รู้จัก 'พลังงานไฮโดรเจน' เชื้อเพลิงสะอาดจากน้ำ อนาคตคู่แข่งสำคัญของพลังงานไฟฟ้า

ปัจจุบันหากคิดถึงยานยนต์พลังงานสะอาด ทุกคนคงจะนึกถึงยานยนต์ไฟฟ้าที่กำลังได้รับความนิยมและมียอดขายเพิ่มขึ้นทั่วโลก รวมไปถึงประเทศไทย เห็นได้จากยอดจดทะเบียนใหม่ของรถยนต์ไฟฟ้า 100% หรือ BEV ในปี 2023 อยู่ที่ 76,538 คัน เพิ่มขึ้น 695.9% เมื่อเทียบกับ 9,617 คัน ในปี 2021

ทั้งนี้ นอกจากพลังงานไฟฟ้าแล้ว ยังมีอีกหลายพลังงานสะอาดที่หลายๆ ประเทศมองว่าสามารถนำมาเป็นเชื้อเพลิงทดแทนน้ำมันและเชื้อเพลิงฟอสซิลได้ และหนึ่งในนั้นก็คือ ‘พลังงานไฮโดรเจน’ (Hydrogen Energy) พลังงานสะอาดที่เมื่อเผาไหม้แล้วจะไม่สร้างก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และมีข้อได้เปรียบสำคัญเหนือพลังงานไฟฟ้าคือ มีคุณสมบัติคล้ายน้ำมัน และไม่ต้องการแบตเตอรี่

คุณสมบัตินี้ทำให้ในอนาคตผู้ใช้ยานยนต์พลังงานไฮโดรเจนสามารถเติมเชื้อเพลิงได้เหมือนการเติมน้ำมันปกติ ไม่ต้องรอชาร์จแบตเป็นเวลานานๆ ซึ่งเป็นประโยชน์กับรถบรรทุกหรือรถขนส่งขนาดใหญ่ที่แบตเตอรี่ขนาดใหญ่จะเป็นภาระด้านน้ำหนัก และการรักษาดูแล

ในบทความนี้ ทีม SPOTLIGHT จึงอยากพาทุกคนไปรู้จักพลังงานไฮโดรเจนกันว่าคืออะไร ทำไมเป็นพลังงานสะอาดที่หลายๆ ประเทศให้ความสนใจ และมีข้อดีหรือข้อเสียอย่างไรบ้างเมื่อเทียบกับพลังงานไฟฟ้า 

เชื้อเพลิงสะอาดที่ไม่ปล่อยคาร์บอนเมื่อเกิดการเผาไหม้

ในปัจจุบัน พลังงานไฮโดรเจนได้รับความสนใจจากทั่วโลกในฐานะหนึ่งในพลังงานสะอาดที่มีความสำคัญในการเปลี่ยนผ่านไปสู่พลังงานสะอาด หรือ Energy Transition และเป็นเชื้อเพลิงที่จะเข้ามาแทนที่ ‘มีเทน’ เพราะว่าพลังงานไฮโดรเจนไม่มีคาร์บอนเป็นส่วนประกอบ ทำให้เมื่อถูกใช้งานแล้วจะไม่มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เมื่อถูกใช้งาน และยังมีค่าพลังงานความร้อนต่อน้ำหนักสูงกว่าน้ำมัน Gasoline ประมาณ 3 เท่า 

ดังนั้น หลายประเทศทั่วโลกจึงได้มีการประกาศใช้ไฮโดรเจนเป็นหนึ่งในกลยุทธ์ที่จะช่วยลดการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ โดยจะมีความเชื่อมโยงกันกับพลังงานหมุนเวียน (Renewable Energy) และประกาศความสนใจในการใช้ไฮโดรเจนในหลายรูปแบบใหม่ๆ ไม่ว่าจะเป็นการใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงในภาคขนส่งต่างๆ ทั้งในรถยนต์ รถบรรทุก รถไฟ และเรือ หรือการใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับให้ความร้อนคุณภาพสูงโดยเฉพาะในอุตสาหกรรมการผลิตเหล็กแทนการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล 

นอกจากนี้ ไฮโดรเจนยังสามารถเป็น Energy Carrier หรือเป็นตัวกลางในการนำพาพลังงานหมุนเวียนจากแหล่งผลิตที่อาจจะมีความต้องการในการใช้พลังงานน้อย ไปยังสถานที่อื่นหรือเมืองอื่นที่มีความต้องการในการใช้พลังงานหมุนเวียนที่มากกว่าได้

รู้จักไฮโดรเจนหลากสี เพราะวิธีการผลิตอาจไม่สะอาดเสมอไป

ทั้งนี้ แม้การใช้พลังงานไฮโดรเจนจะไม่สร้างคาร์บอนไดออกไซด์ พลังงานไฮโดรเจนมีปัญหาเดียวกับพลังงานไฟฟ้าคือ วิธีการผลิตไฮโดรเจนอาจเกิดจากการใช้พลังงานไม่สะอาด โดยในปัจจุบันไฮโดรเจนสามารถผลิตได้จากแหล่งวัตถุดิบหลายประเภท ไม่ว่าจะเป็น ถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติ และจากพลังงานไฟฟ้า และในแต่ละการผลิตไฮโดรเจนก็จะปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในปริมาณที่ต่างกัน

นี่ทำให้พลังงานไฮโดรเจนบางประเภทอาจไม่ใช่พลังงานสะอาดที่แท้จริง เพราะแม้ไม่สร้างคาร์บอนในกระบวนการเผาไหม้ ก็สร้างคาร์บอนไดออกไซด์ และก๊าซเรือนกระจกมาแล้วในกระบวนการผลิต 

ดังนั้น เพื่อจำแนกประเภทของไฮโดรเจนตาม ‘ระดับความสะอาด’ ปัจจุบันหน่วยงานต่างๆ ได้แบ่งพลังงานไฮโดรเจนออกเป็น 5 สี ด้วยกันคือ

1. ไฮโดรเจนสีน้ำตาล (Brown Hydrogen) ซึ่งหมายถึงไฮโดรเจนที่ใช้ถ่านหินเป็นวัตถุดิบในกระบวนการผลิตไฮโดรเจนผ่านกระบวนการ Gasification ซึ่งถือว่าเป็นกระบวนการที่มีการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มากที่สุด
2. ไฮโดรเจนสีเทา (Grey Hydrogen) ซึ่งหมายถึงไฮโดรเจนที่ผลิตโดยใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นวัตถุดิบผ่านกระบวนการ Steam Methane Reforming (SMR) 
3. ไฮโดรเจนสีฟ้า (Blue Hydrogen) ซึ่งหมายถึงไฮโดรเจนที่ผลิตจากก๊าซธรรมชาติเช่นเดียวกันกับไฮโดรเจนสีเทา แต่ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดขึ้นในกระบวนการผลิต จะถูกกักเก็บด้วยเทคโนโลยี Carbon Capture and Storage หรือ CCS
4. ไฮโดรเจนสีชมพู (Pink Hydrogen) ซึ่งหมายถึงไฮโดรเจนที่ผลิตโดยใช้กระบวนการ Water Electrolysis ซึ่งเป็นการแยกไฮโดรเจนออกจากน้ำ และพลังงานไฟฟ้าที่ใช้มีต้นกำเนิดจะมาจากพลังงานนิวเคลียร์
5. ไฮโดรเจนสีเขียว (Green Hydrogen) ซึ่งหมายถึง ไฮโดรเจนที่ผลิตจากกระบวนการแยกไฮโดรเจนออกจากน้ำโดยพลังงานไฟฟ้าและพลังงานไฟฟ้านั้นต้องมาจากพลังงานหมุนเวียนเท่านั้น เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ (Solar Energy) หรือ พลังงานลม (Wind Energy)  

ดังนั้น จะเห็นได้ว่าพลังงานไฮโดรเจนที่ถือว่าเป็นพลังงานสะอาดที่แท้จริง และไม่ปล่อยคาร์บอนทั้งในกระบวนการผลิตและการใช้นั้นมีเพียง 2 ประเภทคือ ไฮโดรเจนสีชมพู และไฮโดรเจนสีเขียว ที่ผลิตจากกระบวนการ Water Electrolysis หรือกระบวนการแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและอ็อกซิเจนด้วยไฟฟ้าเท่านั้น ซึ่งไฟฟ้านั้นก็ควรเป็นไฟฟ้าที่สร้างขึ้นมาจากพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานน้ำ หรือพลังงานลมด้วย

ปัจจุบัน เทคโนโลยี Water Electrolysis ที่มีใช้งานกันอย่างแพร่หลายในปัจจุบันมีอยู่ด้วยกัน 2 เทคโนโลยี ได้แก่ Alkaline Electrolysis (ALK) และ Proton Exchange Membrane Electrolysis (PEM) ซึ่งได้ถูกพัฒนาอย่างต่อเนื่องและนำมาใช้งานในการผลิตไฮโดรเจนในสเกลที่ใหญ่ (>5 MW ขึ้นไป) และมีการใช้งานร่วมกับพลังงานหมุนเวียน

นอกจากนี้ นอกจาก ALK และ PEM แล้ว ยังมีอีกหนึ่งเทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจนที่น่าจับตามองก็คือ เทคโนโลยีการผลิตแบบ Solid Oxide Electrolysis Cell (SOEC) ซึ่งมีข้อมูลชี้ว่าจะมีประสิทธิภาพที่สูงกว่า ALK และ PEM  แต่เทคโนโลยีนี้ยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยและพัฒนาในระดับ Pilot Scale อยู่ และคาดว่าจะเข้าสู่ระดับที่ใช้ในการพาณิชย์ได้ในอนาคต

ไฮโดรเจนยังราคาสูง แต่มีแนวโน้มลดลงในอนาคต

ทั้งนี้ แม้จะเป็นพลังงานสะอาดที่มีศักยภาพในการเติบโตสูง และผลิตได้ไม่มีวันหมดจากน้ำ ปัจจุบัน ปัจจัยสำคัญที่ทำให้พลังงานไฮโดรเจน โดยเฉพาะไฮโดรเจนสีเขียวยังไม่ถูกนำมาใช้งานอย่างแพร่หลายคือ ‘ข้อจำกัดด้านราคา’ เพราะกระบวนการ Water Electrolysis เป็นกระบวนการที่มีราคาแพง ทำให้พลังงานไฮโดรเจนสีเขียวมีราคาแพงตาม และไม่สมเหตุสมผลด้านเศรษฐศาสตร์ถ้าจะนำมาผลิตและจำหน่ายเป็นเชื้อเพลิงเชิงพาณิชย์ในขณะนี้

ในปัจจุบัน มีการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวอยู่เพียง 5% ของปริมาณไฮโดรเจนที่ใช้งานกันทั่วโลก แต่ก็เป็นที่คาดหมายกันว่า ไฮโดรเจนสีเขียวนี้จะเข้ามามีบทบาทอย่างมากในด้านพลังงานหลังปี 2030 เป็นต้นไป และอาจจะมีการพัฒนาเทคโนโลยีในการแยกไฮโดรเจนมีราคาถูกลง จนราคาของไฮโดรเจนสีเขียวก็จะอาจจะถูกกว่าไฮโดรเจนสีเทาในอนาคต 

โดยสาเหตุหลักที่ทำให้ราคาของไฮโดรเจนสีเขียวมีแนวโน้มที่ลดลงในอนาคตมาจาก 2 ปัจจัยด้วยกัน คือ 

1. ต้นทุนของเทคโนโลยีของ Water Electrolysis มีราคาต่ำลง โดยลดลงกว่า 40-50% ในช่วง 5 ปีที่ผ่านมา (2015-2019)
2. ราคาต้นทุนไฟฟ้าจาก Renewable Energy เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานลมที่มีแนวโน้มลดลง โดยได้ลดลงกว่าแล้ว 40-90% ในรอบ 10 ปีที่ผ่านมา (2010-2020)

ปัจจุบัน ราคาของไฮโดรเจนสีเขียวที่ผลิตได้ในปัจจุบันทั่วโลกอยู่ในช่วง $1.6 - $10 ต่อกิโลกรัม ซึ่งราคาไฮโดรเจนสีเขียวก็จะขึ้นอยู่กับราคาไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนที่ผลิตในประเทศนั้นๆ และขนาดกำลังการผลิตของ Electrolyser เป็นหลัก

ในส่วนของประเทศไทย ปตท. ซึ่งเป็นผู้นำด้านพลังงานในประเทศได้เล็งเห็นความสำคัญของการประยุกต์ใช้งานไฮโดรเจนในการลดการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์รวมถึงโอกาสในการสร้างธุรกิจไฮโดรเจน โดยได้มีการติดตามความเคลื่อนไหวในเทคโนโลยีไฮโดรเจนอย่างใกล้ชิดและต่อเนื่อง

ในปี 2019 ปตท. ได้จัดตั้ง Hydrogen Thailand Club ร่วมกับพันธมิตรทั้งภาครัฐและเอกชน เช่น บริษัท โตโยต้า มอเตอร์ ประเทศไทยบริษัท บางกอกอินดัสเทรียลแก๊ส จำกัด การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน (พพ.) เป็นต้น เพื่อเตรียมความพร้อมและผลักดันในเรื่องเทคโนโลยีไฮโดรเจนให้กับประเทศไทย  

นอกจากนี้ ปตท. ยังได้ร่วมมือกับพันธมิตรดำเนินโครงการศึกษาและทดสอบการใช้งานไฮโดรเจนในภาคขนส่ง (Fuel Cell Electrical Vehicle (FCEV) Demonstration Project) โดยได้มีการจัดตั้งสถานีเติมไฮโดรเจนแห่งแรกในประเทศไทยที่ อ.บางละมุง จ.ชลบุรี และทดสอบการใช้งานของรถ FCEV จำนวน 2 คัน ในช่วงปี 2023-2024 ซึ่งข้อมูลที่ได้รับจากโครงการก็จะเป็นประโยชน์สำหรับการวางแผนการใช้งานโฮโดรเจนในภาคขนส่งของประเทศต่อไป  

อ้างอิง: IEA, National Grid