ไฮโดรเจน: จุดเปลี่ยนเกมในยุคพลังงานหมุนเวียน

“ไฮโดรเจน” เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีด้านพลังงานที่ถูกจับตามองในฐานะของ “เทคโนโลยีแห่งอนาคต” จากความเป็นไปได้หลากหลายของการใช้งาน ทั้งในการขนส่ง การให้ความร้อน รวมไปถึงการผลิตและกักเก็บไฟฟ้า ปัจจุบันไฮโดรเจน มีแหล่งกำเนิดที่หลากหลาย ทำให้ไฮโดรเจน ถูกแบ่งประเภทตามเฉดสี และคุณสมบัติด้านสิ่งแวดล้อมของไฮโดรเจน

ที่มาการผลิต และเฉดสีของไฮโดรเจน

ด้วยกระบวนการผลิตที่แตกต่างกัน ส่งผลให้มีระดับความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของไฮโดรเจนแตกต่างกัน โดยแบ่งออกตามเฉดสี เช่น สีเทา (Grey Hydrogen) ผลิตจากระบวนการเพิ่มแรงดันของไอน้ำ (Steam Reforming) ซึ่งยังต้องอาศัยเชื้อเพลิงอย่างก๊าซธรรมชาติ และก๊าซมีเทนในกระบวนการเผาไหม้ เพื่อให้ได้ความร้อนในการผลิตไอน้ำ ทำให้กระบวนการนี้มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในปริมาณมาก

สีฟ้า (Blue Hydrogen) ได้รับการพัฒนาให้เป็นทางเลือกใหม่ โดยใช้เทคโนโลยีดักจับ และกักเก็บคาร์บอน (Carbon Capture) เข้ามาในกระบวนการผลิตไฮโดรเจนสีเทาเพื่อลดปริมาณก๊าซคาร์บอนที่เกิดจากกระบวนการเผาไหม้เชื้อเพลิง และสีเขียว (Green Hydrogen) ที่มาจากการใช้พลังงานหมุนเวียน เช่น แสงอาทิตย์หรือพลังงานลม ในการแยกน้ำเป็นไฮโดรเจน และออกซิเจน (Electrolyzer) โดยปราศจากการปล่อยมลพิษ

นอกจากนี้ยังมีสีอื่น ๆ ที่น่าสนใจไม่แพ้กัน เช่น สีชมพู (Pink Hydrogen) ที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ในกระบวนการผลิตไอน้ำ สีเหลือง (Yellow Hydrogen) ที่พึ่งพาพลังงานแสงอาทิตย์โดยเฉพาะ หรือแม้กระทั่งสีดำและสีน้ำตาล ซึ่งได้มาจากกระบวนการใช้ถ่านหินหรือเชื้อเพลิงฟอสซิลอื่น ที่มีการถกเถียงอย่างกว้างขวางในแง่ของผลกระทบจากกระบวนการผลิต

เฉดสีที่แตกต่างเหล่านี้ไม่ได้เป็นเพียงแค่สัญลักษณ์ของกระบวนการผลิต แต่ยังสะท้อนถึงทางเลือก และทิศทางการพัฒนาที่อาจเปลี่ยนอนาคตของพลังงานไฟฟ้าในวันที่ทั้งโลกให้ความสำคัญกับการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก

ทางเลือกและการใช้งาน

การใช้งานไฮโดรเจนในปัจจุบันสามารถแบ่งตามวัตถุประสงค์ของการใช้งาน ไม่ว่าจะเป็นเชื้อเพลิงในภาคขนส่ง ซึ่งไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงที่เติมเข้าไปในเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel-Cell) ของรถยนต์ไฟฟ้า ลักษณะการเติมคล้ายกับการเติมน้ำมันที่สถานีบริการ รวมทั้งยังมีน้ำหนักที่น้อย และระยะเวลาการเติมที่รวดเร็วกว่าการชาร์จไฟฟ้าของรถ EV ในปัจจุบัน อย่างไรก็ตามการใช้ในภาคขนส่งทั้งรถยนต์ส่วนบุคคลและรถบรรทุก ยังอยู่ในระยะเริ่มต้นของการพัฒนา แต่เริ่มมีให้เห็นแล้วในการใช้งานสำหรับรถโดยสารในประเทศญี่ปุ่น หรือรถยนต์โตโยต้า Mirai[1] ที่ออกสู่ท้องตลาดในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา

ในภาคการผลิตเอง ไฮโดรเจนมีบทบาททั้งการเป็นสารตั้งต้นในกระบวนการกลั่นน้ำมัน (Oil Refining) และการผลิตแอมโมเนีย ซึ่งนำไปใช้ภาคส่วนอุตสาหกรรมอื่น ๆ อีกทั้งยังสามารถใช้เป็นส่วนผสมในระบบท่อก๊าซธรรมชาติที่ใช้ในโรงงานอุตสาหกรรมและการผลิตไฟฟ้า ซึ่งการผสมระหว่างก๊าซธรรมชาติ และไฮโดรเจนจะช่วยลดสัดส่วนการใช้งานก๊าซธรรมชาติ ทำให้ลดการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ในกรณีที่เป็นไฮโดรเจนสีเขียว ซึ่งปัจจุบันประเทศไทยมีแผนในการผสมไฮโดรเจนในสัดส่วน 5 เปอร์เซ็นต์ กับก๊าซธรรมชาติเช่นเดียวกันโดยจะเริ่มในปี 2573 [2] อย่างไรก็ตามในการเปิดรับฟังความคิดเห็นครั้งล่าสุดยังไม่มีการระบุถึงแหล่งที่มาที่ชัดเจน

ขณะที่ไฮโดรเจนในภาคพลังงานยังมีอีกบทบาทที่สำคัญ คือ ระบบเก็บพลังงานด้วยไฮโดรเจน (Hydrogen Energy Storage System : HESS) โดยมีการแปรรูปพลังงาน และกักเก็บในรูปแบบของก๊าซไฮโดรเจน ซึ่งเป็นผลลัพธ์ของกระบวนการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า (Electrolysis) ทำให้ได้ไฮโดรเจน และออกซิเจนเป็นผลลัพธ์ โดยกระบวนการนี้มักใช้พลังงานไฟฟ้าที่ผลิตเกินความต้องการใช้จากพลังงานหมุนเวียนมาเป็นพลังงานในกระบวนการแยกน้ำ

ทั้งนี้เมื่อมีความต้องการใช้ไฟฟ้า ไฮโดรเจนในระบบกักเก็บจะถูกส่งผ่านเซลล์เชื้อเพลิงในลักษณะเดียวกับภาคขนส่งเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าอีกครั้ง ทำให้ไฮโดรเจนมีคุณสมบัติที่สำคัญคือการกักเก็บพลังงานได้นาน เมื่อเปรียบเทียบกับการใช้แบตเตอรี่มีข้อจำกัดเรื่องระยะเวลาการกักเก็บและขนาด ด้วยความยืดหยุ่นนี้ ไฮโดรเจนจึงเป็นเหมือนสะพานเชื่อมระหว่างแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่ไม่เสถียรกับความต้องการพลังงานที่ต่อเนื่องในทุกช่วงเวลา

ไฟฟ้าในรูปไฮโดรเจน… สะพานเชื่อมการเปลี่ยนผ่านสู่พลังงานหมุนเวียน

แม้ในปัจจุบัน ต้นทุนการใช้งานไฮโดรเจนจะยังคงสูงกว่าการกักเก็บพลังงานไฟฟ้าในแบตเตอรี่ประมาณ 5 เท่า[3] แต่เมื่อเปรียบเทียบในเชิงคุณสมบัติที่เป็นจุดเด่นในการกักเก็บพลังงานของแบตเตอรี่ และการกักเก็บในรูปของไฮโดรเจนจะพบว่ามีความแตกต่างกัน โดย แบตเตอรี่ เหมาะสำหรับการกักเก็บพลังงานในระยะสั้น และการใช้งานที่ต้องการความรวดเร็ว เช่น การสำรองพลังงานในครัวเรือนหรือในระบบโครงข่ายไฟฟ้าขนาดเล็ก (Micro Grid) ไปจนถึงโครงข่ายไฟฟ้าขนาดใหญ่ในระบบสายส่งและจัดจำหน่ายไฟฟ้าของประเทศ เนื่องจากสามารถจ่ายพลังงานได้ทันที และมีประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานสูง อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่มีข้อจำกัดในด้านความจุที่มาพร้อมกับขนาดและน้ำหนัก รวมถึงประสิทธิภาพที่ลดลงเมื่อใช้งานในระยะยาว

ขณะที่ ไฮโดรเจน นั้น กลับมีจุดเด่นในการกักเก็บพลังงานดังที่ได้กล่าวในข้างต้น เนื่องจากไม่ขึ้นอยู่กับการเสื่อมสภาพของวัสดุเหมือนแบตเตอรี่ และยังมีระยะเวลาการกักเก็บในรูปแบบก๊าซได้ยาวนาน อีกทั้งยังสามารถใช้แปรรูปเป็นพลังงานได้หลากหลายรูปแบบ ไม่ว่าจะเป็นการการเผาไหม้เพื่อให้ความร้อน หรือแม้กระทั่งการนำไปใช้ในภาคการขนส่งและการผลิตไฟฟ้าผ่านเซลล์เชื้อเพลิง

ดังนั้นไฮโดรเจนจึงเหมาะสำหรับการกักเก็บพลังงานหมุนเวียนส่วนเกินที่เกิดขึ้น สำหรับใช้ในช่วงเวลาที่ไม่มีแสงแดดต่อเนื่องในระยะนานมากกว่าความจุของแบตเตอรี่อย่างในช่วงฤดูฝน ทำให้การสำรองไฟฟ้าโดยไฮโดรเจน มีความยืดหยุ่นที่มากกว่าเพื่อช่วยสนับสนุนการทำงานของแบตเตอรี่ในช่วงที่พลังงานหมุนเวียนไม่เพียงพอ

กรณีศึกษาของ Long Loyang Clinic[4] ในรัฐซาราวัก ประเทศมาเลเซีย เป็นหนึ่งในตัวอย่างที่น่าสนใจของการใช้ไฮโดรเจน ในการกักเก็บพลังงานหมุนเวียนจากแสงอาทิตย์เพื่อให้บริการไฟฟ้าในพื้นที่ห่างไกลที่มีข้อจำกัดในการเข้าถึงไฟฟ้า โดยแรกเริ่มนั้นคลินิกนี้ตั้งอยู่ในพื้นที่ชนบทห่างไกล และพึ่งพาเครื่องปั่นไฟดีเซลสำหรับไฟฟ้า ซึ่งมักจะมีปัญหาทั้งเรื่องของราคาน้ำมัน และต้นทุนการขนส่งโดยเฉพาะในฤดูฝน จึงมีการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ควบคู่กับระบบผลิตและกักเก็บไฮโดรเจน เพื่อให้สามารถผลิตไฟฟ้าได้อย่างต่อเนื่องตลอด 24 ชั่วโมง รองรับการใช้งานที่จำเป็น เช่น การทำงานของอุปกรณ์ทางการแพทย์และการเก็บรักษาวัคซีนในตู้เย็น

โดยการกักเก็บไฮโดรเจนดังกล่าวนี้ ได้จากกระบวนการแยกน้ำ หลังจากนั้นจึงถูกเก็บในถังไฮโดรเจนและนำมาใช้ในช่วงที่ไม่มีแสงอาทิตย์ ความจุของระบบสามารถรองรับการใช้งานพลังงานเฉลี่ย 25-30 kW ต่อวัน และยังมีความยืดหยุ่นในการปรับเพิ่มหรือลดตามความต้องการของคลินิก เทคโนโลยีนี้ไม่เพียงช่วยลดการพึ่งพาดีเซล แต่ยังเป็นทางออกที่ยั่งยืนสำหรับการจัดการพลังงานในพื้นที่ห่างไกลที่มีข้อจำกัดด้านโครงสร้างพื้นฐาน

นอกจากนั้นการใช้ไฮโดรเจนในการกักเก็บพลังงานร่วมกับแบตเตอรี่ยังเป็นอีกความเป็นไปได้ที่น่าสนใจ เนื่องจากคุณสมบัติที่แตกต่างกัน โดยเฉพาะในเรื่องของความคุ้มค่า และต้นทุนของการสำรองไฟฟ้าในแบตเตอรี่ในช่วงที่โซลาร์เซลล์ไม่สามารถทำงานได้อย่างเต็มที่จากการมีพายุหรือฝนตกอย่างต่อเนื่อง แทนการใช้เครื่องปั่นไฟดีเซลที่ในอดีตมีบทบาทในการผลิตไฟฟ้าในช่วงเวลาที่พลังงานหมุนเวียนไม่เพียงพอ

ดังนั้นการใช้ระบบผลิตไฮโดรเจนควบคู่กันในวันที่แดดแรง-ลมดี เพื่อกักเก็บไว้ในรูปแบบของก๊าซในถังเก็บ และนำกลับมาใช้ผลิตไฟฟ้าผ่านเซลล์เชื้อเพลิงในวันที่พลังงานหมุนเวียนในแบตเตอรี่ไม่เพียงพอ เป็นอีกความเป็นไปได้ ซึ่งปัจจุบันพื้นที่ตัวอย่างในประเทศไทยอย่างเกาะจิก จังหวัดจันทบุรี[5] ก็อยู่ในระหว่างการศึกษาและนำเอาไฮโดรเจนเข้ามาใช้ทดแทนพลังงานจากฟอสซิล 3 เปอร์เซ็นต์ สุดท้ายเพื่อเปลี่ยนให้เป็นเกาะจิกเป็นเกาะที่ใช้พลังงานหมุนเวียนทั้ง 100 เปอร์เซ็นต์

ตัวอย่างการศึกษาความเป็นไปได้ของพื้นที่เกาะจิก ยังแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มระบบไฮโดรเจนเข้าสู่ระบบโครงข่ายไฟฟ้าขนาดเล็กในพื้นที่ห่างไกลจะช่วยลดต้นทุนได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่อเทียบกับน้ำมันดีเซล ซึ่งมีต้นทุนค่าดำเนินเครื่อง ค่าน้ำมันและการขนส่งประมาณ 62 เซนต์ต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง

ในขณะที่ไฮโดรเจนสามารถผลิต และกักเก็บได้ด้วยต้นทุนรวม 61 เซนต์ต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง [6] อีกทั้งยังสามารถกักเก็บพลังงานส่วนเกินจากแสงอาทิตย์ไว้ใช้งานได้ในช่วงที่พลังงานหมุนเวียนไม่เพียงพอ โดยไม่ต้องเพิ่มขนาดแบตเตอรี่หรือแผงโซลาร์เซลล์ ซึ่งเหมาะกับพื้นที่ที่มีจำกัด

นอกจากนี้ ต้นทุนไฮโดรเจนสีเขียวยังมีแนวโน้มที่จะลดลง 50 เปอร์เซ็นต์ภายในปี 2030 และอาจต่ำถึงประมาณ 1 ดอลลาร์ต่อกิโลกรัมในพื้นที่ที่มีทรัพยากรพลังงานหมุนเวียนอย่างแสงแดดและสายลมตลอดทั้งปี เช่น ตะวันออกกลาง แอฟริกา รัสเซีย จีน สหรัฐอเมริกา และออสเตรเลียภายในปี 2050 [7] ซึ่งทำให้ระบบไฮโดรเจนเป็นทางเลือกที่คุ้มค่ามากขึ้นสวนทางกับราคาน้ำมันดีเซลที่มีแนวโน้มสูงขึ้นในอนาคต

แม้ในปัจจุบัน ไฮโดรเจน จะยังคงมีข้อจำกัดในหลายมิติ ทั้งเรื่องของมาตรฐานความปลอดภัย ความซับซ้อนของเทคโนโลยี รวมถึงเรื่องของต้นทุนในการติดตั้งระบบ แต่การพิจารณาถึงความเป็นไปได้ในการใช้ไฮโดรเจนในเรื่องของพลังงานหมุนเวียนในปัจจุบัน เสมือนกับการปักธงความเป็นไปได้ในอนาคต และเริ่มต้นการวางรากฐานของการพัฒนาไฮโดรเจนในสังคมไทย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบทบาทของตัวเปลี่ยนเกมในการบรรลุเป้าหมายการเปลี่ยนผ่านไปสู่พลังงานสะอาดของประเทศไทยต่อไปอย่างยั่งยืน

อ้างอิง:

[1] https://www.toyota.com/mirai/

[2] ร่างแผนพัฒนากำลังผลิตไฟฟ้าของประเทศไทย พ.ศ. 2567-2580 (PDP2024) โดยสำนักงานนโยบายและแผนพลังงาน (สนพ.) กระทรวงพลังงาน

[3] เปรียบเทียบต้นทุนการผลิตไฟฟ้า (LCOE) จากเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cell) และโซลล่าเซลรวมกับแบตเตอรี่ จาก https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/en/documents/publications/studies/EN2024_ISE_Study_Levelized_Cost_of_Electricity_Renewable_Energy_Technologies.pdf

[4] https://www.htenergy.co/_files/ugd/ea6722_75c14f4ceb594bc99a1f9b529e4fa097.pdf หน้า 27

[5] เวทีเสวนา หัวข้อ “ปลดพันธนาการโซลาร์” โดยเครือข่ายการเงินเพื่อรับมือกับภาวะโลกรวน (CFNT) เมื่อวันที่ 28 พฤศจิกายน 2567 และงานประชุมPhi Suea House Hydrogen Summit (16-17 มกราคม 2568)

[6] https://www.matichon.co.th/economy/news_2620621

[7] https://www.pwc.com/gx/en/issues/esg/the-energy-transition/analysing-future-cost-of-green-hydrogen.html