ช่วงที่ผ่านมาเห็นมีข่าวความพยายามเดินหน้าการใช้ไฮโดรเจนเป็น "เชื้อเพลิง" โดยอ้างว่าไฮโดรเจนเป็นพลังงานสะอาด การเผาไฮโดรเจนไม่ปลดปล่อยมลพิษ เพราะได้น้ำเป็นผลิตภัณฑ์ และเมื่อวานก็เห็นมีการเผยแพร่บทความเกี่ยวข้องกับการเดินหน้าสู่สังคม net zero emission ออกมา (ตัดมาบางส่วนที่นำมาแสดงในรูป)
แต่แก๊สไฮโดรเจน (H2) ไม่ใช่ธาตุที่ปรากฏอย่างอิสระในปริมาณมากในธรรมชาติที่สามารถนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงได้โดยตรง มันจะอยู่ในรูปของสารประกอบที่มีการสร้างพันธะทางเคมีกับธาตุอื่น และการดึงมันออกมาในรูปแก๊สไฮโดรเจน ก็ต้องใส่พลังงานเข้าไป ซึ่งตรงนี้มันมีคำถามสำคัญ ๒ คำถามที่ผู้ที่ผลักดันการใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงสะอาดมักจะไม่อยากได้ยินหรือกล่าวถึง คำถามดังกล่าวคือ
๑. พลังงานที่ต้องใส่เข้าไปเพื่อผลิตไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง มันเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมไหม และ
๒. พลังงานที่ได้จากไฮโดรเจนที่ผลิตได้ และพลังงานที่ต้องใช้ในการผลิต อันไหนมีค่ามากกว่ากัน
จะว่าไป เรื่องเกี่ยวกับการผลิตไฮโดรเจนเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงเนี่ย เคยเขียนไว้ในหลายบทความก่อนหน้านี้ดังนี้
รู้ทันนักวิจัย(๒๒)ไฮโดรเจนจากน้ำและแสงอาทิตย์MO Memoir : Saturday10 August 2562
รู้ทันนักวิจัย(๒๔)ไฮโดรเจนมาจากไหน MOMemoir : Sunday 28 June 2563
ปัญหาการใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายในMO Memoir : Thursday25 April 2567
ปัญหาการใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์MO Memoir : Thursday7 November 2567
สำหรับวันนี้จะมาคุยกันเรื่องไฮโดรเจนสารพัดสีบ้างตามเนื้อหาในบทความ
ตัวแรกคือ "ไฮโดรเจนสีน้ำตาล" ที่ผลิตจากถ่านหิน (รูปที่ ๑) กระบวนการนี้เป็นกระบวนการเก่าใช้กันมากในปลายศตวรรษที่ ๑๘ และต้นศตวรรษที่ ๑๙ วัตถุประสงค์ของกระบวนการนี้คือผลิต coal gas ส่งไปตามท่อเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงตามบ้านเรือนต่าง ๆ (ตอนนี้เปลี่ยนมาเป็นส่งแก๊สมีเทนไปทางท่อแทน) coal gas ได้จากการเผาถ่านหิน (ที่มีองค์ประกอบหลักคือคาร์บอน) ให้มีอุณหภูมิสูง (ซึ่งแน่นอนว่าต้องมีการเผาเชื้อเพลิงเพื่อให้ความร้อน) ในบรรยากาศที่มีออกซิเจนจำกัด (ทำให้เกิดคาร์บอนมอนอกไซด์ CO) หรือป้อนไอน้ำเข้าไปทำปฏิกิริยา (ทำให้เกิดไฮโดรเจนและ CO) coal gas ที่ได้จะถูกส่งไปตามระบบท่อไปยังบ้านเรือน แต่ด้วยการที่มันมีความเข้มข้น CO ที่สูง แก๊สนี้ถ้ารั่วไหลออกมาในห้องปิดก็จะมีอันตรายมาก นิยายบางเรื่องที่อิงฉากก่อนสงครามโลกครั้งที่สองหรือข่าวการฆ่าตัวตายด้วยการเปิดแก๊สที่เกิดก่อนสงครามโลกครั้งที่สอง ที่มีการพูดถึงการเสียชีวิตเนื่องจากเปิดเตาแก๊สทิ้งไว้ ก็เป็นเพราะ CO ที่อยู่ในแก๊ส (รูปที่ ๒)
ตัวที่สอง "ไฮโดรเจนสีเทา" (รูปที่ ๓) แก๊สไฮโดรเจนตัวนี้ได้จากปฏิกิริยา steam reforming ที่นำแก๊สธรรมชาติ (ซึ่งก็คือตัวมีเทน CH4) มาทำปฏิกิริยากับไอน้ำโดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาช่วย และใช้อุณหภูมิที่สูง (ในระดับอุตสาหกรรมจะใช้อุณหภูมิประมาณ 800-900ºC (ซึ่งแน่นอนว่าต้องมีการเผาเชื้อเพลิงเพื่อให้ความร้อน (และผลิต CO2 ด้วย) เพราะภาพรวมของปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน และใช้ความดันในช่วง 20-30 bar) ปรกติไฮโดรเจนที่ได้จากปฏิกิริยานี้จะถูกนำไปใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตสารเคมีตัวอื่น ไม่มีใครเอาไปใช้เป็นเชื้อเพลิง เพราะพลังงานที่ได้จากการเผาไฮโดรเจนที่ผลิตได้มันต่ำกว่าที่ต้องใช้ในการผลิต
ตัวที่สาม "ไฮโดรเจนสีฟ้า" ที่เขาบอกว่าใช้แก๊สธรรมชาติเช่นเดียวกับตัวที่สอง แต่มีการกักเก็บ CO2 ที่เกิดขึ้นในกระบวนการผลิต (การผลิตความร้อนเพื่อเปลี่ยนมีเทนเป็นไฮโดรเจน) ว่าแต่พลังงานที่ใช้ในการทำงานเพื่อกักเก็บ CO2 มันผลิต CO2 ด้วยหรือเปล่า และ CO2 นั้นถูกกักเก็บในรูปแบบใด กลายเป็นสารที่ปลอดภัยและเสถียร หรือแค่นำไปใส่หลุมฝัง (แบบเดียวกับการจัดการขยะด้วยการนำเอาขยะไปฝังกลบ ซึ่งจะว่าไปมันก็เป็นการเอาไปซ่อนให้พ้นจากสายตา ซึ่งมันก็ดูดีตราบเท่าที่หลุมฝังกลบยังไม่เต็ม)
ตรงนี้ลองคิดตามดูนะครับ ถ้าต้องการนำเอาไฮโดรเจนที่ผลิตได้ไปใช้เป็นเชื้อเพลิง ทำไมจึงไม่นำเอาไฮโดรเจนที่ผลิตได้นั้นมาเผาเป็นเชื้อเพลิงในการเปลี่ยนมีเทนเป็นไฮโดรเจน จะได้ไม่ต้องมี CO2 ให้ทำการกักเก็บ
ตัวที่สี่ "ไฮโดรเจนสีชมพู" และตัวที่ห้า "ไฮโดรเจนสีเขียว" ทั้งสองตัวนี้มาจากการแยกน้ำด้วยกระแสไฟฟ้า แตกต่างกันตรงที่ตัวสีชมพูใช้ไฟฟ้าจากพลังงานนิวเคลียร์ (แน่นอนว่ามีปัญหาเรื่องของเสียกัมมันตภาพรังสี แต่ทำงานได้ต่อเนื่องทั้งวันและผลิตไฟฟ้าได้ในปริมาณมาก) ส่วนตัวสีเขียวนั้นใช้พลังงานหมุนเวียน (แน่นอนว่าในแต่ละวันจะทำงานได้กี่ชั่วโมงก็ขึ้นอยู่กับลมฟ้าอากาศและระยะเวลาในแต่ละวัน)
คำถามสำคัญสำหรับไฮโดรเจนสองตัวสุดท้ายนี้คือ ในเมื่อผลิตไฟฟ้าได้แล้วทำไมต้องเอาไฟฟ้าที่ผลิตได้นั้นไปเปลี่ยนเป็นไฮโดรเจน ไม่นำไปใช้ประโยชน์เลย เช่นนำไปใช้เป็นแหล่งพลังงานความร้อน (แทนการเผาเชื้อเพลิงฟอสซิลในการผลิตไฮโดรเจนสีเทาหรือสีฟ้า หรือนำไปใช้แทนการเผาไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงในการผลิตอื่น), นำไปใช้เป็นแหล่งพลังงานเพื่อการขับเคลื่อนยานพาหนะ (แทนการใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง หรือการใช้เซลล์เชื้อเพลิง และปัจจุบันก็มีรถไฟฟ้าวิ่งกันเกลื่อนแล้ว) และระบบสายส่งไฟฟ้ามันก็มีกระจายไปทั่วอยู่แล้ว ในขณะที่ระบบท่อส่งไฮโดรเจนนั้นยังไม่มี และถ้าขนส่งโดยรถ ก็จะมีคำถามตามมาอีกว่ารถบรรทุกที่ใช้ขนแก๊สนั้นใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงด้วยหรือเปล่า
ตรงนี้เขาก็จะมีข้อแก้ตัวว่าจะเอาช่วงเวลาที่ความต้องการใช้ไฟฟ้านั้นน้อยกว่ากำลังการผลิต ก็จะได้นำเอากำลังการผลิตส่วนเกินมาผลิตไฮโดรเจนเก็บไว้ ในกรณีของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ถ้าให้เอามาชาร์จแบตเก็บไว้ก็ไม่รู้เหมือนกันว่าแบตต้องมีขนาดเท่าใด แต่ถ้าเป็นกรณีของพลังงานหมุนเวียนเช่นลมและแสงอาทิตย์ก็น่าพิจารณาอยู่เหมือนกัน
ในปัจจุบันวิธีการที่บ้านเราใช้กันในการลดปัญหากำลังการผลิตสูงกว่าความต้องการ ในกรณีที่เป็นไฟฟ้าที่ผลิตจากเขื่อนเก็บน้ำก็จะใช้การสูบน้ำย้อนกลับไปเก็บเหนือเขื่อนใหม่ อีกแนวทางคือการคิดค่าไฟตามเวลา โดยช่วงเวลาที่ความต้องการใช้นั้นต่ำกว่ากำลังการผลิต ก็จะตั้งราคาไว้ถูกกว่าช่วงเวลาที่ความต้องการไฟฟ้าสูง เพื่อจูงใจให้กระจายการใช้งานออกไปตลอดทั้งวันไม่ให้แตกต่างกันมาก (เช่นผู้ที่ติดตั้งมิเตอร์สำหรับชาร์จรถที่บ้าน การไฟฟ้าก็จะให้เปลี่ยนมิเตอร์เป็นคิดค่าไฟตามช่วงเวลาการใช้งาน แทนที่จะเป็นแบบที่คิดคงที่ตลอดทั้งวัน)
