ไฮโดรเจน: กุญแจสำคัญสู่การเปลี่ยนแปลงพลังงานโลก

ไฮโดรเจน: กุญแจสำคัญสู่การเปลี่ยนแปลงพลังงานโลก

ไฮโดรเจน พลังงานทดแทนที่กำลังจะมีบทบาทสำคัญในวงการพลังงานโลก เพราะใช้ประโยชน์ได้หลากหลายและไม่ปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่ชั้นบรรยากาศ หนึ่งในตัวอย่างการใช้ประโยชน์จากไฮโดรเจนที่น่าจับตาคือการนำมาใช้เพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้า เป็นอีกหนึ่งทางเลือกพลังงานสะอาดแห่งอนาคต

บทความนี้จะพาทุกคนไปรู้จักกับประโยชน์ของไฮโดรเจน ทางเลือกพลังงานยุคใหม่ในโลกที่กำลังเผชิญวิกฤตสภาพภูมิอากาศ ตลอดจนบทบาทของภาครัฐในการขับเคลื่อนการใช้ไฮโดรเจน ไปจนถึงคำตอบที่ว่าไฮโดรเจนจำเป็นแค่ไหนสำหรับวงการพลังงานแห่งอนาคต

พลังงานไฮโดรเจน คืออะไร

หากพูดถึงพลังงานสะอาดอย่างพลังงานไฮโดรเจนหลายคนอาจจะยังนึกภาพไม่ออกเมื่อเทียบกับแหล่งงพลังงานสะอาดประเภทอื่น ๆ อย่างพลังงานน้ำ พลังงานลม หรือพลังงานแสงอาทิตย์ แต่ความจริงแล้วไฮโดรเจนนั้นมาจากแหล่งใกล้ตัวเราเช่นกันเพราะไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบที่อยู่ในน้ำซึ่งมีคุณสมบัติที่ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น และติดไฟง่าย 

และที่สำคัญคือ เมื่อนำไฮโดรเจนมาใช้เป็นเชื้อเพลิง ผลผลิตที่ได้จากการเผาไหม้ไฮโดรเจนจะมีเพียงน้ำและยังไม่มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หรือมลพิษอื่นๆ ออกมา ซึ่งแตกต่างจากแหล่งเชื้อเพลิงฟอสซิลที่ได้จากน้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ และถ่านหิน ที่เมื่อเกิดการเผาไหม้จะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่ชั้นบรรยากาศ ซึ่งเป็นตัวการที่ทำให้เกิดปัญหาโลกร้อน ดังนั้นแล้วไฮโดรเจนจึงถือเป็นแหล่งพลังงานทดแทนที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานในหลายอุตสาหกรรม และเป็นทางเลือกพลังงานที่เป็นมิตรกับโลก

นอกจากนี้ ไฮโดรเจนยังสามารถผลิตได้จากแหล่งพลังงานหลากหลายประเภท เช่น ก๊าซธรรมชาติ พลังงานนิวเคลียร์ พลังงานชีวมวล พลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานลม จึงยิ่งทำให้ไฮโดรเจนเป็นพลังงานทดแทนที่ถูกนำมาใช้ประโยชน์มากมาย ตัวอย่างเช่น

• นำไปใช้เป็นสารตั้งต้นในอุตสาหกรรมต่าง ๆ  

• ใช้เป็นเชื้อเพลิงในกระบวนการผลิต เช่น เป็นเชื้อเพลิงในการหลอมโลหะ

• ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับยานพาหนะ ตั้งแต่รถยนต์ เครื่องบิน เรือ

• ผลิตกระแสไฟฟ้าโดยการป้อนเข้าเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cell)  

ไฮโดรเจนมีกี่ประเภท

อย่างที่กล่าวไปข้างต้นแล้วว่า คุณสมบัติของไฮโดรเจนนั้นเป็นแก๊สไม่มีสี ไม่มีกลิ่น แต่การจำแนกประเภทของไฮโดรเจนในอุตสาหกรรมพลังงาน ได้มีการแบ่งไฮโดรเจนออกเป็นสีต่าง ๆ มีตั้งแต่สีเทา น้ำเงิน เขียว ดำ เหลือง ชมพู และสีอื่น ๆ โดยไฮโดรเจนแต่ละประเภทจะแตกต่างกันไป ตามชนิดของแหล่งพลังงานและวิธีในการผลิต อีกทั้งการจำแนกสียังช่วยให้ทราบได้ว่าไฮโดรเจนที่ใช้มาจากกระบวนการผลิตที่เป็นมิตรกับโลกหรือไม่

ไฮโดรเจนสีเทา

ไฮโดรเจนสีเทา หรือ ‘Grey hydrogen’ คือ ไฮโดรเจนที่ผลิตจาก “เชื้อเพลิงฟอสซิล” อย่างก๊าซธรรมชาติและถ่านหิน และเป็นวิธีการผลิตไฮโดรเจนที่พบเห็นได้บ่อยที่สุด โดยไฮโดรเจนสีเทาคิดเป็น 95% ของไฮโดรเจนที่ผลิตได้ในปัจจุบัน 

และที่สำคัญคือกระบวนการผลิตไฮโดรเจนสีเทาจะมีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่ชั้นบรรยากาศ เนื่องจากไฮโดรเจนสีเทาจะมาจากกระบวนการ Steam Methane Reforming ซึ่งไฮโดรเจนทุก ๆ 1 กิโลกรัมที่ผลิตได้ในกระบวนการนี้ จะปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์อยู่ที่ 9-12 กิโลกรัม 

ไฮโดรเจนสีน้ำเงิน

ขณะที่ไฮโดรเจนสีน้ำเงิน หรือ ‘Blue Hydrogen’ คือ ไฮโดรเจนที่ผลิตจากก๊าซธรรมชาติคล้ายกับการผลิตไฮโดรเจนสีเทา แตกต่างกันตรงที่การผลิตไฮโดรเจนสีน้ำเงินจะมีกระบวนการดักจับและกักเก็บก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CCS: Carbon Capture and Storage) โดยไม่ปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศ และมีต้นทุนที่สูงกว่าจากเทคโนโลยีดักจับคาร์บอน 

ไฮโดรเจนสีน้ำเงินจึงถือเป็นทางเลือกพลังงานสะอาดกว่าไฮโดรเจนสีเทา แต่อย่างไรก็ตามในกระบวนการผลิตไฮโดรเจนสีน้ำเงินยังคงไม่สามารถหลีกเลี่ยงการผลิตก๊าซเรือนกระจกได้ ในบางครั้งไฮโดรเจนสีน้ำเงินจึงจะถูกเรียกว่าเป็นไฮโดรเจนคาร์บอนต่ำ

ไฮโดรเจนสีเขียว

สำหรับไฮโดรเจนสีเขียว หรือ ‘Green Hydrogen’ คือ ไฮโดรเจนที่ผลิตจาก “ไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานสะอาด” อย่างพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม ผ่านกระบวนการ Electrolysis เพื่อแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน ซึ่งไฮโดรเจนสีเขียวจะมีจุดเด่นคือ เป็นพลังงานสะอาดที่ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นศูนย์ 

แม้ไฮโดรเจนสีเขียวยังคงมีต้นทุนที่สูงจากกระบวนการผลิต แต่ก็มีแนวโน้มว่าจะมีราคาถูกลงหากมีการใช้งานไฮโดรเจนสีเขียวแพร่หลายขึ้นในอนาคต ไฮโดรเจนประเภทนี้จึงเป็นทางเลือกที่เป็นมิตรกับโลกเพราะไม่มีการปล่อยก๊าซเรือนกระจกซึ่งเป็นต้นเหตุของปัญหาสภาวะโลกร้อน

และนอกจากไฮโดรเจนทั้งสามประเภทนี้แล้ว ยังมีการแบ่งสีของไฮโดรเจนตามการผลิตแบบต่าง ๆ อย่างเช่น ไฮโดรเจนสีน้ำตาล (Brown Hydrogen) ที่ผลิตจาก “ถ่านหิน” ผ่านกระบวนการ Gasification ไฮโดรเจนสีชมพู (Pink Hydrogen) ผ่านกระบวนการ Electrolysis โดยใช้ “พลังงานนิวเคลียร์” 

ที่มา: https://erdi.cmu.ac.th/?p=3812

พลังงานไฮโดรเจน มีความสำคัญอย่างไรในอนาคต

ปัจจุบันมีการนำไฮโดรเจนมาใช้เป็นพลังงานทดแทน แทนการใช้พลังงานฟอสซิลที่ไม่ยั่งยืนและปล่อยมลพิษ รวมถึงความก้าวหน้าของการพัฒนา Green Technology ยังทำให้การใช้งานไฮโดรเจนเข้าถึงได้ง่ายขึ้น การใช้เทคโนโลยีเพื่อผลิตไฮโดรเจนจากน้ำทะเลที่มีปริมาณมหาศาล เป็นหนึ่งในนวัตกรรมที่จะนำไปสู่อนาคตแห่งความมั่นคงในการเข้าถึงพลังงาน

การใช้ประโยชน์จากไฮโดรเจนนอกจากจะเป็นพลังงานทดแทนที่ดีกับโลกแล้ว องค์กรที่ใช้ไฮโดรเจนยังได้รับผลพลอยได้ในเรื่องของสิ่งแวดล้อม เพราะสามารถช่วยลดปริมาณคาร์บอนฟุตพริ๊นต์ และเพิ่มขีดความสามารถทางการแข่งขันในระดับสากล ไฮโดรเจนยังสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในหลายด้านด้วยกัน

ภาคอุตสหกรรม

การใช้ประโยชน์จากไฮโดรเจนส่วนใหญ่จะอยู่ในภาคอุตสาหกรรม โดยสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงในกระบวนการผลิตของอุตสาหกรรม กว่า 33% ของการใช้ไฮโดรเจนในทั่วโลกจะอยู่ในอุตสาหกรรมการกลั่นน้ำมัน และอีก 27% คือการใช้ในกระบวนการการผลิตแอมโมเนียและเมทานอล ขณะที่สัดส่วนไฮโดรเจนในภาคอุตสาหกรรมการผลิตโลหะอยู่ที่ 3%

โดยในอุตสาหกรรมโลหะไฮโดรเจนถูกใช้ในกระบวนการเตรียมโลหะที่มีความบริสุทธิ์สูง รวมถึงนำไปใช้เชื่อมสแตนเลสและตัดโลหะ หรือในอุตสาหกรรมเคมีไฮโดรเจนยังสามารถนำมาใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตแอมโมเนีย เมทานอล ขณะที่ในอุตสาหกรรมอาหารไฮโดรเจนจะถูกนำไปใช้เป็นสารเติมแต่ง (Hydrogenating Agent) ในการผลิตเนย ซึ่งจะเห็นได้ว่าไฮโดรเจนถูกนำไปใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย เมื่อผสานกับความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีจะยิ่งทำให้บทบาทของไฮโดรเจนเด่นชัดขึ้นในอนาคต

พลังงานไฟฟ้า

นอกจากนี้ไฮโดรเจนยังสามารถนำมาใช้ผลิตไฟฟ้าด้วยเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cell Technology) ซึ่งเซลล์เชื้อเพลิงจากไฮโดรเจนแต่ละประเภทสามารถนำไปใช้ประโยชน์แตกต่างกันไป ตั้งแต่นำไปใช้เป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าทั้งในพื้นที่เล็ก ๆ ใช้เป็นเชื้อเพลิงในโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่สำหรับจ่ายไฟฟ้า ไปจนถึงเป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าให้กับมอเตอร์ในยานยนต์ ไฮโดรเจนจึงเป็นทางเลือกพลังงานที่น่าจับตา

ในไทยเองก็ได้มีการใช้พลังงานไฮโดรเจนเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าพลังงานลม รวมถึงมีโครงการนำร่องทดลองใช้รถยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cell Electric Vehicle: FCEV) โดยใช้รถยนต์พลังงานไฮโดรเจนในพื้นที่ และติดตั้งสถานีต้นแบบเพื่อเติมไฮโดรเจนสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงแห่งแรกของประเทศไทยที่ อ.บางละมุง จ.ชลบุรี

ขณะเดียวกันก็มีโครงการนำร่องของการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) โดยใช้เทคโนโลยีกักเก็บพลังงานไฟฟ้าจากกังหันลมในรูปของก๊าซไฮโดรเจน เพื่อนำมาจับคู่กับเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cell) และผลิตไฟฟ้าขนาด 300 กิโลวัตต์ที่โรงไฟฟ้าลำตะคองฯ โดยมีเป้าหมายเพื่อลดข้อจำกัดและแก้ปัญหาความไม่เสถียรของการผลิตไฟฟ้าจากกังหันลม หรือการจ่ายไฟฟ้าได้เพียงบางช่วงเวลา และช่วยส่งเสริมการใช้พลังงานหมุนเวียนในไทยสำหรับโรงไฟฟ้าอื่น ๆ

พลังงานทดแทน

การใช้ไฮโดรเจนเป็นพลังงานทดแทนกำลังได้รับความสนใจในทั่วโลกเพราะเป็นพลังงานสะอาด เมื่อเกิดการเผาไหม้ไฮโดรเจนจะไม่มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ อีกทั้งกระบวนการผลิตไฮโดรเจนยังมีทางเลือกที่ไม่ปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์อย่างไฮโดรเจนสีเขียว รวมถึงยังสามารถกักเก็บได้และนำมาใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย 

ไฮโดรเจนยังเป็นทางเลือกเชื้อเพลิงที่มีน้ำหนักเบาเหมาะสำหรับภาคการขนส่งทั้งทางถนน ทางอากาศ และทางเรือ บริษัทขนส่งระหว่างประเทศยักษ์ใหญ่จากสหรัฐอเมริกาอย่าง DHL ก็มีการใช้งานรถยนต์ไฟฟ้าพลังงานไฮโดรเจนที่สามารถเดินทางได้ไกลถึง 500 กิโลเมตร เพื่อลดการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์จากการขนส่ง เนื่องจากรถบรรทุกขนาดใหญ่ผลิตคาร์บอนไดออกไซด์มากถึงเกือบ 2,500 ล้านตันต่อปี และในอนาคตเราอาจเห็นการใช้ประโยชน์จากไฮโดรเจนมากขึ้นในฐานะพลังงานทดแทนที่มีศักยภาพสูง

บทบาทภาครัฐต่อพลังงานไฮโดรเจนของประเทศไทย (500 Words)

ประเทศไทยวางเป้าหมายเพื่อบรรลุความเป็นกลางทางคาร์บอน (Carbon Neutrality) ในปี 2050 รวมถึงปล่อยก๊าซเรือนกระจกสุทธิเป็นศูนย์ (Net Zero) ในปี 2065 และการจะไปถึงเป้าหมายดังกล่าวจำเป็นจะต้องอาศัยความร่วมมือจากหลายภาคส่วนเพื่อร่วมกันส่งเสริมการใช้แหล่งพลังงานที่เป็นมิตรกับโลก หนึ่งในนั้นคือความร่วมมือเพื่อผลักดันการใช้ไฮโดรเจน

ตามข้อมูลจากเว็บไซต์สำนักงานคณะกรรมการกำกับกิจการพลังงานระบุถึงเส้นทางการใช้งานไฮโดรเจนในประเทศไทยว่า ปัจจุบันภาครัฐกำลังอยู่ระหว่างการดำเนินการจัดทำแผนกลยุทธ์การนำไฮโดรเจนไปใช้ในภาคพลังงานในระยะสั้น รวมถึงจัดตั้งคณะทำงานเพื่อจัดทำแผนงานขับเคลื่อนนโยบายการใช้ไฮโดรเจนในภาคพลังงานของไทย 

โดยแผนการพัฒนาการผลิตและการใช้ไฮโดรเจนของไทยถูกแบ่งออกเป็น 3 ระยะ ได้แก่ 

• (2021-2030) แผนระยะสั้น - ระยะเตรียมความพร้อมที่เน้นการวิจัยพัฒนา และนำร่องเทคโนโลยี สนับสนุนเงินลงทุน จัดทำแผนนำเข้าและส่งออกไฮโดรเจน ทดสอบปรับปรุงระบบกักเก็บและขนส่ง จัดทำมาตรฐานความปลอดภัยในการผลิตและใช้งานไฮโดรเจน

• (2031-2040) แผนระยะกลาง - เน้นการใช้ไฮโดรเจนสีน้ำเงิน โดยพัฒนาไฮโดรเจนเชิงพาณิชย์ ส่งเสริมการลงทุนในไฮโดรเจน และให้การสนับสนุนทางด้านภาษี พัฒนาโครงสร้างพื้นฐานและจักทำกฎระเบียบเพื่อรองรับการใช้งานไฮโดรเจน

• (2041-2050) แผนระยะยาว - เน้นการใช้ไฮโดรเจนสีเขียว พร้อมจัดทำกลไก แนวทาง และส่งเสริมการความต้องการไฮโดรเจน ภายใต้เป้าหมายสู่ความเป็นกลางทางคาร์บอน และปล่อยก๊าซเรือนกระจกสุทธิเป็นศูนย์

รวมไปถึงแผนจัดทำโครงการนำร่อง “Hydrogen Valley” เพื่อให้การใช้งานไฮโดรเจนเป็นไปอย่างชัดเจน สอดคล้องกับความเคลื่อนไหวด้านพลังงานในระดับสากล โดยเมื่อเดือนสิงหาคมที่ผ่านมาทางสหภาพยุโรปได้อนุมัติงบประมาณสนับสนุนโครงการ Hydrogen Industrial Inland Valley Austia (Hydrogen Valley) ของประเทศออสเตรีย โดยเป็นการสนับสนุนโครงสร้างพื้นฐานด้านการผลิตและจัดเก็บพลังงานไฮโดรเจนเพื่อใช้ในภาคอุตสาหกรรมเหล็ก เคมี ซีเมนต์ และหินปูน สามารถผลิตพลังงานไฮโดรเจนได้มากกว่า 10,000 ตันต่อปี

ขณะเดียวกันยังส่งเสริมการใช้ประโยชน์จากไฮโดรเจนในประเทศไทยที่สามารถดำเนินการได้ในปัจจุบัน อันได้แก่ การใช้ไฮโดรเจนในภาคพลังงานเพื่อเป็นเชื้อเพลิงในเซลล์เชื้อเพลิงโดยตรงและใช้ในการผลิตไฟฟ้า ตลอดจนนำไฮโดรเจนมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในโรงงานอุตสาหกรรม 

ไปจนถึงการใช้ไฮโดรเจนเพื่อผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์สำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายใน (Internal Combustion Engine: ICE) และรถยนต์ไฟฟ้าแบบเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cell Electric Vehicle: FCEV) บรรเทาปัญหาการปล่อยก๊าซเรือนกระจกของภาคขนส่งที่ปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาในปริมาณมหาศาลเพื่อให้ไทยเข้าใกล้เป้าหมายลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้มากขึ้น

ขณะที่ในบริบทระดับโลกยังพบว่าหลายประเทศให้ความสำคัญกับการผลักดันการใช้งานไฮโดรเจนเพื่อบรรลุเป้าหมาย Net Zero เช่นกัน ตัวอย่างเช่น แคนาดาที่มีแผนกลยุทธ์ไฮโดรเจนเพราะเห็นโอกาสจากพลังงานสะอาดที่อาจมีมูลค่าสูงถึง 5 หมื่นล้านดอลลาร์ หรือประมาณ 1.6 ล้านล้านบาท และสร้างงานเพื่อสิ่งแวดล้อมได้กว่า 350,000 ตำแหน่ง

และทางด้าน Hydrogen Council ซึ่งเป็นองค์กรอุตสาหกรรมระดับโลกได้คาดการณ์ว่าไฮโดรเจนจะมีบทบาทสำคัญในฐานะพลังงานทดแทนของโลก โดยภายในปี 2050 กว่า 18% ของพลังงานที่ผู้บริโภคใช้จะมาจากพลังงานไฮโดรเจน และแนวโน้มดังกล่าวยังสามารถช่วยลดการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ได้ถึง 6 พันล้านตันต่อปี 

สรุป

ไฮโดรเจนถือเป็นโอกาสของวงการพลังงานที่หลายประเทศกำลังให้ความสำคัญ หากต้องการบรรลุเป้าหมายความเป็นกลางทางคาร์บอน การลงทุนในเทคโนโลยีไฮโดรเจนจึงเป็นโอกาสที่น่าจับตาสำหรับภาคธุรกิจที่ต้องการเป็นส่วนหนึ่งของการขับเคลื่อนองค์กรให้มีความยั่งยืน ซึ่งนอกจากจะได้ประโยชน์ด้านสิ่งแวดล้อมแล้ว ยังเพิ่มโอกาสการแข่งขันทางธุรกิจในโลกที่กำลังเปลี่ยนไปสู่การใช้ประโยชน์จากพลังงานสะอาดอย่างเต็มกำลัง