เหตุใดพลังงานไฮโดรเจนจึงได้รับความสนใจ?

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ประเทศต่างๆ ทั่วโลกกำลังส่งเสริมการพัฒนาอุตสาหกรรมพลังงานไฮโดรเจนด้วยความเร็วที่ไม่เคยมีมาก่อน จากรายงานที่เผยแพร่ร่วมกันโดยคณะกรรมการพลังงานไฮโดรเจนระหว่างประเทศและแมคคินซีย์ ระบุว่ากว่า 30 ประเทศและภูมิภาคได้เผยแพร่แผนงานสำหรับการพัฒนาพลังงานไฮโดรเจน และการลงทุนทั่วโลกในโครงการพลังงานไฮโดรเจนจะสูงถึง 300 พันล้านดอลลาร์สหรัฐภายในปี 2030

พลังงานไฮโดรเจนคือพลังงานที่ปล่อยออกมาจากไฮโดรเจนในกระบวนการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพและเคมี ไฮโดรเจนและออกซิเจนสามารถเผาไหม้เพื่อสร้างพลังงานความร้อน และยังสามารถแปลงเป็นไฟฟ้าได้ด้วยเซลล์เชื้อเพลิง ไฮโดรเจนไม่เพียงแต่มีแหล่งที่มาหลากหลาย แต่ยังมีข้อดีคือการนำความร้อนที่ดี สะอาด ปลอดสารพิษ และให้ความร้อนสูงต่อหน่วยมวล ปริมาณความร้อนของไฮโดรเจนที่มวลเท่ากันนั้นสูงกว่าน้ำมันเบนซินประมาณสามเท่า จึงเป็นวัตถุดิบสำคัญสำหรับอุตสาหกรรมปิโตรเคมีและเชื้อเพลิงสำหรับจรวดอวกาศ ด้วยเสียงเรียกร้องที่เพิ่มมากขึ้นในการจัดการกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและบรรลุเป้าหมายความเป็นกลางทางคาร์บอน พลังงานไฮโดรเจนจึงคาดว่าจะเปลี่ยนแปลงระบบพลังงานของมนุษย์

พลังงานไฮโดรเจนได้รับความนิยมไม่เพียงเพราะไม่มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนในกระบวนการผลิต แต่ยังเพราะไฮโดรเจนสามารถใช้เป็นตัวนำพลังงานเพื่อชดเชยความผันผวนและความไม่สม่ำเสมอของพลังงานหมุนเวียน และส่งเสริมการพัฒนาพลังงานหมุนเวียนในวงกว้าง ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยี "ไฟฟ้าเป็นก๊าซ" ที่รัฐบาลเยอรมนีกำลังส่งเสริม คือการผลิตไฮโดรเจนเพื่อเก็บพลังงานไฟฟ้าสะอาด เช่น พลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งไม่สามารถนำมาใช้ได้ทันเวลา และขนส่งไฮโดรเจนในระยะทางไกลเพื่อนำไปใช้ประโยชน์อย่างมีประสิทธิภาพต่อไป นอกจากสถานะก๊าซแล้ว ไฮโดรเจนยังสามารถอยู่ในรูปของไฮไดรด์เหลวหรือของแข็ง ซึ่งมีโหมดการจัดเก็บและการขนส่งที่หลากหลาย ในฐานะที่เป็นพลังงาน "ตัวเชื่อม" ที่หายาก พลังงานไฮโดรเจนไม่เพียงแต่สามารถแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นไฮโดรเจนได้อย่างยืดหยุ่นเท่านั้น แต่ยังสร้าง "สะพาน" เพื่อเชื่อมต่อพลังงานไฟฟ้า ความร้อน ความเย็น และแม้กระทั่งเชื้อเพลิงแข็ง ก๊าซ และของเหลว เพื่อสร้างระบบพลังงานที่สะอาดและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

พลังงานไฮโดรเจนในรูปแบบต่างๆ มีการใช้งานที่หลากหลาย ภายในสิ้นปี 2020 การเป็นเจ้าของรถยนต์พลังงานไฮโดรเจนทั่วโลกจะเพิ่มขึ้น 38% เมื่อเทียบกับปีที่ผ่านมา การใช้งานพลังงานไฮโดรเจนในวงกว้างกำลังขยายตัวจากภาคยานยนต์ไปยังภาคอื่นๆ เช่น การขนส่ง การก่อสร้าง และอุตสาหกรรม เมื่อนำไปใช้กับการขนส่งทางรางและเรือ พลังงานไฮโดรเจนสามารถลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงน้ำมันและก๊าซแบบดั้งเดิมสำหรับการขนส่งระยะไกลและบรรทุกหนักได้ ตัวอย่างเช่น ต้นปีที่แล้ว โตโยต้าได้พัฒนาและส่งมอบระบบเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนชุดแรกสำหรับเรือเดินทะเล เมื่อนำไปใช้กับการผลิตไฟฟ้าแบบกระจาย พลังงานไฮโดรเจนสามารถจ่ายพลังงานและความร้อนให้กับอาคารที่พักอาศัยและอาคารพาณิชย์ได้ นอกจากนี้ พลังงานไฮโดรเจนยังสามารถจัดหาวัตถุดิบที่มีประสิทธิภาพ สารรีดิวซ์ และแหล่งความร้อนคุณภาพสูงโดยตรงสำหรับอุตสาหกรรมปิโตรเคมี เหล็กและเหล็กกล้า โลหะวิทยา และอุตสาหกรรมเคมีอื่นๆ ซึ่งช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

อย่างไรก็ตาม พลังงานไฮโดรเจนซึ่งเป็นพลังงานรองนั้นหาได้ยาก ไฮโดรเจนส่วนใหญ่มีอยู่ในน้ำและเชื้อเพลิงฟอสซิลในรูปของสารประกอบบนโลก เทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจนที่มีอยู่ส่วนใหญ่พึ่งพาพลังงานฟอสซิลและไม่สามารถหลีกเลี่ยงการปล่อยก๊าซคาร์บอนได้ ในปัจจุบัน เทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจนจากพลังงานหมุนเวียนกำลังพัฒนาไปเรื่อยๆ และสามารถผลิตไฮโดรเจนที่ปราศจากการปล่อยก๊าซคาร์บอนได้จากการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนและการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า นักวิทยาศาสตร์ยังกำลังสำรวจเทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจนใหม่ๆ เช่น การแยกน้ำด้วยแสงอาทิตย์เพื่อผลิตไฮโดรเจน และการใช้ชีวมวลเพื่อผลิตไฮโดรเจน เทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจนจากพลังงานนิวเคลียร์ที่พัฒนาโดยสถาบันพลังงานนิวเคลียร์และเทคโนโลยีพลังงานใหม่ของมหาวิทยาลัยชิงหัวคาดว่าจะเริ่มสาธิตได้ภายใน 10 ปี นอกจากนี้ ห่วงโซ่อุตสาหกรรมไฮโดรเจนยังรวมถึงการจัดเก็บ การขนส่ง การบรรจุ การใช้งาน และส่วนอื่นๆ ซึ่งก็เผชิญกับความท้าทายทางเทคนิคและข้อจำกัดด้านต้นทุนเช่นกัน ยกตัวอย่างเช่น การจัดเก็บและการขนส่ง ไฮโดรเจนมีความหนาแน่นต่ำและรั่วไหลได้ง่ายภายใต้อุณหภูมิและความดันปกติ การสัมผัสกับเหล็กเป็นเวลานานจะทำให้เกิด “การเปราะของไฮโดรเจน” และทำให้เหล็กเสียหายได้ การจัดเก็บและการขนส่งนั้นยากกว่าถ่านหิน น้ำมัน และก๊าซธรรมชาติมาก

ในปัจจุบัน หลายประเทศกำลังเร่งทำการวิจัยเกี่ยวกับไฮโดรเจนในทุกด้านอย่างเต็มที่ โดยกำลังเร่งพัฒนาและเอาชนะอุปสรรคทางเทคนิคต่างๆ ด้วยการขยายตัวอย่างต่อเนื่องของขนาดการผลิต การจัดเก็บ และโครงสร้างพื้นฐานด้านการขนส่งพลังงานไฮโดรเจน ต้นทุนของพลังงานไฮโดรเจนจึงมีโอกาสลดลงอย่างมาก งานวิจัยชี้ให้เห็นว่าต้นทุนโดยรวมของห่วงโซ่อุตสาหกรรมพลังงานไฮโดรเจนคาดว่าจะลดลงครึ่งหนึ่งภายในปี 2030 เราคาดว่าสังคมไฮโดรเจนจะเติบโตอย่างรวดเร็ว