เมื่อราคาพลังงานหมุนเวียนลดลงและเทคโนโลยีการเก็บรักษาครบกำหนดเชื้อเพลิงไฮโดรเจนกำลังดึงดูดความสนใจใหม่
Jorgo Chatzimarkakis เติมเชื้อเพลิงรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนของเขาที่หนึ่งในนั้น สถานีเติมน้ำมัน 50-plus กระจัดกระจายไปทั่วเยอรมนีเมื่อมีคนขับรถของ Tesla ที่กำลังชาร์จรถของเขาเข้าหา
ชายคนนั้นรู้สึกตื่นเต้นที่ได้เห็นรถยนต์ที่ใช้พลังงานจากไฮโดรเจนและเต็มไปด้วยคำถาม Chatzimarkakis ซึ่งเป็นเลขาธิการของ ไฮโดรเจนในยุโรปมีความสุขที่ได้ตอบพวกเขาและทั้งสองคุยกันหลายนาที
แต่ตอนนั้นรถไฮโดรเจนถูกเติมเชื้อเพลิงอย่างเต็มที่ในขณะที่คนขับ Tesla ยังคงต้องรอนานในขณะที่แบตเตอรี่ของเขาถูกชาร์จใหม่
“ นี่คือความจริง” Chatzimarkakis กล่าว “ ทุกวันนี้สถานีเติมน้ำมันก็พร้อมรถยนต์ก็พร้อมฉันสามารถวางแผนการเดินทางจากสวิตเซอร์แลนด์ไปยังเดนมาร์กและนอร์เวย์ได้อย่างไม่มีปัญหา”
วิสัยทัศน์ของโลกที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนนั้นมีมากกว่าที่คิดถึง โคโยตี้ Wile E.. ใน 1923 นักพันธุศาสตร์ชาวอังกฤษ JBS Haldane จินตนาการว่า เครือข่ายกังหันลมผลิตไฮโดรเจน เสริมพลังให้กับอังกฤษ แต่ไม่มีอะไรเกิดขึ้น ใน 1970 จอห์นบอคริสนักไฟฟ้าเคมีที่เกิดในแอฟริกาใต้ใช้คำว่า "เศรษฐกิจไฮโดรเจน" เป็นครั้งแรกในคำพูดและเผยแพร่ในภายหลัง หนังสือที่อธิบายว่าโลกแห่งพลังงานจากแสงอาทิตย์ไฮโดรเจนนั้นมีลักษณะเป็นอย่างไร. แต่ไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลง ใน 2002 นักทฤษฎีเศรษฐศาสตร์และสังคมอเมริกัน Jeremy Rifkin แย้งว่าไฮโดรเจนสามารถใช้แทนน้ำมันและ อนาคตของพลังงานอยู่ในเซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้พลังงานไฮโดรเจน.
แต่อุตสาหกรรมยังไม่พร้อม Chatzimarkakis กล่าว “ มันถูกต้องจริง ๆ สิ่งที่ Jeremy Rifkin พูด แต่นักการเมืองและนักข่าวพวกเขาต้องการเห็นหลักฐานเสมอ” เขากล่าว “ และในเวลานั้นมันห่างไกลจากการตระหนักเพราะการวิจัยยังไม่ก้าวหน้าพอ”
ไฮโดรเจนมาถึงอายุ
บางทีในที่สุดช่วงเวลาของไฮโดรเจนก็มาถึง
ญี่ปุ่นกำลังวางแผนที่จะใช้ 2020 Tokyo Olympic Games เพื่อจัดแสดง วิสัยทัศน์สำหรับสังคมไฮโดรเจน และได้ลงทุน 348 ล้านดอลลาร์สหรัฐในการสร้างสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนและโครงสร้างพื้นฐานอื่น ๆ เยอรมนีได้เปิดตัวครั้งแรกของโลก รถไฟพลังงานไฮโดรเจน เพื่อเติมเต็มจำนวนที่เพิ่มขึ้นของ สถานีเติมไฮโดรเจน ข้ามประเทศ. สวิตเซอร์แลนด์คือ ซื้อ 1,000 รถบรรทุกที่ขับเคลื่อนด้วยไฮโดรเจนนอร์เวย์มี สถานีเติมไฮโดรเจน ตั้งแต่ 2006 และเกาหลีใต้คือ ลงทุน 2.33 พันล้านเหรียญสหรัฐในอีกห้าปีข้างหน้า เพื่อสร้างสถานีเติมไฮโดรเจนโรงผลิตรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงรถโดยสารเซลล์เชื้อเพลิงและระบบจัดเก็บไฮโดรเจน และออสเตรเลียได้เห็นทั้งสองอย่าง หน่วยงานวิทยาศาสตร์แห่งชาติ CSIRO และ หัวหน้านักวิทยาศาสตร์ Alan Finkel รายงานวิสัยทัศน์ของพวกเขาแยกต่างหากสำหรับประเทศที่ใช้ไฮโดรเจนและอุตสาหกรรมส่งออก
Coradia iLint เริ่มให้บริการขนส่งมวลชนที่ใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงในประเทศเยอรมนีใน 2018 ภาพถ่ายของ Alstom R Frampe
หัวใจสำคัญของเศรษฐกิจไฮโดรเจนคือการใช้ไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนเช่นแสงอาทิตย์ลมและพลังงานน้ำเพื่อแยกน้ำออกเป็นออกซิเจนและไฮโดรเจนซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่า กระแสไฟฟ้า. “ ไฮโดรเจนสีเขียว” นั้นสามารถนำไปใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าและเซลล์เชื้อเพลิงสามารถนำมาใช้เป็นรายบุคคลเพื่อขับเคลื่อนยานพาหนะหรือในกองเพื่อสนับสนุนหรือแม้กระทั่งพลังงานกริด เหนือสิ่งอื่นใดไอเสียที่เกิดจากเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนคือน้ำซึ่งวันหนึ่งอาจถูกนำกลับมาใช้ใหม่และนำกลับมาใช้ใหม่สำหรับการแยกด้วยกระแสไฟฟ้าอีกครั้ง
เศรษฐศาสตร์และภูมิอากาศ
ดังนั้นสิ่งที่เปลี่ยนไปในที่สุดก็นำไฮโดรเจนมาสู่ระดับแนวหน้าของแผนพลังงานโลก? Jenny Hayward นักวิทยาศาสตร์วิจัยอาวุโสที่ CSIRO และผู้เขียนร่วมของ 2018 แผนงานไฮโดรเจนแห่งชาติกล่าวว่าเศรษฐศาสตร์ที่ดีมีบทบาทสำคัญมากขึ้น
“ คุณมีต้นทุนการผลิตลดลง แต่ก็มีต้นทุนที่ลดลง” เฮย์เวิร์ดกล่าว ไม่เพียง แต่ราคาไฟฟ้าจากโซลาร์เซลล์พลังงานแสงอาทิตย์และลมลดลงอย่างมาก แต่เทคโนโลยีอิเล็กโทรไลเซอร์ก็มีราคาถูกลงขนาดใหญ่ขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ในเวลาเดียวกันเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนก็ปรับปรุงทั้งในด้านประสิทธิภาพและราคาเธอกล่าว
คลิกเพื่อดู Infographic ของกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกาเกี่ยวกับเชื้อเพลิงไฮโดรเจน
ปัจจัยสำคัญอีกประการหนึ่งคือการเร่งด่วนที่เพิ่มขึ้นสำหรับการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจำนวนมาก John Andrews ผู้เชี่ยวชาญด้านพลังงานที่ยั่งยืนและศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัย RMIT ในเมืองเมลเบิร์นประเทศออสเตรเลียกล่าว
“ มันสำคัญมากที่ต้องรักษาความสัมพันธ์ไว้กับการเป็นส่วนหนึ่งของการแก้ปัญหาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ” Andrews กล่าว “ มันไม่ใช่แค่คำถามของการได้รับเชื้อเพลิงทางเลือก มันเป็นคำถามของการได้รับเชื้อเพลิงและระบบพลังงานที่ไม่มีการปล่อยมลพิษ”
ความก้าวหน้าในการปรับตัวของไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย แม้จะมีการแสวงหาศตวรรษของเศรษฐกิจไฮโดรเจน แต่ก็มีความท้าทายทางเทคโนโลยีที่สำคัญบางอย่างที่ต้องเอาชนะเพื่อให้ได้มาถึงจุดนี้ - และยังคงเป็นวันแรก
การแก้ไขปัญหาการจัดเก็บ
ประเด็นสำคัญในการใช้ไฮโดรเจนสำหรับการขนส่งคือ การเก็บรักษา. เมื่อไม่นานมานี้มีความเป็นไปได้ที่จะบีบอัดไฮโดรเจนลงในภาชนะที่มีขนาดเล็กพอและมีน้ำหนักเบาพอที่จะพอดีกับด้านหลังของรถยนต์โดยสารในขณะที่ยังคงมีพลังงานเพียงพอที่จะเติมเชื้อเพลิงให้รถคันนั้น
“ มันคิดอยู่เสมอว่ามันคงเป็นเรื่องยากมากที่จะได้รับคลังเก็บไฮโดรเจนที่สามารถเอาชนะเป้าหมายกระทรวงพลังงานสหรัฐสำหรับใช้กับรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน” แอนดรูกล่าว จากนั้นการพัฒนาของ ถังไฮโดรเจนแรงดันสูง ทำจากคอมโพสิตขั้นสูงซึ่งสามารถตอบสนองและเกินความต้องการ
การเก็บเชื้อเพลิงเป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่สำหรับการขนส่งด้วยเชื้อเพลิงไฮโดรเจน การปรับปรุงเมื่อเร็ว ๆ นี้ได้ขยายช่วงของยานพาหนะโดยสารเป็นระยะทางมากกว่า 300 ไมล์ต่อการเติม ภาพถ่าย© iStockphoto.com/Tramino
“ ฉันคิดว่านั่นทำให้ผู้คนลุกขึ้นนั่งและพูดว่าใช่มันเป็นไปได้ที่จะมีรูปแบบของการจัดเก็บที่สามารถใช้ในการบรรทุกไฮโดรเจนบนยานพาหนะและให้ช่วงที่เทียบเคียงได้กับรถยนต์ทั่วไปและมีเวลาเติม - นี่เป็นสิ่งสำคัญ ใช้ประโยชน์จากไฮโดรเจน - เพียงไม่กี่นาที” เขากล่าว
รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนตรงกับหรือเกินกว่าช่วงของรถยนต์เบนซินหรือดีเซลทั่วไป; โตโยต้าอ้างว่า Mirai ได้รับ ประมาณ 312 ไมล์ จากถังไฮโดรเจน สิ่งนี้ทำให้พวกเขามีแนวโน้มที่น่าดึงดูดยิ่งกว่าสำหรับการเดินทางทางไกลมากกว่ายานพาหนะที่ใช้พลังงานแบตเตอรี่
นอกจากนี้ยังทำให้พวกเขาเป็นตัวเลือกที่ทำงานได้สำหรับยานยนต์ที่ทำงานหนักมากขึ้น Lisa Ruf ผู้ประสานงานของ Hydrogen Mobility Europe และที่ปรึกษาหลักของ Element Energy ในสหราชอาณาจักร
“ ในการปฏิบัติงานสำหรับรถบรรทุกสำหรับรถแท็กซี่สำหรับบริการตอบสนองฉุกเฉินคุณต้องมีช่วงและเวลาการเติมเชื้อเพลิงที่คล้ายกับยานพาหนะทั่วไป” เธอกล่าวโดยอ้างถึงกรณีของ ตำรวจนครบาลกรุงลอนดอนซึ่งในปีนี้ได้ซื้อรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน 11
ให้อาหารกริด
นอกจากนี้ยังมีการสำรวจไฮโดรเจนเพื่อช่วยรักษาเสถียรภาพของตารางพลังงานหมุนเวียนที่ใช้พลังงานทดแทนตามที่ Morry Markowitz ประธาน บริษัท สมาคมเชื้อเพลิงเซลล์และไฮโดรเจน ในสหรัฐอเมริกา
“ เนื่องจากดวงอาทิตย์ไม่ส่องแสงตลอดเวลาและลมไม่พัดดังนั้นพลังงานหมุนเวียนจึงมีปัญหาเป็นช่วง ๆ ดังนั้นคุณจึงต้องหาวิธีในการเก็บอิเล็กตรอนที่ถูกสร้างขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพ” เขากล่าว กระแสไฟฟ้าส่วนเกินสามารถนำไปใช้ในการจ่ายกระแสไฟฟ้าและสร้างไฮโดรเจนที่สามารถนำไปใช้ในรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงหรือเซลล์เชื้อเพลิงแบบคงที่หรือเก็บไว้เพื่อการขนส่ง
สถานการณ์นี้น่าดึงดูดอย่างยิ่งสำหรับพื้นที่ห่างไกลเช่นเมืองชนบทห่างไกลในออสเตรเลียที่ต้องพึ่งพาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล การยกระดับเมืองโดยใช้ส่วนผสมของพลังงานหมุนเวียนและการจัดเก็บไฮโดรเจนในไม่ช้าอาจกลายเป็นการประหยัดต้นทุนโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อราคาน้ำมันดีเซลปรับตัวสูงขึ้นเฮย์เวิร์ดกล่าว
บริษัท ก๊าซก็กำลังมองหาไฮโดรเจนในฐานะทางเลือกที่มีศักยภาพสำหรับก๊าซธรรมชาติซึ่งสามารถใช้ประโยชน์จากโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่ได้ จากนั้นพวกเขาไม่ได้พึ่งรถบรรทุกที่มากับดีเซลพวกเขาแค่ต้องการพลังงานทดแทน” เธอกล่าว “ พวกเขาสามารถมีระบบที่พวกเขาได้รับเซลล์เชื้อเพลิงและพวกเขากู้คืนน้ำดังนั้นมันจึงเป็นระบบที่มีอยู่ในตัวเอง”
บริษัท ก๊าซกำลังมองหาไฮโดรเจนเป็นทางเลือกที่มีศักยภาพสำหรับก๊าซธรรมชาติซึ่งสามารถใช้ประโยชน์จากโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่
“ โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าเรากำลังจะไปสู่เป้าหมายการลดการปล่อยก๊าซที่สูงพวกเขาจะต้องมีโครงสร้างพื้นฐานของก๊าซทั้งหมดนี้อยู่ที่นั่นไม่ได้ใช้” Hayward กล่าว “ สิ่งที่น่าสนใจคือเครือข่ายการกระจายก๊าซถ้าพวกเขาทำจากท่อพีวีซีคุณสามารถมีไฮโดรเจนเป็นเปอร์เซ็นต์ 100 ได้ถึงแม้ว่าจะต้องเปลี่ยนเครื่องใช้ไฟฟ้าและเครื่องเมตร "
ผลของ Hindenburg
มันเป็นไปไม่ได้เลยที่จะพูดถึงไฮโดรเจนโดยที่ไม่พูดถึงเรือเหาะในห้องสิ่งที่ Markowitz เรียกว่า "ผลของฮินเดนบูร์ก" นรกที่เชื้อเพลิงไฮโดรเจนอันน่าทึ่งซึ่งเป็นภัยพิบัติเรือเหาะที่ Hindenburg ในรัฐนิวเจอร์ซีย์ใน 1937 ยังคงหลอกหลอนอุตสาหกรรมไฮโดรเจน ความกังวลเรื่องความไวไฟและความปลอดภัยของไฮโดรเจนนั้นเกิดขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ในการหารือเกี่ยวกับเศรษฐกิจไฮโดรเจน
แต่ Markowitz กล่าวว่าเทคโนโลยีไฮโดรเจนในปัจจุบันนั้นล้ำหน้าไปกว่าเทคโนโลยีไฮโดรเจนในยุคนั้น
“ วัสดุขั้นสูงเช่นถังคาร์บอนไฟเบอร์เซ็นเซอร์คอมพิวเตอร์และสิ่งอื่น ๆ ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก…ความปลอดภัยต่อไฮโดรเจนไม่ควรเป็นปัญหา” เขากล่าว “ ในภาคการขนส่งและพื้นที่อื่น ๆ รถยนต์ไฮโดรเจนพบหรือเกินกว่าสิ่งที่อยู่บนท้องถนนทุกวันนี้”
นอกจากนี้ยังมีข้อกังวลว่าการดูดซับไฮโดรเจนที่เพิ่มขึ้นอาจส่งผลต่อชั้นโอโซน การศึกษา 2003 แนะนำว่าหากการสร้างพลังงานเชื้อเพลิงฟอสซิลทั้งหมดถูกแทนที่ด้วยไฮโดรเจนการรั่วไหลของก๊าซสู่ชั้นบรรยากาศสามารถทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในรูปแบบไอน้ำที่สามารถทำลายชั้นโอโซนได้เป็นจำนวนมาก
คำวิจารณ์อื่นที่มักทำจากไฮโดรเจนก็คือยังมีอีกจำนวนหนึ่ง ผลิตโดยใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล. ในสหรัฐอเมริกาไฮโดรเจนส่วนใหญ่ผลิตโดยกระบวนการที่เรียกว่า การปฏิรูปก๊าซธรรมชาติซึ่งก๊าซธรรมชาติจะทำปฏิกิริยากับไอน้ำอุณหภูมิสูงเพื่อผลิตไฮโดรเจนคาร์บอนมอนอกไซด์และคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนเล็กน้อย นอกจากนี้ยังสามารถทำโดย ทำให้ถ่านหินสีน้ำตาลเป็นก๊าซซึ่งยังส่งผลให้ บริษัท2 การผลิต
“ ถ้าคุณทำตามเส้นทางใดเส้นทางหนึ่งเพื่อรับไฮโดรเจนมีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์บางส่วนที่มาจากเส้นทางเหล่านั้นดังนั้นวิธีเดียวที่คุณสามารถทำให้การปล่อยเป็นศูนย์นั้นคือการจับคู่กับการกักเก็บคาร์บอนและการเก็บกัก” แอนดรูกล่าว “ และยังคงเป็นคำถามที่สำคัญว่าจะสามารถปฏิบัติได้หรือไม่ไม่ว่าจะปลอดภัยหรือไม่และเราสามารถรักษาคาร์บอนไดออกไซด์นั้นไว้ได้นานนับพันปีภายใต้พื้นดินและเป็นเศรษฐกิจได้หรือไม่”
วิธีการวัด
มีความรู้สึกเร่งด่วนที่จะพูดคุยเกี่ยวกับไฮโดรเจนซึ่งสะท้อนให้เห็นถึงการยอมรับอย่างกว้างขวางว่ามีความจำเป็นที่จะต้องแยกการขนส่งออกจากคาร์บอน เธอให้เหตุผลว่าในขณะที่มีวิธีแก้ปัญหาหลายอย่างบนโต๊ะไฮโดรเจนสามารถแก้ไขปัญหาที่เทคโนโลยีอื่นไม่สามารถทำได้อย่างง่ายดายหรือคุ้มค่า
แต่ในขณะที่มีความตื่นเต้นมากเกี่ยวกับศักยภาพของไฮโดรเจน Ruf ยังให้คำแนะนำสำหรับวิธีการวัด
“ ปัญหาที่ฉันคิดว่าเป็นภาคส่วนที่สนับสนุนเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนคือเราต้องระวัง hype และต้องจัดการความคาดหวังได้” เธอกล่าว “ มันเป็นสิ่งที่ต้องใช้เวลาและการลงทุน มันจะไม่เกิดขึ้นข้ามคืน แต่ในระยะยาวมันเป็นทางออกที่ดีมาก” 
บทความนี้เดิมปรากฏบน Ensia
เกี่ยวกับผู้เขียน
Bianca Nogrady เป็นนักข่าววิทยาศาสตร์อิสระที่ยังไม่เคยเจองานวิจัยชิ้นใดเลยที่เธอไม่พบว่าน่าหลงใหล เธอเขียนหาร้านค้าหลากหลายรวมถึง ธรรมชาติ, เดอะการ์เดียน, ออสเตรเลียนภูมิศาสตร์ BBC Future และ Australian Broadcasting Corporation twitter.com/BiancaNogrady biancanogrady.com
หมายเหตุบรรณาธิการ: ผู้เขียนได้ทำสัญญาการเขียนสำหรับ CSIRO ในอดีตแม้ว่าจะไม่เกี่ยวข้องกับเชื้อเพลิงไฮโดรเจน
หนังสือโดยผู้เขียนคนนี้
