การประยุกต์ใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงที่ยั่งยืนสำหรับอนาคต

เราจะไปได้อย่างไรในอนาคต? สิ่งที่สามารถประสบความสำเร็จในน้ำมันดิบและก๊าซธรรมชาติ? มีทางเลือกหนึ่งอยู่แล้ว มีความหนาแน่นของพลังงานมากกว่าน้ำมันเบนซินถึงสามเท่า มีจำหน่ายในปริมาณมาก อันที่จริง เราแต่ละคนมีน้ำหนักประมาณ 7 กิโลกรัม และมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมต่ำ ไฮโดรเจนอาจเป็นพันธมิตรในอุดมคติสำหรับอนาคตที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น ทุกวันนี้ ไฮโดรเจนได้ขับเคลื่อนสังคมไปแล้ว และมีศักยภาพในการสร้างอนาคตที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น

ประเทศในสหภาพยุโรปและ G8 ตกลงกันว่าในอนาคตต้องมีนโยบายด้านสภาพอากาศที่เข้มงวดยิ่งขึ้น และให้คำมั่นว่าจะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ภายในปี 2 ในกรอบเวลานี้ จำนวนรถยนต์ส่วนตัวทั่วโลกจะเพิ่มขึ้นกว่าเท่าตัวเป็น 2050 พันล้านคัน ดังนั้นความต้องการพลังงานจึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ในขณะที่เชื้อเพลิงฟอสซิลลดน้อยลง โลกไม่สามารถดำเนินต่อไปได้เหมือนเมื่อก่อน

ไฮโดรเจนเป็นแหล่งเชื้อเพลิงที่สะอาดและเผาไหม้โดยไม่ก่อให้เกิดก๊าซเรือนกระจกและไอเสียที่เป็นอันตรายอื่นๆ แนวทางแก้ไขปัญหาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอย่างยั่งยืนวิธีหนึ่งคือการดึงคาร์บอนออกจากเชื้อเพลิงและสารขับเคลื่อน ซึ่งจะช่วยลดก๊าซเรือนกระจกที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้ ไฮโดรเจนในฐานะแหล่งเชื้อเพลิงเป็นทางออกที่ดีเยี่ยม มันสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานทางไฟฟ้าเคมีในเซลล์เชื้อเพลิง ซึ่งจะส่งผลให้การขนส่งปลอดภัยโดยปราศจาก co2 อย่างแน่นอน

ไฮโดรเจนและมีอยู่ทั่วไปทุกหนทุกแห่ง

ไฮโดรเจนถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1766 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อ Henery Cavendish โดยบังเอิญ เขาค้นพบว่าน้ำประกอบด้วยไฮโดรเจนและออกซิเจน ไฮโดรเจนมาจากภาษาละติน Hydrogenium ซึ่งหมายถึงการผลิตน้ำอย่างแท้จริง เป็นองค์ประกอบแรกในตารางธาตุและไม่ใช่เพื่ออะไร ไม่มีธาตุอื่นใดที่เบากว่าไฮโดรเจน และไม่มีธาตุอื่นใดที่อุดมสมบูรณ์ไปกว่า [ในจักรวาล ไฮโดรเจนเป็นพลังงานบริสุทธิ์ บางทีตัวอย่างที่ดีที่สุดคือดวงอาทิตย์ ซึ่ง 92.1% เป็นไฮโดรเจน บนโลกนี้ อัตราต่อรองแตกต่างกันเล็กน้อยเนื่องจากไฮโดรเจนมีพันธะทางเคมีในโมเลกุลเท่านั้น และเพื่อผลิตไฮโดรเจนบริสุทธิ์ เราจำเป็นต้องแยกไฮโดรเจนออกจากโมเลกุลที่เกี่ยวข้อง วิธีหนึ่งในการทำเช่นนี้คือการทำอิเล็กโทรไลซิส ซึ่งไฟฟ้าใช้ในการแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน แต่ต้องใช้พลังงานอย่างมาก

อย่างไรก็ตาม มีไฮโดรเจนในท้องตลาดที่มีราคาไม่แพง ต้องขอบคุณการปฏิรูปไอน้ำ ไอน้ำถูกนำเข้าสู่เชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น ก๊าซธรรมชาติ และทำให้ร้อนถึง 830 องศาเซลเซียส จากนั้นส่วนผสมจะถูกส่งผ่านตัวกรองที่ละเอียดกว่าจนเหลือเพียงไฮโดรเจนบริสุทธิ์เท่านั้น ปัจจุบันนี้เป็นหนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการผลิตไฮโดรเจน แต่กระบวนการนี้ยังคงใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลที่เก่าและจำกัดของเรา นักวิทยาศาสตร์กำลังมองข้ามการใช้แนวทางที่ไม่หมุนเวียน เช่น การนำไฮโดรเจนล้ำค่าออกจากน้ำ การลดพลังงานที่จำเป็นในการผลิตไฮโดรเจนจะเป็นความก้าวหน้าครั้งใหญ่ เช่น การควบคุมพลังของดวงอาทิตย์

เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเปลี่ยนอุตสาหกรรม

ก่อนการระบาดของ COVID-19 อย่างไม่เคยปรากฏมาก่อน ญี่ปุ่นพร้อมที่จะนำเสนอตัวอย่างนวัตกรรมของความยั่งยืนต่อหน้าคนทั้งโลกโดยการจุดไฟคบเพลิงโตเกียวโอลิมปิกในช่วง ถ่ายทอด พิธีและพิธีจุดหม้อน้ำโอลิมปิคโดยใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจน มีการใช้งานมากมายนอกเหนือจากการแข่งขันกีฬาที่เปิดกว้างสำหรับแหล่งพลังงานที่สะอาดและปราศจากคาร์บอน

การใช้งานยานยนต์
การใช้เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่มีแนวโน้มมากที่สุดอย่างหนึ่งในอุตสาหกรรมยานยนต์ ผู้เล่นในอุตสาหกรรมรายใหญ่จำนวนหนึ่ง รวมทั้ง BMW และ Toyota ได้เปิดเผยแผนการพัฒนารถยนต์พลังงานไฮโดรเจนแล้ว เนื่องจากแหล่งเชื้อเพลิงดูเหมือนจะเป็นโซลูชันเพิ่มเติมที่ยั่งยืนสำหรับพลังงานไฟฟ้า

รถยนต์ไฟฟ้าถูกมองว่าเป็นวิธีสำคัญในการลดการปล่อยมลพิษและมลพิษทางอากาศจากการขนส่งทางถนน อย่างไรก็ตาม การเร่งความเร็วของการใช้พลังงานไฟฟ้าอาจเสี่ยงต่อการเพิ่มแรงกดดันต่อกริด ซึ่งทำให้ยานพาหนะต้องชาร์จไฟในเวลาที่เหมาะสมของวัน

เซลล์เชื้อเพลิงสามารถเสนอทางเลือกอื่นได้ เนื่องจากรถยนต์ไฮโดรเจนผลิตกระแสไฟฟ้าได้เอง รถยนต์จึงไม่ได้รับพลังงานจากแบตเตอรี่ในตัวที่ต้องชาร์จจากแหล่งพลังงานภายนอก เช่นเดียวกับรถยนต์ไฟฟ้าอื่น ๆ ยานพาหนะไฮโดรเจนสามารถกู้คืนพลังงานเบรกได้ เนื่องจากมอเตอร์ไฟฟ้าแปลงพลังงานจลน์กลับเป็นพลังงานไฟฟ้าที่ป้อนเข้าในแบตเตอรี่สำรอง

ฮุนไดเป็นบริษัทรถยนต์แห่งแรกที่ผลิตเซลล์เชื้อเพลิงที่ผลิตจำนวนมากในปี 2013 และพร้อมที่จะวิ่งได้ประมาณ 300 ไมล์ด้วยความเร็วสูงสุด 100 ไมล์ต่อชั่วโมง บริษัทญี่ปุ่นหันมาสนใจเซลล์เชื้อเพลิงสำหรับใช้ในยานพาหนะ (FCEV) บางครั้งถึงมีความผิดแต่ต้นทุนก็ลดลงตามไปด้วย เทคโนโลยี ขอบสู่การผลิตจำนวนมาก

เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนอาจเหมาะสมกว่าสำหรับยานพาหนะที่หนักกว่าที่เดินทางในระยะทางไกล เช่น รถประจำทาง รถบรรทุก และรถไฟ ตัวอย่างเช่น ในปี 2016 ในสหรัฐอเมริกา มีรถยกที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน 12000 คัน นอกจากการขนส่งทางถนนและทางรถไฟแล้ว แอร์บัสยังหวังพึ่งไฮโดรเจนสีเขียวเพื่อขับเคลื่อนเครื่องบินไร้มลพิษภายในปี 2030

ในขณะที่ความคิดที่จะทำให้ทุกอย่างเกี่ยวกับไฟฟ้าดูเหมือนซ้ำซากสำหรับนักวิจัยและนักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ ไฮโดรเจนสีเขียวสามารถทำงานเป็นสายไฟต่อสำหรับพลังงานหมุนเวียนได้ และยิ่งไปกว่านั้น สามารถเก็บ H2 สีเขียวไว้ได้ จึงสามารถใช้เพื่อชดเชยการหยุดชะงักของพลังงานหมุนเวียนได้ สิ่งนี้สมเหตุสมผลมากเพราะทำให้เรามีความยืดหยุ่นและกริดที่ยืดหยุ่นมากขึ้นเมื่อใช้ร่วมกับแหล่งพลังงานหมุนเวียน นั่นคือเหตุผลที่เชื้อเพลิงสะอาดนี้สามารถเป็นกลยุทธ์ได้ในขณะที่เราทำความสะอาดภาคส่วนต่างๆ เช่น การทำความร้อนและการใช้งานอื่นๆ ที่ขึ้นกับเชื้อเพลิงฟอสซิล

ความสามารถในการพกพา

แม้ว่าอุปกรณ์อัจฉริยะจะมีความก้าวหน้ามากขึ้นเรื่อยๆ แต่ก็ยังถูกจำกัดด้วยพลังงาน บริษัทเทคโนโลยีและรถยนต์ต่างตระหนักดีถึงข้อจำกัดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน และในขณะที่ชิปและระบบปฏิบัติการมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการประหยัดพลังงาน แต่เรายังคงมองที่อายุการใช้งานแบตเตอรี่เพียงหนึ่งหรือสองวันเท่านั้น

เซลล์เชื้อเพลิง H2 สามารถจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์พกพาที่ใช้แบตเตอรี่ได้ เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนยังคงผลิตพลังงานโดยจ่ายเชื้อเพลิงอย่างต่อเนื่องไม่เหมือนกับแบตเตอรี่ทั่วไป ความสามารถนี้ช่วยให้อุปกรณ์เหล่านี้จ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ต่างๆ รวมถึงสมาร์ทโฟน แล็ปท็อป และเครื่องช่วยฟัง

ในภาคการป้องกัน เทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงมีศักยภาพในการเพิ่มเวลาการบินของโดรนมากกว่าสามเท่าหรือลดน้ำหนักของชุดแบตเตอรี่ที่ทหารบรรทุกในสนามบรรทุกจากประมาณ 15 กิโลกรัมเหลือเพียงหนึ่งหรือสองกิโลกรัม ในช่วงกลางของเขตภัยพิบัติ ผลประโยชน์เหล่านี้สามารถปฏิวัติวิธีที่ทีมฉุกเฉินและบุคลากรทางทหารตอบสนองต่อสถานการณ์

ประเทศที่อยู่ในตำแหน่งโพลในการแข่งขัน H2

บางทีออสเตรเลียอาจเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่เป็นที่ชื่นชอบของโลก ออสเตรเลียกำลังพัฒนาโครงการขนาด 5 กิกะวัตต์เพื่อผลิตไฮโดรเจนสีเขียวเพื่อส่งออกไปยังประเทศในเอเชีย อิเล็กโทรไลเซอร์ขนาดใหญ่จะใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์และลม และใช้น้ำกลั่นจากมหาสมุทร

สหราชอาณาจักรกำลังวางแผนที่จะใช้พลังงานลมนอกชายฝั่งสำหรับกำลังการผลิตไฮโดรเจน 5GW ภายในปี 2030

Green H2 ยังสร้างแรงบันดาลใจให้กับเมืองแห่งอนาคตอีกด้วย เช่นเดียวกับ Saudi Arabian Neom ซึ่งเป็นโครงการในเมืองมูลค่า 500 แสนล้านเหรียญ ซึ่งความต้องการพลังงานจะมาจากไฮโดรเจนหมุนเวียน
จีนกำลังวางแผนที่จะสร้างเมืองหวู่ฮั่นให้เป็นเมืองไฮโดรเจน ซึ่งจะมีสถานีบริการน้ำมันมากถึง 100 แห่งภายในปี 2025

การผลิตไฮโดรเจนสีเขียวและการลดภาวะโลกร้อนอาจเป็นสองด้านของเหรียญเดียวกัน

นักวิจัยชาวเกาหลีใต้ได้พัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำจากวัสดุราคาถูก เช่น แมกนีเซียม เพื่อแปลงก๊าซเรือนกระจกที่เลวร้ายที่สุด 2 ชนิด คือ co4 และ chXNUMX ให้เป็นไฮโดรเจน กระบวนการที่เป็นมิตรต่อสภาพอากาศเรียกว่าการปฏิรูปแบบแห้ง

อีกหนึ่งโซลูชั่นราคาถูกแต่มีประสิทธิภาพมาจากประเทศญี่ปุ่น มหาวิทยาลัยโตเกียวผลิตไฮโดรเจนจากแสง ขยะอินทรีย์ และตัวเร่งปฏิกิริยาที่เกิดจากสนิม และผลิตด้วยวิธีนี้มากกว่าวิธีการทั่วไปถึง 25 เท่า

อุณหภูมิพื้นผิวเฉลี่ยของดาวเคราะห์เพิ่มขึ้นเกือบหนึ่งองศาเซลเซียสตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 19 โดยได้รับแรงหนุนจากการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มขึ้น

การหาทางเลือกอื่นแทนแหล่งเชื้อเพลิงที่ใช้พลังงานคาร์บอนสูงมีความสำคัญต่ออนาคตของโลกของเรา และวิศวกรต้องแสดงให้เห็นถึงความมุ่งมั่นในการสร้างสรรค์นวัตกรรมและการแก้ปัญหาเพื่อสร้างการเปลี่ยนแปลงที่จะขับเคลื่อนโลกมากขึ้น ที่ยั่งยืน อนาคต.

Mayank Vashisht | นักข่าวเทคโนโลยี | ELE Times