พลังงานไฮโดรเจนคืออะไร และทำงานอย่างไร

1.พลังงานไฮโดรเจนคืออะไร

ไฮโดรเจน ธาตุอันดับหนึ่งในตารางธาตุ มีจำนวนโปรตอนน้อยที่สุด คือเพียงหนึ่งตัว อะตอมของไฮโดรเจนยังเป็นอะตอมที่เล็กที่สุดและเบาที่สุดในบรรดาอะตอมทั้งหมด ไฮโดรเจนปรากฏบนโลกส่วนใหญ่ในรูปของสารประกอบ ซึ่งสารประกอบที่พบมากที่สุดคือน้ำ ซึ่งเป็นสารที่กระจายตัวมากที่สุดในจักรวาล

ไฮโดรเจนมีค่าการเผาไหม้สูงมาก ลองเปรียบเทียบปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาจากการเผาไหม้ก๊าซธรรมชาติ น้ำมันเบนซิน และไฮโดรเจนในปริมาณเท่ากัน:

ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน

จากการวัดพบว่า การเผาไหม้ก๊าซธรรมชาติ 1 กรัม จะให้ความร้อนประมาณ 55.81 กิโลจูล

การเผาไหม้น้ำมันเบนซิน 1 กรัม จะปล่อยความร้อนออกมาประมาณ 48.4 กิโลจูล

การเผาไหม้ไฮโดรเจน 1 กรัม จะปล่อยความร้อนออกมาประมาณ 142.9 กิโลจูล

การเผาไหม้ไฮโดรเจนให้ความร้อนมากกว่าก๊าซธรรมชาติถึง 2.56 เท่า และมากกว่าน้ำมันเบนซินถึง 2.95 เท่า จากข้อมูลเหล่านี้จึงเห็นได้ชัดว่าไฮโดรเจนมีคุณสมบัติพื้นฐานของเชื้อเพลิงในอุดมคติ นั่นคือ ค่าการเผาไหม้สูง!

พลังงานไฮโดรเจนจัดอยู่ในกลุ่มพลังงานรองเป็นหลัก ประเด็นสำคัญอยู่ที่ว่าตรรกะ เทคโนโลยี และเศรษฐกิจของพลังงานไฮโดรเจนนั้นมีความสำคัญและมีคุณค่าต่อความสมดุลทางนิเวศวิทยา การจัดการสิ่งแวดล้อม และการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศหรือไม่ พลังงานรองเป็นตัวกลางระหว่างพลังงานปฐมภูมิและผู้ใช้พลังงาน และสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท คือ “แหล่งพลังงานสำหรับกระบวนการ” และ “พลังงานที่บรรจุอยู่ในตัววัตถุ” ไม่ต้องสงสัยเลยว่าพลังงานไฟฟ้าเป็น “แหล่งพลังงานสำหรับกระบวนการ” ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด ในขณะที่น้ำมันเบนซิน ดีเซล และน้ำมันก๊าดเป็น “แหล่งพลังงาน” ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด

จากมุมมองเชิงตรรกะ เนื่องจาก “แหล่งพลังงานสำหรับกระบวนการทำงาน” นั้นยากที่จะจัดเก็บโดยตรงในปริมาณมาก ยานพาหนะสมัยใหม่ที่มีความคล่องตัวสูง เช่น รถยนต์ เรือ และเครื่องบิน จึงไม่สามารถใช้พลังงานไฟฟ้าจำนวนมากจากโรงไฟฟ้าได้ แต่สามารถใช้ “พลังงานที่มีพลังงาน” ในปริมาณมากแทน เช่น น้ำมันเบนซิน ดีเซล น้ำมันก๊าดสำหรับเครื่องบิน และก๊าซธรรมชาติเหลว

อย่างไรก็ตาม ประเพณีอาจไม่คงอยู่ตลอดไป และประเพณีอาจไม่สมเหตุสมผลเสมอไป ด้วยการเกิดขึ้นและการพัฒนาของรถยนต์ไฟฟ้าและรถยนต์ไฮบริด “แหล่งพลังงานที่มีประสิทธิภาพเชิงกระบวนการ” ก็สามารถเข้ามาแทนที่ “พลังงานที่ประกอบด้วยพลังงาน” ได้เช่นกัน ตามหลักเหตุผลแล้ว การบริโภคพลังงานฟอสซิลอย่างต่อเนื่องจะทำให้ทรัพยากรหมดไปในที่สุด และ “พลังงานที่ประกอบด้วยพลังงาน” รูปแบบใหม่ก็จะเกิดขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ โดยพลังงานไฮโดรเจนเป็นตัวแทนหลัก

ไฮโดรเจนมีอยู่มากมายในธรรมชาติ โดยคิดเป็นสัดส่วนประมาณ 75 เปอร์เซ็นต์ของมวลทั้งหมดของจักรวาล พบได้ทั่วไปในอากาศ น้ำ เชื้อเพลิงฟอสซิล และคาร์โบไฮเดรตทุกชนิด

ไฮโดรเจนมีคุณสมบัติการเผาไหม้ที่ดี จุดติดไฟสูง ช่วงการเผาไหม้กว้าง และความเร็วในการเผาไหม้สูง จากมุมมองของค่าความร้อนและการเผาไหม้ ไฮโดรเจนจึงเป็นพลังงานคุณภาพสูงและมีประสิทธิภาพอย่างแน่นอน นอกจากนี้ ไฮโดรเจนเองก็ไม่เป็นพิษ นอกจากจะเกิดน้ำและไฮโดรเจนไนไตรด์จำนวนเล็กน้อยหลังการเผาไหม้แล้ว มันจะไม่ก่อให้เกิดมลพิษที่เป็นอันตรายต่อระบบนิเวศและสิ่งแวดล้อม และไม่มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ดังนั้น พลังงานไฮโดรเจนจึงจัดเป็นพลังงานสะอาด ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการบริหารจัดการสิ่งแวดล้อมและลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

2. บทบาทของพลังงานไฮโดรเจน

พลังงานไฮโดรเจนมีห่วงโซ่อุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ครอบคลุมตั้งแต่การเตรียมไฮโดรเจน การจัดเก็บ การขนส่งและการเติมเชื้อเพลิง ไปจนถึงเซลล์เชื้อเพลิงและการใช้งานปลายทาง

ในด้านการผลิตไฟฟ้า พลังงานไฮโดรเจนสามารถนำมาใช้ในการผลิตไฟฟ้าสะอาดเพื่อรักษาสมดุลของความต้องการใช้ไฟฟ้าและแก้ไขปัญหาการขาดแคลนพลังงานในช่วงเวลาที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงสุด

ในการให้ความร้อน พลังงานไฮโดรเจนสามารถผสมกับก๊าซธรรมชาติ ซึ่งเป็นหนึ่งในแหล่งพลังงานคาร์บอนต่ำไม่กี่แหล่งที่สามารถแข่งขันกับก๊าซธรรมชาติได้ในอนาคต

ในภาคการบิน ซึ่งปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มากกว่า 900 ล้านตันต่อปี พลังงานไฮโดรเจนเป็นหนทางหลักในการพัฒนาการบินคาร์บอนต่ำ

ในด้านการทหาร เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนมีข้อดีคือเงียบ สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้อย่างต่อเนื่อง มีประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานสูง และเป็นเงื่อนไขสำคัญสำหรับการพรางตัวของเรือดำน้ำ

รถยนต์พลังงานไฮโดรเจน มีข้อดีหลายประการ เช่น ประสิทธิภาพการเผาไหม้ที่ดี จุดระเบิดเร็ว ค่าความร้อนสูง และมีปริมาณสำรองมาก นอกจากนี้ พลังงานไฮโดรเจนยังมีแหล่งที่มาและการใช้งานที่หลากหลาย ซึ่งสามารถลดสัดส่วนการใช้พลังงานฟอสซิลได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การยกระดับการพัฒนาที่สะอาดและการพัฒนาพลังงานไฮโดรเจนเป็นปัจจัยสำคัญในการสร้างระบบจัดหาพลังงานแบบ "หลายแหล่งพลังงานที่เสริมซึ่งกันและกัน" และเป็นแรงผลักดันหลักสำหรับการเปลี่ยนแปลงและการยกระดับพลังงาน