ชนิดเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน

เชื้อเพลิงไฮโดรเจน

ถูกนำไปใช้ในเซลล์ไฟฟ้าเคมีหรือจุดระเบิดในเครื่องสันดาปภายในเพื่อให้พลังงานกับอุปกรณ์อิเล็กโทรนิคส์หรือรถไฟฟ้า และยังถูกใช้ในการขับเคลื่อนยานอวกาศ ถูกผลิตในเชิงพานิชย์เพื่อใช้กับการขนส่งทั้งภาคพื้นดินและทางอากาศ เชื้อเพลิงไฮโดรเจนไม่ปล่อยมลภาวะในสิ่งแวดล้อม

พลังงานทดแทนที่สำคัญในอนาคต

  • เมื่อเผาไหม้จะให้พลังงานสูงกว่า เชื้อเพลิง ชนิดอื่น
  • เป็นพลังงานสะอาด
  • เก็บได้ทั้งในรูปก๊าซ ของแข็ง ของเหลว

       เชื่อเพลิงไฮโดรเจน ถูกนำไปใช้งานควบคู่กับเซลล์เชื่อเพลิง สำหรับผลิตกระแสไฟฟ้า และใช้แทนน้ำมันเชื้อเพลิงในรถยนต์ โดยเชื้อเพลิงไฮโดรเจน สามารถสังเคราะห์ได้จากวัตถุดิบตามธรรมชาติหลากหลายประเภท อาทิ วัสดุชีวมวล ก๊าซชีวภาพ ก๊าซธรรมชาติ และถ่านหิน ซึ่งข้อดีของเชื้อเพลิงไฮโรเจน คือ เป็นเชื้อเพลิงที่สะอาด ไม่ก่อให้เกิดมลพิษใดๆ รวมทั้งคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งเป็นต้นเหตุสำคัญของภาวะโลกร้อน

การผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจน สามารถทำได้หลายกระบวนการ แต่กระบวนการที่ปัจจุบันมีการศึกษาวิจัยมากที่สุด และคาดว่าจะสามารถพัฒนาสู่การผลิตในเชิงพาณิชย์ได้ง่ายที่สุดคือ กระบวนการรีฟอร์มมิ่ง ซึ่งแบ่งออกได้หลายประเภทขึ้นอยู่กับ สารที่ใช้ในปฏิกิริยากระบวนการรีฟอร์มมิ่ง ที่รูจักกันอย่างแพร่หลาย ได้แก่

  1. กระบวนการรีฟอร์มมิ่งด้วยไอน้ำ (Steam reforming) เป็นกระบวนการที่ปัจจุบันมีการศึกษาวิจัยไฮโดรเจนสูง เสียค่าใช้จ่ายน้อย จึงถูกนำมาใช้ในทางการค้าแล้ว หลักการของกระบวนการนี้คือ การป้อนไอน้ำ เข้าสู่ระบบเพื่อทำปฏิกิริยากับสารไฮโดรคาร์บอนที่อยู่ในสถานะก๊าซ โดยไฮโดรเจนจะถูกดึงออกจากไอน้ำ และสารไฮโดรคาร์บอน ส่วนออกซิเจนที่เหลือจากน้ำและคาร์บอนที่เหลือจากไฮโดรคาร์บอนจะรวมตัวกันเป็นก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์
  2. กระบวนการีฟอร์มมิ่งด้วยก๊าซคาร์บอนได้ออกไซดิ์ เป็นกระบวนการที่คล้ายคลึงกับ กระบวนการีฟอร์มมิ่งด้วยไอน่ำ ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกในบรรยากาศ  อีกทั้งยังควบคุมระบบการทำงานได้ง่ายกว่า กระบวนการรีฟิร์มมิ่งด้วยไอน้ำ แต่ข้อเสียคือ สัดส่วนของไฮโดจรจน ที่ได้จากกระบวนการนี้จพต่ำกว่ากระบวนการแรก และตัวเร่งปฏิกิริยาจะเสื่อมสภาพเร็วกว่า เนื่องจากจะมีคาร์บอนไดออกไซต์ไปเกาะที่อยู่บริเวณผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา
  3. กระบวนการออกซิเดชั่น บางส่วน ซึ่งเป็นกระบวนการระหว่างสารไฮโดรคาร์บอนกับออกซิเจน กระบวนการนี้มีข้อได้เปรียบกว่า สองกระบวนการแรก  ตรงที่ ไม่จำเป็นต้องป้อนพลังงานจากภายนอก เนื่องจากปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเป็นแบบคายความร้อนทำให้เกิดพลังงานขึ้น ภายในระบบ แต่ข้อจำกัดของกระบวนการนี้คือ ปริมาณออกซิเจนที่ป้อนเข้าระบบ ต้องไม่สูงจนเกินไป เนื่องจากออกซิเจนที่เหลือจากกระบวนการ จะกลับมาทำปฏิกิริยา ไฮโดรเจน ที่ผลิตได้กลายเป็นน้ำ ทำให้สูญเสียไฮโรเจน นอกจากนั้นข้อจำกัดที่สำคัญอีกประการของการใช้กระบวนการนี้ในเชิงพาณิชย์ คือ ค่าใช้จ่ายในการดำเนินการจะสูงกว่ากระบวนการรีฟอร์มมิ่งปกติ เนื่องจากต้องมีระบบแยกออกซิเจนจากอากาศก่อนป้อนเข้าสู่ระบบ เพราะหากไม่แยกออกซิเจนออก 

             ปัจจุบันค่ายรถยนต์หลายแหล่ง พัฒนาต้นแบบรถยนต์พลังงานไฮโดรเจนแล้ว  แต่ส่วนใหญ่เป็นรถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์ให้สามารถเลือกใช้เชื้อเพลิงได้หลายประเภท แตกต่างกับรถพลังงานไฮโดรเจนที่ต้องใช้ควบคู่กับเทคโนโลยีเซลล์เชื่อเพลิง ที่เลือกใช้เซลล์เชื้อเพลิงใช้การรวมไฮโดรเจนกับออกซิเจนทำให้เกิดไฟฟ้า และสิ่งที่เกิดตามมามีเพียงแต่ไอน้ำเท่านั้น เมื่อใช้ไปถึง 5 ปี ความหนาแน่นของกำลัง ซึ่งเป็นสัดส่วนของพลังงานที่มีค่าเพิ่มขึ้นจากเดิมถึงสิบเท่า ขณะที่ต้นทุนลดลงถึงสิบเท่าด้วยเช่นกัน ค่ายรถยนต์ทั่วโลกจึงร่วมโครงการพัฒนายานยนต์ที่มช้พลังงานจากเซลล์เชื้อเพลิง แต่การเปลี่ยนไปใช้การคมนาคมโดยใช้ไฮโดรเจนเป็นหลักจะใช้เวลาสิบปี เนื่องจากการใช้เชื้อเพลิงนั้นต้องผลิตไฮโดรเจนปริมาณสูงมาก