เรื่องงงๆ ของคนรักษ์โลก กับเครื่องยนต์ไฮโดรเจน 2 แบบ

เมื่อพูดถึง ไฮโดรเจน ธาตุหมู่ 1 สถานะเป็นก๊าซ ที่กลายมาเป็นเชื้อเพลิงแห่งยุคที่ผู้คนรอคอย แต่ยังมีคนจำนวนมากที่อาจจะยังสับสน ทำให้ต้องถกกันเรื่อง Hydrogen Combustion Engine VS FCEV

คำถามคือ ทำไมเราถึงต้องมาคุยกันเรื่องของ พลังงานจากไฮโดรเจน กันอีกรอบ แน่นอนทุกคนต่างรู้กันดีว่ามันคือพลังงานแห่งอนาคตและเป็นตัวจบของหลายอุตสาหกรรม ซึ่งอาจจะรวมถึงอาจจะคือตัวแทนของรถยนต์ไฟฟ้าสำหรับบางรูปแบบของการคมนาคมขนส่ง

แต่ดูเหมือนว่ามีความเข้าใจผิดในตัวของเทคโนโลยีที่ถูกนำมาใช้กับพลังงานไฮโดรเจน โดยเฉพาะกับในรถยนต์ที่วันนี้มีหลายบริษัทผู้ผลิตรายสำคัญของโลก นำขบวนโดย Toyota ที่ผลักดันมาในช่วงกว่าทศวรรษที่ผ่านมา แต่ในเชิงลึกกลับไม่ค่อยมีใครพูดถึงรูปแบบของเทคโนโลยีที่ถูกนำเสนอว่าแตกต่างกันอย่างไร

ทำให้วันนี้เราต้องมาทำความเข้าใจกับ 2 รูปแบบของเทคโนโลยีไฮโดรเจน ที่แม้ว่า Input ของมันคือ H₂ หรือ ไฮโดนเจนเหลว แต่กระบวนการที่ได้มาซึ่งพลังงานในการขับเคลื่อนนั้นต่างกันโดยสิ้นเชิง

Hydrogen Combustion Engine

อย่างแรก ไม่ว่าจะเรียกว่า hydrogen combustion engine หรือ hydrogen internal combustion engine (H2ICE) อะไรก็ตามมันก็คือเครื่องยนต์ปกติธรรมดาที่กินไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง เหมือนอย่างที่เราคุ้นชินกับการใช้ก๊าซธรรมชาติเหลวไม่ว่าจะเป็น LPG หรือ CNG รวมถึงกับการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลนั่นเอง

เพียงแต่ ไฮโดรเจน ที่นำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงนั้นจะถูกเก็บไว้ในถังแรงดันสูงคล้ายกับถังน้ำมัน เมื่อเครื่องยนต์ถูกสตาร์ท ตัวไฮโดรเจนจะวิ่งจากถังเข้าสู่ห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์เพื่อทำการผสมเข้ากับอากาศ หลังจากนั้นส่วนผสมจะถูกบีบอัดอยู่เหนือลูกสูบผลก็คือการระเบิดพลังงานออกมา ในปริมาณที่มากพอที่จะดันลูกสูบจากกระบวนการสันดาป เพื่อส่งพลังไปหมุนเพลา อ่านถึงตรงนี้มันคือหลักการทำงานของเครื่องยนต์เชื้อเพลิงดีเซลปกตินี่เอง

จุดแตกต่างของเครื่องยนต์สันดาปในด้วยไฮโดนเจนเมื่อเทียบกับระบบที่ใช้น้ำมันเชื้อเพลิงปกติ อย่างแรกคือเครื่องยนต์ไฮโดรเจนนั้นให้มลพิษที่ต่ำกว่า เพราะโดยหลักแล้วของเหลือที่ได้จากกระบวนการสันดาปนั้นคือ ไอน้ำ แต่อย่าเพิ่งดีใจเพราะยังมี Nitrogen Oxides (NOx) ตามออกมาจากกระบวนการสันดาปที่มีอุณหภูมิสูง แม้จะในปริมาณเล็กน้อยก็ตาม

สอง ไฮโดรเจน นั้นไวไฟกว่าน้ำมันเบนซินและดีเซลมาก ทำให้สามารถเผาไหม้ได้สะอาดและเร็วกว่า จุดนี้ทำให้ต้องมีการออกแบบห้องเผาไหม้ ระบบฉีดเชื้อเพลิงรวมถึงรูปแบบและจังหวะในการจุดระเบิดใหม่ทั้งหมด แถมด้วยการที่ ไฮโดรเจน ติดไฟได้ง่ายกว่าทำให้ต้องคิดไปถึงเรื่องของการป้องกันและอุปกรณ์ด้านความปลอดภัยเฉพาะเพื่อให้สามารถจัดการและจัดเก็บเชื้อเพลิงได้อย่างปลอดภัย

มากไปกว่านั้น เครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจนอาจต้องการระบบหล่อลื่นที่ดีกว่าเดิม เนื่องจากไฮโดรเจนมีความหนืดต่ำกว่าเชื้อเพลิงแบบดั้งเดิม ทำให้วัสดุที่นำมาใช้อาจจะไม่ใช่อลูมิเนียมก็เป็นไปได้ โดยจำเป็นต้องมองหาโลหะที่ไฮโดรเจนจะไม่ไปสร้างความเสียหายได้ อย่างที่เมื่อก่อนเราอาจจะเคยได้เห็นเครื่องยนต์ดีเซลที่ถูกปรับแต่งจนมีกำลังมากเกินจนสร้างความเสียหาย ไฮโดรเจน ก็จะมีลักษณะที่ต้องระวังในเรื่องนี้เช่นกัน

มีข้อดี ก็ต้องมีข้อจำกัดอยู่บ้าง นั่นคือโครงสร้างพื้นฐานการผลิตและจำหน่ายไฮโดรเจนยังไม่แพร่หลายเท่าที่ควร และยังไม่ได้รับการพัฒนาอย่างดีเท่ากับสถานีเติมน้ำมันทั่วไปสำหรับน้ำมันเบนซินหรือดีเซล

อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจนสามารถใช้เป็นเทคโนโลยีช่วงเปลี่ยนผ่าน ซึ่งช่วยให้สามารถรวมไฮโดรเจนเป็นแหล่งเชื้อเพลิงอย่างค่อยเป็นค่อยไป ในขณะที่ใช้ประโยชน์จากยานพาหนะที่มีอยู่และการลงทุนด้านโครงสร้างพื้นฐาน ปัจจุบันเหลือผู้ผลิตเพียงไม่กี่รายที่ยังคงพัฒนาบนเทคโนโลยีนี้อยู่ นั่นคือ Toyota น่าจะเพราะบริษัทนั้นคงมีคู่ค้าและพันธมิตรที่ยังพัฒนาเทคโนโลยีตามไปไม่ทัน

FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle)

FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) คือรถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิงเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าป้อนสู่ระบบขับเคลื่อน โดยใช้ไฮโดรเจนเป็นแหล่งเชื้อเพลิง FCEV นำเสนอทางเลือกที่สะอาดและมีประสิทธิภาพสำหรับรถยนต์เครื่องยนต์สันดาปภายในทั่วไปและรถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่ (BEV) (อันนี้ยังเป็นประเด็นที่ถกเถียงกันอยู่)

จะว่าไปหัวใจของ FCEV นั้นคือชุดแผงผลิตพลังงาน ประกอบด้วยเซลล์เชื้อเพลิงหลายเซลล์ที่มีเมมเบรนอิเล็กโทรไลต์ประกบอยู่ระหว่างแอโนด (ขั้ว +) และแคโทด (ขั้ว -) หลักการคือเมื่อก๊าซไฮโดรเจนถูกจ่ายให้กับขั้วบวกและออกซิเจนจากอากาศถูกจ่ายให้กับขั้วลบ ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าจะเกิดขึ้น ทำให้โมเลกุลของ ไฮโดรเจน แยกออกเป็นโปรตอนและอิเล็กตรอน โดยโปรตอนจะหลุดผ่านตะแกรงอิเล็กโทรไลต์ออกไป ในขณะที่อิเล็กตรอนจะถูกกักเก็บไว้เพื่อจับเข้ากับอะตอมของออกซิเจน ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า ของเหลือที่ออกมาจากกระบานการนี้คือ ละอองของน้ำบริสุทธิ์

กระแสไฟฟ้าที่ได้จากแผงผลิตพลังงานนั้นจะนำมาใช้ให้พลังงานกับมอเตอร์ไฟฟ้าในการขับเคลื่อนรถยนต์ โดยทั่วไปแล้ว FCEV จะมีแบตเตอรี่ขนาดเล็กไว้ทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์และช่วยในการส่งพลังงานออกมาระหว่างการเร่งความเร็วหรือในสถานการณ์ที่มีความต้องการเร่งความเร็วฉับพลัน แบตเตอรี่ยังใช้สำหรับการกักเก็บพลังงานจากการชะลอความเร็วและเบรก โดยเป็นการเก็บเอาพลังงานจากการหมุนกลับของมอเตอร์มากักไว้ไม่ให้สูญเปล่า

ข้อดีของ FCEV ก็คือยานยนต์ที่มีประสิทธิภาพด้านพลังงานที่สูงกว่า การแปลงไฮโดรเจนเป็นพลังงานไฟฟ้าในเซลล์เชื้อเพลิงมีประสิทธิภาพมากกว่ากระบวนการเผาไหม้ไฮโดรเจนในเครื่องยนต์สันดาป ซึ่ง FCEV ยังมีระยะการขับขี่ที่ไกลกว่าเมื่อเทียบกับรถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่ส่วนใหญ่ เนื่องจากความสามารถในการบรรจุพลังงานของไฮโดรเจนนั้นสูงกว่าเทคโนโลยีแบตเตอรี่ในปัจจุบันอย่างมาก

อีกข้อได้เปรียบที่ดูเหมือนว่า รถยนต์ไฟฟ้าแบบแบตเตอรี่ จะยังเป็นรองอยู่ก็คือ ระยะเวลาที่ใช้ในการเติมเชื้อเพลิงขับเคลื่อนเข้าไปใหม่นั่นเอง โดยที่รถยนต์ FCEV นั้นใช้เวลาในการเติมไฮโดรเจน(ในกรณีมีปั๊มให้เติม) ด้วยเวลาไม่ต่างจากการเติมน้ำมันทั่วไป แต่สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าอย่างน้อยก็ต้องรออย่างน้อย 30 นาที แต่ในอีกมุมสำหรับคนขับรถคือช่วงเวลาที่มากพอให้มีความสุขกับกาแฟสักแก้ว

Hydrogen Combustion Engine VS FCEV

ก่อนจบเรายกทั้งสองเทคโนโลยีไฮโดรเจนมาเทียบกันดีกว่าว่า อะไรดี อะไรเด่น

แน่นอนในเรื่องเข้าใจง่าย ดูแลทั่วถึง คนไทยก็คงเทคะแนนไปให้  Hydrogen Combustion Engine ก่อน เพราะมันดูเหมือนหรือคล้ายกับที่เราใช้กันอยู่ และดูพอเป็นเทคโนโลยีที่คนไทยส่วนใหญ่พอจะเข้าถึงได้ไม่ยาก เพิ่มเติมด้วยเทคนิคใหม่ๆ

แต่สำหรับ FCEV แม้ว่าจะดูล้ำสมัยไฮเทค แต่ด้วยความเป็นเทคโนโลยียุคใหม่บวกกับความสลับซับซ้อนและจำนวนอุปกรณ์ที่ไม่ได้มีมากเหมือนอย่างเช่นเครื่องสันดาปในเหมือนในอดีต ทำให้สามารถร่นระยะเวลาในการเรียนรู้ให้สั้นลงได้

สรุปก็คือ ณ ตอนนี้ อาจคงยังไม่ได้เห็นอะไรที่ชัดเจนว่าอะไรดีกว่า แต่บทสรุปของตอนนี้ก็คือ ความแตกต่างระหว่างสองเรื่องนี้ก็คือวิธีของการผลิตพลังงาน และรูปแบบของแต่ละเทคโนโลยีที่ใช้ ไฮโดรเจน เป็นเชื้อเพลิงเหมือนกัน แบบหนึ่งมีของเสียปะบนออกมาเล็กน้อย แต่อีกแบบเรียกว่า ตัวตึง เรื่องสิ่งแวดล้อม เพราะเหลือน้ำออกมาจากระบบล้วนๆ

สุดท้ายรอวันที่ เทคโนโลยี ถึงวันที่พร้อมกลายเป็นรถยนต์ของจริงให้เราได้เป็นเจ้าของ วันนั้นค่อยมาเลือกกันอีกทีว่าแบบไหนเหมาะกับใครก็ยังไม่สาย ขอให้มาจริง ที่เหลือค่อยว่ากัน

สำหรับท่านที่ติดตามและสนใจ ความก้าวหน้าทางด้านยานยนต์ไฟฟ้าและพลังงานทางเลือก สามารถอ่านเพิ่มเติมได้ ที่นี่