ไฮโดรเจน พลังงานสะอาด เส้นทางสู่สังคมคาร์บอนต่ำกับ ปตท.

ในยุคที่โลกเผชิญกับความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อมและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ พลังงานสะอาดได้กลายเป็นหัวใจสำคัญในการขับเคลื่อนอุตสาหกรรมสู่ความยั่งยืน ไฮโดรเจนถือเป็นพลังงานแห่งอนาคตที่มีศักยภาพสูงในการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก และสามารถประยุกต์ใช้ได้หลากหลายภาคส่วน ไม่ว่าจะเป็นภาคอุตสาหกรรม การขนส่ง การกักเก็บพลังงาน ไปจนถึงการใช้งานอย่างปลอดภัยในชีวิตประจำวัน กลุ่ม ปตท. มุ่งมั่นศึกษาพัฒนาเทคโนโลยีด้านไฮโดรเจนเพื่อสนับสนุนการเปลี่ยนผ่านสู่สังคมคาร์บอนต่ำและอุตสาหกรรมที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

การประยุกต์ใช้ไฮโดรเจนในภาคอุตสาหกรรม

ปัจจุบัน หนึ่งในความท้าทายหลักของไฮโดรเจนคือ ต้นทุนที่สูงกว่าพลังงานจากเชื้อเพลิงฟอสซิล ดังนั้น การนำไฮโดรเจนมาใช้ในระยะเริ่มต้นควรมุ่งเน้นไปที่ ภาคอุตสาหกรรมที่มีความจำเป็นต้องใช้ไฮโดรเจนในกระบวนการผลิต หรือ ไม่มีทางเลือกอื่นที่สามารถทดแทนได้ ซึ่งภาคส่วนเหล่านี้มักถูกเรียกว่า “Hard-to-abate sectors” คืออุตสาหกรรมที่ลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) ได้ยาก เนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น ความต้องการใช้พลังงานความร้อนที่อุณหภูมิสูง และมีการปล่อย CO₂ จากกระบวนการผลิตโดยตรง ดังนั้น ภาคอุตสาหกรรมเหล่านี้จึงเป็น กลุ่มเป้าหมายหลัก สำหรับการนำไฮโดรเจนคาร์บอนต่ำมาใช้เพื่อลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก

ในกระบวนการผลิตแอมโมเนีย ซึ่งเป็นวัตถุดิบสำคัญในปุ๋ยและเชื้อเพลิงสะอาด ไฮโดรเจนมีบทบาทหลักผ่านกระบวนการ Haber-Bosch ที่รวมไฮโดรเจนกับไนโตรเจนภายใต้ความดันและอุณหภูมิสูง หากใช้ไฮโดรเจนจากแหล่งสะอาด จะช่วยลดการปล่อย CO₂ ได้อย่างมีนัยสำคัญ เช่นเดียวกับการผลิตเมทานอล ซึ่งเป็นสารตั้งต้นในพลาสติกและเชื้อเพลิง ไฮโดรเจนสามารถรวมกับ CO₂ ที่ได้จากเทคโนโลยี (Carbon Capture Utilization and Storage: CCUS) เพื่อสร้างเมทานอลอย่างยั่งยืน

การประยุกต์ใช้ไฮโดรเจนในภาคการขนส่ง

 อุตสาหกรรมยานยนต์กำลังเปลี่ยนผ่านสู่พลังงานสะอาด โดยมีสองเทคโนโลยีหลักคือ รถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่ (Battery Electric Vehicle: BEV) และรถยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cell Electric Vehicle: FCEV) ซึ่งใช้ไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานและมีแนวทางการใช้พลังงานที่แตกต่างกัน โดยรถ BEV ใช้พลังงานไฟฟ้าที่เก็บในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ส่งตรงไปยังมอเตอร์ ขณะที่ FCEV ใช้ไฮโดรเจนที่ถูกแปลงเป็นไฟฟ้าผ่านเซลล์เชื้อเพลิงก่อนส่งไปยังมอเตอร์  อีกทั้ง FCEV มีข้อได้เปรียบหลายด้าน เช่น เติมเชื้อเพลิงได้เร็วกว่า (ไม่เกิน 5 นาทีสำหรับรถทั่วไป) วิ่งได้ไกลกว่า (มากกว่า 650 กม.) และมีน้ำหนักระบบพลังงานเบากว่า ทำให้เหมาะกับการขนส่งสินค้าระยะไกล ส่วน BEV ถึงแม้จะได้รับความนิยมในเมืองเนื่องจากโครงสร้างพื้นฐานที่พร้อม แต่ข้อจำกัดด้านระยะทางและเวลาชาร์จทำให้ FCEV เป็นทางเลือกที่เหมาะสมกว่าในงานขนส่งหนักและระยะไกล โดยในอนาคต คาดว่า FCEV จะมีต้นทุนต่ำลง และกลายเป็นเทคโนโลยีหลักที่ช่วยลดมลพิษจากการเดินทาง

การประยุกต์ใช้ไฮโดรเจนเป็นระบบกักเก็บพลังงาน

ระบบกักเก็บพลังงาน (Energy Storage System: ESS) คือ เทคโนโลยีที่ใช้ในการสะสมพลังงานที่ผลิตได้จากแหล่งต่าง ๆ โดยเฉพาะจากพลังงานหมุนเวียน เช่น แสงอาทิตย์ ลม และน้ำ เพื่อสำรองไว้ใช้ในช่วงเวลาที่แหล่งผลิตพลังงานไม่สามารถจ่ายไฟได้ตามความต้องการ

ระบบ ESS ช่วยเพิ่มความมั่นคงให้กับการใช้พลังงาน โดยกักเก็บพลังงานส่วนเกิน ที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาที่มีการผลิตมากกว่าความต้องการใช้ และจัดเก็บในรูปแบบต่าง ๆ เช่น พลังงานไฟฟ้าเคมี พลังงานไฟฟ้า หรือพลังงานเชิงกล ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีที่เลือกใช้ เมื่อเกิดภาวะพลังงานขาดแคลน หรือเมื่อความต้องการใช้พลังงานสูง ระบบจะทำการแปลงพลังงานที่สะสมกลับมาใช้งานในรูปแบบของพลังงานไฟฟ้าเพื่อความสะดวกในการส่งผ่านและใช้งานต่อในระบบไฟฟ้า

หนึ่งในเทคโนโลยีสำคัญที่ได้รับความสนใจสำหรับการกักเก็บพลังงานสะอาด คือ ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ และระบบกักเก็บพลังงานไฮโดรเจน ซึ่งแต่ละเทคโนโลยีมีหลักการทำงานและข้อได้เปรียบที่แตกต่างกัน คือ

• ระบบแบตเตอรี่ (Battery Energy Storage System: BESS) เหมาะสำหรับเก็บพลังงานระยะสั้นถึงปานกลาง (ตั้งแต่ไม่กี่ชั่วโมงถึงหลายชั่วโมง) เช่น ระบบโซลาร์เซลล์ภายในบ้าน ระบบสำรองไฟระยะสั้น เป็นต้น แต่ไม่เหมาะสำหรับการเก็บพลังงานในระยะยาว เนื่องจากมีการคายประจุ (สูญเสียพลังงาน) และมีต้นทุนสูง เมื่อขยายขนาดการเก็บพลังงานขนาดใหญ่
• ระบบไฮโดรเจน (Hydrogen Energy Storage System: HESS) เหมาะสำหรับการเก็บพลังงานระยะยาว เช่น ศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ โรงพยาบาล หรือระบบสำรองไฟในพื้นที่ห่างไกล ที่ต้องการสำรองไฟตั้งแต่หลายวันจนถึงหลายสัปดาห์ รวมถึงพื้นที่ที่ไม่เชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าหลัก (Off-grid) หรือพื้นที่ห่างไกลที่มีการใช้ พลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ หรือ พลังงานลม ผลิตได้ในฤดูหนึ่งและเก็บไว้ใช้ในฤดูถัดไป ระบบไฮโดรเจนจึงเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด เนื่องจากแบตเตอรี่อาจไม่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจในกรณีนี้

สำหรับระบบกักเก็บพลังงาน แนวทางที่มีความยั่งยืนมากที่สุด คือ การผสมผสานเทคโนโลยีเข้าด้วยกันอย่างเหมาะสม โดยใช้แบตเตอรี่เพื่อรองรับความต้องการพลังงานในช่วงสั้นถึงกลาง และใช้เทคโนโลยีไฮโดรเจนในการเพิ่มเสถียรภาพของระบบในระยะยาว

ความปลอดภัยของไฮโดรเจน

แม้ไฮโดรเจนจะเป็นก๊าซไวไฟ แต่กลับปลอดภัยกว่าที่หลายคนเข้าใจ ด้วยคุณสมบัติที่เบากว่าก๊าซธรรมชาติถึง 8 เท่า ไฮโดรเจนจะลอยขึ้นสู่อากาศอย่างรวดเร็วเมื่อเกิดการรั่วไหล ไม่สะสมในพื้นที่ต่ำ ลดความเสี่ยงจากการระเบิดในพื้นที่ปิดได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อเปรียบเทียบกับก๊าซธรรมชาติ (Natural Gas for Vehicles: NGV) และก๊าซปิโตรเลียมเหลว (Liquefied Petroleum Gas: LPG) ไฮโดรเจนมีแรงดันถังสูงกว่า แต่ไม่สะสมบนพื้นเหมือน LPG ที่มีความหนาแน่นมากกว่าอากาศ ทำให้ไฮโดรเจนมีความปลอดภัยในด้านการจัดเก็บและการรั่วไหล

สำหรับความปลอดภัยในการใช้ไฮโดรเจนภาคการขนส่ง ปัจจุบันมีการติดตั้งสถานีเติมไฮโดรเจน กว่า 900 สถานี ทั่วโลก และ ผู้ผลิตรถยนต์ Fuel Cell ได้ลงทุนนวัตกรรมในการพัฒนาเทคโนโลยีไฮโดรเจนอย่างต่อเนื่อง โดยมุ่งเน้นการออกแบบรถยนต์ให้มีประสิทธิภาพสูงสุด พร้อมมาตรการด้านความปลอดภัยที่เข้มงวด เพื่อให้ผู้ใช้มั่นใจในทุกการเดินทาง รวมทั้งการเติมไฮโดรเจนต้องทำที่สถานีเติมเชื้อเพลิงที่ได้รับการรับรองและมีมาตรฐานความปลอดภัยสูงและการบำรุงรักษารถยนต์ไฮโดรเจนควรทำโดยช่างที่มีความเชี่ยวชาญและได้รับการฝึกอบรมเฉพาะทาง รถยนต์ไฮโดรเจนจึงมีระบบความปลอดภัยที่เข้มงวด มีถังเก็บไฮโดรเจนที่ทนทาน และได้มาตรฐาน (ทนความดันได้ มากกว่า 1,000 บาร์) มีระบบตรวจจับการรั่วไหลแบบพิเศษ มีระบบการจัดเก็บและขนส่งที่ปลอดภัย

ประเทศไทยเองมีประสบการณ์ในการใช้ไฮโดรเจนในภาคอุตสาหกรรมมาอย่างยาวนาน เช่น โรงกลั่นน้ำมัน แสดงให้เห็นถึงความพร้อมในการจัดการกับพลังงานสะอาดนี้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้น ไฮโดรเจนจึงไม่ใช่เรื่องใหม่และไม่ใช่สิ่งที่เราเริ่มต้นจากศูนย์ พลังงานไฮโดรเจนไม่เพียงแต่ปลอดภัย แต่ยังเป็นพลังงานสะอาดที่สามารถขับเคลื่อนการใช้พลังงานสู่ความยั่งยืน และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม กลุ่ม ปตท. พร้อมเป็นกำลังสำคัญในการผลักดันนวัตกรรมด้านไฮโดรเจนเพื่ออนาคตที่ปลอดคาร์บอน และสร้างคุณค่าให้กับสิ่งแวดล้อมและเศรษฐกิจไทยอย่างยั่งยืน

ที่มาของข้อมูล:

• Energy Strategy Reviews 53 (2024) 101380
• Volvo FE Electric, Hyundai Xcient Fuel Cell
• EnergyStorageSystems-AComprehensiveGuide.pdf
• iScience, Volume 27, Issue 2, 108988
• Electronics 2021, 10, 2134
• Joule, Volume 3, Issue 1, 81-100