เครื่องผลิต “ไฮโดรเจน” จาก “รถตุ๊กตุ๊กเอทานอล” ทางเลือกใหม่ของพลังงาน

รถยนต์ไฟฟ้า (EV) เป็นพลังงานสะอาดที่ไม่มีการปลดปล่อยมลพิษซึ่งเป็นต้นเหตุของปัญหาสิ่งแวดล้อม แต่ทราบหรือไม่ว่า กว่า 70 เปอร์เซ็นต์ของพลังงานไฟฟ้าที่ไทยผลิตได้นั้น มาจากโรงไฟฟ้าที่ใช้ก๊าซธรรมชาติ โดยจัดอยู่ในกลุ่มเชื้อเพลิงฟอสซิลเช่นเดียวกับน้ำมัน

จึงเป็นที่มาของ “รถยนต์ไฮโดรเจน” ที่ได้รับการยอมรับว่าเป็น “รถยนต์พลังงานสะอาดที่สุดในโลก” เพราะไฮโดรเจนเป็นธาตุที่แทบจะไม่มีวันหมดสิ้นไปจากโลก เนื่องจากพลังงานเหล่านี้แฝงอยู่ในแต่ละโมเลกุลของสิ่งมีชีวิตและพืชพรรณ เช่น สารเคมีจำพวกไฮโดรคาร์บอน หรือในสิ่งที่เราอุปโภคและบริโภค เช่น น้ำ หรือ น้ำทะเล และสิ่งที่ได้จากการทำปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าของก๊าซไฮโดรเจน ร่วมกับก๊าซออกซิเจนที่มีอยู่ในอากาศ 

ต้นแบบรถตุ๊กตุ๊กไฟฟ้าพลังงานเอทานอล  

ณัฐพล วงศ์เยาว์ นักวิจัยจากสถาบันพัฒนาและฝึกอบรมโรงงานต้นแบบ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) คิดค้น “โครงการผลิตระบบเซลล์เชื้อเพลิงผลิตกระแสไฟฟ้าแบบเคลื่อนที่จากแอลกอฮอล์” ซึ่งได้รับการสนับสนุนทุนวิจัยจากการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) พัฒนาเทคนิคในการผลิตก๊าซไฮโดรเจนจากเอทานอล ที่สามารถผลิตได้โดยใช้อ้อยและมันสำปะหลังเป็นวัตถุดิบตั้งต้นในการผลิต 

ทั้งนี้ ได้พัฒนาระบบการผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจนจากเอทานอลโดยใช้ชุดท่อปฏิกรณ์ความร้อนสูงที่ใช้นิเกิล (Ni) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ภายใต้กระบวนการปฏิรูปด้วยไอน้ำ ในการผลิตก๊าซไฮโดรเจนในรูปแบบของ syngas (H2 CH4 CO CO2) ที่มีองค์ประกอบไฮโดรเจนมากกว่า 90% ที่มีขนาดเล็ก ติดตั้งง่าย และสามารถเคลื่อนที่ขนย้ายได้ 

โดยได้เลือกนำเครื่องผลิตไฮโดรเจนมาต่อกับเครื่องผลิตไฟฟ้า เพื่อแปลงไฮโดรเจนให้เป็นกระแสไฟฟ้าผ่านชุดเซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์แข็ง (SOFC) ที่สามารถใช้เชื้อเพลิงหลัก คือ H2 และยังสามารถใช้ CH4 และ CO ในการผลิตกระแสไฟฟ้าให้กลายเป็น “ระบบผลิตกระแสไฟฟ้าจากเอทานอลขนาดเล็ก (Minimal)” และ “นำไปติดตั้งบนรถตุ๊กตุ๊กไฟฟ้าจากพลังงานเอทานอล” 

จากต้นทุนราว 7 หมื่นบาท (ไม่รวมตัวรถ) จะสามารถผลิตก๊าซไฮโดรเจนให้แก่ชุดเซลล์เชื้อเพลิงขนาด 1 kW โดยใช้เอทานอลเฉลี่ย 0.23 l/hr และในการทดสอบการเคลื่อนที่ของรถตุ๊กตุ๊กไฟฟ้าคันนี้ที่มีน้ำหนักประมาณ 480 kg และใช้มอเตอร์ขับเคลื่อน 1 Hp สามารถวิ่งได้จริงที่ความเร็วประมาณ 20 กิโลเมตรต่อชั่วโมง

“สำหรับการนำเซลล์ผลิตไฟฟ้าจากเอทานอลไปใช้งานจริงกับรถยนต์ไฮโดรเจนเหมือนรถตุ๊กตุ๊กคันนี้ อาจต้องใช้เวลาในการพัฒนาเพื่อลดความซับซ้อนของระบบ รวมถึงการผลักดันนโยบายที่ชัดเจนจากทางภาครัฐบาล เช่นเดียวกับมาตรการสนับสนุนการใช้รถยนต์ไฟฟ้า แต่เราสามารถนำเอทานอลมาผลิตไฟฟ้าเพื่อจ่ายไฟฟ้าภายในรถยนต์ไฟฟ้าได้โดยตรง” 

จุดเด่นของระบบการผลิตไฟฟ้าจากเอทานอลที่มีขนาดเล็ก คือ สามารถเคลื่อนย้ายได้ และมีการบำรุงรักษาที่ไม่ยุ่งยาก ใช้สำหรับการนำมาแก้ปัญหาด้านพลังงานให้กับชุมชนขนาดเล็ก ๆ ในพื้นที่ห่างไกลที่ระบบสายส่งไฟฟ้ายังไปไม่ถึง หรือพื้นที่ประสบภัยพิบัติได้

“เมื่อนำชุดผลิตก๊าซไฮโดรเจนจำนวนหลายๆ ตัวมาต่อกันก็จะสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้นตามจำนวนเชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่เพิ่มขึ้น จาก 1 กิโลวัตต์ เพิ่มเป็นหลายร้อยกิโลวัตต์ ทำหน้าที่เป็นเครื่องผลิตกระแสไฟฟ้าให้กับระบบไฟฟ้าของชุมชนที่มีขนาดใหญ่ขึ้น หรือเป็นสถานีประจุไฟฟ้าสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า (EV) โดยมันทำงานได้ทั้งในเวลากลางวันและกลางคืน ต่างจากระบบโซล่าเซลล์ที่ใช้ได้เฉพาะช่วงที่มีแสงแดด”

ในส่วนของงานวิจัยในระยะต่อไปนั้น ณัฐพล อธิบายว่า จะยุบรวมระบบผลิตก๊าซไฮโดรเจนและระบบผลิตกระแสไฟฟ้าให้อยู่ในระบบเดียวกัน เพื่อเป็นการลดปริมาณชิ้นส่วนและความซับซ้อนลง ทำให้ได้ขนาดระบบรวมเล็กลง ซึ่งจะทำให้ชุดผลิตไฮโดรเจนจากเอทานอลขนาดเล็กตัวนี้มีประสิทธิภาพมากขึ้น และมีต้นทุนด้านพลังงานที่ลดลงต่อไป รวมถึงการประยุกต์ใช้งานก๊าซไฮโดรเจนกับเทคโนโลยีอื่นๆ เช่น เครื่องยนต์ หรือ ระบบเผาไหม้ความร้อนสูงที่ใช้กับภาคอุตสาหกรรม

โครงการผลิตระบบเซลล์เชื้อเพลิงผลิตกระแสไฟฟ้าแบบเคลื่อนที่จากแอลกอฮอล์ จึงเป็นอีกหนึ่งความพยายามของนักวิจัยไทยที่จะเป็นประโยชน์ต่อผู้คนหลากหลายกลุ่ม ทั้งเกษตรกรผู้ปลูกอ้อย และมันสำปะหลัง กลุ่ม SMEs ที่ผลิตแอลกอฮอล์ และกลุ่มอุตสาหกรรมโรงกลั่นแอลกอฮอล์ 

อีกทั้งยังเป็นส่วนหนึ่งของการสร้างเสถียรภาพและการพึ่งพาตนเองด้านพลังงาน ตามหลักการของ BCG พร้อมกับแสดงถึงการมีส่วนร่วมของประเทศไทยในการแก้ปัญหาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลกตามพันธสัญญาที่ให้กับประชาคมโลก (COP26) ไปพร้อมกัน