เทคโนโลยีพลังสู่ X อนาคตกำลังขับสังคมคาร์บอนต่ำ

Power to X : Key Technology for the Energy Transition

“…กลุ่มนักวิจัยด้านพลังงานในยุโรป คาดหมายว่า เทคโนโลยีกำลังไฟฟ้าสู่ทรัพยากรพลังงาน X หรือ Power to X Technology กำลังจะกลายเป็นเทคโนโลยีแก่นแกนหลักสำหรับกระบวนเปลี่ยนผ่านพลังงาน Energy Transition ในระบบเศรษฐกิจ และสังคมของมนุษยชาติ…”

ด้วยข้อเท็จจริงทางวิชาการนั้น นอกจากการใช้ชุดแบตเตอรี่สำหรับเทคโนโลยีหลักในระบบจัดเก็บพลังงานแล้ว กำลังไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานทางเลือก และพลังงานหมุนเวียน ยังสามารถกักเก็บสะสมไว้ใช้ภายหลังได้ด้วยการแปลงกำลังไฟฟ้าส่วนเหลือ หรือส่วนเกิน ให้เป็นทรัพยากรพลังงานกลับไปมา Conversion & Reconversion รูปแบบอื่น ๆ เช่น เชื้อเพลิงสังเคราะห์ Synthetic Fuel or eFuels, ก๊าซไฮโดรเจน H₂, แอมโมเนีย NH₃, มีเทน CH₄, เมทานอล CH₃OH หรือความร้อน Heat เป็นต้น ..

ตัวอย่างแนวคิดการประยุกต์ใช้พลังงานไฮโดรเจนที่ได้มาจากการแยกน้ำด้วยกำลังไฟฟ้าแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน หรือ Renewable Energy เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานลม กำลังเริ่มร้อนแรงขึ้นอีกครั้ง .. รัสเซีย เปิดตัวกลยุทธ์พลังงานไฮโดรเจนล่าสุดด้วยความมุ่งมั่นที่จะรักษาสัดส่วนขนาดธุรกิจพลังงานในตลาดโลกไว้ .. เยอรมนี จัดหาเงินทุนภาครัฐเพิ่มเติมสำหรับระบบการแปลงกำลังไฟฟ้าด้วยรูปแบบ กำลังไฟฟ้าสู่ทรัพยากร X หรือ Power – to – X หมายถึง ระบบการแปลงกำลังไฟฟ้า การจัดเก็บพลังงาน และการแปลงพลังงานที่มาจากกำลังไฟฟ้าส่วนเกินไปใช้ในภาคส่วนอื่น ๆ หรือจัดเก็บไว้ก่อน ..

โดยปกติ ในช่วงเวลาที่การผลิตกำลังไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียนที่ผันผวนมากเกินกำลังโหลด เทคโนโลยีการแปลงพลังงานเป็นทรัพยากร X จะช่วยให้สามารถแยกพลังงานส่วนเหลือจากภาคไฟฟ้าเพื่อเก็บเป็นทรัพยากรพลังงานรูปแบบอื่นไว้ใช้ภายหลัง หรือนำไปใช้ในภาคส่วนอื่น ๆ ได้ เช่น การขนส่ง เคมีภัณฑ์ หรืออาจใช้ทรัพยากรพลังงานที่ได้รับเหล่านี้ เพื่อเพิ่มกำลังการผลิตในภาคอุตสาหกรรมได้อีกด้วย ..

Power to X หรือ PtX นั้น คำนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในประเทศเยอรมนี และอาจมีต้นกำเนิดมาจากที่นี่ด้วย .. ทั้งนี้ ในประเด็นการประยุกต์ใช้เทคนิค Power to Gas เช่น การแปลงกำลังไฟฟ้าให้เป็นก๊าซไฮโดรเจนความดันสูง หรือไฮโดรเจนเหลว จัดเก็บสะสมไว้เพื่อส่งผ่านระบบท่อให้ผู้บริโภคใช้งานพลังงานสะอาดได้อย่างไม่มีข้อจำกัดในสังคม ชุมชนเมือง ที่อยู่อาศัย ที่ทำงาน ยานยนต์ ระบบขนส่ง และบริการสาธารณะนั้น ญี่ปุ่น เกาหลี และจีน ยังคงเดินหน้าแผนงานไปสู่ ‘ระบบเศรษฐกิจและสังคมไฮโดรเจน Hydrogen Economy or Hydrogen Society’ ด้วยความมุ่งมั่นต่อเนื่องต่อไป ..

มหายุทธศาสตร์ไฮโดรเจนสีเขียว Green Hydrogen : Power to Gas Grand Strategy เพื่อแทนที่ตลาดเชื้อเพลิงฟอสซิล ..

กลุ่มบริษัทข้ามชาติสัญชาติเยอรมัน ThyssenKrupp แถลงว่า กำลังดำเนินการโครงการไฮโดรเจน H₂ และแอมโมเนีย NH₃ ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในเอมิเรตส์ Emirates และบริษัทฯ อย่างน้อยสามแห่งในสหรัฐฯ วางแผนที่จะพัฒนาการผลิตไฮโดรเจนหมุนเวียนต้นทุนต่ำ เพื่อใช้ในโรงงานอุตสาหกรรม ระบบการขนส่ง ระบบสาธารณูปโภค และการใช้เป็นแหล่งพลังงานรูปแบบกระจาย ..

รัฐบาลรัสเซีย เปิดเผยยุทธศาสตร์ไฮโดรเจน Hydrogen Strategy และกลยุทธ์การใช้ประโยชน์ไฮโดรเจนสีเขียว Green Hydrogen ซึ่งเริ่มด้วยโครงการนำร่องสำหรับไฮโดรเจนคาร์บอนต่ำ และการสร้างเครือข่ายกลุ่มธุรกิจพันธมิตรกระจายในพื้นที่ทั่วประเทศเพื่อรักษาสัดส่วนในตลาดพลังงานโลกของตนไว้ให้ได้ ..

นอกจากนี้ ยังจัดให้มีการแบ่งกลุ่มการผลิตในพื้นที่อาณาเขตอย่างน้อย 3 กลุ่มพื้นที่ .. “กลุ่มภาคตะวันตกเฉียงเหนือ มุ่งเน้นใช้ความเชี่ยวชาญด้านพลังงาน และเตรียมแผนงานเพื่อส่งออกก๊าซไฮโดรเจนไปยังกลุ่มประเทศในยุโรปผ่านระบบท่ออย่างปลอดภัย รวมทั้งการดำเนินการตามมาตรการเพื่อลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ โดยแผนงานทั้งหมดให้ความสำคัญต่อการส่งออกเป็นลำดับแรก .. กลุ่มที่สองนั้น Vostochny โดย Eurasian Energy Corporation จะจัดหาไฮโดรเจนให้กับกลุ่มประเทศในเอเชีย ตลอดจนพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานด้านไฮโดรเจนในภาคการขนส่ง และพลังงาน ..

ท้ายที่สุด ในพื้นที่อาร์กติกนั้น การจัดหากำลังไฟฟ้าคาร์บอนต่ำด้วย Syngas หรือ Synthetic Fuel ให้กับเขตอาร์กติกของรัสเซีย Russian Arctic เป็นความจำเป็นที่ขาดไม่ได้” จุดสนใจหลักจะอยู่ที่เทคนิคการผลิต Synthesis Gas : Syngas กับไอน้ำ ด้วยกระบวนการ Reaction of Hydrogen & Carbon Monoxide by Hydrocarbons with Water ของก๊าซมีเทน CH₄ หรือ Steam Reforming of Methane และการแปรสภาพให้เป็นแก๊สถ่านหิน Coal Gasification ร่วมกับเทคโนโลยีการดักจับ และใช้ประโยชน์คาร์บอน  Carbon Capture and Utilization : CCU .. “ในระยะแรกนั้น ระบบจะได้รับการออกแบบให้ใช้งานสำหรับในอีกสามปีครึ่งข้างหน้า” นายกรัฐมนตรี มิคาอิล มิชูสติน Prime Minister Mikhail Mishustin กล่าวในการพบปะกับผู้แทนรัฐบาลคนอื่น ๆ โรงงานผลิตที่เน้นการส่งออกขนาดใหญ่ คาดว่าจะเริ่มดำเนินการระหว่างปี 2578 ถึง 2593 “การพัฒนาพลังงานไฮโดรเจนนั้น สำคัญมาก มันจะช่วยลดความเสี่ยงของการสูญเสียตลาดพลังงานได้อย่างแน่นอน” มิชุสติน  Mishustin กล่าวสรุป ..

การยอมรับเทคโนโลยี Power – to – X : PtX ของรัฐบาลเยอรมัน ได้เน้นย้ำให้เห็นถึงบทบาทของทรัพยากรเชื้อเพลิงจากพลังงานหมุนเวียนที่เป็นแหล่งพลังงาน Hydrogen ในระบบขนส่งทั้งทางบก ทางอากาศ และทางทะเล โดยก่อนหน้านี้ดูเหมือน สหรัฐฯ ออสเตรเลีย ชิลี และอาร์เจนตินา อาจเป็นประเทศที่มีแนวโน้มแสดงบทบาทนำในทางเทคโนโลยีนี้มากที่สุดสำหรับ PtX .. ทั้งนี้ รัฐบาลเยอรมัน ได้แสดงเจตนารมณ์ยืนยันความสนใจที่จะจัดหาเงินทุนสาธารณะร่วมกับเงินอุดหนุนจากภาครัฐ .. “

ในช่วงแรก เทคโนโลยีใหม่เหล่านี้ ต้องการการสนับสนุนทางการเงินจากภาครัฐ และเอกชน เพื่อเริ่มต้นการดำเนินงาน สิ่งนี้อาจเรียกว่า พลังงานสู่เชื้อเพลิงเหลว Power to Liquid : PtL .. นอกเหนือจากการปรับปรุงกฎระเบียบต่าง ๆ แล้ว ผู้เล่นในตลาดยังต้องการแรงผลักจากนโยบายภาครัฐในช่วงเปิดตัวด้วย” สเวนยา ชูลเซ รัฐมนตรีสิ่งแวดล้อมสหพันธ์สาธารณรัฐเยอรมนี กล่าวเมื่อต้นเดือนที่ผ่านมานี้เอง .. กระทรวงสิ่งแวดล้อมแห่งสหพันธ์สาธารณรัฐเยอรมนี สนับสนุนการพัฒนาห้องปฏิบัติการอย่างน้อย 2 แห่งใน Lausitz ซึ่งจะเปิดใช้งานในปลายเดือนสิงหาคมปีนี้ .. ในขณะที่ Berlin Hub จะมุ่งเน้นไปที่ตลาดประเทศกำลังพัฒนา และประเทศเกิดใหม่ .. ยุทธศาสตร์ไฮโดรเจนแห่งชาติของสหพันธ์สาธารณรัฐเยอรมนี ประกอบด้วยแผนงาน และงบประมาณกว่า 600 ล้านยูโร ซึ่งกระทรวงสิ่งแวดล้อมแห่งสหพันธรัฐฯ จะใช้เป็นงบลงทุนหลักเพื่อส่งเสริมการผลิต และการใช้งานเชื้อเพลิงไฮโดรเจน และเชื้อเพลิงสังเคราะห์อื่น ๆ ที่ได้จากกำลังไฟฟ้าแหล่งพลังงานสะอาด สำหรับระบบการขนส่ง การเดินอากาศ และการเดินเรือ ..

เทคโนโลยีพลังสู่ X หรือ Power – to – X Technology ..

กลุ่มนักวิจัยด้านพลังงานในยุโรป คาดหมายว่า เทคโนโลยีกำลังไฟฟ้าสู่ทรัพยากรพลังงาน X หรือ Power to X Technology กำลังจะกลายเป็นเทคโนโลยีแก่นแกนหลักสำหรับกระบวนเปลี่ยนผ่านพลังงาน Energy Transition ในระบบเศรษฐกิจ และสังคมของมนุษยชาติจากการใช้แหล่งพลังงานเชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นหลัก ไปเป็นการใช้แหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน เป็นหลัก ..

Power – to – X เช่น P2X และ P2Y คือ รูปแบบการแปลงพลังงานไฟฟ้า การจัดเก็บพลังงาน และการเปลี่ยนกลับไปมาของทรัพยากรพลังงาน .. ในแนวคิดการจัดเก็บกำลังไฟฟ้าไว้นั้น พลังงานไฟฟ้าส่วนเกินสามารถแปลงเป็นทรัพยากรพลังงานรูปแบบอื่น ๆ สำหรับการจัดเก็บ และการแปลงใหม่ .. กระบวนการอิเล็กโทรลิซิสด้วยไฟฟ้ากระแสตรง Direct Current Electrolysis จะมีประสิทธิภาพอย่างดีที่สุดก็ประมาณ 80 – 85 % สามารถใช้เพื่อผลิตก๊าซไฮโดรเจน H₂ ซึ่งจะสามารถแปลงเป็นก๊าซมีเทน CH₄ ผ่านกระบวนการ Methanation ได้อีกทีหนึ่งด้วย ..

ความเป็นไปได้อีกประการหนึ่ง คือ การแปลงไฮโดรเจนพร้อมกับ CO₂ ให้เป็นเมทานอล Methanol CH₃OH .. เชื้อเพลิงทั้งสองชนิดนี้ สามารถจัดเก็บ และนำไปใช้ผลิตไฟฟ้าได้อีกครั้งในภายหลัง หลายชั่วโมง หรือหลายเดือนต่อมา .. เทคโนโลยีดังกล่าวสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ในหลากหลายรูปแบบได้เช่นเดียวกับน้ำมันเชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น เครื่องยนต์กังหันก๊าซ เครื่องยนต์ลูกสูบ หรือเครื่องยนต์เผาไหม้ภายในรูปแบบต่าง ๆ รวมถึงการใช้เป็นเชื้อเพลิงโดยตรงสำหรับโรงไฟฟ้า โรงงานอุตสาหกรรม และการส่งก๊าซไฮโดรเจนผ่านเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cell เพื่อผลิตกำลังไฟฟ้า เป็นต้น ..

Power – to – Power Efficiency นั้น โดยหลักการจะหมายถึง ประสิทธิภาพของการแปลงพลังงานไปเป็นทรัพยากรพลังงานรูปแบบอื่นกลับไปกลับมานั่นเอง ..

สำหรับการจัดเก็บกำลังไฟฟ้าด้วยการแปลงให้เป็นก๊าซไฮโดรเจน หรือไฮโดรเจนเหลวนั้น ประสิทธิภาพแบบไปกลับ ยังคงจำกัดอยู่ที่ประมาณ 35 – 50 % .. อิเล็กโทรลิซิส Electrolysis มีราคาแพง และกระบวนการเปลี่ยนพลังงานเป็นก๊าซ Power to Gas Process ต้องการชั่วโมงการโหลดเต็มที่จำนวนมาก ด้วยประสิทธิภาพประมาณ 30 % เพื่อให้เกิดความประหยัด ..

อย่างไรก็ตาม แม้ว่าประสิทธิภาพการแปลงกำลังไฟฟ้าเป็นทรัพยากรพลังงานรูปแบบใด ๆ แบบไปกลับ Round – Trip Conversion Efficiency of Power – to – Power จะต่ำกว่าการใช้ชุดแบตเตอรี่ และการอิเล็กโทรลิซิส Electrolysis อาจมีราคาแพง แต่การจัดเก็บเชื้อเพลิงเองนั้น ถือว่ามีราคาไม่แพงเลย ซึ่งหมายความว่า สามารถจัดเก็บพลังงานจำนวนมากได้เป็นเวลานานด้วยเทคโนโลยี Power – to – Power ซึ่งเหมาะสำหรับการจัดเก็บพลังงานตามฤดูกาลที่ผันแปร เพื่อจะนำกลับมาใช้เป็นแหล่งพลังงานทดแทนการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลโดยสิ้นเชิงได้เป็นอย่างดีด้วยต้นทุนที่ลดลงเรื่อย ๆ ..

ทั้งนี้ เทคโนโลยี Power – to – Power เป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับระบบจัดเก็บพลังงานจากแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียนที่มีการผันแปรสูง เนื่องจากในหลายพื้นที่ภูมิประเทศมีความแปรปรวนตามฤดูกาล เช่น การผลิตพลังงานจากแหล่งพลังงานแสงอาทิตย์ ลม และไฟฟ้าพลังน้ำ เป็นต้น .. อย่างไรก็ตาม การจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่บนโครงข่ายระบบสายส่ง หรือระบบกริดโดยเฉพาะนั้น แม้จะเป็นองค์ประกอบสำคัญในระบบพลังงานในอนาคต แต่ไม่ถือว่าเป็นแนวคิดแบบ Power – to – X ..

อีกแนวความคิดหนึ่งที่น่าสนใจ ได้แก่ แนวคิดของเซกเตอร์คัปปลิ้ง Sector Coupling Concepts .. ไฮโดรเจน H₂ และมีเทน CH₄ สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงปลายน้ำ ป้อนเข้าสู่โครงข่ายก๊าซธรรมชาติ หรือใช้ในการผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์ Synthetic Fuel or Electrofuel : eFuels หรือสามารถใช้เป็นวัตถุดิบทางเคมีได้เช่นเดียวกับก๊าซแอมโมเนีย NH₃ ..

สำหรับประเด็นการแปลงพลังงานสู่ความร้อน Power – to – Heat จะเกี่ยวข้องกับภาคพลังงานความร้อน ไม่ว่าจะโดยการให้ความร้อนด้วยความต้านทาน หรือผ่านทางปั๊มความร้อน .. เครื่องทำความร้อนแบบใช้ความต้านทาน มีประสิทธิภาพ และค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ Coefficient of Performance : COP ที่สอดคล้องกันกับปั๊มความร้อน คือ 2 – 5 ..

การให้ความร้อนด้วยการเก็บสำรองน้ำร้อนไว้ และการให้ความร้อนแบบกระจายใช้ในพื้นที่ เป็นวิธีที่ประหยัดในการใช้พลังงานหมุนเวียนส่วนเกิน และมักจะนิยมใช้งานแทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิลที่ปล่อยคาร์บอนปริมาณมากในกลุ่มประเทศที่หนาวเย็น .. ปั๊มความร้อนขนาดใหญ่ในระบบทำความร้อนพร้อมระบบจัดเก็บความร้อน กลายเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับระบบพลังงานสู่ความร้อน Power to Heat ที่ให้ประสิทธิภาพสูงเป็นพิเศษสำหรับการประยุกต์ใช้พลังงานลม และพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนเกิน ซึ่งสามารถวางแผนการลงทุนที่มีแนวโน้มคุ้มค่า และสร้างผลกำไรได้สูง ..

Power – to – Mobility หมายถึง การชาร์จแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicle : EV ก็เช่นกัน .. เมื่อพิจารณาถึงความคาดหวังสำหรับ EV ซึ่งจำเป็นต้องมีอุปกรณ์เฉพาะ เนื่องจากรถยนต์ไฟฟ้าไม่ได้ถูกใช้งานเกือบตลอดเวลา การเปลี่ยนระยะเวลาในการชาร์จประจุไฟฟ้าให้ยืดหยุ่นได้มากขึ้น .. ช่วงเวลาในการชาร์จค่อนข้างยาว 8 – 12 ชั่วโมง ในขณะที่ระยะเวลาการชาร์จเร่งด่วนอยู่ที่ประมาณ 90 นาที ชุดแบตเตอรี่ EV ยังสามารถคายประจุ และกำลังไฟฟ้าไปยังระบบกริด หรือระบบสายส่ง เพื่อให้ทำงานเป็นอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานไฟฟ้าได้อีกด้วย แต่สิ่งนี้จะทำให้ชุดแบตเตอรี่สึกหรอมากขึ้น และอายุการใช้งานลดลง ทำให้แนวความคิดในการใช้รถยนต์ไฮโดรเจน กับเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cell ด้วย Power to Gas or Power to Liquid อาจกลายเป็นทิศทางในอนาคตที่เหนือชั้นกว่ามาก ..

Heat Pumps กับระบบจัดเก็บน้ำร้อน Hot Water Storage และรถยนต์ไฟฟ้า มีศักยภาพในการลดการปล่อย CO₂ และลดการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลได้สูงอย่างยิ่ง .. แผนการจัดเก็บพลังงานสู่ X หรือ Power – to – X หรือกำลังไฟฟ้าอื่น ๆ จากแหล่งพลังงานลม และพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนเกิน กลายเป็นความจำเป็นเพื่อไปสู่อนาคต .. อย่างไรก็ตาม ในขณะที่พลังงานสู่ความร้อน Power – to – Heat และพลังงานสู่การเคลื่อนไหว Power – to – Mobility ผ่านกระแสไฟฟ้า ปั๊มความร้อน และยานพาหนะไฟฟ้า มีศักยภาพในการลดการปล่อยมลพิษสูง หากเป้าหมาย คือ ระบบพลังงานสะอาด 100 % อาจมีการใช้งานขั้นสุดท้ายบางอย่างที่ไม่สามารถผลิตกำลังไฟฟ้าในเชิงเศรษฐกิจได้ .. การใช้งานขั้นสุดท้ายเหล่านี้ รวมถึงการขนส่งทางไกล รถบรรทุก เครื่องบิน เรือ และกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่มีการใช้ความร้อนสูง ในกรณีเหล่านี้ การใช้เชื้อเพลิงสังเคราะห์ Synthetic Fuel ที่ผลิตขึ้นจากกำลังไฟฟ้าพลังงานสะอาดอาจเป็นทางเลือกที่ดีที่สุด เชื้อเพลิงชีวภาพ ก็เป็นอีกทางเลือกหนึ่ง ที่น่าสนใจด้วยเช่นกัน ..

ทั้งนี้ ตามแนวคิดของเยอรมันเกี่ยวกับเซกเตอร์คัปปลิ้ง Sector Coupling Concepts ที่เชื่อมต่อภาคส่วนการใช้พลังงานทั้งหมดเข้าด้วยกัน จำเป็นต้องมีการบริหารจัดการด้วยระบบดิจิทัล และระบบอัตโนมัติของกระบวนการต่าง ๆ เพื่อประสานอุปสงค์ และอุปทานให้สอดคล้องกันด้วย ..

นวัตกรรม Synthetic Fuel : Syngas & eFuels สำหรับโซลูชัน Power – to – X ..

การเพิ่มขึ้นของพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียนนั้น เป็นประโยชน์ต่อระบบพลังงานโลก การแปลงกำลังไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนเป็นเชื้อเพลิงที่เก็บไว้ได้ จะสามารถกระจายประโยชน์ของแหล่งพลังงานสะอาดไปยังภาคส่วนต่าง ๆ ได้ .. ด้วยนวัตกรรมจากกระบวนการ Power – to – X ได้ทำให้ Energy Transition ในอนาคตอันใกล้นี้นั้น เป็นไปได้ .. มันเป็นเทคโนโลยีการแปลงกำลังไฟฟ้าให้เป็นเชื้อเพลิงสังเคราะห์ Synthetic Fuel บนแนวคิดคาร์บอนเป็นกลาง ซึ่งสามารถนำไปใช้ในกิจกรรมภาคส่วนอื่น ๆ หรือเก็บไว้ใช้งานในภายหลัง หรือจนกว่าจะมีความจำเป็น ..

พลังงานหมุนเวียนที่ CO₂ เป็นกลาง ถูกใช้เพื่อให้พลังงานแก่โรงงานอิเล็กโทรลิซิส โดยแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจน H₂ และออกซิเจน O₂ .. ไฮโดรเจนที่ได้นั้น สามารถเติมลงในระบบกริดก๊าซธรรมชาติ หรือใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับการใช้งานอื่น ๆ ได้ .. อีกทางหนึ่งโดยตรง ไฮโดรเจน สามารถจุดระเบิดในเครื่องยนต์เผาไหม้ภายในได้เป็นอย่างดี โดยไม่ต้องปรับแต่งเครื่องยนต์ให้ยุ่งยากมากนักแต่อย่างไร .. คาร์บอนไดออกไซด์ CO₂ สามารถเติมลงรวมกับไฮโดรเจน H₂ ในปฏิกรณ์มีเทน Methanation Reactor ส่งผลให้เกิดก๊าซมีเทนสังเคราะห์ Synthetic Methane หรือที่เรียกว่า Synthetic Natural Gas : SNG หรือ e – Gas ซึ่งสามารถจัดเก็บ SNG และใช้เป็นเชื้อเพลิงได้โดยตรงสำหรับระบบขนส่ง หรือการทำความร้อนได้เป็นอย่างดีเช่นกัน ..

ทั้งนี้ หลังจากขั้นตอนแรกของการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวด้วยอิเล็กโทรไลซิสจากน้ำ จะต้องนำไฮโดรเจนมาใช้ ในสถานที่ส่วนใหญ่ที่มีการผลิตพลังงานหมุนเวียนเป็นจำนวนมาก จึงจำเป็นต้องมีระบบการจัดเก็บที่ปลอดภัยเพื่อนำมันมาใช้ในภายหลัง .. เมื่อทั้งแสงแดด และลม ไม่สร้างพลังงานเพียงพอสำหรับความต้องการในช่วงเวลา ไฮโดรเจนที่ถูกจัดเก็บไว้ จะถูกแปลงเป็นมีเทน CH₄ และกลายเป็นแหล่งพลังงานทดแทนได้ทันที สิ่งนี้จะสร้างประโยชน์หลายประการในคราวเดียวได้อย่างยอดเยี่ยม ..

เชื้อเพลิงสังเคราะห์ Synthetic Fuel หรือ Synfuel เหล่านี้ เป็นเชื้อเพลิงเหลว หรือบางครั้งเป็นเชื้อเพลิงก๊าซ .. Syngas เป็นส่วนผสมของคาร์บอนมอนอกไซด์ Carbon Monoxide และไฮโดรเจน Hydrogen .. มันถูกผลิตขึ้นจาก กระบวนการทำให้เป็นแก๊สของวัตถุดิบที่เป็นของแข็ง Gasification of Solid Feedstocks เช่น ถ่านหิน Coal หรือชีวมวล Biomass หรือโดยการแปลงรูปก๊าซธรรมชาติ Reforming of Natural Gas เป็นต้น ..

วิธีการทั่วไปในการกลั่นเชื้อเพลิงสังเคราะห์ Syngas ได้แก่ การแปลง Fischer – Tropsch Conversion, การแปลงเมทานอลเป็นน้ำมันเบนซิน  Methanol to Gasoline Conversion หรือการทำให้ถ่านหินเป็นของเหลวโดยตรง Direct Coal Liquefaction ..

การคาดการณ์ตลาด Synthetic Fuel or Syngas ..

ปีที่ผ่านมา กำลังการผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์ Synthetic Fuel เชิงพาณิชย์ทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 240,000 บาร์เรลต่อวัน หรือ 38,000 ลูกบาศก์เมตรต่อวัน โดยมีโครงการใหม่ ๆ มากมาย สำหรับการก่อสร้าง หรือการพัฒนากำลังผลิตรูปแบบใหม่ ๆ เช่น Carbon Engineering ..

ขนาดธุรกิจตลาด Syngas ทั่วโลก มีมูลค่า 43.6 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2562 และคาดหมายว่า จะเพิ่มสูงขึ้นถึง 66.5 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2570 ซึ่งอัตราการเติบโตค่า Compound Annual Growth Rate : CAGR หมายถึง อัตราผลตอบแทนสำหรับการลงทุนในตลาด Synthetic Fuel or Syngas ที่เติบโตจากยอดดุลเริ่มต้นไปถึงยังยอดดุลสิ้นสุด รวมสมมติฐานว่ากำไรจะถูกนำกลับมาลงทุนหมุนเวียนใหม่ทุกสิ้นปีของช่วงอายุการลงทุน อยู่ที่ค่า CAGR 6.1 % จากปี 2563 ถึง 2570 ..

ก๊าซสังเคราะห์ หรือที่เรียกว่า Syngas มีที่มาจากทรัพยากรพลังงาน X ที่ส่วนใหญ่ ประกอบด้วยคาร์บอนมอนอกไซด์ CO, ก๊าซไฮโดรเจน H₂ และคาร์บอนไดออกไซด์ CO₂ จำนวนหนึ่ง .. Syngas เป็นผลมาจากการแปรสภาพทรัพยากรพลังงานให้เป็นเชื้อเพลิงสังเคราะห์ที่เป็นทั้งของเหลว และก๊าซ .. การผลิตกำลังไฟฟ้านั้น Syngas เป็นตัวเลือกในอุดมคติสำหรับการแปรรูปพลังงานเป็นเชื้อเพลิงเหลว และเชื้อเพลิงก๊าซ ด้วยความต้องการที่เพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ ..

บริษัทผลิตกำลังไฟฟ้าทั้งหลาย หันไปใช้ทางเลือกอื่น ๆ นอกเหนือจากการใช้น้ำมันเชื้อเพลิงรูปแบบเดิม และก๊าซธรรมชาติ ซึ่ง Syngas กลายเป็นทางเลือกที่น่าสนใจไปสู่ตลาดในอนาคต .. นอกจากนี้ ปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เพิ่มขึ้น และการดำเนินนโยบายภาครัฐของหลายประเทศเพื่อส่งเสริมการใช้เชื้อเพลิงหมุนเวียน ได้ช่วยกระตุ้นการเติบโตของตลาดอย่างมาก และเชื่อว่า พวกมันกำลังจะเข้ามาแทนที่น้ำมันเชื้อเพลิงฟอสซิลที่กลั่นจากน้ำมันดิบ หรือ Shale Gas ในตลาดอนาคตเกือบทั้งหมดได้อย่างแน่นอนในที่สุด ..

สรุปส่งท้าย ..

เครื่องยนต์สันดาปภายใน เป็นกระดูกสันหลังในการขับเคลื่อนเศรษฐกิจ และสังคม ของมนุษยชาติในยุคอุตสาหกรรมมาโดยตลอด และมันจะยังคงอยู่ต่อไป ไม่ได้หายไปจากระบบขนส่ง หรือระบบสาธารณูปโภคปัจจุบันแต่อย่างไร .. เชื้อเพลิงสังเคราะห์ Synthetic Fuel กำลังดึงดูดความสนใจให้เพิ่มขึ้นอย่างมาก เพื่อทำให้อุตสาหกรรมต่าง ๆ ตั้งแต่เครื่องบินไอพ่น เรือ ไปจนถึงรถยนต์นั้น เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น โดยไม่จำเป็นต้องคิดใหม่ ปรับแต่ง หรือเปลี่ยนเครื่องยนต์ไปจากรูปแบบเดิม ๆ มากนัก เนื่องเพราะมันสามารถจุดระเบิดในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์เหล่านี้ได้ด้วยการปรับจูนเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ..

เชื้อเพลิงสังเคราะห์เหล่านี้ รู้จักกันในชื่อเชื้อเพลิงไฟฟ้า Electrofuel หรือ e – Fuel โดยผสมไฮโดรเจน H₂ ที่ได้จากแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานหมุนเวียน ซึ่งโดยปกติแล้วจะมีคาร์บอนไดออกไซด์ CO₂ ที่กักเก็บไว้เพื่อสร้างเชื้อเพลิงที่มีคาร์บอนเป็นกลาง Carbon – Neutral Version of Fuels ซึ่งมันทำงานได้ดีเช่นเดียวกับ น้ำมันเบนซิน Gasoline, ดีเซล Diesel และน้ำมันก๊าด Kerosene เป็นต้น ..

บริษัทสายการบิน ผู้ขนส่งสินค้า และบริษัทน้ำมันบางแห่ง มีโครงการนำร่องเพื่อผลิตเชื้อเพลิง e – Fuels อยู่แล้ว หรือกำลังทดลองผสมเชื้อเพลิง e – Fuels และเชื้อเพลิงทั่วไป Conventional Fuels เพื่อให้ได้สัดส่วนที่เหมาะสมสำหรับการจุดระเบิดในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ .. ผู้ผลิตรถยนต์เอง ก็ลงทุนในเทคโนโลยีนี้เช่นกัน โดยบางคนกล่าวว่า เชื้อเพลิง e – Fuels อาจเป็นวิธีที่จะรักษารถยนต์นั่งรุ่นเก่าที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในไว้บนท้องถนนต่อไปควบคู่ไปกับรถยนต์ไฟฟ้า EV และรถยนต์ไฮบริด Hybrid Vehicles ในรูปแบบการคมนาคมขนส่งที่สะอาดกว่า ..

ในข้อเท็จจริงนั้น ก๊าซไฮโดรเจน H₂, ก๊าซมีเทน CH₄ และเชื้อเพลิงสังเคราะห์ Synthetic Fuels ที่ถูกผลิตขึ้นจากระบบการแปลงกำลังไฟฟ้าด้วยรูปแบบ กำลังไฟฟ้าสู่ทรัพยากร X หรือ Power – to – X นั้น สามารถจุดระเบิดในเครื่องยนต์เผาไหม้ภายในที่มีใช้งานในปัจจุบันได้เกือบทุกแบบด้วยการปรับแต่งเครื่องยนต์รูปแบบดั้งเดิมเพียงเล็กน้อยเท่านั้น .. ดังนั้น เทคโนโลยี Power – to – X จึงถือเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีหลักที่สำคัญสำหรับการเปลี่ยนผ่านพลังงาน Energy Transition ในระบบเศรษฐกิจ และสังคมของมนุษยชาติจากการใช้แหล่งพลังงานเชื้อเพลิงฟอสซิลจากแหล่งน้ำมันดิบลึกลงไปใต้เปลือกโลก หรือ Shale Gas & Oil จากหินภูเขาเป็นหลัก ไปเป็นการใช้แหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน เป็นหลัก โดยมิได้สร้างปัญหายุ่งยากให้เกิดขึ้นในช่วงการเปลี่ยนผ่านแต่อย่างไร ..

ไฮโดรเจน จะมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาเชื้อเพลิงในอนาคต และให้ความเป็นไปได้ที่หลากหลาย ไฮโดรเจนบริสุทธิ์สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงในอนาคตเพื่อช่วยบรรเทาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศได้อย่างเฉียบขาด อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องมีการลงทุนในโครงสร้างพื้นฐานรูปแบบใหม่ ๆ อยู่บ้าง .. ไฮโดรเจนสีเขียว ยังสามารถทำหน้าที่เป็นวัตถุดิบในการผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์ทดแทนอื่น ๆ ได้อีกมากมาย เช่น มีเทน หรือเมทานอล ในขณะที่ เชื้อเพลิงสังเคราะห์เหล่านี้ สามารถใช้โครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่เดิมต่อไปได้ ..

การวิจัยเชื้อเพลิงสังเคราะห์รูปแบบต่าง ๆ ในอนาคต เพื่อรองรับการเปลี่ยนแปลงไปสู่อนาคตของพลังงานทางเลือก พลังงานหมุนเวียน 100% และช่วยลดการปล่อยคาร์บอนด้วยเป้าหมายการปล่อยมลพิษสุทธิเป็นศูนย์ Net – Zero Emissions นั้น กำลังก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็วอย่างยิ่ง ..

เครื่องยนต์เผาไหม้ภายใน สามารถรองรับจุดระเบิดก๊าซมีเทน และเมทานอลสังเคราะห์ในกระบอกสูบ หรือห้องเผาไหม้ได้สำหรับแนวคิดคาร์บอนเป็นกลางได้ 100% อยู่แล้ว การทดสอบด้วยส่วนผสมของไฮโดรเจน Hydrogen สูงสุด 60 % และก๊าซธรรมชาติ 40 % ให้ผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยม และการพัฒนาทางเทคนิคเหล่านี้ ยังคงดำเนินต่อไปเพื่อมุ่งสู่การใช้ไฮโดรเจนในปริมาณที่สูงขึ้นอีก ไฮโดรเจนที่ผสมกับก๊าซธรรมชาติ สามารถนำไปใช้ในเครื่องยนต์ปัจจุบันได้แล้วมากกว่า 25 % ..

Power – to – X เป็นกระบวนการที่ช่วยสร้างคาร์บอนที่เป็นกลาง เชื้อเพลิงทดแทนในอนาคต ด้วยการดักจับ CO₂ จากอากาศ และรวมกับไฮโดรเจนสีเขียว เชื้อเพลิงในอนาคตที่คาร์บอนเป็นกลางที่แตกต่างกันหลายตัวสามารถสร้างขึ้นได้โดยไม่มีปัญหาทางเทคนิคแต่อย่างไร นอกจากเรื่องของราคา ..

ในอนาคต เชื้อเพลิงฟอสซิล จะถูกแทนที่ด้วยเชื้อเพลิงสังเคราะห์เหล่านี้ในอีกไม่นานนัก เนื่องจากมันลดผลกระทบต่อสภาพอากาศได้ .. เทคโนโลยี Power – to – X สามารถเร่งการกำจัดคาร์บอนในภาคอุตสาหกรรม การเกษตร การขนส่ง และภาคพลังงาน ได้อย่างยอดเยี่ยมด้วยต้นทุนที่กำลังลดลง ..

ทุกวันนี้ มาตรการสกัดกั้นการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลในงานต่าง ๆ พร้อมกับลดการปล่อย CO₂ สู่ชั้นบรรยากาศ ได้เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องทั่วโลก ด้วยเหตุนี้ เทคโนโลยี Power – to – X จึงกลายเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีหลักสำคัญที่สามารถขับเคลื่อนโลกไปสู่สังคมคาร์บอนต่ำในอนาคตได้สำเร็จในที่สุด ..

ทั้งนี้ นอกจาก Power – to – X และไฮโดรเจน H₂ จะเป็นปัจจัยหลักแล้ว เมื่อก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ CO₂ ที่มีอยู่ในอากาศถูกดักจับนำมาใช้ซ้ำเพื่อเป็นวัตถุดิบสำหรับการผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์ Synthetic Fuels รวมทั้งการประยุกต์ใช้แหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียนที่เพิ่มขึ้น พบว่า มันจะไม่มีการปล่อย CO₂ ใหม่สู่บรรยากาศเพิ่มเติมออกมา ..

การประยุกต์ใช้คาร์บอนแบบเป็นวงรอบครบวงจร ช่วยให้มั่นใจได้ว่า ความสมดุลของ CO₂ ด้วยการรีไซเคิลการปล่อย CO₂ แล้วดักจับมันกลับมาใช้ผลิตเป็นเชื้อเพลิงสังเคราะห์อีกครั้งแล้วครั้งเล่านั้น เป็นไปได้ .. หมายถึง มันได้กลายเป็นทางเลือกที่น่าสนใจ ซึ่งจะส่งผลให้ในอนาคตอันใกล้นี้ การลงทุนมหาศาลเพื่อขุดเจาะน้ำมันดิบลึกลงไปใต้ผิวโลกเพื่อนำมันมากลั่นเป็นเชื้อเพลิงฟอสซิลรูปแบบมาตรฐานที่ใช้เป็นหลักกันอยู่เช่นในปัจจุบันนั้น อาจไม่มีความจำเป็นอีกต่อไป ..

คอลัมน์ Energy Key

By โลกสีฟ้า ..

สนับสนุนคอลัมน์ โดย E@ บริษัท พลังงานบริสุทธิ์ จำกัด (มหาชน)

ขอบคุณเอกสารอ้างอิง :-

What is Power – to – X? | Turbomachinery International :-

https://www.turbomachinerymag.com/view/what-is-power-to-x

Power – to – X: Key Technology for the Energy Transition :-

The Hydrogen Stream : Russia unveils Hydrogen Strategy, Germany Provides more Funds for Power – to – X | PV Magazine :-

The Hydrogen Stream: Russia unveils hydrogen strategy, Germany provides more funds for power-to-X

Power – to – X Solutions | International Renewable Energy Agency :-

https://irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Topics/Innovation-and-Technology/IRENA_Landscape_Solution_11.pdf?la=en&hash=2BE79AC597ED18A96E5415942E0B93232F82FD85

Power – to – X: The secret to a 100% renewable energy system? | DW :-

https://www.dw.com/en/power-to-x-the-secret-to-a-100-renewable-energy-system/a-51662014

Power – to – X: A Flexible Conversion Technology :-

https://www.man-es.com/energy-storage/solutions/power-to-x

Methanation for CO2 recycling with synthetic natural gas (SNG) :-

https://www.thyssenkrupp-industrial-solutions.com/power-to-x/en/green-sng

Synergies between Innovations for Power – to – X Solutions | IRENA :-

https://irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Topics/Innovation-and-Technology/IRENA_Landscape_Solution_11.pdf?la=en&hash=2BE79AC597ED18A96E5415942E0B93232F82FD85

Global Syngas Market Outlook 2027 | Gasifier :-

https://www.alliedmarketresearch.com/syngas-market-A07839

Syn – Gas: A Versatile and Renewable Fuel | Waste to Energy Systems :-

Syn-gas: A versatile and renewable fuel

Can E – Fuels Save the Combustion Engine? :-

https://www.wsj.com/articles/can-e-fuels-save-the-combustion-engine-11621037390

Power to X Technology : Future Fuels Accelerating Decarbonisation :-

https://photos.app.goo.gl/f82CctT33C7ZdrN19