นาทีนี้คงไม่มีพลังงานใดน่าจับตามองมากไปกว่า ไฮโดรเจนสีเขียว (Green Hydrogen) พลังงานหมุนเวียนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมตั้งแต่กระบวนการผลิตไปจนถึงการใช้งาน นอกจากจะมีประสิทธิภาพเทียบเท่าเชื้อเพลิงชนิดอื่นๆ แล้ว ยังมีส่วนช่วยลดภาวะโลกร้อนจากก๊าซเรือนกระจกได้แบบเป็นรูปธรรมชัดเจน จึงไม่แปลกใจที่หลายคนเห็นตรงกันว่านี่คือพลังงานแห่งอนาคตอย่างแท้จริง ซึ่งเบื้องหลังของการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวที่ยังต้องได้รับการพัฒนาไปพร้อมกัน ก็คืออุปกรณ์ที่เรียกว่า Hydrogen Electrolyzer
Hydrogen Electrolyzer คืออะไร
Hydrogen Electrolyzer หรืออีกชื่อเรียกหนึ่งคือ Electrolysis Cell เป็นอุปกรณ์ชิ้นสำคัญในการผลิตพลังงานไฮโดรเจนสีเขียว และถือว่าเป็นต้นทุนที่มีมูลค่าสูงสุดในกระบวนการผลิตด้วย สามารถเลือกใช้ได้หลากหลายขนาดตามกำลังผลิตที่ต้องการ มีตั้งแต่ขนาดกะทัดรัดพกพาสะดวก ไปจนถึงขนาดใหญ่สำหรับติดตั้งในโรงงานที่เป็นฐานการผลิต รูปลักษณ์ภายนอกของอุปกรณ์ชิ้นนี้จึงแตกต่างกันไปตามขนาดด้วย
เพื่อให้เข้าใจง่ายขึ้นต้องอธิบายก่อนว่า ไฮโดรเจนสีเขียวเป็นผลผลิตจากกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส (Electrolysis) หรือการแยกธาตุไฮโดรเจนออกจากน้ำด้วยพลังงานไฟฟ้า Hydrogen Electrolyzer ที่ว่านี้ก็คืออุปกรณ์ที่ออกแบบให้มีการผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไป และเกิดกระบวนการอิเล็กโทรลิซิสอยู่ภายในนั่นเอง
หลักการทำงานของ Hydrogen Electrolyzer
เพื่อความเข้าใจที่ง่ายที่สุดขอให้นึกถึงชุดอุปกรณ์ไฟฟ้าชุดหนึ่ง ซึ่งมีส่วนที่เป็นขั้วบวกและขั้วลบอยู่ในนั้น แน่นอนว่าขั้วบวกและขั้วลบไม่สามารถสัมผัสกันได้โดยตรง จึงต้องมีสารตัวกลางที่จะช่วยส่งต่อประจุจากขั้วหนึ่งไปยังอีกขั้วหนึ่งได้ กระบวนการอิเล็กโทรลิซิสที่เกิดขึ้นใน Hydrogen Electrolyzer จะเริ่มขึ้นก็ต่อเมื่อมีการปล่อยผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไป ทั้งส่วนของขั้วไฟฟ้าและสารตัวกลางก็จะทำปฏิกิริยากัน ทำให้อนุภาคของสารใดๆ แตกตัวออกเป็นโมเลกุลเล็ก แล้วแยกส่วนที่ต้องการออกมาได้
อย่างการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวที่ใช้น้ำเป็นวัตถุดิบตั้งต้น เมื่อผ่านน้ำเข้าไปใน Hydrogen Electrolyzer พลังงานไฟฟ้าจะทำให้เกิดปฏิกิริยาภายใน แล้วแยกองค์ประกอบของน้ำซึ่งมีออกซิเจนและไฮโดรเจนอยู่ด้วยกัน หลังจากแยกสำเร็จแล้วก็ดึงเอาส่วนของไฮโดรเจนออกมานั่นเอง
นี่คือหลักการทำงานพื้นฐานของ Hydrogen Electrolyzer แต่ในความเป็นจริงจะมีรายละเอียดที่แตกต่างกันไปตามองค์ประกอบภายในของ Hydrogen Electrolyzer แต่ละประเภท วิธีการติดตั้งเพื่อใช้งาน ตลอดจนการควบคุมปัจจัยแวดล้อมที่เกี่ยวข้องก็จะแตกต่างกันไปด้วย
ส่วนประกอบของ Hydrogen Electrolyzer
อันที่จริงส่วนประกอบของ Hydrogen Electrolyzer นั้นไม่ได้มีอะไรซับซ้อน เพราะมีโครงสร้างพื้นฐานเช่นเดียวกับเซลล์ไฟฟ้าเคมีทั่วไป คือมีวัสดุที่เป็นขั้วบวกและขั้วลบวางขนานกัน แล้วคั่นกลางด้วยอิเล็กโทรไลต์ (Electrolyte) หรือสารที่มีคุณสมบัติแตกตัวเป็นไอออนอิสระได้เมื่อละลายหรือหลอมเหลว พอผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปก็จะเชื่อมระบบทั้งหมดเข้าด้วยกัน และทำให้เกิดอิเล็กโทรลิซิสหรือกระบวนการแยกไฮโดรเจนออกจากน้ำ
จุดที่น่าสนใจคือสารอิเล็กโทรไลต์ เพราะการเลือกใช้อิเล็กโทรไลต์ที่แตกต่างกัน จะส่งผลให้การทำงานของ Hydrogen Electrolyzer แตกต่างกันไปด้วย เดิมทีอิเล็กโทรไลต์จะเป็นสารละลายเหลวที่นำไฟฟ้าได้ดี แต่ต่อมาพบว่าการใช้งานในกลุ่มแบตเตอรี่มีปัญหามาก ทั้งรั่วซึมและไม่เสถียร จึงพัฒนาให้มีสารอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งและเป็นของเหลวที่ระเหยได้ยากเพิ่มเติม ซึ่งใน Hydrogen Electrolyzer ก็มีการเลือกใช้อิเล็กโทรไลต์ทั้ง 2 สถานะนี้ด้วย
ชนิดของ Hydrogen Electrolyzer
เราสามารถแบ่งประเภทของ Hydrogen Electrolyzer ตามลักษณะการทำงานได้เป็น 3 กลุ่ม ดังนี้
- Polymer Electrolyte Membrane (PEM) เป็น Hydrogen Electrolyzer ที่เลือกใช้เยื่อพอลิเมอร์เป็นอิเล็กโทรไลต์ พูดง่ายๆ ก็คือใช้วัสดุในกลุ่มพลาสติกที่มีคุณสมบัติพิเศษมาเป็นตัวกลาง สามารถทำงานภายใต้แรงดันได้ดี ทนความร้อนได้ปานกลาง แต่โดดเด่นตรงที่ทำงานร่วมกับแหล่งพลังงานหมุนเวียนได้ดี และสามารถผลิตปริมาณมากเพื่อให้ต้นทุนถูกลงได้
- Alkaline Electrolyzer (AEL) เป็น Hydrogen Electrolyzer ที่เลือกใช้สารละลายด่างเป็นอิเล็กโทรไลต์ สามารถทำงานภายใต้แรงดันได้ใกล้เคียงกับ PEM แต่ทนความร้อนได้สูงกว่าและมีความเสถียรมากกว่า จุดเด่นคือมีอายุการใช้งานยาวนาน และหากใช้ในการผลิตพลังงานไฮโดรเจนจำนวนมาก จะมีส่วนช่วยให้ต้นทุนการผลิตต่ำลงได้
- Solid Oxide Electrolyzer Cell (SOEC) ประเภทสุดท้ายเป็น Hydrogen Electrolyzer ที่ได้รับการพัฒนาต่อยอดมาเพื่อลดทอนขีดจำกัดเดิม ซึ่งน่าจะเข้ามามีบทบาทต่อการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวมากขึ้นเรื่อยๆ อุปกรณ์ชิ้นนี้เลือกใช้อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็ง เหมาะกับการใช้งานในอุณหภูมิสูงมากๆ มีประสิทธิภาพสูงกว่า PEM และ AEL ปริมาณการใช้พลังงานหมุนเวียนในกระบวนการอิเล็กโทรลิซิสก็น้อยกว่าด้วย
จุดเด่นของ Hydrogen Electrolyzer
คุณสมบัติเด่นของ Hydrogen Electrolyzer คือพลังงานไฮโดรเจนที่ผลิตได้มีค่าความบริสุทธิ์สูง ทำให้ประสิทธิภาพการใช้งานสูงตามไปด้วย เป็นอุปกรณ์ที่รองรับการทำงานร่วมกับแหล่งพลังงานหลากหลายรูปแบบ และใช้ร่วมกับพลังงานหมุนเวียนได้ดี ไม่ว่าจะเป็นโครงการขนาดเล็กหรือใหญ่ก็จะมีประเภทของ Hydrogen Electrolyzer ที่ตอบโจทย์ได้เสมอ ที่สำคัญคือมีการพัฒนาต่อยอดวัสดุที่ใช้ในการผลิต Hydrogen Electrolyzer อย่างต่อเนื่อง เพื่อยกระดับการทำงาน เพิ่มความแข็งแรงทนทาน และลดต้นทุนให้ต่ำลง
ข้อจำกัดของ Hydrogen Electrolyzer
- ส่วนใหญ่ยังมีราคาค่อนข้างสูง แต่ก็มีแนวโน้มว่าจะลดลงได้อีกหลายเท่าในอนาคต
- Hydrogen Electrolyzer แต่ละประเภทมีคุณสมบัติเหมาะสมกับรูปแบบการใช้งานแตกต่างกัน ใช้ทดแทนกันไม่ได้
- แม้จะมีอายุการใช้งานค่อนข้างยาวนาน แต่ยังคงต้องบำรุงรักษาอย่างต่อเนื่อง จึงอาจมีค่าใช้จ่ายแฝงเพิ่มขึ้นอีก
- ต้องการพลังงานค่อนข้างมากสำหรับกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส
Hydrogen Electrolyzer หนึ่งในกุญแจสู่ความยั่งยืน
นับตั้งแต่มีการนำพลังงานไฮโดรเจนมาใช้ประโยชน์ ก็มีการพัฒนากระบวนการผลิตเพื่อลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมเรื่อยมา แต่สุดท้ายแล้วก็สิ้นสุดเพียงแค่ผลผลิตที่เป็นไฮโดรเจนคาร์บอนต่ำเท่านั้น ไฮโดรเจนสีเขียวจึงนับเป็นความสำเร็จครั้งสำคัญด้านพลังงาน เพราะสามารถลดปริมาณการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ให้เหลือศูนย์ได้ โดยใช้ Hydrogen Electrolyzer ร่วมกับพลังงานหมุนเวียนที่เป็นพลังงานสะอาด
Hydrogen Electrolyzer จึงเป็นกุญแจอีกหนึ่งดอกที่จะช่วยเปลี่ยนแปลงระบบพลังงานได้ เมื่อการวิจัยและคิดค้นอุปกรณ์รูปแบบใหม่เดินหน้าไปจนถึงจุดสูงสุด เราจะได้ใช้ Hydrogen Electrolyzer ที่มีศักยภาพสูงและต้นทุนต่ำ ทำให้ทุกโครงการเกี่ยวกับพลังงานไฮโดรเจนสีเขียวเติบโตแบบก้าวกระโดดเช่นกัน และความยั่งยืนทางด้านพลังงานก็จะเกิดขึ้นตามมา
บทสรุป
Hydrogen Electrolyzer เป็นอุปกรณ์ที่อาศัยหลักการพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์อย่างง่าย แต่กลับสร้างประโยชน์ทางด้านพลังงานได้มหาศาล ระหว่างทางที่พลังงานสะอาดกำลังได้รับการผลักดันอย่างเต็มกำลัง อุปกรณ์ที่เป็นเหมือนจิ๊กซอว์ตัวเล็กๆ นี้ก็ต้องได้รับการพัฒนาไปพร้อมกัน วันหนึ่งเราอาจมี Hydrogen Electrolyzer ขั้นสูง หรืออาจมีการใส่เทคโนโลยีล้ำสมัยเพิ่มเข้าไป จนต้องเปลี่ยนไปเป็นชื่อเรียกอื่นแล้วก็ได้
GMS Solar ผู้เชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีพลังงานสะอาด
GMS Solar เป็นบริษัทผู้จัดจำหน่ายอุปกรณ์ด้านพลังงานสะอาด อาทิ Hydrogen Electrolyzer โซลาร์เคเบิล แผงโซลาร์ลอยน้ำ BESS ฯลฯ โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อช่วยขับเคลื่อนประเทศไทยให้เข้าสู่ความเป็นกลางทางคาร์บอน (Carbon Neutral) และมีการปล่อยก๊าซเรือนกระจกสุทธิเป็นศูนย์ (Net Zero Emission) ตามเป้าหมายสากล
ด้วยประสบการณ์ในอุตสาหกรรมพลังงานที่ยาวนานกว่า 20 ปี ผ่านการดำเนินงานของบริษัทและแบรนด์ต่างๆ ในเครือ ได้แก่ GMS Interneer และ REC Thailand บริษัท GMS Solar จึงได้รับความไว้วางใจจากหลากหลายองค์กร ในการร่วมขับเคลื่อนไปสู่ยุคพลังงานใหม่ที่มั่นคงและยั่งยืนมากขึ้น
