Hydrogen ICE Aircrafts : One of the Most Promising for Future Aircrafts
“…ในอีกไม่ถึง 50 ปีข้างหน้า Haim Israel เชื่อว่า น้ำ คือ แหล่งพลังงานหลัก และไฮโดรเจน Hydrogen : H2 จะกลายเป็นส่วนสำคัญในชีวิตประจำวันของมนุษยชาติ เครื่องบินที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฮโดรเจน Hydrogen-Powered Aircrafts กำลังจะมาถึงได้เร็วกว่าที่คาดการณ์ไว้ ..”
ความท้าทายในการนำไฮโดรเจน Hydrogen : H2 ไปใช้งานอย่างกว้างขวางในระบบเศรษฐกิจ และสังคมของมนุษยชาติ ซึ่งรวมถึงภาคการเดินอากาศ Aviation Sector มาพร้อมด้วยนั้น คือประเด็นสำคัญต่อความมุ่งมั่นในการเข้าถึงแหล่งพลังงานสะอาดที่ไร้ขีดจำกัดของมนุษยชาติในอนาคต ..
การวิจัย และพัฒนาเกี่ยวกับไฮโดรเจนสีเขียว Green Hydrogen : H2 ในฐานะแหล่งพลังงานสะอาดที่มีศักยภาพในการขับเคลื่อนอากาศยานปราศจากมลพิษในอนาคต กำลังเพิ่มมากขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แต่พวกมันยังคงอยู่เพียงในขั้นวิจัยทดลอง .. เส้นทางสู่เครื่องบินที่ขับเคลื่อนด้วยไฮโดรเจน Hydrogen-Powered Aircrafts ยังต้องใช้ความพยายามอีกอย่างมากในอุตสาหกรรมการบิน Aviation Industry และอื่นๆ ตั้งแต่ระบบการจัดเก็บไฮโดรเจนเหลว Liquid Hydrogen Storage, มาตรฐานระบบท่อส่งไฮโดรเจนความดันสูงบนอากาศยาน Standards for High Pressure Hydrogen Pipeline Systems on Aircraft, สิ่งอำนวยความสะดวกในสนามบิน Airport Facilities, ค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวข้อง Related Costs และโครงสร้างพื้นฐานต่างๆ Other Various Infrastructures ไปจนถึงการรับรู้ของสาธารณชนเกี่ยวกับความปลอดภัยด้านการบิน Public Perception of Aviation Safety ..
ทั้งนี้ พวกมันกำลังอยู่ระหว่างดำเนินการ เพื่อเร่งพัฒนาการทางเทคโนโลยีสู่อนาคตให้เร็วขึ้น ในขณะที่ไฮโดรเจนสำหรับการบิน Hydrogen in Aviation นั้น ถือเป็นหนึ่งในความท้าทายสำคัญยิ่ง ที่จะต้องได้รับการพิจารณาอย่างละเอียดรอบคอบเป็นพิเศษ ..
ในระบบการขนส่งที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจน Hydrogen Fuel เป็นแหล่งพลังงานหลักนั้น พบว่า ไฮโดรเจน Hydrogen : H2 สามารถทำหน้าที่แทน น้ำมันเชื้อเพลิง ก๊าซธรรมชาติ และน้ำมันดีเซล หรือเชื้อเพลิงประเภท Kerosene ได้โดยตรง .. ต่างจากยานยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicles : EVs หรืออากาศยานไฟฟ้า Electric Aircrafts ซึ่งใช้เวลาอย่างน้อยประมาณ 30 นาที ในการชาร์จประจุไฟฟ้า กับสถานีชาร์จ Charging Stations ที่เร็วที่สุด ขณะที่การเติมไฮโดรเจน Hydrogen : H2 ความดันสูงกับเครื่องบินเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน Hydrogen Fuel Cell Aircrafts หรือการเติมไฮโดรเจนเหลว Liquid Hydrogen บรรจุในถังเก็บของอากาศยานเครื่องยนต์เผาไหม้ภายในไฮโดรเจน Hydrogen Internal Combustion Engine : ICE Aircrafts นั้น ใช้เวลาเพียงไม่กี่นาที ..
ผู้เชี่ยวชาญทั้งหลาย มั่นใจว่า ไฮโดรเจน Hydrogen : H2 จะมีประสิทธิภาพสูงกว่ามาก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อการขนส่งนั้น ยาวไกล และต้องใช้ระยะเวลานาน หรือเป็นระบบการขนส่งสำหรับงานหนัก รวมทั้งการเคลื่อนย้ายสิ่งของเป็นจำนวนมาก เช่น การขนส่งสินค้าระหว่างประเทศ และการเดินทางทางอากาศระยะไกล ซึ่งการใช้แบตเตอรี่ เช่น Lithium Ion Batteries ต่อขนานกันที่จะให้กำลังไฟฟ้าเพียงพอต่อการบินของอากาศยานนั้น จะมีน้ำหนัก และปริมาตร มากเกินไป รวมทั้ง ไม่มีประสิทธิภาพพอ จึงอาจไม่เหมาะสม ซึ่งเทียบไม่ได้เลยกับการใช้ไฮโดรเจน Hydrogen : H2 ไปจุดระเบิดในเครื่องยนต์เจ็ต Jet Engines หรือ Gas Turbine Engines ของอากาศยานที่มีใช้งานอยู่แล้วโดยตรง ..
“เราได้เห็นต้นทุนการผลิตไฮโดรเจนที่ลดลงอย่างแท้จริง” Haim Israel นักยุทธศาสตร์พลังงานระดับโลก และหัวหน้าฝ่ายการลงทุนเฉพาะเรื่องของ BofA Securities กล่าวไว้ .. ราคาของอิเล็กโทรไลเซอร์ Electrolyzers ลดลงมากกว่า 50% ตั้งแต่ 5 ปีที่ผ่านมา และจนถึงปัจจุบัน ต้นทุนพลังงานทางเลือก และพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy ก็ลดลงมาแล้วมากกว่า 50-60% .. “เราเชื่อว่า ต้นทุนรวมจะลดลงอีก 60-70% ก่อนสิ้นทศวรรษ” เขากล่าวยืนยัน ..
ในอีกไม่ถึง 50 ปีข้างหน้า Haim Israel เชื่อว่า น้ำ คือ แหล่งพลังงานหลัก และไฮโดรเจน Hydrogen : H2 จะกลายเป็นส่วนสำคัญในชีวิตประจำวันของมนุษยชาติ .. ทั้งนี้ หากเราจริงจังกับการลดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศ Reducing Carbon Dioxide : CO2 in the Atmosphere มนุษยชาติก็ไม่มีทางเลือกอื่น นอกจากไฮโดรเจนจากน้ำ Hydrogen from Water ..
เครื่องบินที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฮโดรเจน Hydrogen-Powered Aircrafts กำลังจะมาถึงได้เร็วกว่าที่คาดการณ์ไว้ ..
เครื่องบินที่ใช้พลังงานไฮโดรเจน Hydrogen-Powered Aircrafts คือ เครื่องบินที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงาน Hydrogen Fuel as a Power Source .. ไฮโดรเจน Hydrogen : H2 สามารถเผาไหม้ได้ในเครื่องยนต์ไอพ่น Jet Engines หรือเครื่องยนต์สันดาปภายใน Internal Combustion Engines : ICEs ประเภทอื่น หรือสามารถใช้เพื่อจ่ายพลังงานให้กับเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cells เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าสำหรับขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้า Electric Motors ไปหมุนกังหันใบพัดให้อากาศยานบินไปในอากาศได้ .. อย่างไรก็ตาม ไฮโดรเจน Hydrogen ไม่สามารถจัดเก็บบนอากาศยานในรูปแบบเช่นเดียวกับเชื้อเพลิงอากาศยานดั้งเดิมทั่วไปได้ แต่ถังจัดเก็บไฮโดรเจน Hydrogen Tanks ที่ทำขึ้นมาโดยเฉพาะนั้น จะยังคงต้องติดตั้งไว้ในลำตัว หรือปีกไปพร้อมด้วย ..
ไฮโดรเจน Hydrogen : H2 ซึ่งสามารถผลิตได้จากแหล่งพลังงานคาร์บอนต่ำ Low-Carbon Power และสามารถปล่อยก๊าซเรือนกระจกเป็นศูนย์ Zero Emissions .. การใช้งานพวกมัน สามารถลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการบินได้ .. Boeing รับทราบถึงศักยภาพทางเทคโนโลยี และ Airbus วางแผนที่จะเปิดตัวเครื่องบินพลังงานไฮโดรเจนเชิงพาณิชย์ลำแรกภายในปี 2578 .. McKinsey & Company คาดการณ์ว่า เครื่องบินไฮโดรเจน Hydrogen Aircrafts จะเข้าสู่ตลาดในช่วงปลายทศวรรษ 2030s และขยายขนาดไปจนถึงปี 2593 ซึ่งเป็นช่วงที่เครื่องบินเหล่านี้ สามารถคิดเป็นสัดส่วน 1 ใน 3 ของความต้องการพลังงานด้านการบิน Aviation’s Energy Demand ..
เครื่องบินไฮโดรเจน Hydrogen Aircrafts ยังคงเป็นอนาคต คาดหมายได้ว่า พวกมันจะมาถึงได้เร็วกว่าที่คาดการณ์ไว้ .. โดยทั่วไป หมายถึง เครื่องบินที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานในการขับเคลื่อน Hydrogen-Powered Aircrafts .. ไฮโดรเจน Hydrogen : H2 สามารถเผาไหม้ในเครื่องยนต์เจ็ต Jet Engines หรือเครื่องยนต์สันดาปภายใน Internal Combustion Engines : ICEs ชนิดต่าง ๆ หรือสามารถใช้เพื่อขับเคลื่อนเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cells ในการผลิตกำลังไฟฟ้าไปหมุนใบพัดของอากาศยาน ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งแตกต่างจากเครื่องบินส่วนใหญ่ในปัจจุบันที่ใช้ปีกในการเก็บเชื้อเพลิง ในขณะที่ เครื่องบินไฮโดรเจน Hydrogen Aircrafts มักนิยมที่จะได้รับการออกแบบให้มีถังเชื้อเพลิงไฮโดรเจนบรรทุกอยู่ภายในลำตัว .. ทั้งนี้ น้ำหนักของมันเบาอย่างยิ่ง แต่ต้องใช้ปริมาตรเพิ่มขึ้นพอสมควร ..
ไฮโดรเจน Hydrogen : H2 มีพลังงานจำเพาะ 119.9 MJ/Kg เทียบกับ ~43.5 MJ/Kg สำหรับเชื้อเพลิงเหลวทั่วไป ซึ่งสูงกว่า 2.8-3 เท่า .. อย่างไรก็ตาม ก๊าซไฮโดรเจน H2 Gas เบาอย่างยิ่ง จึงมีความหนาแน่นของพลังงานอยู่ที่ 10.05 KJ/L ที่ความดันบรรยากาศ และอุณหภูมิปกติ เมื่อเทียบกับ ~31,293 KJ/L สำหรับเชื้อเพลิงเหลวประเภท Kerosene ซึ่งต่ำกว่า 3,114 เท่า และเมื่อแรงดันสูงถึง 690 บาร์ หรือ 10,000 psi จะสูงขึ้นถึง 4,500 KJ/L ซึ่งก็ยังต่ำกว่าเชื้อเพลิงเหลว Kerosene ถึง 7 เท่า .. ทั้งนี้แม้ว่า ไฮโดรเจนเหลว Liquid Hydrogen ที่อุณหภูมิ 20oK หรือ -253°C มีความหนาแน่นของพลังงาน 8,491 KJ/L ซึ่งต่ำกว่าเชื้อเพลิงเหลวทั่วไปถึง 3.7 เท่าก็ตาม แต่ด้วยพลังงานจำเพาะของพวกมัน ทำอากาศยานได้มาซึ่งพลังงาน และกำลังขับอันมหาศาลมากกว่าอย่างเหลือเชื่อ ..
ในประเด็นทางวิศวกรรมนั้น พลังงานจำเพาะของก๊าซไฮโดรเจน Specific Energy of Hydrogen : 142 MJ/Kg หรือเท่ากับ 39.4444 W·h/Kg .. พลังงานจำเพาะของไฮโดรเจนเหลว Specific Energy of Liquid Hydrogen : 32.4 MJ/Kg หรือเท่ากับ 8.9 W·h/Kg .. พลังงานจำเพาะของแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Specific Energy of Lithium Ion Battery : 0.100-0.265 W·h/Kg หรือเท่ากับเพียง 0.36-0.875 MJ/Kg เท่านั้น ..
จริงๆ มันมิได้น้อยนัก ชุดแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium Ion Batteries สามารถจ่ายกำลังไฟฟ้าเพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานไฟฟ้าอย่างเพียงพอได้อย่างหลากหลายในชีวิตประจำวันของผู้คน และพวกมันมีใช้งานอยู่ทั่วไปไม่เฉพาะในรถยนต์ไฟฟ้า EVs เท่านั้น แต่เมื่อเทียบกับพลังงานจำเพาะของไฮโดรเจน Specific Energy of Hydrogen แล้ว มันเทียบกันไม่ได้เลย ..
ทั้งนี้ พลังงานจำเพาะ Specific Energy เปรียบเทียบ พบว่า ไฮโดรเจน Hydrogen ได้เปรียบเหนือชั้นกว่าแบตเตอรี่ลิเธี่ยม Lithium Ion Battery ถึง 236 เท่า จึงมีความเหมาะสมอย่างยิ่งที่จะใช้เป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับระบบเศรษฐกิจ และสังคมของมนุษยชาติรูปแบบใหม่ที่สะอาดกว่า หมายถึง เศรษฐกิจไฮโดรเจน Hydrogen Economy เพื่อแทนที่ระบบเศรษฐกิจมวลรวมรูปแบบดั้งเดิมซึ่งใช้แหล่งเชื้อเพลิงฟอสซิล Fossil Fuel Sources เป็นหลักซึ่งส่งผลกระทบอันตรายร้ายแรงต่อโลก และสภาพแวดล้อมของมนุษยชาติเองจนถึงขั้นที่เรียกว่า วิกฤติสภาพอากาศ Climate Crisis ..
แม้ว่า ปัจจุบัน ไฮโดรเจนสีเขียว Green Hydrogen ถือได้ว่า ยังมีกำลังผลิตได้น้อยมากจากแหล่งพลังงานคาร์บอนต่ำ และยังมีอุปสรรคอีกหลายประการในการใช้ไฮโดรเจนในเครื่องบิน อากาศยานไร้คนขับ และยานพาหนะอื่น ๆ เนื่องจากวิธีการผลิต และความไร้ประสิทธิภาพของการผลิตไฮโดรเจน Hydrogen : H2 .. อย่างไรก็ตาม เมื่อเทียบกับพัฒนาการทางเทคโนโลยีปัจจุบันแล้ว เชื่อว่า กำลังผลิตทั่วโลก กำลังจะเพิ่มขึ้นด้วยความเร่งอย่างมีนัยสำคัญในอนาคตอันใกล้จากนี้ไป .. จนถึงวันนี้ เชื้อเพลิงไฮโดรเจน Hydrogen Fuel ยังคงมีราคาสูงกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิลประเภท Kerosene มากกว่า 3 เท่า ซึ่งมันเป็นเรื่องแปลก ทั้ง ๆ ที่ ด้วยเทคโนโลยีปัจจุบัน การผลิตไฮโดรเจนสีเขียว Green Hydrogen Production โดยการแยกน้ำด้วยกำลังไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานหมุนเวียนนั้น ง่ายดายกว่ามากเมื่อเทียบกับการผลิตเชื้อเพลิงฟอสซิล Kerosene จากการทำเหมืองถ่านหิน หรือการสำรวจขุดเจาะน้ำมันดิบ ก๊าซธรรมชาติ ลึกลงไปในหลุมใต้เปลือกโลกขึ้นมาเข้ากระบวนการกลั่นน้ำมันเชื้อเพลิงที่โรงกลั่น และง่ายกว่าการผลิตไฮโดรเจนสีเทา จาก By Product จากกระบวนการทางปีโตรเคมีด้วยซ้ำไป แต่กลับมีราคาสูงกว่ามาก ..
อย่างไรก็ตาม ไฮโดรเจนเหลว Liquid Hydrogen คือ สารหล่อเย็นที่ดีที่สุดชนิดหนึ่งที่ใช้ในงานวิศวกรรม และมีการเสนอให้ใช้คุณสมบัตินี้ในการระบายความร้อนของอากาศเข้า Air Intake สำหรับเครื่องบินความเร็วสูงมาก รวมทั้ง เครื่องยนต์เจ็ต Jet Engines ที่ต้องระบายความร้อนให้กับห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ด้วย หรือแม้กระทั่งเพื่อการระบายความร้อนที่ผิวของอากาศยานโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอากาศยาน เช่น Scramjet Powered Aircraft เป็นต้น ..
เมื่อเทียบกับเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนประเภท Kerosene แล้ว พบว่า ไฮโดรเจนเหลว Liquid Hydrogen จะมีพลังงานต่อหน่วยปริมาตรต่ำกว่ามาก แต่ Phillip Ansell : Director of the NASA-Funded Center for High-Efficiency Electrical Technologies for Aircraft at the University of Illinois กล่าวว่า พื้นที่ผิวภายนอกที่เพิ่มเข้ามาจากปริมาตรไฮโดรเจนที่เพิ่มขึ้นนั้น จำเป็นสำหรับการรองรับถังจัดเก็บไฮโดรเจน Hydrogen Tanks ที่มีขนาดใหญ่ขึ้น และการเพิ่มขึ้นของแรงยกตามหลักอากาศพลศาสตร์ สามารถย่อส่วนคำนวณได้โดยการปรับแต่งส่วนอื่นๆ ของเครื่องบินอย่างระมัดระวัง ทางออกหนึ่งที่เป็นไปได้ คือการออกแบบปีกเครื่องบินแบบผสมผสาน ซึ่งมันเป็นไปได้ตราบเท่าที่เครื่องยนต์สามารถให้แรงขับได้อย่างเพียงพอ ซึ่งเชื้อเพลิงไฮโดรเจนเหลว หรือกำลังไฟฟ้าจากเซลล์เชื้อเพลิงนั้น ไม่มีข้อสงสัยใด ๆ ในทางเทคนิค ..
ด้วยการเดินทางของผู้โดยสาร 4.5 พันล้านครั้งในแต่ละปี และเครื่องบินมากกว่า 16 ล้านเครื่องที่วิ่งขึ้นลงสนามในสหรัฐฯ ทุกปี ทำให้เครื่องบิน Aircrafts และภาคการเดินอากาศ Aviation Sector มีส่วนรับผิดชอบต่อการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ 2.5-3% ทั่วโลก และปัญหาวิกฤติสภาพอากาศกำลังเพิ่มมากขึ้น ดังนั้น วิธีแก้ปัญหาหนึ่งที่นำเสนอในการลด หรือยกเลิกการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล Fossil Fuels ในการขับเคลื่อนอากาศยาน เพื่อหยุดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก นั่นก็คือ ไฮโดรเจน Hydrogen : H2 เนื่องจากอุตสาหกรรมการบิน Aviation Industry พยายามที่จะบรรลุการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเป็นศูนย์สุทธิ ภายในปี 2593 ซึ่งผู้เล่นรายใหญ่ทั้งแอร์บัส Airbus, โบอิ้ง Boeing และบริษัทสตาร์ทอัพอีกหลายบริษัทฯทั่วโลก ต่างกำลังสำรวจตรวจสอบเทคโนโลยีเครื่องยนต์สันดาปภายในไฮโดรเจน Hydrogen ICE Technologies นี้ สำหรับเครื่องบินโดยสารขนาดใหญ่ปราศจากมลพิษในอนาคต ..
Martha Neubauer ผู้ร่วมงานอาวุโสของ AeroDynamic Advisory กล่าวว่า “แอร์บัส Airbus ได้มองไปที่ไฮโดรเจน Hydrogen : H2 มาเป็นเวลาช้านานแล้ว และในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ก็ได้เพิ่มความสนใจในเรื่องดังกล่าวมากขึ้นอีก เมื่อพิจารณาถึงศักยภาพของทั้งเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน Hydrogen Fuel Cells และการเผาไหม้ของไฮโดรเจนในเครื่องยนต์เผาไหม้ภายใน Hydrogen Combustion Engines สำหรับภาคการเดินอากาศ Aviation Sector” ..
ตัวอย่างที่เป็นรูปธรรมนั้น เห็นได้จากการที่แอร์บัส Airbus ได้ประกาศ และเปิดเผยถึงความสำเร็จของการออกแบบเครื่องบินโดยสารขนาดใหญ่รุ่นใหม่ ๆ ระยะไกลด้วยแนวคิดสำหรับเครื่องบินที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนซึ่งปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ Zero-Emission, Hydrogen-Powered Planes หลายรูปแบบ โดยเฉพาะในปี 2563 และตั้งใจที่จะทดสอบเครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจน Test Hydrogen Engines บนเครื่องบิน A380 ในปี 2569 ..
บริษัทสตาร์ทอัพ 2 แห่ง ได้แก่ ZeroAvia และ Universal Hydrogen ก็กำลังดำเนินการตามมาติดๆ ด้วยเครื่องบินที่ใช้พลังงานไฮโดรเจน Hydrogen-Powered Aircrafts เช่นกัน .. ทั้ง 2 บริษัทฯ เพิ่งเสร็จสิ้นการบินทดสอบด้วยเครื่องบินโดยสารขนาดกลางในระดับภูมิภาค และหวังว่าจะนำเครื่องบินที่ใช้พลังงานไฮโดรเจน Hydrogen-Powered Aircrafts ของพวกเขาเข้าสู่ตลาดให้ได้ ภายในปี 2568 .. แต่ความท้าทายที่สำคัญรออยู่ข้างหน้า ตั้งแต่การได้รับการอนุมัติตามกฎระเบียบ Regulatory Approval ไปจนถึงการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานไฮโดรเจน Developing the Hydrogen Infrastructure ไปพร้อมด้วย ..
ปัจจุบัน ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอย่างรวดเร็ว พบว่า แอร์บัส Airbus, โบอิ้ง Boeing และบริษัทฯอื่นๆ อีกมากมาย กำลังเดิมพันกับเครื่องบินที่ใช้พลังงานไฮโดรเจน Hydrogen-Powered Planes แทนเครื่องบินไฟฟ้า Electric Aircrafts ที่อาจมาถึงได้ช้ากว่าสำหรับเครื่องบินโดยสารเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่ .. คาดหมายได้ว่า ไฮโดรเจน Hydrogen : H2 จะมาถึงได้เร็วกว่าที่ประมาณการไว้ก่อนชุดแบตเตอรี่ Hydrogen Before Batteries บนอากาศยาน .. ทั้งนี้ เครื่องบินที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานในการขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์สันดาปภายใน Hydrogen-Powered Aircrafts Hydrogen ICE Aircrafts ได้กลายเป็นหนึ่งในแนวโน้มมากที่สุดสำหรับอนาคตอากาศยานจากนี้ไป ไม่มีข้อสงสัย ..
คุณสมบัติเฉพาะของไฮโดรเจน คือสุดยอดในจินตนาการสำหรับการเผาไหม้ของเครื่องยนต์ Unique Properties of Hydrogen are Ideal for Engine Combustion ..
เครื่องยนต์สันดาปภายใน Internal Combustion Engines : ICEs บนอากาศยานปัจจุบัน สามารถดัดแปลงไปใช้เชื้อเพลิงทดแทน Alternative Fuels เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อมที่ดีขึ้น Improved Environmental Performance .. ขณะนี้การเผาไหม้ไฮโดรเจน Hydrogen Combustion ไม่ว่าจะเป็นก๊าซ Gas หรือของเหลว Liquid กำลังกลายเป็นทางเลือกที่มีแนวโน้มมากที่สุดประการหนึ่งในส่วนนี้ .. ตัวอย่างที่เห็นชัดเจน ได้แก่ การที่แอร์บัส Airbus กำลังสำรวจตรวจสอบศักยภาพของเทคโนโลยี Technology’s Potential เหล่านี้ เพื่อเตรียมพร้อมสำหรับโครงการเครื่องบินไร้มลพิษ Zero-Emission Aircraft Programme ของพวกเขาอย่างมุ่งมั่นจริงจัง ..
ในอดีต เมื่อเครื่องยนต์สันดาปภายในเครื่องแรกของโลก World’s First Internal Combustion Engine ปรากฎตัวขึ้น ก๊าซไฮโดรเจน Hydrogen Gas ไม่ใช่น้ำมันเบนซิน Gasoline หรือดีเซล Diesel ที่เผาไหม้ใช้เป็นเชื้อเพลิง Burned as its Fuel ..
นั่นคือ ปี ค.ศ.1804 หรือ พ.ศ.2347 หลังจากประสบความสำเร็จในการออกแบบตู้โดยสารที่ใช้พลังงานไอน้ำหลายตู้ ไอแซค เดอ ริวาซ Isaac de Rivaz นักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศส-สวิส ก็ตั้งเป้าหมายไปที่การใช้การจุดระเบิดในห้องเผาไหม้แทนที่ไอน้ำ Using an Explosive Charge Instead of Steam ภายในเครื่องยนต์ที่อยู่กับที่เพื่อขับเคลื่อนปั๊ม Power a Pump .. การทดลองครั้งแรกของเขา มุ่งเน้นไปที่การสร้างพลังแรงระเบิดภายในกระบอกสูบของเครื่องยนต์เพื่อขับเคลื่อนลูกสูบสร้างแรงขับ ในเวลานั้น เขาใช้ส่วนผสมของก๊าซไฮโดรเจน Hydrogen : H2 และออกซิเจน Oxygen : O2 เพื่อจุดระเบิด และได้ผลที่ยอดเยี่ยม ภายในปี ค.ศ.1807 หรือ พ.ศ.2350 เครื่องยนต์ต้นแบบทดลองของ Isaac de Rivaz ถูกใช้เพื่อขับเคลื่อนรถม้าในระยะทางสั้น ๆ ดังนั้น งานประดิษฐ์ของเขา จึงโดดเด่นอย่างยิ่งในฐานะยานพาหนะคันแรกของโลกที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์สันดาปภายใน World’s First Vehicle Driven by an Internal Combustion Engine : ICE ..
ตลอดศตวรรษที่ 20 บริษัทฯ ผู้ผลิตรถยนต์ Automobile Companies, มหาวิทยาลัย Universities, นักประดิษฐ์ Inventors และนักวิจัยจากหลายสถาบัน ได้ทำการทดสอบเพิ่มเติมถึงศักยภาพของเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ขับเคลื่อนด้วยไฮโดรเจน Internal Combustion Engines : ICEs Powered by Hydrogen .. ด้วยความเป็นจริงแล้ว ในปี ค.ศ.1970 หรือ พ.ศ.2513 นักประดิษฐ์ Paul Dieges คือ บุคคลคนแรกที่จดสิทธิบัตรการดัดแปลงเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ขับเคลื่อนด้วยแก๊ส Gas-Powered Internal Combustion Engines : ICEs ซึ่งทำให้เครื่องยนต์เหล่านี้ สามารถใช้ไฮโดรเจน Hydrogen : H2 ได้ ..
ปัจจุบัน เครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจน Hydrogen Combustion Engines ได้พิสูจน์ความสามารถในการขับเคลื่อนยานพาหนะหลากหลายประเภท ตั้งแต่รถยนต์ไปจนถึงรถโดยสาร และจนถึงพรุ่งนี้ การเผาไหม้ของไฮโดรเจน Hydrogen Combustion อาจกลายเป็นเพียงแหล่งพลังงานหนึ่งเดียวที่เหมาะที่สุดสำหรับเครื่องบินพาณิชย์ในอนาคตจากนี้ไป ..
อย่างไรก็ตาม เพื่อให้การเผาไหม้ของไฮโดรเจน Hydrogen Combustion ทำงานได้ ไฮโดรเจนเหลว Liquid Hydrogen จะต้องถูกจัดเก็บไว้อย่างปลอดภัยบนเครื่องบิน เนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะของไฮโดรเจน จึงอาจเป็นเรื่องยุ่งยาก ตัวอย่างเช่น ถังจะต้องมีฉนวนเพื่อหลีกเลี่ยงการระเหยหากความร้อนถูกนำพาไปยังสิ่งที่เก็บไว้โดยปัจจัยต่าง ๆ เช่น การนำความร้อน นี่คือเหตุผลที่แผนกวิศวกรรมการป้องกันประเทศ และอวกาศของแอร์บัส Airbus Defence & Space’s Engineering Division ได้เข้ามาช่วยเหลือ .. ทีมงานจะให้การสนับสนุนการพัฒนาอุตสาหกรรมถังแช่แข็งสำหรับการจัดเก็บไฮโดรเจนเหลว Cryogenic Tanks for Liquid Hydrogen Storage ในโครงการความร่วมมือระยะเวลา 3 ปี ร่วมกับเจ้าหน้าที่ในทีมงานของโครงการเครื่องบินไร้มลพิษ Zero-Emission Aircraft Programme ..
“อุตสาหกรรมอวกาศ Space Industry ใช้ภาชนะรองรับความดันสูงในการจัดเก็บเชื้อเพลิงเหลว Liquid Fuels เพื่อใช้ในการสำรวจอวกาศมานานหลายทศวรรษมาแล้ว” เรนาโต เบลลาโรซา Renato Bellarosa หัวหน้าฝ่ายผลิตภัณฑ์ระบบขับเคลื่อนของ Airbus Defence & Space อธิบาย “ดังนั้นเราจึงมีความเชี่ยวชาญมากมายในด้านวัสดุที่มีความทนทาน รวมทั้งประสบการณ์ในเทคโนโลยีการผลิตขั้นสูง และในการทดสอบความดันบนอากาศยาน ซึ่งทั้งหมดนี้ ถือเป็นกุญแจสำคัญในการสนับสนุนการพัฒนาถังเก็บไฮโดรเจนเหลว Development of Liquid Hydrogen Storage Tanks สำหรับระบบขับเคลื่อนของเครื่องบินในอนาคต Future Aircraft Propulsion Systems .. ความร่วมมือข้ามอุตสาหกรรมเช่นนี้ จะทำให้เราเข้าใกล้การนำเครื่องบินพลังงานไฮโดรเจนขึ้นสู่ท้องฟ้าในทศวรรษหน้ามากขึ้น” ..
นอกจาก Airbus แล้ว Boeing ก็เร่งการพัฒนาในลักษณะเดียวกันนี้เช่นกัน .. เครื่องบินไอพ่น Subsonic เช่น Boeing 737 ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ Turbofans จำนวน 2 เครื่อง ซึ่งใช้กำลังขับที่ได้จากเครื่องยนต์ Gas Turbine Engines เพื่อเร่งอากาศให้เกิดแรงขับไปข้างหลัง และดันอากาศยานไปข้างหน้า .. เครื่องยนต์กังหันก๊าซ Gas Turbine Engines ในปัจจุบันของพวกเขา สามารถเผาไหม้ไฮโดรเจน Hydrogen Combustion แทนที่เชื้อเพลิง Kerosene แบบเดิมได้โดยมีการปรับแต่งเครื่องยนต์เพียงเล็กน้อยเท่านั้น .. “คุณแทบจะนำไฮโดรเจนใส่ลงในเครื่องยนต์ของวันนี้ได้โดยไม่ต้องทำอะไรเลยด้วยซ้ำไป” Phillip Ansell ผู้ช่วยศาสตราจารย์ภาควิชาวิศวกรรมการบิน และอวกาศ Assistant Professor in the Department of Aerospace Engineering at Urbana-Champaign กล่าว ..
ปัจจุบัน แอร์บัส Airbus ได้สร้างแนวคิดไว้หลายประการสำหรับเครื่องบินโดยสาร Commercial Aircrafts ที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจน Hydrogen Fuel ที่มีความจุผู้โดยสารได้มากถึง 200 คน และมีระยะทาง 2,000 ไมล์ทะเล หรือประมาณ 3,700 กิโลเมตร หรือมากกว่า .. แต่ละรูปแบบได้รับการเสนอให้ขับเคลื่อนด้วยระบบไฮบริดแบบผสมผสานของเครื่องยนต์ Gas Turbine และมอเตอร์ไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cells ในรูปแบบ เครื่องยนต์ Turbo Electric Gas Turbines ที่เชื้อเพลิงไฮโดรเจน Hydrogen : H2 จุดระเบิดให้แรงขับ และขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไปพร้อมด้วยกำลังไฟฟ้าจากเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน Hydrogen Fuel Cells ขณะที่กังหันใบพัด Turbine Fan จะถูกขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า Electric Motors ไปพร้อมกัน หรือสลับกันไป ในลักษณะผสมผสาน Hybrid ..
สำหรับเครื่องยนต์ที่ใช้ขับเคลื่อนอากาศยานในอนาคตที่ไร้มลพิษ Zero-Emission Aircrafts นั้น การใช้เซลล์เชื้อเพลิง หรือจุดระเบิดไฮโดรเจนในเครื่องยนต์โดยตรง เป็นแนวความคิดที่เป็นไปได้ และไม่มีปัญหาใดๆ ทางเทคนิค .. ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี และกระแสสังคมในการใช้พลังงานสะอาด ได้กลายเป็นแรงขับเคลื่อนทางเศรษฐกิจ และสังคม ที่ผลักดันให้การใช้ไฮโดรเจนสีเขียว Green Hydrogen : H2 เป็นเชื้อเพลิงหลักของอากาศยาน แทนที่เชื้อเพลิงประเภท Kerosene นั้น มาถึงเร็วขึ้นกว่าที่คาดไว้ ซึ่งมันอาจจะไม่ได้ง่ายนัก แต่มันกำลังค่อยๆ มาแล้วอย่างแน่นอน และพวกมัน คือ สุดยอดในจินตนาการสำหรับการเผาไหม้ของเครื่องยนต์ Unique Properties of Hydrogen are Ideal for Engine Combustion ที่น่าตื่นเต้นอย่างยิ่งสำหรับอนาคตจากนี้ไป ..
คาดการณ์ตลาดเครื่องบินไฮโดรเจนทั่วโลก Global Hydrogen Aircraft Market ..
เครื่องบินไฮโดรเจน Hydrogen Aircrafts คือเครื่องบินที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจน Hydrogen Fuel ในการขับเคลื่อน .. ไฮโดรเจน Hydrogen : H2 สามารถนำมาใช้โดยการเผาไหม้ในเครื่องยนต์ไอพ่น Burning it in a Jet Engines หรือเครื่องยนต์สันดาปภายใน Internal Combustion Engines : ICEs หรือโดยการแปลงเป็นไฟฟ้าผ่านเซลล์เชื้อเพลิง Electricity through a Fuel Cells เพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์กังหันใบพัด Electric Propulsors ..
อ้างถึงข้อมูลตรวจสอบตลาดของ Globe News Wire พบว่า ขนาดธุรกิจในตลาดเครื่องบินไฮโดรเจนทั่วโลก Global Hydrogen Aircraft Market มีมูลค่า 5.5 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2565 และคาดว่าจะพุ่งสูงแตะระดับ 27.69 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2573 .. ทั้งนี้ คาดหมายได้ว่า อัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี Compound Annual Growth Rate : CAGR หมายถึง อัตราผลตอบแทนสำหรับการลงทุนในตลาดเครื่องบินไฮโดรเจนทั่วโลก Global Hydrogen Aircraft Market ที่เติบโตจากยอดดุลเริ่มต้นไปถึงยังยอดดุลสิ้นสุดรวมสมมติฐานว่ากำไรจะถูกนำกลับมาลงทุนหมุนเวียนใหม่ทุกสิ้นปีของช่วงอายุการลงทุน อยู่ที่ค่า CAGR 22.4% ในช่วงระยะเวลาที่คาดการณ์ ปี 2566-2573 ..
เครื่องบินไฮโดรเจน Hydrogen Aircrafts เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า เครื่องบินที่ใช้พลังงานไฮโดรเจน Hydrogen-Powered Aircrafts ซึ่งพวกมันใช้ก๊าซไฮโดรเจน Hydrogen : H2 Gas เป็นแหล่งเชื้อเพลิงพื้นฐาน Basic Fuel Source .. เครื่องบินเหล่านี้ เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากกว่าเครื่องบินทั่วไปที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล Conventional Aircraft that Work on Fossil Fuels ..
แนวโน้มโครงสร้างพื้นฐานไฮโดรเจนสีเขียว Green Hydrogen Infrastructure จะเพิ่มการเติบโตของตลาดเครื่องบินไฮโดรเจนทั่วโลก Global Hydrogen Aircraft Market ตลอดระยะเวลาคาดการณ์ .. การพัฒนาทางเทคโนโลยีเพื่อสร้างเครื่องบินพาณิชย์ไร้มลพิษ Zero-Emission Commercial Aircrafts ลำแรก ยังคงดำเนินต่อไปในอุตสาหกรรมการบิน และอวกาศ Aerospace Industry .. ไฮโดรเจนสีเขียว Green Hydrogen คือ หนึ่งในการพัฒนาใหม่ล่าสุดในอุตสาหกรรมนี้ที่สามารถนำไปใช้งานภายใต้กลยุทธ์การอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม .. แนวโน้มนี้ ส่งผลให้ตลาดเครื่องบินไฮโดรเจนทั่วโลก Global Hydrogen Aircraft Market เติบโตขึ้นได้อย่างมีนัยสำคัญในอนาคตอันใกล้นี้ ..
ในประเด็นของเครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจน Hydrogen Combustion Engines หรือ Hydrogen ICEs นั้น พบว่า ขนาดธุรกิจในตลาดเครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจนทั่วโลก Global Hydrogen Combustion Engine Market คาดว่าจะมีมูลค่า 35 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2573 และคาดหมายไว้อีกด้วยว่าจะมีมูลค่าประมาณ 89 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ภายในปี 2583 ด้วยอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี Compound Annual Growth Rate : CAGR หมายถึง อัตราผลตอบแทนสำหรับการลงทุนในตลาดเครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจนทั่วโลก Global Hydrogen Combustion Engine Market ที่เติบโตจากยอดดุลเริ่มต้นไปถึงยังยอดดุลสิ้นสุดรวมสมมติฐานว่ากำไรจะถูกนำกลับมาลงทุนหมุนเวียนใหม่ทุกสิ้นปีของช่วงอายุการลงทุน อยู่ที่ค่า CAGR 9.78% ในช่วงระยะเวลาคาดการณ์ ปี 2573-2583 ..
เชื้อเพลิงทางเลือก Alternative Fuels เช่น ไฮโดรเจน Hydrogen : H2 เป็นต้นนั้น จะช่วยให้เครื่องยนต์สันดาปภายใน Internal Combustion Engines : ICEs มีอายุการใช้งานต่อเนื่อง และแสดงบทบาทสำคัญในระบบเศรษฐกิจต่อไปได้อีกตราบนานเท่านาน ในขณะที่ ยุคของน้ำมันเบนซิน และดีเซล Gasoline & Diesel อาจจะกำลังสิ้นสุดลง นี่อาจสื่อถึงอนาคตเมื่อเราเผาไฮโดรเจน Burn Hydrogen ..
ไฮโดรเจน Hydrogen : H2 ถูกวางตำแหน่งเป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์ เช่น Honda Clarity และ Toyota Mirai ซึ่งสามารถนำมาใช้เพื่อสร้างพลังงานให้กับสิ่งที่เรียกว่า ยานยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicles : EVs อย่างไรก็ตาม เชื้อเพลิงไม่จำเป็นต้องถูกเผาในเซลล์เชื้อเพลิงเท่านั้น แต่พวกมันทำได้ยอดเยี่ยมอย่างยิ่งในเครื่องยนต์สันดาปภายใน Internal Combustion Engines : ICEs บนยานยนต์ในท้องถนน และบนอากาศยานมาพร้อมด้วย .. ในขณะที่อุตสาหกรรม และการใช้พลังงานทั่วโลกเพิ่มขึ้น ความต้องการเชื้อเพลิงฟอสซิลก็เพิ่มขึ้นทุกวัน เพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้น หลายประเทศกำลังค้นหาแหล่งพลังงานทางเลือกใหม่ และไฮโดรเจน Hydrogen : H2 คือ คำตอบที่เฉียบขาด .. ทั้งนี้ในประเด็นของ Hydrogen in Aviation นั้น คาดหมายได้ว่า เครื่องบินโดยสารขนาดใหญ่พลังงานสันดาปไฮโดรเจนเชิงพาณิชย์ Commercial Hydrogen ICE Aircrafts จะเริ่มเข้าสู่ตลาดเต็มรูปแบบได้ ภายในปี 2573 และเข้าไปแทนที่อย่างน้อย 1 ใน 3 ของเครื่องบินโดยสารขนาดใหญ่ทั่วโลกได้ ภายในปี 2583 เป็นต้นไป ..
สรุปส่งท้าย ..
ไฮโดรเจน Hydrogen : H2 คือ เชื้อเพลิงที่ทรงพลังไร้เทียมทานอย่างยิ่ง ซึ่งก่อนหน้านี้ พวกมัน มักถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงจรวด Rocket Fuel แต่ยังคงมีความท้าทายทางเทคนิคอีกมากมายทำให้ยังไม่สามารถสร้างระบบเศรษฐกิจไฮโดรเจนขนาดใหญ่ Large Scale Hydrogen Economy ให้สำเร็จในวันนี้ได้ หมายถึงความยากลำบากในการพัฒนาระบบการจัดเก็บระยะยาว Long-Term Hydrogen Storage, ระบบท่อทางท่อส่ง Pipelines และอุปกรณ์เครื่องยนต์ Engine Equipments .. การขาดมาตรฐานและเทคโนโลยีเครื่องยนต์สันดาปภายในที่สามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยกับไฮโดรเจนในปัจจุบัน ความกังวลด้านความปลอดภัยเกี่ยวกับปฏิกิริยาสูงของเชื้อเพลิงไฮโดรเจนกับออกซิเจนในอากาศแวดล้อม รวมทั้งค่าใช้จ่ายในการผลิต Hydrogen Production ด้วยกำลังไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน และการขาดแคลนชุดอุปกรณ์ Electrolyzers ที่มีประสิทธิภาพ ..
อย่างไรก็ตาม เพราะว่า ไฮโดรเจน Hydrogen : H2 ที่ส่งผ่านทำปฏิกิริยาในเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cells สามารถผลิตกำลังไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพในกระบวนการย้อนกลับของอิเล็กโทรไลซิสของน้ำ Reverse of Electrolysis of Water .. เศรษฐกิจไฮโดรเจน Hydrogen Economy ยังคงเดินหน้าพัฒนาต่อเนื่องอย่างช้า ๆ โดยเป็นส่วนหนึ่งของระบบเศรษฐกิจคาร์บอนต่ำ Low-Carbon Economy มาโดยตลอด .. ตั้งแต่ปี 2562 เป็นต้นมา ไฮโดรเจน Hydrogen : H2 ถูกใช้เป็นวัตถุดิบในภาคอุตสาหกรรมสำหรับการผลิตแอมโมเนีย Ammonia : NH3 และเมทานอล Methanol : CH3OH เป็นหลัก แต่จากนี้ไป พวกมันกำลังจะถูกนำไปใช้เพื่อจุดระเบิดในเครื่องยนต์สันดาปภายใน Internal Combustion Engines : ICEs ของอากาศยานโดยตรงมาพร้อมด้วย ซึ่งถือเป็นคำมั่นสัญญา และหนึ่งในแนวโน้มมากที่สุดสำหรับอากาศยานปราศจากมลพิษ Zero-Emission Aircraft ในอนาคตที่ยอดเยี่ยมเหนือชั้น ..
ทั้งนี้ อิเล็กโทรไลเซอร์ Electrolyzers ซึ่งหมายถึง ชุดอุปกรณ์ที่ใช้กำลังไฟฟ้าเพื่อแยกน้ำให้เป็นไฮโดรเจน Hydrogen : H2 และออกซิเจน Oxygen : O2 ที่คาดว่าจะมีอัตราเติบโตเฉลี่ยต่อปีสูงอย่างยิ่ง อยู่ที่ค่า CAGR 63.9% ในช่วง 5 ปีจากนี้ไป จะส่งผลให้ความจุของ Electrolyzers ทั่วโลกพุ่งสูงแตะระดับมากกว่า 45 GW ในปี 2570 หมายถึงการผลิตไฮโดรเจนสีเขียว Green Hydrogen Production ในปริมาณมากเพียงพอสำหรับสร้างพลังงานอย่างน้อย 35% ของความต้องการพลังงานทั้งหมดทั่วโลก รวมถึงอย่างน้อย 1 ใน 3 ของความต้องการพลังงานในภาคการเดินอากาศเชิงพาณิชย์ Energy Demand for Commercial Aviation Sector ด้วยราคาต้นทุน Hydrogen & Hydrogen Storage Cost ที่ลดลงได้กว่า 2 เท่า หรือมากกว่า .. ดังนั้นการเร่งกระบวนการต่าง ๆ เพื่อมุ่งไปสู่เศรษฐกิจไฮโดรเจน Hydrogen Economy และอากาศยานที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์เผาไหม้ภายในไฮโดรเจน Hydrogen ICE Aircrafts ให้บรรลุความสำเร็จได้ใน 10 ปีเป้าหมายจากนี้ไปนั้น จึงเป็นไปได้แน่นอน และมิได้ไกลเกินเอื้อมแต่อย่างไร ..
แม้ว่า เครื่องบินไฮโดรเจนเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่นั้น สามารถสร้างและทดลองบินกันแล้วตั้งแต่ปี 2563 แต่ผลจากการวิจัยของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐเพนซิลเวเนีย ก่อนหน้านี้ ในปี 2549 ชี้ว่า “เครื่องบินที่ใช้พลังงานไฮโดรเจน Hydrogen-Powered Aircrafts อาจจะยังไม่เข้าประจำการ ไปจนกว่าจะใกล้ถึงปี 2583” .. ในระยะวลาอันใกล้ ความสนใจเพิ่มขึ้นในการใช้เครื่องบินไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cell Electric Aircrafts ในฐานะยานพาหนะทางอากาศส่วนบุคคล อากาศยานทดลอง และอากาศยานไร้นักบิน ..
ปัจจุบัน โครงการวิจัยของสหภาพยุโรป ร่วมกับ แอร์บัส Airbus และบริษัทฯพันธมิตรอีก 34 แห่งที่เรียกว่า CRYOPLANE ได้ประเมินความเป็นไปได้ทางเทคนิคด้านความปลอดภัย สิ่งแวดล้อม และความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจของการใช้ไฮโดรเจนเหลวเป็นเชื้อเพลิงสำหรับการบิน ซึ่งสรุปว่า การใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนสำหรับอากาศยานในเชิงพาณิชย์นั้น มิได้มีปัญหาใดๆ ทางเทคนิค แต่ปัญหาของมันจริงๆ อยู่ที่ราคาของไฮโดรเจน ซึ่งจำต้องรอให้ต้นทุนพลังงานไฮโดรเจนทั้งระบบ ลดลงมากกว่านี้อีกหลายเท่าก่อน และเมื่อนั้นการนำไฮโดรเจนมาใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับการบินเชิงพาณิชย์นั้น จึงจะเป็นไปได้ในที่สุด ซึ่งอาจจะเร็วกว่าที่คาดการณ์ไว้ก่อนหน้านี้ ..
ไฮโดรเจน Hydrogen : H2 มีพลังงานจำเพาะสูงที่สุดในตารางธาตุ และสูงกว่าเชื้อเพลิงน้ำมันเครื่องบินประเภท Kerosene แบบเดิม 3 เท่า และพวกมัน มีน้ำหนักเบาอย่างยิ่ง จึงมีความหนาแน่นของพลังงานต่ำกว่า หมายถึงถังจัดเก็บไฮโดรเจน Hydrogen Storage Tanks บนอากาศยานจะต้องถูกทำขึ้นมาโดยเฉพาะ และจะต้องมีขนาดปริมาตรใหญ่กว่าถังเชื้อเพลิงทั่วไปที่เคยใช้มา .. การประยุกต์ใช้ถังคาร์บอนไฟเบอร์ Carbon Fiber Tanks รวมทั้งระบบท่อทางบนเครื่องบินซึ่งสามารถรับแรงดันได้ถึง 700 เท่าบรรยากาศเพื่อจัดเก็บไฮโดรเจนนั้น เป็นความจำเป็น .. นอกจากนี้ ยังสามารถพิจารณาใช้ไฮโดรเจนเหลว Liquid Hydrogen แบบ Cryogenic เพื่อลดปริมาตรลงได้อีกด้วย ..
ผู้เชี่ยวชาญจาก Airbus คาดหมายว่า ไฮโดรเจนเหลว Liquid Hydrogen จะถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงอากาศยานเชิงพาณิชย์ด้วยความเหมาะสมทั้งด้านเทคนิค และราคา อย่างกว้างขวางได้ ก่อนปี 2040 หรือ พ.ศ.2583 โดยราคาของไฮโดรเจนเหลว Liquid Hydrogen Cost จะลดลงมาใกล้เคียงราคาเชื้อเพลิงประเภท Kerosene ก่อนปี 2030 หรือ พ.ศ.2573 .. โดยหลังจากนั้นเป็นต้นไป เชื่อว่า ราคาเชื้อเพลิงไฮโดรเจนจะลดลงอีก และจะมีราคาลงต่ำกว่าราคาเชื้อเพลิง Kerosene ที่มีแนวโน้มเพิ่มขึ้น ..
ในมุมมองด้านความปลอดภัยนั้น ก๊าซไฮโดรเจน Hydrogen : H2 Gas มิใช่ก๊าซพิษ พวกมันติดไฟง่าย แต่เบากว่าอากาศอย่างมาก โมเลกุลของมันเล็กอย่างยิ่งพร้อมเสมอที่จะรั่วไหลออกจากถังเก็บ และท่อทางได้ตลอดเวลา .. อย่างไรก็ตาม มาตรการความปลอดภัยเป็นเรื่องสำคัญยิ่ง ทั้งนี้ ด้วยเทคโนโลยีวัสดุศาสตร์ และวิศวกรรมปัจจุบัน คุณสมบัติของไฮโดนเจน มิได้สร้างปัญหาในระบบจัดเก็บไฮโดรเจนบนอากาศยานแต่อย่างไร ..
วิศวกรผู้เชี่ยวชาญ ชี้ว่า ขณะเมื่อท่านขึ้นไปนั่งอยู่บนเครื่องบินโดยสารพาณิชย์ขนาดใหญ่ปัจจุบัน เช่น Boeing 777 ER เป็นต้นนั้น หมายความว่า ท่านได้กำลังนั่งอยู่ 10-15 ชั่วโมงเดินทางข้ามทวีปบนถังบรรจุน้ำมันเชื้อเพลิง Kerosene ที่ไวไฟอย่างยิ่งขนาด 318-352 ตัน หรือประมาณ 700,000-775,000 lb นั่นเอง และมันเป็นเช่นนี้นานกว่า 50 ปีมาแล้ว .. ดังนั้น การที่ท่านนั่งอยู่บนถังเก็บไฮโดรเจนเหลวนั้น จึงไม่ได้ทำให้เกิดอันตรายมากขึ้นแต่อย่างใด .. อย่างไรก็ตาม การกำหนดมาตรฐานในมาตรการด้านความปลอดภัยที่เกี่ยวข้องกับเชื้อเพลิงไฮโดรเจน Hydrogen Fuel ที่รัดกุม รอบคอบ มีระบบการกำกับดูแลที่เชื่อถือได้ ถือเป็นความจำเป็นที่ขาดไม่ได้ด้วยเช่นกัน ..
ในอีกไม่ถึง 50 ปีข้างหน้า เชื่อได้ว่า น้ำคือแหล่งพลังงานหลัก .. ไฮโดรเจน Hydrogen : H2 จะกลายเป็นส่วนสำคัญในชีวิตประจำวันของผู้คน หากเราจริงจังกับการลดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศ เราก็ไม่มีทางเลือกอื่น นอกจากไฮโดรเจนจากน้ำ Hydrogen from Water ..
ในอดีตก่อนหน้านี้ มีความเห็นแย้ง และมีนักวิทยาศาสตร์หลายคน ไม่เห็นด้วย และไม่เชื่อว่า การนำเครื่องบินโดยสารขนาดใหญ่ที่ใช้พลังงานไฮโดรเจน Hydrogen-Powered Large Commercial Aircrafts มาใช้งานในเชิงพาณิชย์ จะเป็นไปได้ แต่ปัจจุบัน เมื่อราคาต้นทุนการผลิตไฮโดรเจนสีเขียว Green Hydrogen Production Cost กำลังเริ่มลดลงเรื่อยๆ และโลกของเรากำลังร้อนขึ้น ซึ่งในสถานการณ์ที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วนี้ ส่งผลให้ ไฮโดรเจนสีเขียว Green Hydrogen โดยการแยกน้ำด้วยกำลังไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy Sources กลายเป็นความท้าทายสำคัญในฐานะแหล่งพลังงานสะอาด Clean Energy Sources ที่มีศักยภาพในการขับเคลื่อนอากาศยานไร้มลพิษ Zero-Emission Aircrafts .. และไม่เพียงเท่านั้น คาดหมายกันต่อไปอีกว่า พวกมันอาจกำลังกลายเป็นแหล่งพลังงานสำคัญในอนาคตที่เหมาะสมที่สุด สำหรับการขับเคลื่อนเศรษฐกิจ และสังคมของมนุษยชาติ ซึ่งรวมถึงอากาศยานที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์เผาไหม้ภายในไฮโดรเจน Hydrogen ICE Aircrafts ในอีกไม่นานนี้ก็เป็นไปได้มาพร้อมด้วย .. ดังนั้น รากเหง้าแหล่งพลังงานในอนาคตของมนุษยชาติ และอนาคตอากาศยาน ที่แท้จริงแล้ว มันอาจ คือ “น้ำ” น้ำธรรมดา นี่เอง ..
………………………………………
คอลัมน์ : Energy Key
By โลกสีฟ้า ..
สนับสนุนคอลัมน์ โดย E@ บริษัท พลังงานบริสุทธิ์ จำกัด (มหาชน)
ขอบคุณเอกสารอ้างอิง :-
Hydrogen – Powered Aircraft | Wikipedia :-
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen-powered_aircraft
How Does A Hydrogen Jet Engine Work? | Simple Flying :-
https://simpleflying.com/how-does-a-hydrogen-jet-engine-work
China’s First Hydrogen Powered ICE Airplane Made the First Flight | e – Flight – Journal :-
Hydrogen Combustion, Explained | Airbus :-
https://www.airbus.com/en/newsroom/stories/2020-11-hydrogen-combustion-explained
Global Hydrogen Aircraft Market | Globe News Wire :-
Hydrogen Combustion Engine Market Size 2030 To 2040 | Precedence Research :-
https://www.precedenceresearch.com/hydrogen-combustion-engine-market
Hydrogen Economy | Hydrogen as the Nature’s Fuel | Album :-
https://goo.gl/photos/JxzFyxD8PVCeSK9k8
Hydrogen in Aviation :-
