วันนี้
facebook
มีการแชร์รูปข้างล่างมาให้ดู
เป็นเรื่องของการใช้สีแบ่งที่มาของไฮโดรเจน
ลองดูเองก่อนนะครับ
เรื่องเศรษฐกิจสีเขียวกับพลังงานสะอาดหรือพลังงานสีเขียวเนี่ย
ก็ได้เขียนลง blog
เอาไว้หลายครั้งแล้วเช่น
"Steam
reforming กับ Dry
reforming (วันพฤหัสบดีที่
๑๙ พฤศจิกายน ๒๕๕๘)"
"ฝึกงานภาคฤดูฝน
๒๕๖๔ (๑)
กรีนดีเซล (Green
Diesel) (วันศุกร์ที่ ๔ มิถุนายน
๒๕๖๔)"
"ฝึกงานภาคฤดูฝน
๒๕๖๔ (๒)
เศรษฐกิจสีเขียว (Green
Economy) (วันจันทร์ที่ ๗
มิถุนายน ๒๕๖๔)"
"ฝึกงานภาคฤดูฝน
๒๕๖๔ (๓)
เชื้อเพลิงสีเขียว
(Green Fuel)
(วันจันทร์ที่ ๑๕ มิถุนายน
๒๕๖๔)"
ในวงการนี้มันมีบางเรื่อง
บางคำถาม ที่ห้ามนำมาพูดคุย
ใครเผลอเอาประเด็นเหล่านี้ขึ้นมาเมื่อใด
มีหวังได้วงแตกหรือไม่ก็ถูกเชิญออกนอกวงได้
แต่บังเอิญผมไม่ได้อยู่ในวงการนั้น
ก็เลยจะขอยกเรื่องเหล่านั้นมาเป็นหัวข้อสนทนา
เริ่มจาก
Grey Hydrogen
หรือไฮโดรเจนสีเทาก่อนที่เขาบอกว่าผลิตมาจากปฏิกิริยา
Steam Reforming
ปฏิกิริยา
Steam reforming
เป็นปฏิกิริยาที่มีการใช้กันมานานแล้วเพื่อผลิตแก๊สไฮโดรเจนจากมีเทน
(CH4)
ในปฏิกิริยานี้จะนำมีเทนทำปฏิกิริยากับไอน้ำโดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาช่วย
อุณหภูมิการทำปฏิกิริยาไปอยู่ที่ระดับ
1000ºC
ผลิตภัณฑ์ที่ได้มีทั้งแก๊สไฮโดรเจน,
คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO),
และคาร์บอนไดออกไซด์
(CO2)
ที่เรียกรวมว่า synthesis
gas หรือเรียกย่อว่า syn
gas หรือเรียกเป็นภาษาไทยว่าแก๊สสังเคราะห์
หลัก
ๆ ของไฮโดรเจนที่ได้จะถูกนำไปใช้ในการผลิตแอมโมเนีย
(NH3)
โดยแก๊สส่วนที่เหลือจะถูกนำไปผลิตเมทานอล
(CH3OH)
ไม่มีใครเขาเอากระบวนการนี้ไปผลิตไฮโดรเจนเพื่อใช้เป็นพลังงานสะอาดนะครับ
เพราะอะไรหรือครับ
ข้อความข้างบนก็บอกเอาไว้แล้ว
จริงอยู่แม้ว่าปฏิกิริยาจะเริ่มเกิดได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า
1000ºC
แต่ในการออกแบบกระบวนการนั้นถ้าสามารถทำให้สารตั้งต้นทำปฏิกิริยาจนหมดได้จะเป็นการดีที่สุด
เพราะจะได้ไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายในการแยกเอาสารตั้งต้นที่ยังไม่ทำปฏิกิริยากลับมาใช้งานใหม่
(แน่นอนว่าขั้นตอนนี้ก็มีการใช้พลังงาน)
และด้วยการที่ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน
ดังนั้นเพื่อให้ปฏิกิริยาดำเนินไปข้างหน้าได้ดี
(ผลักสมดุลเคมีไปข้างหน้าด้วยเพราะปฏิกิริยานี้ผันกลับได้)
จึงจำเป็นต้องใช้อุณหภูมิสูงในการทำปฏิกิริยา
ดังนั้นคำถามแรกที่โผล่มาก็คือ
"เอาพลังงานที่ใช้มาใช้ให้ความร้อน
และแหล่งที่มาของพลังงานนั้นผลิต
CO2
ด้วยหรือไม่"
คำถามที่สองที่ตามมาก็คือ
"ปฏิกิริยานี้มีผลิตภัณฑ์ที่เป็นแก๊สหลายตัวผสมกันอยู่
การแยกเอาไฮโดรเจนออกเพื่อไปใช้เป็นเชื้อเพลิงจำเป็นต้องมีกระบวนการแยก
ซึ่งแน่นอนว่าต้องใช้พลังงาน
และแหล่งที่มาของพลังงานนั้นผลิต
CO2
ด้วยหรือไม่"
คำถามที่สามที่ตามมาก็คือ
"ปฏิกิริยานี้มีจำนวนโมลเพิ่มขึ้น
ดังนั้นเพื่อให้ปฏิกิริยาดำเนินไปข้างหน้าได้ดีจึงควรทำปฏิกิริยาที่ความดันต่ำ
แต่ในการเก็บ,
ลำเลียง และจัดส่ง
จำเป็นต้องอัดแก๊สไฮโดรเจนให้มีความดันสูง
ซึ่งแน่นอนว่าต้องใช้พลังงาน
และแหล่งที่มาของพลังงานนั้นผลิต
CO2
ด้วยหรือไม่"
คำถามที่สี่ที่ตามมาก็คือ
"ถ้าต้องการเฉพาะไฮโดรเจน
แล้วจะทำอย่างไรกับ CO
และ CO2"
และการจัดการกับแก๊สเหล่านี้แน่นอนว่าต้องใช้พลังงาน
และแหล่งที่มาของพลังงานนั้นผลิต
CO2
ด้วยหรือไม่"
ถ้าตอบว่าใช้พลังงานหมุนเวียน
พลังงานสะอาด
ก็ต้องตอบคำถามด้วยว่าต้องใช้พื้นที่ในการผลิตและเก็บสำรองพลังงานเท่าใด
เพื่อให้โรงงานสามารถเดินเครื่องได้ต่อเนื่องโดยไม่หยุดพักเป็นเวลาอย่างน้อยก็
๓๐๐ วัน โดยไม่สนว่าสภาพอากาศจะเป็นอย่างไร
ตัวที่สองคือไฮโดรเจนสีน้ำเงินหรือ
Blue hydrogen
ซึ่งเขาก็บอกว่ามันก็คือการเอากระบวนการไฮโดรเจนสีเทามาติดตั้งอุปกรณ์ดักจับ
CO2
เข้าไป
คำถามที่ตามมาก็คือ
"การดักจับ
CO2
นี้ใช้พลังงานหรือไม่
ถ้าต้องใช้พลังงาน
พลังงานนั้นมาจากไหน
และที่มาของพลังงานนั้นทำให้เกิด
CO2
ด้วยหรือไม่"
และถ้าคำตอบของคำถามข้างบนคือใช้พลังงานหมุนเวียน
พลังงานสะอาด ก็จะมีคำถามตามมาก็คือ
"แล้วทำไมไม่เอาพลังงานสะอาดนั้นไปใช้ในกระบวนการผลิตไฮโดรเจน
จะได้ลดปริมาณ CO2
ที่เกิดจากการผลิตตั้งแต่ต้นทาง"
นอกจากนี้ยังมีอีกคำถามหนึ่งก็คือ
"แล้วจัดการกับ
CO
ที่เกิดขึ้นอย่างไร
เพราะมันเป็นผลิตภัณฑ์ที่เกิดร่วมกับปฏิกิริยา
Steam reforming"
ตรงปฏิกิริยา
reforming นี้
ก็อาจมีการตอบเลี่ยงไปว่าจะใช้ปฏิกิริยา
Dry reforming
ในการผลิตไฮโดรเจน
คือใช้มีเทนทำปฏิกิริยากับ
CO2
แทนการใช้ H2O
ซึ่งเรื่องนี้ก็เห็นมีการทำวิจัยมาหลายสิบปี
มีการตีพิมพ์บทความกันมาเยอะแล้ว
ว่าแต่มีการสร้างโรงงานผลิตจริงในระดับอุตสาหกรรมกันแล้วหรือยัง
:) :) :)
ประเด็นนี้เคยเขียนไว้ในบทความเรื่อง
"Steam reforming กับ Dry reforming MO Memoir (วันพฤหัสบดีที่ ๑๙ พฤศจิกายน ๒๕๕๘)"
ตัวที่สามคือไฮโดรเจนสีเขียวหรือ
Green hydrogen
ซึ่งเขาบอกว่าใช้พลังงานหมุนเวียนในการผลิตไฮโดรเจนจากน้ำ
โดยใช้พลังงานหมุนเวียนผลิตกระแสไฟฟ้าเพื่อไปแยกน้ำออกเป็นแก๊สไฮโดรเจนและแก๊สออกซิเจน
คำถามแรกที่ควรต้องถามเลยก็คือ
พลังงานหมุนเวียนนั้นคือพลังงานอะไร
มีให้ใช้ตลอดทั้งวันและคืนหรือไม่
ถ้าไม่มีให้ใช้ตลอด ๒๔
ชั่วโมง จะกักเก็บพลังงานนั้นอย่างไร
และใช้พื้นที่มากน้อยเท่าใดในการดักจับพลังงานหมุนเวียนนั้น
กล่าวคือถ้าบอกว่าใช้แสงแดด
ก็ต้องตอบให้ได้ว่าต้องใช้พื้นที่เท่าใดในการติดตั้งแผงโซล่าเซลล์
พื้นที่ขนาดดังกล่าวสามารถหาได้ในทางปฏิบัติหรือไม่
(แน่นอนว่าต้องเป็นพื้นที่ขนาดใหญ่มาก)
และจะส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างไร
และจะเก็บพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้อย่างไรสำหรับใช้ในเวลาที่ไม่มีแดด
ซึ่งบางทีอาจกินเวลาติดต่อกันหลายวัน
และถ้าบอกว่าใช้พลังงานลม
ก็ต้องตอบคำถามเช่นเดียวกับย่อหน้าข้างบน
และต้องไม่ลืมว่าสภาพอากาศบ้านเราบางทีลมก็สงบเป็นเวลาติดต่อกันหลายวัน
ที่เห็นได้ชัดก็คือช่วงที่มีฝุ่น
pm 2.5 ปกคลุมเมือง
ประเด็นเรื่องพื้นที่ที่ต้องใช้สำหรับการผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์นี้
เคยคำนวณเล่น ๆ ไว้ในบทความเรื่อง
"รู้ทันนักวิจัย
(๒๘)
ผลิตปูนซิเมนต์ด้วยไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์
(วันศุกร์ที่
๑๒ เมษายน ๒๕๖๗)"
คำถามถัดมาคือแล้วจะทำอย่างไรกับแก๊สออกซิเจน
ถ้าตอบว่าก็ปล่อยทิ้งไป
เพราะมันมีอยู่ในอากาศอยู่แล้ว
ประเด็นนี้ถ้ามองในแง่ของการผลิตสารเคมีก็เหมือนกับเราผลิตสารเคมีได้พร้อมกัน
2 ตัว
แต่เลือกที่จะขายเพียงแค่ตัวเดียว
อีกตัวหนึ่ง (ซึ่งก็มีตลาดเหมือนกัน)
กลับเลือกที่จะปล่อยทิ้ง
กระบวนการผลิตที่ผลิตสารที่ต้องการได้ออกมาพร้อมกับสารอื่นอีกหนึ่งตัว
ถ้าความต้องการในท้องตลาดของแต่ละตัวนั้นแตกต่างกันมาก
มันก็ส่งปัญหาในเรื่องการจัดการได้
(คือผลิตได้สิ่งที่เป็นสินค้าออกมา
แต่ความต้องการมันไม่สูง
ทำให้ต้องทิ้งไป
มันดูไม่ค่อยดีในทางเศรษฐศาสตร์)
ตัวที่สี่คือไฮโดรเจนสีน้ำตาลหรือ
Brown hydrogen
และตัวที่ห้าคือไฮโดรเจนสีดำหรือ
Black hydrogen
ซึ่งทั้งคู่เป็นไฮโดรเจนที่ผลิตจาก
"ถ่านหิน"
ในรูปนั้นเขาบอกว่าสีน้ำตาลปล่อย
CO2
น้อยกว่าสีดำ
ที่ต้องเน้นตรงคำว่า
"ถ่านหิน"
ก็เพราะว่า ถ้าเราต้องการไฮโดรเจน
เราก็ควรเลือกใช้วัตถุดิบที่มีปริมาณไฮโดรเจนสูงมาเป็นสารตั้งต้น
แต่ถ่านหินมีปริมาณไฮโดรเจนต่ำมา
ดังนั้นจะว่าไปมันไม่มีใครเขาเอาถ่านหินมาใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตไฮโดรเจน
แต่เขาเอาถ่านหินไปผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ตัวอื่น
แล้วมันได้แก๊สที่มีไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบ
ร่วมกับแก๊สชนิดอื่นอีกสารพัดอย่าง
จนเขาไม่คิดจะแยกออกมาเป็นตัวเดี่ยว
ๆ
กระบวนการที่ทำให้เกิดแก๊สจากถ่านหินเห็นจะมีอยู่
๒ กระบวนการหลัก
กระบวนการแรกคือการผลิตถ่าน
Coke
(ถ่านที่มีสัดส่วนคาร์บอนสูง)
เพื่อนำไปใช้ในการถลุงเหล็ก
ในกระบวนการนี้จะเอาถ่านหินมาเผาในที่อากาศจำกัดที่อุณหภูมิสูงระดับราว
ๆ 1000ºC
ซึ่งองค์ประกอบในถ่านหินบางส่วนจะมีการสลายตัวกลายเป็นแก๊สที่เรียกว่า
Coke oven gas
ที่มักจะเอาไปใช้เป็นเชื้อเพลิงโดยไม่มีการแยกเอาองค์ประกอบต่าง
ๆ ออกจากกัน
กระบวนการที่สองคือ
Coal gasification
ในกระบวนการนี้จะเผาถ่านหินในที่อากาศจำกัดที่ระดับอุณหภูมิที่สูงกว่าการผลิตถ่าน
Coke
และยังมีการใช้ไอน้ำเข้าไปทำปฏิกิริยา
วัตถุประสงค์ของกระบวนการนี้ก็คือการผลิต
Coal gas
ที่เป็นแก๊สเชื้อเพลิงสามารถส่งไปตามท่อไปขายยังบ้านเรือนต่าง
ๆ ได้ (แบบน้ำประปา)
องค์ประกอบหลักตัวหนึ่งในแก๊สนี้ก็คือ
CO
ดังนั้นถ้าอ่านนิยายหรือเรื่องเก่า
ๆ ยุคสมัยก่อนสงครามโลกครั้งที่สอง
ที่มีการฆ่าตัวตายด้วยแก๊สในห้อง
ก็คือ Coal
gas ตัวนี้
คือปิดห้องให้สนิทแล้วเปิดแก๊สทิ้ง
คนที่อยู่ในห้องก็จะได้รับพิษจาก
CO แต่ปัจจุบัน
Coal gas
ก็ถูกแทนที่ด้วยแก๊สมีเทนแล้ว
ตัวที่หกคือไฮโดรเจนสีฟ้าอมเขียวหรือ
Turquoise hydrogen
ที่ได้จากปฏิกิริยา
Methane pyrolysis
หรือทำให้โมเลกุลมีเทน
CH4
แตกออกเป็นธาตุไฮโดรเจน
(ที่เป็นแก๊ส)
และคาร์บอน (ที่เป็นของแข็ง)
พันธะ
C-H
ของมีเทนนี่แข็งแรงมาก
การจะทำให้มันแตกออกต้องใช้พลังงานที่สูง
ก็เรียกว่าสูงขนาดการใช้ประโยชน์จากมีเทนในการผลิตสารตัวอื่นนอกจากไฮโดรเจนแล้วมีน้อยมาก
เพราะพลังงานที่สามารถทำให้พันธะ
C-H
ของมีเทนแตกออกได้นั้นสามารถทำลายโมเลกุลสารที่ต้องการผลิตได้
จะมียกเว้นบ้างก็เห็นแต่กระบวนการผลิต
acetylene
ซึ่งประเด็นนี้ก็นำกลับมาที่คำถามเดิมก็คือ
"แหล่งที่มาของพลังงานนั้นมาจากไหน
และแหล่งที่มาของพลังงานนั้นผลิต
CO2
ด้วยหรือไม่"
ตัวที่เจ็ดคือไฮโดรเจนสีชมพูหรือ
Pink hydrogen
และตัวที่แปดคือไฮโดรเจนสีเหลืองหรือ
Yellow hydrogen
ซึ่งใช้ไฟฟ้าในการแยกน้ำ
โดยตัวสีชมพูใช้ไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
ส่วนตัวสีเหลืองใช้ไฟฟ้าจากเครือข่ายไฟฟ้าที่มีอยู่
ดังนั้นตัวสีเหลืองนี้มันจะปล่อย
CO2
มากน้อยเท่าใดก็ขึ้นอยู่กับแหล่งพลังงานที่ใช้ในการผลิตไฟฟ้า
ว่าแต่จะผลิตไฮโดรเจนด้วยวิธีนี้ไปทำไม
ถ้าต้องการไฮโดรเจนไปทำปฏิกิริยาก็แล้วไป
แต่ถ้าต้องการใช้เป็นเชื้อเพลิงให้ความร้อนก็ออกจากแปลก
ๆ หน่อย เพราะพลังงานไฟฟ้าเองก็สามารถให้ความร้อนได้
และยังสามารถกักเก็บพลังงานในแบตเตอรี่เพื่อใช้ในการขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้าต่าง
ๆ แทนการใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในได้ด้วย
ตัวสุดท้ายคือไฮโดรเจนสีขาวหรือ
White hydrogen
ซึ่งก็เป็นตัวใหม่
แต่ในธรรมชาตินั้นมีมากน้อยแค่ไหน
และมีกี่ที่ที่มีความคุ้มค่าที่จะนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์ก็ต้องคอยดูกันต่อไป
การใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงนั้นตามความรู้ที่มีนั้นเห็นมีอยู่เพียงแค่เรื่องเดียว
คือการใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับจรวดที่ใช้ในการส่งดาวเทียมและยานอวกาศต่าง
ๆ
ยุคสมัยหนึ่งก็เคยมีความคิดที่จะนำมาใช้กับรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยเซลล์เชื้อเพลิง
(fuel cell)
ซึ่งต่อมาก็เงียบหายไปเลย
(ปัญหาหลักตัวหนึ่งคือการกักเก็บไฮโดรเจน)
ส่วนการนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงเครื่องยนต์สันดาปภายในนั้น
ก็มีการทำบ้าง
แต่จะเรียกว่าเพื่อการโฆษณาหรือเอาหน้าก็น่าจะได้
เพราะมันมีปัญหาอะไรตจ่อมิอะไรหลายหลาย
ซึ่งก็เคยเล่าไว้ใน
แต่บทความสองเรื่องข้างล่าง
"ปัญหาการใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายใน
(วันพฤหัสบดีที่
๒๕ เมษายน ๒๕๖๗)"
"ปัญหาการใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์ (วันพฤหัสบดีที่ ๗ พฤศจิกายน ๒๕๖๗)".
สำหรับวันนี้ก็ขอ
เอวัง ด้วยประการฉะนี้