พลังงานไฮโดรเจนคืออะไรและทำงานอย่างไร

1.พลังงานไฮโดรเจนคืออะไร

ไฮโดรเจน ซึ่งเป็นธาตุอันดับหนึ่งในตารางธาตุ มีจำนวนโปรตอนน้อยที่สุด คือ 1 โปรตอน อะตอมของไฮโดรเจนยังเป็นอะตอมที่เล็กที่สุดและเบาที่สุดอีกด้วย ไฮโดรเจนปรากฏบนโลกส่วนใหญ่ในรูปแบบผสม ซึ่งรูปแบบที่โดดเด่นที่สุดคือน้ำ ซึ่งเป็นสารที่มีการกระจายตัวมากที่สุดในจักรวาล

ไฮโดรเจนมีค่าการเผาไหม้ที่สูงมาก เปรียบเทียบปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นจากการเผาไหม้ก๊าซธรรมชาติ น้ำมันเบนซิน และไฮโดรเจนที่มีมวลเท่ากัน:

ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน

การเผาไหม้ก๊าซธรรมชาติ 1 กรัม ตามการวัด มีปริมาณความร้อนประมาณ 55.81 กิโลจูล

การเผาน้ำมันเบนซิน 1 กรัมจะให้ความร้อนประมาณ 48.4 กิโลจูล

การเผาไหม้ไฮโดรเจน 1 กรัมจะให้ความร้อนประมาณ 142.9 กิโลจูล

การเผาไหม้ไฮโดรเจนให้ความร้อนมากกว่าก๊าซธรรมชาติถึง 2.56 เท่า และมากกว่าน้ำมันเบนซินถึง 2.95 เท่า จากข้อมูลเหล่านี้ ไม่ใช่เรื่องยากที่จะเห็นว่าไฮโดรเจนมีคุณสมบัติพื้นฐานของเชื้อเพลิงในอุดมคติ นั่นคือ มีค่าการเผาไหม้สูง!

พลังงานไฮโดรเจนส่วนใหญ่จัดอยู่ในกลุ่มพลังงานรอง ประเด็นสำคัญอยู่ที่ว่าตรรกะ เทคโนโลยี และเศรษฐกิจมีความสำคัญและคุณค่าต่อสมดุลทางนิเวศน์ การจัดการสิ่งแวดล้อม และการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศหรือไม่ พลังงานรองเป็นส่วนหนึ่งของการเชื่อมโยงระหว่างพลังงานหลักและผู้ใช้พลังงาน และสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท ประเภทหนึ่งคือ "แหล่งประสิทธิภาพกระบวนการ" และอีกประเภทหนึ่งคือ "พลังงานที่ประกอบด้วยพลังงานของร่างกาย" ไม่ต้องสงสัยเลยว่าพลังงานไฟฟ้าเป็น "แหล่งประสิทธิภาพกระบวนการ" ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด ในขณะที่น้ำมันเบนซิน ดีเซล และน้ำมันก๊าดเป็น "แหล่งพลังงานพลังงาน" ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด

จากมุมมองเชิงตรรกะ เนื่องจาก “แหล่งประสิทธิภาพของกระบวนการ” นั้นยากที่จะจัดเก็บโดยตรงในปริมาณมาก ยานพาหนะขนส่งสมัยใหม่ที่มีความคล่องตัวสูง เช่น รถยนต์ เรือ และเครื่องบิน จึงไม่สามารถใช้พลังงานไฟฟ้าจำนวนมากจากโรงไฟฟ้าได้ แต่สามารถใช้ “พลังงานที่มีพลังงาน” จำนวนมากเท่านั้น เช่น น้ำมันเบนซิน ดีเซล น้ำมันก๊าดสำหรับการบิน และก๊าซธรรมชาติเหลว

อย่างไรก็ตาม ประเพณีอาจไม่คงอยู่ตลอดไป และประเพณีอาจไม่สมเหตุสมผลเสมอไป ด้วยการเพิ่มขึ้นและการพัฒนาของยานยนต์ไฟฟ้าและยานยนต์ไฟฟ้าไฮบริด “แหล่งประสิทธิภาพกระบวนการ” สามารถแทนที่ “พลังงานที่มีพลังงาน” ได้เช่นกัน ตามเหตุผลเชิงตรรกะ ด้วยการใช้พลังงานฟอสซิลอย่างต่อเนื่อง ทรัพยากรจะหมดลงในที่สุด และ “พลังงานที่มีพลังงาน” ใหม่จะเกิดขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ซึ่งพลังงานไฮโดรเจนเป็นตัวแทนหลักในจำนวนนี้

ไฮโดรเจนมีอยู่มากมายในธรรมชาติ โดยคิดเป็นประมาณร้อยละ 75 ของมวลจักรวาล ไฮโดรเจนพบได้ทั่วไปในอากาศ น้ำ เชื้อเพลิงฟอสซิล และคาร์โบไฮเดรตทุกประเภท

ไฮโดรเจนมีประสิทธิภาพการเผาไหม้ที่ดี จุดติดไฟสูง ช่วงการเผาไหม้กว้าง และความเร็วในการเผาไหม้ที่รวดเร็ว จากมุมมองของค่าความร้อนและการเผาไหม้ ไฮโดรเจนเป็นพลังงานที่มีคุณภาพสูงและมีประสิทธิภาพอย่างแน่นอน นอกจากนี้ ไฮโดรเจนเองไม่มีพิษ นอกจากจะสร้างน้ำและไฮโดรเจนไนไตรด์ในปริมาณเล็กน้อยหลังการเผาไหม้แล้ว มันจะไม่ก่อให้เกิดมลพิษที่เป็นอันตรายต่อระบบนิเวศและสิ่งแวดล้อม และไม่มีการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ ดังนั้น พลังงานไฮโดรเจนจึงเป็นพลังงานสะอาด ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการควบคุมสิ่งแวดล้อมเชิงนิเวศและการลดการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์

2. บทบาทของพลังงานไฮโดรเจน

พลังงานไฮโดรเจนมีห่วงโซ่อุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่ครอบคลุมตั้งแต่การเตรียมไฮโดรเจน การจัดเก็บ การขนส่งและการเติมเชื้อเพลิง เซลล์เชื้อเพลิง และการใช้งานปลายทาง

ในการผลิตไฟฟ้า พลังงานไฮโดรเจนสามารถนำมาใช้ผลิตพลังงานสะอาดเพื่อปรับสมดุลความต้องการไฟฟ้า และแก้ปัญหาการขาดแคลนไฟฟ้าในช่วงชั่วโมงเร่งด่วน

ในระบบทำความร้อน พลังงานไฮโดรเจนสามารถผสมกับก๊าซธรรมชาติ ซึ่งเป็นหนึ่งในแหล่งพลังงานคาร์บอนต่ำไม่กี่ชนิดที่สามารถแข่งขันกับก๊าซธรรมชาติได้ในอนาคต

ในภาคการบินซึ่งปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์มากกว่า 900 ล้านตันทุกปี พลังงานไฮโดรเจนถือเป็นหนทางหลักในการพัฒนาการบินคาร์บอนต่ำ

ในด้านการทหาร เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนสามารถนำมาใช้ในด้านทหารได้ โดยมีข้อดีคือเงียบ สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าต่อเนื่อง แปลงพลังงานได้สูง นับเป็นเงื่อนไขที่สำคัญของการพรางตัวของเรือดำน้ำ

รถยนต์พลังงานไฮโดรเจน รถยนต์พลังงานไฮโดรเจนมีประสิทธิภาพการเผาไหม้ที่ดี จุดติดไฟเร็ว มีค่าความร้อนสูง มีปริมาณสำรองมาก และข้อดีอื่นๆ พลังงานไฮโดรเจนมีแหล่งและการใช้งานที่หลากหลาย ซึ่งสามารถลดสัดส่วนของพลังงานฟอสซิลได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การปรับปรุงระดับการพัฒนาที่สะอาดและการพัฒนาพลังงานไฮโดรเจนถือเป็นตัวการสำคัญในการสร้างระบบแหล่งจ่ายพลังงานแบบ “เสริมพลังงานหลายชนิด” และเป็นแรงผลักดันหลักในการเปลี่ยนแปลงและยกระดับพลังงาน