การผลิตพลังงานไฮโดรเจนจากน้ำทะเลโดยตรง อนาคตแห่งพลังงานสะอาด
แนวคิดการใช้พลังงานไฮโดรเจนไม่ถือเป็นเรื่องใหม่ หลายบริษัทและประเทศพากันพัฒนามายาวนาน กระนั้นด้วยข้อจำกัดทางเทคโนโลยีจึงไม่อาจนำมาใช้จริง แต่ล่าสุดทุกอย่างอาจเปลี่ยนไป เมื่อเราสามารถแยกไฮโดรเจนจากน้ำทะเลได้โดยไม่ก่อให้เกิดสารพิษ
เมื่อพูดถึงพลังงานสะอาด ไฮโดรเจน ถือเป็นเชื้อเพลิงอีกชนิดที่ได้รับการพูดถึงคู่กับพลังงานไฟฟ้า ในช่วงหนึ่งถึงขั้นกลายเป็นคู่แข่งขับเคี่ยวเพื่อผลักดันยุคสมัยใหม่แห่งยานยนต์ ก่อนจบลงด้วยความปราชัยในตลาดรถยนต์ส่วนบุคคล เมื่อรถยนต์ไฟฟ้าเข้ามาครองตลาดและได้รับความนิยมแพร่หลายในปัจจุบัน
ความเปลี่ยนแปลงนี้คือสิ่งที่บริษัทรถยนต์ชั้นนำทั่วโลกต่างยอมรับ Tesla และ Volkswagen ต่างมองว่า EV จะเป็นอนาคต กระทั่ง Toyota ที่เคยมุ่งพัฒนารถยนต์พลังงานไฮโดรเจนยังจำเป็นต้องกลับลำจนแทบไม่เหลือผู้ผลิตในตลาด ด้วยโครงสร้างพื้นฐานทั่วโลกกำลังปรับเปลี่ยนให้รองรับก่ารใช้งาน EV
นั่นคือเรื่องในอดีตที่ผ่านมาแต่ทุกอย่างอาจเปลี่ยนไปจากกรรมวิธีใหม่ในการผลิตไฮโดรเจนจากน้ำทะเลโดยตรง
ข้อจำกัดของพลังงานไฮโดรเจนในอดีต
ถ้าจะให้พูดแนวคิดการใช้พลังงานไฮโดรเจนไม่ใช่ของใหม่ นับจากครั้งแรกที่ได้รับการพูดถึงตั้งแต่วิกฤติการณ์ Oil shock ในทศวรรษ 1970 นี่ก็เป็นเทคโนโลยีที่ถูกพูดถึง คิดค้น และพัฒนายาวนานกว่าครึ่งศตวรรษ กระนั้นแม้มีแนวทางการใช้งานมากมาย ได้รับการสนับสนุนอย่างแพร่หลาย ที่ผ่านมากลับยังไม่เคยมีการผลักดันใช้งานอย่างจริงจัง
สาเหตุที่เป็นแบบนั้นเพราะกรรมวิธีการผลิตพลังงานไฮโดรเจนเองค่อนข้างมีข้อจำกัดหลายด้าน
ปฏิเสธไม่ได้ว่าไฮโดรเจนถือเป็นหนึ่งในธาตุที่พบมากที่สุดในโลก สามารถหาได้ตามสสารรอบด้านมีใช้งานอย่างไม่มีวันหมด แต่ความนิยมในการใช้พลังงานชนิดนี้กลับน้อยกว่า ถึงขั้นถูกรถยนต์พลังงานไฟฟ้าที่คิดค้นขึ้นภายหลังแซงหน้า ด้วยสาเหตุสำคัญคือข้อจำกัดทางกระบวนการผลิต
ในยุคแรกกรรมวิธีการผลิตพลังงานไฮโดรเจนจำเป็นต้องพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล สิ่งนี้เป็นข้อจำกัดที่ทำให้เกิดความย้อนแย้ง เพราะเดิมทีเชื้อเพลิงไฮโดรเจนถูกสร้างขึ้นเพื่อเป็นพลังงานทดแทน นี่ย่อมไม่บรรลุจุดประสงค์ของทั้งพลังงานทดแทนและพลังงานสะอาด การผลิตพลังงานไฮโดรเจนรูปแบบนี้จะก่อให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์มากถึง 830 ล้านตัน/ปี จึงไม่สามารถนำมาใช้เป็นแหล่งพลังงานหลักได้
จากนั้นจึงเริ่มมีการคิดค้นกรรมวิธีผลิตพลังงานไฮโดรเจนจากน้ำสะอาด ส่วนนี้ช่วยตอบโจทย์ในแง่พลังงานทดแทนได้ดีเยี่ยม เปิดโอกาสให้พลังงานชนิดนี้ได้รับการพูดถึง แต่ด้วยต้นทุนทางการผลิตสูง ประกอบกับเงื่อนไขสำคัญคือต้องใช้น้ำจืด หนึ่งในทรัพยากรทรงคุณค่าที่ขาดแคลนในหลายพื้นที่ ท้ายที่สุดโครงการนี้ก็ล้มไปอีกครั้ง
ต่อมาเริ่มมีการพัฒนาวิธีผลิตพลังงานไฮโดรเจนจากน้ำทะเล ถึงตรงนี้ปัญหาก็เกิดอีกเมื่อกรรมวิธีการผลิตจำเป็นต้องแยกสารเจือปนจากน้ำทะเล หลังขั้นตอนการผลิตจะทำให้เกิดกรดเกลือที่มีความเข้มข้นสูงซึ่งมีฤทธิ์กัดกร่อนอุปกรณ์และวงจรไฟฟ้าสูง สร้างความเสียหายต่ออุปกรณ์และยังทำให้ต้นทุนในการผลิตเพิ่มสูงจนได้ไม่คุ้มเสีย
นอกจากนี้กระบวนการผลิตพลังงานไฮโดรเจนจากน้ำเองยังอาศัยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส ที่ต้องใช้พลังงานไฟฟ้าและน้ำเป็นจำนวนมาก โดยคาดว่าจะอาศัยน้ำถึง 9 ลิตรในการผลิตไฮโดรเจน 1 กิโลกรัม อีกทั้งในกระบวนการผลิตยังทิ้งสารพิษอย่างคลอรีนไว้เป็นจำนวนมาก
หากใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเป็นพลังงานหลักคาดว่าจะทำให้เกิดคลอรีนมากถึง 240 ล้านตัน/ปี มากกว่าปริมาณการใช้งานถึง 4 เท่า อาจนำไปสู่ปัญหาสิ่งแวดล้อมครั้งใหญ่ที่เราจำเป็นต้องหาทางรับมือ ทำให้พลังงานไฮโดรเจนยังคงไม่สามารถใช้จริงได้เช่นเดิม
แต่ทุกอย่างจะเปลี่ยนไปจากการเข้ามาของกรรมวิธีใหม่ในการผลิตพลังงานไฮโดรเจนด้วยน้ำทะเลโดยตรง
การผลิตพลังงานไฮโดรเจนจากน้ำทะเลโดยตรง
ผลงานนี้เป็นของทีมวิจัยจาก RMIT University Melbourne ของประเทศออสเตรเลีย ภายหลังประสบปัญหาการกัดกร่อนมายาวนาน ในที่สุดพวกเขาก็สามารถคิดค้นวิธีการผลิตพลังงานไฮโดรเจนโดยไม่ต้องแยกสารเจือปนออกจากน้ำทะเลได้สำเร็จ อีกทั้งไม่เหลือกรดเกลือหรือคลอรีนที่มีคุณสมบัติกัดกร่อนไว้ให้ปวดหัว
แนวทางล่าสุดที่พวกเขาคิดค้นขึ้นอาศัยวัสดุชนิดใหม่อย่าง แผ่นนิกเกิลผสมเข้ากับ Molybdenum Phosphide และไนโตรเจน เป็นส่วนผสมสำคัญในการสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีในการแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจน โดยวัสดุชนิดใหม่ที่ได้รับการคิดค้นนี้ได้รับการพัฒนาเพื่อใช้งานร่วมกับน้ำทะเลโดยเฉพาะ
ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดใหม่นี้มีประสิทธิภาพและความเสถียรสูงมาก สามารถกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีโดยใช้พลังงานไฟฟ้าเพียงเล็กน้อย ทำงานได้ภายใต้อุณหภูมิห้องและใช้งานง่าย อีกทั้งไม่ก่อให้เกิดคลอรีนในกระบวนการผลิตอีกด้วย
จริงอยู่นี่ไม่ใช่ทีมวิจัยเจ้าของแนวคิดการผลิตพลังงานไฮโดรเจนด้วยน้ำเพียงเจ้าเดียว แต่ทางทีมวิจัยยืนยันว่าการผลิตไฮโดรเจนของพวกเขาใช้งานง่ายและมีข้อจำกัดน้อยที่สุด โดยยังสามารถรักษาอัตราการผลิตไว้ในระดับสูงได้ ทำให้มีต้นทุนต่ำ เหมาะสำหรับการนำไปใช้งานเชิงพาณิชย์
ค่าเฉลี่ยต้นทุนทางการผลิตไฮโดรเจนจากกรรมวิธีนี้จะอยู่ที่ 2 ดอลลาร์ออสเตรเลีย(ราว 47 บาท)/กิโลกรัม ซึ่งเป็นต้นทุนในระดับที่ช่วยให้พลังงานไฮโดรเจนสีเขียวนี้แข่งขันกับไฮโดรเจนจากพลังงานเชื้อเพลิง และจะเป็นอีกหนึ่งทางเลือกในการผลักดันพลังงานสะอาดของรัฐบาลออสเตรเลียได้ในอนาคต
ถือเป็นเรื่องดีที่เราจะมีอีกหนึ่งทางเลือกพลังงานสะอาด หากเทคโนโลยีนี้สามารถพัฒนาจนนำไปใช้จริงได้สำเร็จ ประเทศแถบชายฝั่งทะเลอาจสามารถผลิตพลังงานไฮโดรเจนได้สะดวก รวมถึงประเทศไทยที่อาจมุ่งสู่ประเทศที่ผลิตพลังงานไฮโดรเจนไว้ใช้งานและส่งออกในอนาคต
ที่มา
https://www.the101.world/hydrogen-101/
https://www.posttoday.com/innovation/1359
https://www.rmit.edu.au/news/media-releases-and-expert-comments/2023/feb/hydrogen-seawater
https://newatlas.com/energy/rmit-seawater-hydrogen/
https://interestingengineering.com/science/seawater-straight-into-green-hydrogen
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202207310