"เชื้อเพลิงไฮโดรเจน" อาจไม่ดีจริง ดังที่เคยฝัน

ถ้าไฮโดรเจนรวมตัวกับ CO2 หรือก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (ก๊าซเรือนกระจกตัวที่สำคัญที่สุด) ที่ตรึงมาได้โดยตรงฟรีๆ จากอากาศ ก็สามารถผลิตเป็นเชื้อเพลิงสังเคราะห์ที่มีความเป็นกลางทางคาร์บอนได้ รวมทั้งเป็น feed stock ไว้ผลิตสารเคมีและพลาสติกที่เป็นกลางทางคาร์บอนได้อีกด้วย จึงนับเป็นข้อดีซ้อนข้อดีของเชื้อเพลิงไฮโดรเจนนี้

ผมจึงชอบที่จะผลักดันให้สิ่งนี้เกิดขึ้น แต่อย่างไรก็ตาม ผมได้พบบทความภาษาอังกฤษที่เพื่อนร่วมวิชาชีพแชร์มา ฝรั่งเจ้าของบทความนั้นได้กล่าวเตือนอย่างมีเหตุผลว่าอย่ามองไฮโดรเจนแบบโลกสวยเกินไปนัก ผมจึงอยากนำข้อคิดนี้มาให้รับรู้กัน เพื่อจะได้เตรียมตัวและไม่ถลำกันมากและเร็วเกินไป

เชื้อเพลิงไฮโดรเจนมีหลายเกรด มักนิยมเรียกเป็นสี เช่น ไฮโดรเจนเทา น้ำเงิน เขียว เรียงจากความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมจากน้อยไปหามาก ศ.แอนโทนี แพตต์ เจ้าของบทความภาษาอังกฤษดังกล่าวได้รายงานว่า การนำเชื้อเพลิงไฮโดรเจนมาใช้จริงยังมีความเสี่ยงที่ต้องพิจารณาอยู่บ้าง ดังนี้

ความเสี่ยงที่ 1 การกักเก็บไฮโดรเจนที่ 1.ต้องใช้พลังงานปริมาณมากมาเพิ่มความดันในถังเก็บหรือลดอุณหภูมิของไฮโดรเจนลง และ 2.โมเลกุลขนาดเล็กมากของไฮโดรเจนสามารถแพร่ผ่านเนื้อวัสดุต่างๆ จึงกักเก็บได้ยาก 

ในปัจจุบันจึงมีแนวคิดที่จะหาวัสดุเล็กมาก ระดับนาโน มาทำเป็น “ภาชนะ” กักเก็บไฮโดรเจน หรือไม่ก็เปลี่ยนไฮโดรเจนให้ไปอยู่ในรูปสารเคมีชนิดอื่นที่กักเก็บได้ง่ายขึ้น แต่เทคโนโลยีเหล่านี้ยังอยู่ในขั้นเริ่มต้นเท่านั้น การกักเก็บไฮโดรเจน ณ ขณะนี้จึงมีราคาสูง จนไม่นำมาพิจารณาร่วมด้วยไม่ได้

ความเสี่ยงที่ 2 การผลิต ปัจจุบันไฮโดรเจนเกือบทั้งหมดผลิตจากก๊าซธรรมชาติ ซึ่งมีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่บรรยากาศในปริมาณมาก เชื้อเพลิงไฮโดรเจนชนิดนี้เราเรียกว่า “ไฮโดรเจนเทา” ซึ่งไม่ควรนำมาใช้และถ้าจะใช้ก็จำเป็นต้องลดการใช้ลง ด้วยเหตุผลที่ปล่อยก๊าซคาร์บอนฯ ออกมามากดังที่กล่าวมา

เชื้อเพลิงไฮโดรเจนตัวต่อไปที่จะพูดถึงคือ ไฮโดรเจนน้ำเงิน ซึ่งก็ผลิตจากก๊าซธรรมชาติเช่นกัน แต่ในกรณีนี้ก๊าซคาร์บอนที่ออกมาจากการผลิตไฮโดรเจนจะถูกจับหรือ capture เอาไว้ และนำไปกักเก็บไว้ในใต้ดินอย่างถาวร แทนที่จะปล่อยทิ้งออกไป กรณีจึงดีกว่าไฮโดรเจนเทา

แต่เป็นที่น่าเสียดายที่ในขั้นตอนการผลิตก็ยังมีการรั่วของตัวแก๊สธรรมชาติ (ไม่ใช่ CO2) ออกมาในปริมาณมากอยู่ดี และองค์ประกอบของก๊าซธรรมชาติเหล่านี้ส่วนใหญ่คือ ก๊าซมีเทน (CH4) ซึ่งเป็นตัวทำอันตรายต่อโลกยิ่งกว่าก๊าซคาร์บอนถึง 28 เท่า

วิธีที่ดีที่สุดคือการใช้ “ไฮโดรเจนเขียว” ซึ่งผลิตโดยใช้พลังงานไฟฟ้าเฉพาะที่ผลิตออกมาจากแหล่งพลังงานที่เป็นกลางทางคาร์บอน เช่น พลังงานแดด พลังงานลม มาตั้งแต่เริ่มเท่านั้น กระบวนการการผลิตไฮโดรเจนเขียวนี้ทำได้โดยใช้พลังงานไฟฟ้าที่ได้มาอย่างเป็นกลางทางคาร์บอนที่ว่านั้น มาแยกน้ำหรือ H2O ออกเป็น 2 ส่วนคือไฮโดรเจน (เขียว) และออกซิเจน 

อย่างไรก็ตาม วิธีนี้มีผลิตภาพไม่สูง เพราะผลสุดท้ายเมื่อนำไฮโดรเจนเขียวนี้มาใช้จริง พลังงานที่ได้จากเชื้อเพลิงไฮโดรเจนก็ต้องหักปริมาณพลังงานที่ใช้ในการผลิตไฟฟ้าตั้งต้นนั้นออกไปก่อน ทำให้สุทธิแล้วเหลือพลังงานใช้ได้จริงเพียงแค่ไม่ถึงครึ่ง

ความเสี่ยงที่ 3 การรั่วของไฮโดรเจน นับจนถึงเมื่อไม่นานมานี้การรั่วของเชื้อเพลิงไฮโดรเจน มักถูกมองว่าเป็นเพียงเรื่องของความสูญเสียทางเศรษฐกิจ แต่ความจริงแล้วมีอะไรที่ต้องพิจารณามากกว่านั้น

กล่าวคือ ในบรรยากาศทั่วไปมีสารเคมีชนิดหนึ่งที่มีชื่อทางวิทยาศาสตร์ว่า “ไฮดรอกซิลเรดิคอล” (OH radicals) สารเคมีนี้สามารถควบคุมก๊าซพิษบางชนิดรวมถึงก๊าซมีเทนด้วย แต่น่าเสียดายที่มีสารเคมีนี้ในบรรยากาศไม่มากนัก 

เมื่อไฮโดรเจนรั่วออกไปก็จะทำปฏิกิริยากับไฮดรอกซิลเรดิคอล ทำให้เหลือเรดิคอลไปทำปฏิกิริยากับก๊าซมีเทนน้อยลง นั่นหมายความว่าจะมีก๊าซมีเทนคงอยู่ในบรรยากาศเป็นระยะเวลานานขึ้น ซึ่งมีผลสืบเนื่องทำให้การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศเลวลงได้มากขึ้น เพราะก๊าซมีเทนนี้มีผลต่ออุณหภูมิโลกมากกว่าก๊าซคาร์บอนถึง 28 เท่าเมื่อเทียบกันปอนด์ต่อปอนด์

นักวิจัยหลายคนได้ประเมินข้อดีของไฮโดรเจนหลายชนิดภายใต้ฉากทัศน์ต่างๆ กัน ฉากทัศน์ที่ใช้ไฮโดรเจนเขียวภายใต้สมมติฐานว่ามีการรั่วของไฮโดรเจนต่ำ ชี้ให้เห็นว่าไฮโดรเจนมีข้อดีมากกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิล

แต่ถ้าเมื่อไรก็ตามที่เอาไฮโดรเจนน้ำเงินเข้ามาร่วมด้วยในส่วนผสมโดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่ผลิตไฮโดรเจนเขียวได้ไม่ทันตามความต้องการ อัตราการรั่วของไฮโดรเจนจะสูงขึ้น ผลประโยชน์ที่ได้จะลดลง และในบางกรณีแทบจะไม่เหลือเลยด้วยซ้ำ 

ยกตัวอย่าง เช่น จากสภาพที่มีไฮโดรเจนน้ำเงิน 30% และอัตราการรั่วมากกว่า 3% จะทำให้มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในระยะเวลา 20 ปี มากกว่าตัวเชื้อเพลิงฟอสซิลตั้งต้นเองเสียด้วยซ้ำ

คำถามต่อมาคือ ไฮโดรเจนที่รั่วออกไปจริงๆ นี้มีสัดส่วนเท่าไรแน่ คำตอบคือไม่มีใครรู้ เพราะงานวิจัยในด้านนี้มีน้อยมาก แต่ก็มีเหตุผลที่พอจะเชื่อได้ว่าไฮโดรเจนสามารถรั่วได้มากกว่าก๊าซธรรมชาติ นักวิจัยบางคนประเมินว่าการรั่วของก๊าซธรรมชาติมีมากกว่า 3%

ส่วนงานวิจัยที่ลงลึกมากที่สุดในปัจจุบันชี้ให้เห็นว่า อัตราการรั่วของไฮโดรเจนอาจมากถึง 2.9-5.6% และอาจจะมากกว่านั้นด้วยซ้ำ เชื้อเพลิงไฮโดรเจนนั้นดีแน่ มีผลเสียต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศน้อยกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิลทุกชนิด แต่ในข้อเด่นของเชื้อเพลิงไฮโดรเจนนี้ก็ยังมีข้อห่วงที่ต้องร่วมกันวิเคราะห์ให้ถูกต้องก่อนที่จะนำพาประเทศเดินหน้าเต็มตัวไปกับสิ่งนี้

*เรียบเรียงจากบางส่วนของบทความ Hydrogen : handle with care โดย Anthony Patt ศาสตราจารย์ทางนโยบายภูมิอากาศ, มหาวิทยาลัย ETH Zurich, 24 ม.ค.2024