บทความด้านพลังงาน

ไฮโดรเจน : อนาคตแห่งพลังงานโลก (ตอนที่ 2)

บทความด้านพลังงาน
11 สิงหาคม 2566 , 12:00
1302
1
0

ไฮโดรเจน : อนาคตแห่งพลังงานโลก (ตอนที่ 2)

          ด้วยวิกฤตการณ์สภาพอากาศแปรปรวน (Climate Change) ที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและยิ่งทวีความรุนแรงมากยิ่งขึ้นในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมาอันเนื่องมาจากการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั่วโลก ทำให้นานาประเทศหันมาใช้มาตรการต่างๆ ในการลดการปลดปล่อยคาร์บอน เพื่อบรรลุเป้าหมายความเป็นกลางทางคาร์บอน (Carbon Neutrality) และการปล่อยก๊าซเรือนกระจกสุทธิเป็นศูนย์ (Net-Zero Emission) โดยประเทศไทยได้ให้คำมั่นในการประชุมสมัชชาประเทศภาคีอนุสัญญาสหประชาชาติว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ครั้งที่ 26 (COP26) ว่า ไทยจะก้าวเข้าสู่ความเป็นกลางทางคาร์บอนภายในปี ค.ศ. 2050 และการปล่อยก๊าซเรือนกระจกสุทธิเป็นศูนย์ภายในปี ค.ศ. 2065  อันนำมาสู่การจัดทำแผน "นโยบายอนุรักษ์พลังงานและพลังงานทดแทน" เพื่อรับมือกับการเปลี่ยนผ่านด้านพลังงานพร้อมสร้างความยั่งยืนทางด้านสิ่งแวดล้อม โดย 1 ใน 5 แนวทางหลักในการดำเนินการสู่เป้าหมายความเป็นกลางทางคาร์บอน คือ การใช้พลังงานไฮโดรเจนซึ่งเป็นพลังงานสีเขียวนั่นเอง ซึ่งประเทศไทยพบว่า พลังงานไฮโดรเจนเป็นความหวังใหม่ที่จะมานำมาซึ่งสถียรภาพการผลิตไฟฟ้า โดยจะเริ่มจากไฮโดรเจนสีฟ้า (blue hydrogen) พัฒนาต่อสู่ไฮโดรเจนสีเขียว (green hydrogen) ควบคู่กับระบบการกักเก็บคาร์บอน ที่จะมาช่วยแก้จุดอ่อนเสริมจุดแข็งด้านพลังงานของประเทศไทยอย่างยั่งยืนตามแนวทางโลก

รูปที่ 1 รถยนต์พลังงาน Hydrogen Fuel Cell (Toyota Mirai)

ที่มา: https://www.wired.com/sponsored/story/the-wired-brand-lab-guide-to-hydrogen-fuel-cell-electric-vehicles/ 

1. แผนการลดสภาวะโลกร้อน ความเป็นกลางทางคาร์บอน และการปล่อยก๊าซเรือนกระจกสุทธิเป็นศูนย์ และมาตรการด้านกฎหมายที่เกี่ยวข้อง (Carbon Tax)

          การเพิ่มขึ้นของก๊าซเรือนกระจกส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ มีการตอบสนองต่อการได้รับผลกระทบออกเป็น 2 รูปแบบคือ  1) การลดก๊าซเรือนกระจก โดยการลดการปล่อยและเพิ่มแหล่งกักเก็บ และ 2) การปรับตัวต่อผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ โดยการลดความสูญเสียและความเสียหายพร้อมสร้างโอกาสการพัฒนาต่อการปรับตัวให้ดีขึ้น

         สำหรับประเทศไทยมีการตั้งเป้าหมายการลดก๊าซเรือนกระจก ดังนี้

ปีที่ดำเนินการ

เป้าหมายการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก

หมายเหตุ

ก่อนปี ค.ศ. 2020

แผนการลดก๊าซเรือนกระจกที่เหมาะสมของประเทศ NAMA หรือ Nationally Appropriate Mitigation Actions ประเทศไทยมีการตั้งเป้าหมายการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกร้อยละ 7-20 จากกรณีปกติ (Business as Usual: BAU) จากภาคพลังงานและภาคการขนส่ง

บรรลุเป้าหมายแล้ว ลดได้ 56.47 MtCO2e (15.38%)

ปี ค.ศ. 2020 - 2030

การมีส่วนร่วมที่ประเทศกำหนด NDC (Nationally Determined Contribution) ตั้งเป้าหมายการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกร้อยละ 30-40 จากกรณีปกติทุกภาคส่วนเศรษฐกิจ ที่สอดคล้องกับยุทธศาสตร์ระยะยาวในการพัฒนาแบบปล่อยก๊าซเรือนกระจกต่ำ (Long-term low greenhouse gas emission development strategies: LT-LEDS)

*ในการดำเนินการเพื่อให้บรรลุเป้าหมาย การทำมาตรการ, แผน Action Plan มีความสำคัญ

อยู่ระหว่างดำเนินการ

                                                                           ตารางที่ 1 เป้าหมายการลดก๊าซเรือนกระจกของประเทศไทย

           ปัจจุบันประเทศไทยมีกลไกขับเคลื่อนการดำเนินงานที่จะผลักดันให้ประเทศไทยมุ่งสู่เป้าหมายการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกสุทธิเป็นศูนย์ และเป็นสังคมคาร์บอนต่ำ ในส่วนของสำนักงานคณะกรรมการส่งเสริมการลงทุน (BOI) มีการส่งเสริมการลงทุนเพื่อสิ่งแวดล้อม, สิทธิประโยชน์ทางภาษี, การปรับเปลี่ยนเครื่องจักรเพื่อลดปริมาณการปล่อยก๊าซเรือนกระจก และในส่วนของการดำเนินงานของหน่วยงานอื่นๆ เช่น แนวทางและกลไกการบริหารจัดการคาร์บอนเครดิต (โดย สำนักงานนโยบายและแผนทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม (สผ.)), ระเบียบว่าด้วยหลักเกณฑ์การขึ้นทะเบียนการซื้อ-ขาย และถ่ายโอนคาร์บอนเครดิต (โดย องค์การบริหารจัดการก๊าซเรือนกระจก (องค์การมหาชน)) และตลาดคาร์บอน (โดย สภาอุตสาหกรรมแห่งประเทศไทย และกระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม) ทั้งนี้การขับเคลื่อนกลไกต่างๆ ขึ้นอยู่กับทุกภาคส่วนทั้งภาครัฐ เอกชน สถาบันการศึกษา/วิจัย รวมถึงประชาชน 

          ในส่วนของมาตรการด้านกฎหมายที่เกี่ยวข้อง (Carbon Tax) ประเทศไทยอยู่ระหว่างทบทวน (ร่าง) พระราชบัญญัติการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ซึ่งมีการเพิ่มเติมในส่วนของการกำหนดราคาคาร์บอน (Carbon pricing) โดยตั้งแต่ปี พ.ศ. 2559-2566 การซื้อขายคาร์บอนเครดิตภายในตลาดคาร์บอนของประเทศไทยภายใต้กลไก T-VER มีราคาเฉลี่ยต่อตันอยู่ที่ 20-218 บาทต่อตันคาร์บอนไดออกไซด์เทียบเท่า ในช่วง 2 เดือนแรกของปี พ.ศ. 2566 ซึ่งขึ้นอยู่กับประเภทของพลังงานหมุนเวียน

2. ความรู้พื้นฐานไฮโดรเจน และแนวทางการใช้งานเพื่อรองรับการลดสภาวะโลกร้อน

2.1 ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับไฮโดรเจน

          ไฮโดรเจนเป็นก๊าซที่ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น เป็นธาตุลำดับที่ 1 ในตารางธาตุ โดยไฮโดรเจนนับเป็นแหล่งพลังงานที่มีประสิทธิภาพในการให้ความร้อนสูง และไม่ก่อให้เกิดมลภาวะทางอากาศ เนื่องจาก ไฮโดรเจนมีค่าความร้อน (thermal value) ที่สูงกว่าน้ำมันเตา (fuel oil) และก๊าซธรรมชาติ (natural gas) ที่สำคัญในการเผาไหม้ของไฮโดรเจนนั้นไม่มีการปลดปล่อยก๊าซหรือสารพิษใดๆ ที่มีผลเสียต่อสิ่งแวดล้อม และสภาพภูมิอากาศ

          นอกจากนี้ การกักเก็บไฮโดรเจนก็สามารถทำได้ง่าย ส่งผลให้สามารถนำพลังงานไฟฟ้าส่วนเกินไปใช้ประโยชน์ได้ ถึงแม้ว่า ไฮโดรเจนจะมีคุณสมบัติที่ดีมากมาย และสามารถช่วยแก้ปัญหาสภาวะการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศได้ (Climate Change) แต่กระบวนการผลิตไฮโดรเจนนั้นก็ยังคงต้องมีการศึกษาและเฝ้าติดตามอย่างรอบคอบ

          ห่วงโซ่มูลค่า (Value Chain) ของเชื้อเพลิงไฮไดรเจน ตั้งแต่การผลิต (จากพลังงานหมุนเวียน หรือเชื้อเพลิงฟอสซิล) การขนส่ง (ผ่านระบบท่อส่งก๊าซ หรือทางรถบรรทุก หรือเรือขนส่ง) การจำหน่ายหรือการกักเก็บ จนถึงผู้ใช้งาน สามารถแสดงได้ดังรูป

รูปที่ 2 ห่วงโซ่มูลค่า (Value Chain) ของเชื้อเพลิงไฮไดรเจน

ที่มา: https://www.chfca.ca/wp-content/uploads/2020/08/IHS-Markit-Hydrogen-and-Renewable-Gas-Forum-Introduction-July-2020.pdf

2.2 ประเภทของไฮโดรเจนแบ่งตามสี

          ถึงแม้ในความเป็นจริงนั้น ไฮโดรเจนเป็นก๊าซที่ไม่มีสี แต่ไฮโดรเจนสามารถถูกจำแนกออกได้เป็นทั้งหมด 7 สีตามปริมาณความเข้มข้นของคาร์บอนในกระบวนการผลิต และปริมาณก๊าซเรือนกระจก (greenhouse gas) ที่ถูกปลดปล่อยออกมาต่อทุกๆ 1 กิโลกรัมของไฮโดรเจนที่ผลิตได้ ดังต่อไปนี้

รูปที่ 3 สรุปกระบวนการผลิตไฮโดรเจนแบ่งตามสีและผลพลอยได้

ที่มา: https://broadleaf.com.au/resource-material/the-colour-of-hydrogen/

คุณสมบัติ

ไฮโดรเจนสีเขียว

 

ไฮโดรเจนสีฟ้า

ไฮโดรเจนสีเทา

แหล่งพลังงาน

พลังงานหมุนเวียน

ไฮโดรคาร์บอน: ก๊าซธรรมชาติ

ไฮโดรคาร์บอน:

ก๊าซธรรมชาติ

วัตถุดิบ

น้ำ

ไฮโดรคาร์บอน: ก๊าซธรรมชาติ

ไฮโดรคาร์บอน:

ก๊าซธรรมชาติ

เทคโนโลยี

การแยกน้ำด้วยไฟฟ้า (Water Electrolysis)

Reforming + CCS

 

Reforming

 

ผลพลอยได้

ออกซิเจน

ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ + กักเก็บ

ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

National environmental footprint

น้อยที่สุด

ต่ำ

ปานกลาง หรือสูง

ตารางที่ 2 คุณสมบัติของไฮโดรเจนสีเขียว สีฟ้า และสีเทา

คุณสมบัติ

ไฮโดรเจนสีชมพู

 

ไฮโดรเจนสีเขียวฟ้าทะเล

(สีเทอร์ควอยซ์)

ไฮโดรเจนสีน้ำตาล

แหล่งพลังงาน

นิวเคลียร์

ก๊าซธรรมชาติ

ไฮโดรคาร์บอน

วัตถุดิบ

น้ำ

ก๊าซธรรมชาติ

ถ่านหินสีน้ำตาล, biomass

เทคโนโลยี

Electrolysis

Pyrolysis

Gasification

ผลพลอยได้

ก๊าซออกซิเจน และกากนิวเคลียร์ (nuclear waste)

คาร์บอน (รูปของแข็ง)

ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์

National environmental footprint

ก๊าซเรือนกระจกใน

ปริมาณที่น้อยที่สุด และกากนิวเคลียร์

ปานกลาง

สูง

ตารางที่ 3 คุณสมบัติของไฮโดรเจนสีชมพู สีเทอร์ควอยซ์ และสีน้ำตาล

2.3 การนำไฮโดรเจนมาใช้งานในปัจจุบัน

ประเภทการใช้งานต่างๆ ของไฮโดรเจนสามารถแบ่งออกได้ดังต่อไปนี้

                   2.3.1 การกลั่นน้ำมันปิโตรเลียม

ไฮโดรเจนถูกนำมาใช้ประโยชน์ในการเปลี่ยนหรือปรับปรุงคุณภาพน้ำมันดิบเพื่อผลิตเป็นน้ำมันเชื้อเพลิง เช่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ถูกนำมาเป็นสารตั้งต้นเพื่อกำจัดสารซัลเฟอร์ในน้ำมันซึ่งเป็นสารที่ก่อให้เกิดมลพิษทางอากาศ เช่น ฝนกรด นอกจากนี้ไฮโดรเจนยังถูกนำมาใช้เป็นสารตั้งต้นในกระบวนการ Hydrodealkylation เพื่อเปลี่ยนโทลูอีนให้เป็นเบนซินและมีเทน เป็นต้น

                   2.3.2 เซลล์เชื้อเพลิง

                   ไฮโดรเจนถูกนำมาใช้ประโยชน์ในการผลิตกระแสไฟฟ้าในเซลล์เชื้อเพลิง ซึ่งจะเกิดปฏิกิริยารีดักชันและออกซิเดชันในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ทำให้เกิดเป็นกระแสไฟฟ้าขึ้น โดยถือเป็นการผลิตที่สะอาด เนื่องจากผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการผลิตคือ น้ำ และไม่มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

                   2.3.3 อุตสาหกรรมอาหาร

                   ในอุตสาหกรรมอาหารมีการเติมไฮโดรเจนเพื่อเปลี่ยนโครงสร้างของกรดไขมันไม่อิ่มตัวในไขมันสัตว์และน้ำมันพืชให้กลายเป็นกรดไขมันอิ่มตัว เพื่อใช้ในการผลิตเนยขาว เนยถั่ว และเนยเทียม เป็นต้น

                   2.3.4 เภสัชภัณฑ์

                   ในอุตสาหกรรมเภสัชภัณฑ์ได้ใช้ไฮโดรเจนเป็นสารตั้งต้นเพื่อผลิต Sorbitol ซึ่งเป็นน้ำตาลแอลกอฮอล์ ซึ่งนำไปใช้ผลิตผลิตภัณฑ์เครื่องสำอาง วัสดุประสาน และสารตึงผิว เป็นต้น

                   2.3.5 อุตสาหกรรมโลหะ

                   นอกจากนี้ยังมีการใช้ประโยชน์จากไฮโดรเจนอย่างกว้างขวางในทางวิศวกรรม โดยถูกใช้เป็นก๊าซป้องกันในการเชื่อม เช่น ในการผลิตสแตนเลส โดยปกติไฮโดรเจนจะถูกผสมกับอาร์กอนเพื่อใช้สำหรับการเชื่อม สแตนเลส นอกจากนี้ยังถูกใช้ในกระบวนการตัดโลหะต่าง ๆ

                   2.3.6 การบินและอวกาศ

                   ไฮโดรเจนเป็นหนึ่งในพลังงานทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศเนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะของก๊าซไฮโดรเจน คือ น้ำหนักเบา และ เป็นแหล่งพลังงานสะอาด ซึ่งเซลล์เชื้อเพลิง 2 ชนิดที่เป็นที่นิยมใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ คือ เซลล์เชื้อเพลิง Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) และเซลล์เชื้อเพลิง Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) 

3. ข้อจำกัดของการใช้พลังงานไฮโดรเจน

          ถึงแม้ไฮโดรเจนจะมีประโยชน์หลายประการ เช่น ไฮโดรเจนสามารถสังเคราะห์ได้จากวัตถุดิบตามธรรมชาติหลากหลายประเภท และเมื่อเกิดการเผาไหม้จะมีเพียงน้ำและออกซิเจนเท่านั้นที่เป็นผลพลอยได้โดยปราศจากการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ไฮโดรเจนยังให้ค่าพลังงานเชื้อเพลิงที่สูงกว่าค่าพลังงานชนิดอื่น และไม่ก่อให้เกิดกลุ่มควันฝุ่นละออง อีกทั้งยังสามารถประยุกต์ใช้กับงานที่ใช้พลังงานดั้งเดิมได้ แต่การใช้พลังงานไฮโดรเจนก็มีข้อจำกัดเช่นกัน ซึ่งสามารถสรุปเป็นประเด็นต่างๆ ได้ดังนี้

          3.1 การจัดเก็บและขนส่ง: เนื่องจากไฮโดรเจนเป็นธาตุที่มีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา และยังมีคุณสมบัติในการกัดกร่อน จึงทำให้ยากที่จะเก็บและขนส่ง

          3.2 ต้นทุนสูง: ในการผลิตพลังงานไฮโดรเจนสีเขียว ซึ่งปราศจากการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า Electrolyzer ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนโดยใช้กระแสไฟฟ้า โดยอุปกรณ์นี้มีต้นทุนสูง แต่ราคาของอุปกรณ์ดังกล่าวก็มีแนวโน้มที่จะลดลงเรื่อย ๆ

          3.3 การใช้เทคโนโลยีขั้นสูง: ในการเปลี่ยนวิธีผลิตกระแสไฟฟ้าจากการใช้ก๊าซธรรมชาติมาใช้พลังงานไฮโดรเจนจำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีขั้นสูงขึ้นเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพ         

4. การขนส่งและการกักเก็บไฮโดรเจน

          4.1 ท่อส่งผ่านก๊าซไฮโดรเจน (Pipelines)

การขนส่งก๊าซไฮโดรเจนผ่านท่อขนส่งนับเป็นวิธีที่คุ้มค่าที่สุดสำหรับการขนส่งระยะทางไกล (ระยะทางสูงสุดที่ 2,000 กิโลเมตร) ท่อส่งผ่านก๊าซไฮโดรเจนได้รับความนิยมใช้กันแพร่หลายทั่วโลก โดยครอบคลุมระยะทางไกลกว่า 2,500 กิโลเมตรในประเทศสหรัฐอเมริกา และกว่า 1,000 กิโลเมตรในทวีปยุโรป การลดค่าใช้จ่ายในการขนส่งไฮโดรเจนมีความจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องทำการศึกษาวิจัยเพื่อปรับเปลี่ยนดัดแปลงท่อขนส่งก๊าซธรรมชาติให้สามารถรองรับการขนส่งก๊าซไฮโดรเจนได้ ซึ่งวิธีนี้มีความเป็นไปได้สูงมาก เนื่องจากจำนวนท่อขนส่งก๊าซธรรมชาติมีมากกว่าท่อขนส่งไฮโดรเจนถึง 3 ล้านกิโลเมตรทั่วโลก โครงการ Re-Stream ในปี 2023 ได้มีการประมาณการว่าท่อขนส่งนอกชายฝั่ง (offshore pipeline) สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ (re-use) ได้อีกโดยยึดตามมาตรฐานเดิม สำหรับกรณีท่อขนส่งบนฝั่ง (onshore pipeline) ในยุโรปมีการประมาณการว่า 70% ของท่อสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ (re-use) และอีก 30% ที่เหลือจำเป็นต้องมีการศึกษา วิจัย ทดสอบ และพัฒนาเพิ่มเติมต่อไป

รูปที่ 4 ท่อส่งผ่านก๊าซไฮโดรเจน (Pipelines)

ที่มา: https://www.innovationnewsnetwork.com/north-sea-green-hydrogen-pipeline-project-seeks-pci-status-from-european-commission/29185/

4.2 การกักเก็บไฮโดรเจน

          หนึ่งในประเด็นสำคัญที่ต้องพิจารณาในระบบการขนส่งไฮโดรเจนคือ กระบวนการกักเก็บไฮโดรเจน ซึ่งสามารถทำได้ทั้ง 3 สถานะ คือ ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ ในอดีตนั้น การใช้ประโยชน์จากไฮโดรเจนเป็นไปในรูปแบบคงที่มาโดยตลอด (ตาม baseload) ซึ่งส่วนมากมาจากไฮโดรเจนสีเทา แต่ในยุคเปลี่ยนผ่านทางพลังงานนั้น การใช้ประโยชน์จากไฮโดรเจนจะมีความหลากหลายมากขึ้น เช่น การใช้ไฮโดรเจนในภาคขนส่ง การให้ความร้อน และการผลิตกระแสไฟฟ้า เป็นต้น นอกจากนี้ การผลิตไฮโดรเจนสีเขียวจากพลังงานหมุนเวียนที่มีความผันผวนสูงจะส่งผลให้การผลิตไฮโดรเจนไม่คงที่ ระบบกักเก็บไฮโดรเจนจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะช่วยทำให้เกิดสมดุลระหว่างอุปสงค์และอุปทาน ระบบกักเก็บไฮโดรเจนมี 2 ประเภทหลักๆ ได้แก่ ถังเก็บไฮโดรเจน (storage tank) และที่จัดเก็บใต้ดิน (underground storage) ซึ่งการเลือกประเภทของระบบกักเก็บไฮโดรเจนที่เหมาะสมที่สุดนั้นจะขึ้นอยู่กับกฎเกณฑ์ของโครงการ (specification) เช่น ปริมาตรของไฮโดรเจน และระยะเวลาในการกักเก็บ เป็นต้น

                    4.2.1 ถังเก็บไฮโดรเจน (Storage Tank)

                                ถังเก็บไฮโดรเจนสามารถนำมาใช้กักเก็บก๊าซไฮโดรเจนหรืออนุพันธ์ของไฮโดรเจนได้ (hydrogen derivative) การกักเก็บไฮโดรเจนเหลวนั้นมักจะทำในกรณีเพื่อปรับสมดุลรายวันซึ่งมีอุปสงค์น้อย ตัวอย่างเช่น ก่อนและหลังการขนถ่ายออกจากเรือ หรือกลยุทธ์การกักเก็บเชื้อเพลิง ในปัจจุบัน มีการใช้ไฮโดรเจนเหลวกันทั่วโลก แต่เป็นการใช้ในสเกลขนาดเล็กและในช่วงระยะเวลาที่สั้น สำหรับถังเก็บขนาดใหญ่นั้นกำลังได้รับการวิจัยพัฒนา แต่การสร้างถังเก็บระยะยาวไม่ใช่เรื่องง่าย มีความซับซ้อนมาก เนื่องมาจากปัญหาการเดือดหายไป (boil-off) ค่าใช้จ่ายที่สูง และความไม่แน่นอนในอนาคตของรูปแบบของไฮโดรเจนที่จะเข้ามามีบทบาทสำคัญในตลาด

                   ถังเก็บก๊าซไฮโดรเจนโดยทั่วไปแล้วมักจะมีปริมาตรน้อย (สูงสุดที่ 40 MWh) และใช้สำหรับการรักษาสมดุลในระยะสั้น (short-term balancing) เช่น รายนาที หรือรายชั่วโมงสำหรับแต่ละโครงการหรือโรงงาน ถังเก็บมีหลากหลายประเภท ตามขนาด วัสดุที่ใช้ทำ และแรงดันที่แตกต่างกันไป เนื่องจากปริมาตรความจุที่ต่ำ ทำให้ถังเก็บไฮโดรเจนประเภทนี้มีค่าใช้จ่ายต่อหนึ่งหน่วยไฮโดรเจนที่สูง และมักถูกมองว่า เมื่อพิจารณาในแง่มุมเชิงเศรษฐศาสตร์จะไม่สามารถทำได้จริงในกรณีสเกลขนาดใหญ่ หรือการกักเก็บในระยะยาว

                   4.2.2 การเก็บรักษาใต้ดิน

                   อีกวิธีหลักที่นิยมใช้ในการเก็บไฮโดรเจน คือ การเก็บรักษาใต้ดินโดยใช้การก่อตัวทางธรณีวิทยาใต้ดิน (underground geological formation) แหล่งเก็บใต้ดินสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่ แหล่งกักเก็บในชั้นหินที่มีความพรุนตัวสูง (Aquifer) แลแหล่งกักเก็บที่เป็นช่องว่างใต้ดิน (cavern storage) เช่น เหมืองหินเกลือเก่า (salt dome) ที่มีการดึงหินเกลือออกและเหลือเป็นโพรงช่องว่างใต้ดิน ค่าความดันที่สามารถกักเก็บในแหล่งหินพรุนตัวจะมีค่า 60-180 bar ที่ความลึก 1,000 เมตร

                   การเก็บรักษาใต้ดินเป็นวิธีที่เหมาะสมกับการเก็บไฮโดรเจนในสเกลขนาดใหญ่ และระยะยาวเนื่องจากมีความจุในการเก็บที่สูงกว่าของ storage tank สำหรับค่าใช้จ่ายในการเก็บไฮโดรเจนต่อหนึ่งหน่วยไฮโดรเจนที่เก็บใต้ดินจะน้อยกว่ากรณีของ storage tank เนื่องจากปริมาตรความจุที่มากกว่า แต่กรณีการเก็บใต้ดินนั้นจะมีมูลค่าการลงทุนที่สูงกว่า ในปัจจุบัน เริ่มมีเทคโนโลยีการเก็บรักษาใต้ดินแบบจำลอง (artificial underground storage) เช่น หลุมเจาะลึกลงใต้ดินแนวตั้ง (lined vertical bore hole) ซึ่งสามารถปรับความดันได้ แต่ก็ยังคงไม่ได้มีความพร้อมมากนัก

                   ปัจจุบันมีการก่อตัวทางธรณีวิทยา (geological formation) หลากหลายรูปแบบที่กำลังอยู่ระหว่างการพิจารณาเพื่อนำไปใช้ในการเก็บรักษาไฮโดรเจน การใช้เหมืองหินเกลือเก่า (salt cavern) เป็นวิธีที่ได้รับความนิยมที่สุด และมีการใช้ทั่วโลกมาหลายทศวรรษใน 4 โครงการทั่วทวีปยุโรปและอเมริกาเหนือ แหล่งกักเก็บในชั้นหินที่มีความพรุนตัวสูง (aquifer) และบ่อน้ำมันและก๊าซธรรมชาติที่หมดอายุการใช้งานก็กำลังอยู่ภายใต้การพิจารณา ซึ่งข้อดีคือ พวกแหล่งดังกล่าวมีมากมายทั่วโลก แต่ความพร้อมทางด้านเทคโนโลยีก็ยังคงไม่พร้อมมากนัก แหล่งเก็บไฮโดรเจนเหล่านี้ประสบกับปัญหาด้านการรั่วไหล และเชื้อจุลินทรีย์ที่จะส่งผลให้ปริมาณก๊าซไฮโดรเจนที่สามารถนำมาใช้งานได้มีน้อยลงไปอีก ณ ตอนนี้ทางทีมนักวิจัยได้มีการศึกษาวิจัยเพื่อค้นหาสภาวะของแหล่งเก็บไฮโดรเจนที่ช่วยในการลดความเสียหายแก่ไฮโดรเจนให้น้อยที่สุด แต่ก็ยังคงอยู่ในระยะแรกของการพัฒนาเท่านั้น ซึ่งหมายความว่า เหมืองหินเกลือจะเป็นตัวเลือกหลักในอนาคต

รูปที่ 5 ถังเก็บไฮโดรเจน (Storage Tank)

ที่มา: https://www.nasa.gov/feature/kennedy-plays-critical-role-in-large-scale-liquid-hydrogen-tank-development

รูปที่ 6 การเก็บรักษาไฮโดรเจนใต้ดิน

ที่มา: https://www.lyellcollection.org/doi/10.1144/SP528-2022-88

ฝ่ายนวัตกรรมและพัฒนาการกำกับกิจการพลังงาน

สำนักงานคณะกรรมการกำกับกิจการพลังงาน

สิงหาคม 2566

 

ข้อมูลอ้างอิง

 “Renewable Power-to-Hydrogen”, Innovation Landscape Brief, International Renewable Energy Agency (IRENA), 2019.

“Hydrogen and Renewable Gas Forum: An introduction to IHS Markit research to date and the ongoing workplan”, 2020 (https://www.chfca.ca/wp-content/uploads/2020/08/IHS-Markit-Hydrogen-and-Renewable-Gas-Forum-Introduction-July-2020.pdf)

 

Embed
คัดลอกสำเร็จ