ่านท่อใต้ดิน และป้อนเข้าสู่เซลล์เชื้อเพลิงโดยตรง จากนั้นกระแสไฟฟ้า จะถูกสร้างขึ้นโดยปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี ไม่มีการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ซัลเฟอร์ออกไซด์ SO_X หรือไนโตรเจนออกไซด์ NO_X ใด ๆ ทั้งสิ้นสู่บรรยากาศของโลก .. มันเป็นกระบวนการผลิตกำลังไฟฟ้าที่สะอาดอย่างยิ่ง ..

ด้วยศักยภาพในตัวมันเองของชุดเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cell ขนาดเล็กนั้น มันสามารถขับเคลื่อนกำลังไฟฟ้าให้กับ อาคารสถานที่ บ้านเรือน ที่อยู่อาศัย ที่ทำงาน โรงงานอุตสาหกรรม และระบบการขนส่งของเราได้อย่างยอดเยี่ยม .. ดังนั้น จากนี้ไป ชุดเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cell ขนาดใหญ่ กำลังถูกพัฒนาขึ้นเพื่อมุ่งใช้งานในลักษณะรูปแบบโรงไฟฟ้าพลังงานสะอาด และระบบจัดเก็บพลังงาน บนโครงข่ายระบบสายส่ง ในการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้แก่ เมือง หมู่บ้าน ชุมชน และนิคมอุตสาหกรรม ด้วยกำลังไฟฟ้าที่เสถียรนั้น เป็นไปได้ .. ไม่มีประเด็นปัญหาใด ๆ ในทางเทคนิค.. อุปสรรคสำคัญของมันจริง ๆ นั้น เป็นเรื่องของราคา กับสติปัญญาของฝ่ายการเมืองล้วน ๆ .. อย่างไรก็ตาม คาดหมายได้ว่า เศรษฐกิจไฮโดรเจน Hydrogen Economy กำลังจะเริ่มขึ้นแล้ว ..

ทั้งนี้ โรงไฟฟ้าไฮโดรเจนเซลล์เชื้อเพลิง จะทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบ ไม่มีการปล่อยมลพิษใด ๆ สู่สิ่งแวดล้อมนั้น กระบวนการทำงานของมันนั้น จะต้องประกอบขึ้นด้วยหัวใจสำคัญ 2 ประการ ได้แก่ การผลิต Green Hydrogen ไฮโดรเจนสีเขียว ด้วยต้นทุนรวมราคาถูกจากแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน ประการหนึ่ง กับระบบการจัดเก็บก๊าซไฮโดรเจนความดันสูง หรือไฮโดรเจนเหลว รวมทั้งระบบขนส่งก๊าซไฮโดรเจนผ่านทางระบบท่อที่ปลอดภัย อีกประการหนึ่ง เพื่อให้มันเป็นแหล่งเชื้อเพลิงในกำลังการผลิตไฟฟ้าของชุดเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cell หลาย ๆ หน่วยที่ผูกกันไว้ และส่งผ่านเข้าระบบสายส่งกระจายกระแสไฟฟ้าสำหรับพื้นที่ให้บริการ และประชาชนผู้บริโภคต่อไปนั่นเอง ..

โรงไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง ถูกนำไปใช้ในหลากหลายรูปแบบทั่วสหรัฐฯ ..

สหรัฐฯ มีโรงไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงขนาดใหญ่ 56 หน่วยที่สร้างกำลังผลิตไฟฟ้ามากกว่า 1 MW ต่อหน่วย รวม 137 MW ของกำลังการผลิตสุทธิ กำลังการผลิตไฟฟ้านี้ส่วนใหญ่ 85% มาทางออนไลน์ ตั้งแต่ปี 2556 .. สถานีไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงรวมกันให้พลังงานไฟฟ้า 810,000 MWh ในปี 2559 ซึ่งคิดเป็น 0.02% ของกำลังผลิตไฟฟ้าทั้งหมดในสหรัฐฯ ..

โดยทั่วไประบบเซลล์เชื้อเพลิงปัจจุบัน จะรับก๊าซไฮโดรเจนจาก By Product ในกระบวนการผลิตทางปีโตรเคมีเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน เช่น ก๊าซธรรมชาติ หรือจากเชื้อเพลิงขยะ โดยใช้กระบวนการทางเทอร์โมเคมี Thermochemistry เช่น Steam Reforming หรือ Syngas เพื่อผลิตก๊าซไฮโดรเจน .. ไฮโดรเจน ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในเซลล์ไฟฟ้าเคมีคล้ายกับแบตเตอรี่เพื่อผลิตไฟฟ้า และน้ำ แม้ว่าเกือบ 85% ของความจุของเซลล์เชื้อเพลิงในปี 2559 จะใช้ก๊าซธรรมชาติ แต่เชื้อเพลิง เช่น ก๊าซฝังกลบ หรือก๊าซชีวภาพ Biomass จากการสลายตัวของสิ่งปฏิกูลที่โรงบำบัดน้ำเสียก็ถูกนำมาใช้เช่นกัน ..

โรงไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงบางครั้ง ใช้เป็นพลังงานสำรองในสิ่งอำนวยความสะดวกขนาดเล็ก เช่น โรงพยาบาล .. โรงแรม .. นอกจากนี้ยังสามารถใช้เพื่อเป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับศูนย์ข้อมูลของบริษัทเอกชนขนาดใหญ่ที่มุ่งมั่นจะใช้พลังงานไฟฟ้า 100% จากแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน ..

ปัจจัยด้านกำลังการผลิตของเซลล์เชื้อเพลิงตั้งแต่ปี 2559 อยู่ในระดับยอดเยี่ยม ซึ่งสะท้อนถึงช่วงการทำงานที่กว้าง และอ่อนตัวอย่างยิ่ง .. สำหรับเซลล์เชื้อเพลิงเหล่านี้ บางแห่งมิได้ดำเนินการเต็มขีดความสามารถ โรงงาน 8 แห่งจาก 50 แห่งที่เปิดดำเนินการในปี 2559 มีปัจจัยด้านความจุ 30% หรือต่ำกว่า ซึ่งน่าจะสะท้อนถึงการใช้งานที่จำกัด เช่น ใช้เฉพาะเมื่อเกิดความต้องการใช้กำลังไฟฟ้าสูงสุด หรือการสำรองพลังงาน และข้อมูลเท่านั้น .. สถานีไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง ประมาณ 25% นั้น มีปัจจัยด้านกำลังการผลิตเกิน 85% ซึ่งสะท้อนถึงศักยภาพของมันในการเป็นเป็นแหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้าหลักได้ในอนาคต ..

ทั้งนี้ เซลล์เชื้อเพลิงที่มีการใช้ความร้อน และพลังงานร่วม โดยทั่วไป จะมีปัจจัยด้านกำลังการผลิตต่ำกว่าเซลล์ที่ส่งกระแสไฟฟ้าอย่างเดียว โดยมีปัจจัยด้านกำลังการผลิตเฉลี่ย 44% และ 81% ตามลำดับ ..

ในปี 2559 นั้น 36% ของกำลังความจุกำลังไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงทั้งหมดของสหรัฐฯ อยู่ในแคลิฟอร์เนีย .. แรงจูงใจหลายประการสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หรือสถานีไฟฟ้าแบบกระจาย เช่น ชุดของเซลล์เชื้อเพลิง สร้างโอกาสทางธุรกิจในสหรัฐฯ .. โรงงานผลิตเซลล์เชื้อเพลิง ในคอนเนตทิคัต Connecticut State คิดเป็น 27% ของกำลังการผลิตเซลล์เชื้อเพลิงในสหรัฐฯ และโรงงานในเดลาแวร์ Delaware State คิดเป็น 22% ..

ทั้งสองรัฐอนุญาตให้ใช้งานโรงไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง และสถานีไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง ที่มิได้ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนจากพลังงานทดแทน ดำเนินการได้ แต่ให้เป็นไปตามข้อกำหนดสำหรับมาตรฐานความปลอดภัยของรัฐ .. นอกจาก แคลิฟอร์เนีย คอนเนตทิคัต และเดลาแวร์ แล้ว โรงไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงที่เหลือในสหรัฐฯ นั้น ตั้งอยู่ในรัฐนอร์ทแคโรไลนา North Carolina State และยูทาห์ Utah State ..

นโยบายของญี่ปุ่นเกี่ยวกับพลังงานไฮโดรเจน ..

รัฐบาลญี่ปุ่น กรอบนโยบายยุทธศาสตร์พลังงาน “กลยุทธ์พื้นฐานไฮโดรเจน Basic Hydrogen Strategy” เพื่อบรรลุสู่สังคมไฮโดรเจน Hydrogen Society ในระดับชั้นนำของโลก .. กลยุทธ์นี้แสดงให้เห็นถึงวิสัยทัศน์ในอนาคตสู่ปี ค.ศ.2050 หรือ พ.ศ.2593 และยังใช้เป็นแผนปฏิบัติการด้วยเป้าหมายเดียวกันนี้ เพื่อให้บรรลุวิสัยทัศน์ภายในปี 2573 ..

กลยุทธ์ดังกล่าวกำหนดเป้าหมายว่า ญี่ปุ่น มุ่งมั่นจะลดต้นทุนไฮโดรเจนให้อยู่ในระดับเดียวกันกับราคาพลังงานทั่วไป และเพื่อบรรลุเป้าหมายดังกล่าว การบูรณาการนโยบายไปสู่การปฏิบัติในทุกกระทรวง ตั้งแต่กระบวนผลิตไฮโดรเจนไปจนถึงการใช้ประโยชน์ภายใต้วัตถุประสงค์รวม และการกำหนดมาตรฐานความปลอดภัย เป็นสิ่งสำคัญจำเป็นที่ขาดไม่ได้ ..

NEDO : New Energy and Industrial Technology Development Organization ในฐานะองค์กรวิจัย และพัฒนาแห่งชาติ องค์กรพัฒนาพลังงานรูปแบบใหม่ ๆ และเทคโนโลยีทางอุตสาหกรรม รับผิดชอบในการดำเนินการวิจัย และพัฒนาเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับพลังงานไฮโดรเจน รวมถึงการระดมความร่วมมือกับเอกชนที่มีศักยภาพ เพื่อให้เป็นไปตามนโยบายข้างต้น เดินหน้าสู่อนาคตได้สำเร็จในที่สุด ..

ความพยายามของญี่ปุ่นนั้น มุ่งมั่นให้ความสำคัญอย่างยิ่งต่อเซลล์เชื้อเพลิง ซึ่งเป็นอุปกรณ์สร้างพลังงานที่สะอาด และประหยัดพลังงาน ซึ่งพวกเขาถือว่าเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการลดการปล่อย CO₂ ..

ในประเทศญี่ปุ่น การใช้ระบบเซลล์เชื้อเพลิงในครัวเรือน EN-FARM ในเชิงพาณิชย์ ซึ่งหมายรวมถึงเซลล์เชื้อเพลิงเชิงพาณิชย์และภาคอุตสาหกรรม ประสบความสำเร็จในปี 2552 และ 2560 ตามลำดับ และตั้งแต่ปี 2557 เป็นต้นมา รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิง FCV : Fuel Cell Electric Vehicle ได้วางจำหน่ายในญี่ปุ่นก่อนประเทศอื่น ๆ มันทำตลาดได้ไม่ดีเท่าที่คาดในช่วงแรก แต่มันกำลังค่อย ๆ กลับมาเนื่องจากมันเป็นเทคโนโลยีที่น่าสนใจมาก และราคาของมันกำลังเริ่มลดลง ..

ปัจจุบันการพัฒนาทางเทคนิคที่เอื้อต่อการปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตกำลังไฟฟ้า ความทนทาน อายุการใช้งาน และรูปแบบผลิตภัณฑ์ ซึ่งเชื่อมโยงโดยตรงกับการลดต้นทุน ตลอดจนความพยายามในการขยายการใช้หน่วยเซลล์เชื้อเพลิงรูปแบบใหม่ ๆ กำลังได้รับการส่งเสริม เพื่อขยายตลาดได้ต่อไป การแพร่กระจายของชุดเซลล์เชื้อเพลิงแบบแยกเดี่ยว เซลล์เชื้อเพลิงขนาดเล็กที่ใช้ติดตั้งในบ้านเรือน ที่อยู่อาศัย ที่ทำงาน และรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิง FCV : Fuel Cell Electric Vehicle ..

มันท้าทายตลาดยานยนต์ไฟฟ้า และแบตเตอรี่ลิเธียม Lithium Ion Batteries อย่างมาก แต่ก็ยังคงอีกสักพักใหญ่ ๆ .. ประเด็นเรื่องราคาเป็นปัญหาสำคัญที่ต้องได้รับการแก้ไข มันถูกระบุอยู่ในแผนปฏิบัติการภาครัฐอย่างชัดเจน .. ปัจจุบัน พลังงานไฮโดรเจน Hydrogen Energy ยังคงมีต้นทุนสูงลิ่วทั่วทั้งระบบ และเพื่อให้มันแข่งขันได้ ราคาของมันจะแพงเกินไปนั้นไม่ได้ ..

ในทางกลับกัน ในขณะที่สถานีชาร์จไฮโดรเจนมากกว่า 140 แห่ง ได้รับการจัดตั้งขึ้นในญี่ปุ่นตั้งแต่เดือนธันวาคม 2563 .. มันจำเป็นต้องลดต้นทุนการบำรุงรักษา และการดำเนินการเพิ่มเติมอีกหลายรายการ เพื่อการขยายการแพร่กระจายจุดให้บริการของสถานีไฮโดรเจนดังกล่าวสู่ชุมชน หรือนิติบุคคลที่มีศักยภาพ การก้าวไปสู่ความสำเร็จในการดำรงตนอย่างยั่งยืนในช่วงปลายปี 2563 ..

การลดต้นทุนที่จำเป็นในการสร้าง ผลิต และดำเนินการ สถานีชาร์จไฮโดรเจน สถานีไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง ตลอดจนการพัฒนาด้านเทคนิคอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง กับการได้มาของข้อมูล และการจัดทำร่างมาตรฐานเพื่อการปรับปรุงข้อกฎหมาย และเพิ่มประสิทธิภาพของกฎระเบียบ แนวทางปฏิบัติในระดับชาติ รวมทั้งมาตรฐานความปลอดภัย กลายเป็นความท้าทายของการกำกับดูแลภาครัฐที่สำคัญยิ่ง และมันจะกลายเป็นระบบมาตรฐานของโลกในอนาคตได้ ..

ดังที่นายกรัฐมนตรีญี่ปุ่น Yoshihide Suga ได้ประกาศไว้ เมื่อเดือนตุลาคมปี 2563 ว่าญี่ปุ่น จะตั้งเป้าหมายให้เกิดความเป็นกลางของคาร์บอนภายในปี 2593 และมีความคาดหวังเพิ่มขึ้นเกี่ยวกับบทบาทของไฮโดรเจนที่สามารถนำมาประยุกต์ใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ และปลอดภัย .. สำหรับการลดต้นทุนพลังงานไฮโดรเจนเป็นสิ่งจำเป็นที่สำคัญที่สุด คือ ต้องออกแบบว่าควรใช้ไฮโดรเจนอย่างไรในระบบพลังงานทั้งหมดในอนาคต เช่น การรวมเข้ากับพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน กับระบบพลังงานที่มีอยู่แล้วปัจจุบัน ในขณะเดียวกัน ก็ช่วยเพิ่มเทคโนโลยีการผลิต การขนส่ง และการใช้ประโยชน์ในลักษณะที่เป็นหนึ่งเดียว .. NEDO จะส่งเสริมโครงการพัฒนาด้านเทคนิคตามสิ่งเหล่านี้ รวมทั้งมุ่งเป้าไปที่การแพร่กระจายของพลังงานไฮโดรเจนอย่างเต็มรูปแบบผ่านความพยายามในการทำงานร่วมกันระหว่างประเทศ และกิจกรรมสร้างความตระหนักรู้สำหรับเยาวชนที่จะมีบทบาทสำคัญในสังคมในอนาคต ..

สรุปส่งท้าย ..

เซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cell ถูกนำไปใช้ในงานต่าง ๆ มากมาย หลากหลายขนาด และกำลังผลิตไฟฟ้า ตั้งแต่ขนาดเล็กสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ ไปจนถึงการเชื่อมต่อกันเป็นระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้าขนาดใหญ่ เช่นเดียวกับ โรงไฟฟ้า หรือผูกกันไว้เป็นเครือข่ายโรงไฟฟ้าเสมือนจริง VPP หรือแม้แต่การติดตั้งระบบขนาดใหญ่นี้ไว้บนระบบสายส่งในฐานะระบบจัดเก็บพลังงานในระบบสายส่ง .. มันได้ถูกใช้เป็นแหล่งพลังงานหลัก และแหล่งพลังงานสำรองสำหรับ ชุมชนเมือง หมู่บ้าน อาคารพาณิชย์ โรงงานอุตสาหกรรม ที่อยู่อาศัย และในพื้นที่ห่างไกลที่ไม่สามารถเข้าถึงระบบสายส่งได้ นอกจากนี้ยังใช้ในการขับเคลื่อนรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิง รถยนต์โดยสารประจำทาง รถจักรยานยนต์ อากาศยาน และในเรือดำน้ำ ..

ตัวอย่าง โรงไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนแห่งแรกในประเทศไทย และในเอเชีย ได้แก่ โครงการกังหันลมผลิตไฟฟ้าลำตะคอง ระยะที่ 2 บริเวณอ่างพักน้ำตอนบนโรงไฟฟ้าลำตะคองชลภาวัฒนา จ.นครราชสีมา ได้นำระบบ Wind Hydrogen Hybrid ควบคู่กับการใช้เซลล์เชื้อเพลิง มาประยุกต์ใช้กับกังหันลม ที่จะช่วยให้ไฟฟ้าที่ผลิตจากกังหันลม สามารถจ่ายไฟฟ้าเข้าระบบได้อย่างมีเสถียรภาพ ซึ่งนับเป็นประเทศแรกในเอเชียที่ใช้งานสถานีไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนรูปแบบดังที่กล่าว ..

สำหรับโครงการกังหันลมผลิตไฟฟ้าลำตะคอง ระยะที่ 2 นั้น มีกำลังผลิตรวม 24 MW กำลังผลิตกังหันลมต้นละ 2 MW จำนวน 12 ต้น ซึ่งจะอยู่ในบริเวณเดียวกับกังหันลมลำตะคอง ขนาด 1.25 เมกะวัตต์ จำนวน 2 ต้น ที่มีอยู่เดิม ซึ่งมั่นใจว่าจะได้พลังงานไฟฟ้าจากกังหันลม 9.14 ล้านหน่วยกิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปี และปัจจุบันได้จ่ายพลังงานไฟฟ้าเข้าสู่ระบบสายส่งแล้วในปีที่ผ่านมา ..

ขณะที่ การทำงานของระบบ Wind Hydrogen Hybrid หากจะพูดให้เข้าใจง่าย ๆ ก็คือ ระบบการกักเก็บพลังงานรูปแบบหนึ่ง ทว่า ไม่กักเก็บอยู่ในรูปของแบตเตอรี่ แต่เก็บอยู่ในรูปแบบของไฮโดรเจนแทน ..

เมื่อกังหันลมผลิตไฟฟ้าได้ ไฟฟ้าจะถูกนำไปผ่านเครื่อง Electrolyzer หรือเครื่องแยกน้ำด้วยไฟฟ้า ซึ่งเมื่อผ่านจะทำให้น้ำ H₂O ในเครื่อง Electrolyzer ถูกแยกออกเป็นออกซิเจน O₂ และก๊าซไฮโดรเจน H₂ โดยที่ไฮโดรเจนจะถูกนำไปกักเก็บที่ถังเก็บก๊าซไฮโดรเจน ที่โดยส่วนมากแล้ว กังหันลมมักจะผลิตไฟฟ้าได้ในช่วงเวลากลางคืน ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่ความต้องการไฟฟ้าต่ำ จึงนำพลังงานที่ผลิตได้นี้มาเก็บไว้ ..

ทั้งนี้ แหล่งพลังงานแสงอาทิตย์ ก็คล้ายกัน แต่จะได้กำลังผลิตในช่วงเวลากลางวัน อย่างน้อยเฉลี่ย 6 ชั่วโมงต่อวัน หรือมากกว่า 2,000 ชั่วโมงต่อปี แล้วนำก๊าซไฮโดรเจนความดันสูง หรือไฮโดรเจนเหลว มากักเก็บไว้ และส่งไฮโดรเจนที่เก็บไว้นี้ สูบผ่านชุดเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cell Pack เพื่อเปลี่ยนกลับไปเป็นกำลังไฟฟ้า กระจายสู่พื้นที่ให้บริการ เช่นเดียวกับโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ต่อไป ..

การนำกำลังไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานไฮโดรเจน Hydrogen Energy ไปสู่ครัวเรือน สถานที่ทำงาน และชุมชนด้วยเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cell นั้น มีหลากหลายรูปแบบ หลายระบบ หลายขนาดกำลังผลิต และหลายวิธีการที่เป็นไปได้ .. ตัวอย่างเช่น ในระบบขนส่ง และยานยนต์ไฮโดรเจน จะติดตั้งถังเก็บไฮโดรเจน และ Fuel Cell ไว้กับตัวรถ เปรียบเสมือนรถแต่ละคัน มีสถานีไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงติดตั้งอยู่ จึงต้องมีการวางสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดนเจนไว้ตามเส้นทาง ..

การจ่ายกระแสไฟฟ้าในชุมชนก็เช่นกัน มันแตกต่างกับการจ่ายกำลังไฟฟ้าเข้าสู่ครัวเรือนผ่านโครงข่ายระบบสายส่งรูปแบบดั้งเดิม โดยจะต้องมีโรงไฟฟ้า หรือสถานีไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง ที่เข้าถึงแหล่งกักเก็บไฮโดรเจนนั่นเอง หรือบางทีก็อาจไม่จำเป็นต้องพึ่งโครงข่ายระบบสายส่ง แต่เราสามารถส่งก๊าซไฮโดรเจนจากแหล่งกักเก็บตรงเข้าสู่ครัวเรือน ที่อยู่อาศัย สถานที่ทำงาน และโรงงานอุตสาหกรรม ที่ติดตั้งชุดของเซลล์เชื้อเพลิงไว้ทำหน้าที่ดั่งเช่นสถานีไฟฟ้าขนาดเล็ก โดยตรงผ่านระบบท่อ เช่นเดียวกับ ระบบน้ำประปา หรือระบบการส่งก๊าซธรรมชาติเข้าสู่บ้านเรือนเหมือนในบางประเทศ เป็นต้น ..

ทิศทางการใช้พลังงานของชุมชนในอนาคตนั้น เมื่อระบบการเก็บกักไฮโดรเจนมีมาตรฐานความปลอดภัยเพียงพอแล้ว การจ่ายก๊าซไฮโดรเจน ส่งผ่านระบบท่อโดยตรงเข้าสู่ บ้านเรือน ที่อยู่อาศัย ที่ทำงาน หรือโรงงานอุตสาหกรรม ที่จะมีการติดตั้งเซลล์เชื้อเพลิงไว้อย่างกว้างขวางในสังคม จะกลายเป็นเรื่องปกติ และนั่นคือสัญญาณการมาถึงของ Hydrogen Society & Hydrogen Economy นั่นเอง ซึ่งหมายถึง เศรษฐกิจ และสังคมของมนุษยชาติ จะไม่ถูกผูกขาดโดยน้ำมันเชื้อเพลิง ถ่านหิน และก๊าซธรรมชาติ เช่นในปัจจุบันอีกต่อไป ..

โรงไฟฟ้าไฮโดรเจนเซลล์เชื้อเพลิง รวมทั้งการพัฒนาแหล่งพลังงานไฮโดรเจนสีเขียว ยังคงเป็นอนาคต .. มันเต็มไปด้วยความท้าทาย .. ต้นทุนของมันต้องลดลง .. โครงสร้างพื้นฐานต้องได้รับการปรับปรุงพัฒนา .. ความต้องการไฮโดรเจนที่สะอาดกว่าจากแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานหมุนเวียน เป็นความจำเป็น และรวมทั้ง อุปสรรคด้านกฎหมาย กฎระเบียบ และประเด็นข้อกำหนดในมาตรการความปลอดภัย ยังคงมีอยู่ ..

ดังนั้น ในอีกไม่นานนี้ หากต้นทุนของมันลดลงได้อีก เชื่อว่า ‘ไฮโดรเจน และเซลล์เชื้อเพลิง จะเป็นส่วนสำคัญในชีวิตของเรา และหากถ้าเราจริงจังกับการลดคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศ เราก็ไม่มีทางเลือกอื่น นอกจากไฮโดรเจน’  และเมื่อนั้น เซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cell จะกลายเป็นอุปกรณ์จำเป็นสำคัญที่มีใช้งานกันทั่วไป ทุก ๆ ครัวเรือน ทุก ๆ สถานที่ เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ประจุได้ ในปัจจุบัน ..

ระบบกักเก็บไฮโดรเจน Hydrogen Storage จากแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียนที่ปลอดภัย สถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจน Hydrogen Station และโรงไฟฟ้าพลังไฮโดรเจน Hydrogen Power Station หรือสถานีไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง Hydrogen Fuel Cell Power Plant จะกลายเป็นแหล่งพลังงานหลักในการขับเคลื่อนเศรษฐกิจ และสังคมของมนุษยชาติในอนาคตได้ในที่สุด ..

……………………………….

คอลัมน์ Energy Key

By โลกสีฟ้า ..

สนับสนุนคอลัมน์ โดย E@ บริษัท พลังงานบริสุทธิ์ จำกัด (มหาชน)

ขอบคุณเอกสารอ้างอิง :-

Hydrogen | IEA Report

Fuel Cells | US DOE

Fuel Cell Power Plant – an overview | ScienceDirect Topics

Next – Generation Fuel Cell Power Generating System Initiatives | Mitsubishi Power

How a Fuel Cell Power Plant Works | Logic Energy USA

Hydrogen energy engineering

Japan Bets on Hydrogen to lift its Ambitious Carbon – Neutral Plans | Washington Post

Japan’s Basic Hydrogen Strategy | MITI

Japan’s Activity on Hydrogen Energy | NEDO

Green Hydrogen ไฮโดรเจนสีเขียว | The Key News :-

Green Hydrogen ไฮโดรเจนสีเขียว

เซลล์เชื้อเพลิง พลังขับเคลื่อน เปลี่ยนโลกเราในทศวรรษหน้า | The Key News :-

เซลล์เชื้อเพลิง พลังขับเคลื่อน เปลี่ยนโลกเราในทศวรรษหน้า