View Article  

Current Articles | Archives | Search

Monday, August 02, 2010
เชื้อเพลิงไฮโดรเจน (Hydrogen)
:: ทันโลก
 

 

ด้วยราคาน้ำมันดิบที่พุ่งสูงขึ้น และปริมาณการสะสมน้ำมันดิบทั่วโลกที่เริ่มลดน้อยลง ส่งผลให้ในปัจจุบันมีการศึกษา วิจัย และพัฒนาเชื้อเพลิงทางเลือกใหม่ (Alternative fuels) ขึ้นมาใช้ทดแทนน้ำมันดิบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในประเทศที่พัฒนาแล้ว อาทิเช่น สหรัฐอเมริกา เยอรมันนี อังกฤษ และญี่ปุ่น ซึ่งให้ความสนใจ และดำเนินงานวิจัย เพื่อสังเคราะห์เชื้อเพลิงประเภทใหม่จากวัตถุดิบต่างๆ กันอย่างแพร่หลาย และหนึ่งในนั้นก็คือ เชื้อเพลิงไฮโดรเจน (Hydrogen) เชื้อเพลิงไฮโดรเจน ถูกนำไปใช้งานควบคู่กับเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel cells) สำหรับผลิตกระแสไฟฟ้าและใช้แทนน้ำมันเชื้อเพลิงในรถยนต์ โดยเชื้อเพลิงไฮโดรเจน สามารถสังเคราะห์ได้จากวัตถุดิบตามธรรมชาติหลากหลายประเภท อาทิ วัสดุชีวมวล ก๊าซชีวภาพ ก๊าซธรรมชาติ และถ่านหิน ซึ่งข้อดีของเชื้อเพลิงไฮโดรเจน คือ เป็นเชื้อเพลิงที่สะอาด ไม่ก่อให้เกิดมลพิษใดๆ รวมทั้งคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งเป็นต้นเหตุสำคัญของภาวะโลกร้อน การผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจน สามารถทำได้หลายกระบวนการ แต่กระบวนการที่ปัจจุบันมีการศึกษาวิจัยมากที่สุด และคาดว่าจะสามารถพัฒนาสู่การผลิตในเชิงพาณิชย์ได้ง่ายที่สุด คือ กระบวนการรีฟอร์มมิง ซึ่งแบ่งออกได้เป็นหลายประเภท ขึ้นอยู่กับสารที่ใช้ในปฏิกิริยากระบวนการรีฟอร์มมิง ที่รู้จักกันอย่างแพร่หลาย ได้แก่

 

1. กระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยไอน้ำ (steam reforming) เป็นกระบวนการที่มีประสิทธิภาพในการผลิตไฮโดรเจน (Hydrogen)สูง เสียค่าใช้จ่ายน้อย จึงถูกนำมาใช้ในทางการค้าแล้ว หลักการของกระบวนการนี้ คือ การป้อนไอน้ำ (Steam) เข้าสู่ระบบ เพื่อทำปฏิกิริยากับสารไฮโดรคาร์บอนที่อยู่ในสถานะก๊าซ เช่น ก๊าซธรรมชาติ ก๊าชชีวภาพ และเอทานอล เป็นต้น โดยไฮโดรเจนจะถูกดึงออกจากไอน้ำ (H2O) และสารไฮโดรคาร์บอน (CH) ส่วนออกซิเจนที่เหลือจากน้ำ และคาร์บอนที่เหลือจากไฮโดรคาร์บอนจะรวมตัวกันเป็นก๊าซคาร์บอนมอนอกไซต์ (CO) 

 

 

2. กระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (Carbon dioxide reforming หรือ Dry reforming) เป็นกระบวนการที่คล้ายคลึงกับการรีฟอร์มมิงด้วยไอน้ำ แต่จะต่างกันตรงที่ใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นวัตถุดิบ ข้อดีของกระบวนการนี้ คือ ช่วยลดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกในบรรยากาศ อีกทั้งยังควบคุมระบบการทำงานได้ง่ายกว่ากระบวนการแรก และตัวเร่งปฏิกิริยาจะเสื่อมสภาพเร็วกว่า เนื่องจากจะมีคาร์บอนจากคาร์บอนไดออกไซด์ไปเกาะอยู่ที่บริเวณผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา

 

3. กระบวนการออกซิเดชั่นบางส่วน (partial oxidation) ซึ่งเป็นกระบวนการระหว่างสารไฮโดรคาร์บอนกับออกซิเจน กระบวนการนี้มีข้อได้เปรียบกว่าสองกระบวนการแรก ตรงที่ไม่จำเป็นต้องป้อนพลังงานจากภายนอก เนื่องจากปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเป็นแบบคายความร้อนทำให้เกิดพลังงานขึ้นภายในระบบ แต่ข้อจำกัดของกระบวนการนี้ คือ ปริมาณออกซิเจนที่ป้อนเข้าสู่ระบบต้องไม่สูงจนเกินไป เนื่องจากออกซิเจนที่เหลือจากกระบวนการจะกลับมาทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจน ที่ผลิตได้กลายเป็นน้ำ ทำให้สูญเสียผลผลิตไฮโดรเจน นอกจากนั้นข้อจำกัดที่สำคัญอีกประการของการใช้กระบวนการนี้ในเชิงพาณิชย์ คือ ค่าใช้จ่ายในการดำเนินการจะสูงกว่ากระบวนการรีฟอร์มมิงปกติ เนื่องจากต้องมีระบบแยกออกซิเจนจากอากาศ ก่อนป้อนเข้าสู่ระบบ เพราะหากไม่แยกออกซิเจนออกจะทำให้ปริมาณความเข้มข้นของไฮโดรเจน ที่ผลิตได้ลดลง เนื่องจากอากาศมีปริมาณไนโตรเจนสูง

 

4. กระบวนการร่วมระหว่างกระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยไอน้ำกับออกซิเดชันบางส่วน หรือที่เรียกว่า ออโตเทอร์มัลรีฟอร์มมิง (Autothermal reforming) ซึ่งเป็นกระบวนการใหม่ที่นำข้อดีของกระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยไอน้ำ และกระบวนการออกซิเดชันบางส่วนมารวมกัน โดยการป้อนทั้งน้ำและออกซิเจน เพื่อทำปฏิกิริยากับสารไฮโดรคาร์บอน ข้อดีของกระบวนการนี้ คือ สามารถผลิตไฮโดรเจนได้ในอัตราส่วนที่มากกว่ากระบวนการออกซิเดชันบางส่วน และใช้พลังงานน้อยกว่ากระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยไอน้ำ ในปัจจุบันกระบวนการดังกล่าว กำลังเป็นที่นิยมและเริ่มมีการใช้งานจริงในเชิงพาณิชย์อย่างแพร่หลาย

 

อย่างไรก็ดีประเทศไทยมีข้อได้เปรียบในการใช้เทคโนโลยีเชื้อเพลิงไฮโดรเจน คือ มีแหล่งเชื้อเพลิงที่สามารถใช้ผลิตไฮโดรเจนได้มากมาย เช่น ก๊าซธรรมชาติ ก๊าซชีวภาพ วัสดุชีวมวล ถ่านหิน หรือแม้แต่เอทานอลจากพืช หากประเทศไทยสามารถพัฒนาเทคโนโลยีในการเปลี่ยนวัตถุดิบดังกล่าวไปเป็นก๊าซไฮโดรเจน เพื่อใช้งานในเซลล์เชื้อเพลิงได้ ถึงแม้ในอนาคตประเทศไทยต้องซื้อเทคโนโลยีเชื้อเพลิงจากต่างประเทศเข้ามาก็จะเป็นการลดต้นทุนด้านพลังงานของประเทศไทยได้อย่างมากมาย อีกทั้งการพัฒนาเทคโนโลยีการแปรสภาพเชื้อเพลิงขึ้นมาเอง เพื่อใช้กับวัตถุดิบที่มีอยู่ในประเทศ จะทำให้ประสิทธิภาพของระบบโดยรวมสูงกว่าการซื้อเทคโนโลยีทั้งระบบมาจากต่างประเทศ เนื่องจากคุณสมบัติที่แตกต่างกันของวัตถุดิบในแต่ละประเทศ 

 

อย่างไรก็ตามการใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนอย่างกว้างขวางในเชิงพาณิชย์เป็นเรื่องที่ยังต้องใช้เวลาพัฒนาอีกค่อนข้างยาวนาน เนื่องจากต้นทุนของเซลล์เชื้อเพลิงยังสูงมาก อีกทั้งยังต้องมีการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานสำหรับการขนถ่าย และกักเก็บไฮโดรเจน ซึ่งต้องใช้ต้นทุนสูงเช่นกัน

 

แหล่งที่มา : วารสารเครือข่ายพลังงานชีวภาพ ฉบับที่ 4/2553 กรมพัฒนาพลังงานทดแทน และอนุรักษ์พลังงานกระทรวงพลังงาน

Comments

สงวนลิขสิทธิ์ © 2010 สำนักพัฒนาความยั่งยืนองค์กร   |  Login |