ไฮโดรเจนสีเขียว เพื่อการต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ: โอกาสและความท้าทายของเศรษฐกิจไฮโดรเจน

ไฮโดรเจนที่จะใช้เพื่อให้บรรลุเป้าหมายของการปกป้องสภาพภูมิอากาศของยุโรป

ความท้าทายที่เพิ่มขึ้นจากวิกฤตสภาพภูมิอากาศจุดประกายความสนใจในไฮโดรเจนสีเขียว (Green Hydrogen) และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้อง โดยถือเป็นอีกก้าวหนึ่งของการต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ซึ่งไฮโดรเจน (H₂) สามารถใช้เป็นวัสดุเชื้อเพลิงพื้นฐาน ทำหน้าที่เป็นตัวพาพลังงานและแหล่งกักเก็บพลังงาน ในบริบทของการร่วมมือระหว่างภาคส่วนต่าง ๆ ไฮโดรเจนช่วยในการกำจัดคาร์บอนออกจากกระบวนการอุตสาหกรรมและภาคเศรษฐกิจที่ไม่สามารถลดการปล่อย CO₂ ได้ ไม่ว่าจะด้วยวิธีการใช้ไฟฟ้า หรือด้วยต้นทุนที่เหมาะสม การพัฒนาเศรษฐกิจไฮโดรเจนในวงกว้างเป็นกุญแจสำคัญในการบรรลุเป้าหมายในการปกป้องสภาพภูมิอากาศของเยอรมนีและยุโรป ด้วยกลยุทธ์ไฮโดรเจนระดับชาติของรัฐบาลเยอรมนีและกลยุทธ์ไฮโดรเจนของคณะกรรมาธิการสหภาพยุโรป ทำให้มีการสร้างกรอบการทำงานในปี ค.ศ.2020 เพื่อพัฒนาและส่งเสริมเศรษฐกิจไฮโดรเจนในเยอรมนีและยุโรป รัฐบาลเยอรมนีจะจัดหาเงินทุน 9 พันล้านเหรียญยูโรภายในปีค.ศ.2040 เพื่อดำเนินการตามเป้าหมายระดับชาติ และสร้างพันธมิตรระหว่างประเทศ ทางด้านคณะกรรมาธิการสหภาพยุโรปได้คาดการณ์ว่าการลงทุนสะสมในไฮโดรเจนในยุโรปจะสูงถึง 480 พันล้านเหรียญยูโรภายในปี ค.ศ.2050

ไฮโดรเจนสามารถเร่งการกำจัดคาร์บอนของภาคส่วนที่มี CO₂ สูง

ไฮโดรเจนสามารถช่วยลดการปล่อย CO₂ ได้หลายวิธี เช่น ไฮโดรเจนสีเขียวสามารถแทนที่ไฮโดรเจนที่ได้จากเชื้อเพลิงฟอสซิลที่เป็นวัสดุพื้นฐานในอุตสาหกรรมเคมีและเหล็กกล้า เป็นต้น ในการใช้งานด้านการคมนาคม เช่น การขนส่งสินค้าหนัก การขนส่งสาธารณะ โลจิสติกส์ และการคมนาคมทางน้ำ เซลล์เชื้อเพลิงและเชื้อเพลิงไฮโดรเจนสังเคราะห์สามารถมีส่วนในการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในระยะปานกลางของภาคส่วนการคมนาคมขนส่ง ส่วนในระยะยาวก็เป็นไปได้ว่าเชื้อเพลิงไฮโดรเจนสังเคราะห์จะถูกนำไปใช้ในการขนส่งและการบินอีกด้วย

ในภาคเอกชน อาจมีการใช้เซลล์เชื้อเพลิงในโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนร่วม (Combined Heat and Power, CHP) เพื่อจ่ายไฟฟ้าและความร้อนให้กับอาคาร นอกจากนี้ไฮโดรเจนยังสามารถใช้เป็นแหล่งกักเก็บพลังงานเพื่อเพิ่มผลผลิตรวมจากพลังงานหมุนเวียน ทำให้สามารถจัดเก็บพลังงานส่วนเกินของการผลิตพลังงาน และป้อนให้กับกริดได้ตามที่ต้องการ

เศรษฐกิจไฮโดรเจนเผชิญกับความท้าทายทางเทคนิคต่าง ๆ

แม้ว่าในมุมมองด้านเทคโนโลยี ไฮโดรเจนจะสามารถนำไปใช้ได้หลากหลาย แต่การพัฒนาเศรษฐกิจไฮโดรเจนที่เป็นมิตรกับสภาพภูมิอากาศยังเป็นที่ถกเถียงกันในมุมมองทางเศรษฐกิจ เนื่องจากความท้าทายที่สำคัญเกิดจากการผลิต การจัดเก็บ และการขนส่งไฮโดรเจน องค์ประกอบสำคัญของเศรษฐกิจไฮโดรเจนที่ยั่งยืนคือการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวที่ประหยัดต้นทุน ในกระบวนการไฟฟ้าเคมี (การแยกสลายด้วยไฟฟ้า หรือ Electrolysis) พลังงานไฟฟ้าจะถูกใช้แยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน หากไฟฟ้าที่ใช้มาจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน ผลที่ได้คือไฮโดรเจนที่ปราศจาก CO₂ จึงถูกเรียกว่า ไฮโดรเจนสีเขียว (Green Hydrogen) ในปัจจุบันทั่วโลกมีไฮโดรเจนเพียงร้อยละ 5 ที่ผลิตขึ้นด้วยวิธีการแยกสลายด้วยไฟฟ้านี้ ไฮโดรเจนส่วนใหญ่ (มากกว่าร้อยละ 70) ได้มาจากก๊าซธรรมชาติ เมื่อเทียบกับที่ได้จากการแยกสลายด้วยไฟฟ้าแล้ว กระบวนการที่ใช้ก๊าซ (กระบวนการแปรรูปด้วยไอน้ำ หรือ Steam Reforming) ต้องการใช้น้ำเพียงครึ่งเดียว และใช้พลังงานน้อยกว่ามาก เนื่องจากกระบวนการนี้มีความคุ้มค่าทางต้นทุนมากกว่า ก๊าซธรรมชาติจึงยังคงเป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับการผลิตไฮโดรเจนในขณะนี้ ยิ่งไปกว่านั้น การจัดเก็บและการขนส่งไฮโดรเจนยังมีความท้าทายทางเทคนิคเป็นพิเศษ นั่นคือ H₂ มักจะถูกทำให้เย็นลงถึงอุณหภูมิ 253 °C หรือจัดเก็บไว้ภายใต้แรงดันที่สูงมาก ทางเลือกอื่นที่เป็นไปได้ที่ช่วยให้การขนส่งและจัดเก็บไฮโดรเจนได้ง่ายขึ้น ได้แก่ การเปลี่ยนเป็นแอมโมเนีย การผูกกับสารพาหะไฮโดรเจนอินทรีย์เหลว (Liquid Organic Hydrogen Carrier, LOHC) และการผลิตเชื้อเพลิงหมุนเวียน เช่น เมทานอลในกระบวนการ Power-to-X เป็นต้น อย่างไรก็ตามกระบวนการเปลี่ยนแปลงและเปลี่ยนกลับส่งผลให้เกิดการสูญเสียพลังงาน และกระบวนการเหล่านี้บางส่วนยังไม่พร้อมสำหรับตลาดในระดับอุตสาหกรรมที่จำเป็นในปัจจุบัน

Infineon นำเสนอโซลูชันสำหรับการพัฒนาเศรษฐกิจไฮโดรเจนสีเขียว

เพื่อให้ได้ประโยชน์สูงสุดจากศักยภาพของไฮโดรเจน จึงมีการคิดค้นโซลูชันที่จะแก้ไขปัญหาความท้าทายที่เกิดจากการผลิต การจัดเก็บ การขนส่ง และการใช้งาน Infineon เป็นซัพพลายเออร์ชั้นนำด้านเซมิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้าในด้านพลังงานหมุนเวียนและการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า โซลูชันด้านเซมิคอนดักเตอร์ของ Infineon ยังให้การสนับสนุนที่มีคุณค่าในการพัฒนาเศรษฐกิจไฮโดรเจนอย่างยั่งยืนตลอดห่วงโซ่คุณค่าอีกด้วย

อุตสาหกรรม: เซมิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้าทำให้การผลิตไฮโดรเจนสีเขียวเป็นไปได้

มีความจำเป็นในการใช้ไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current, DC) ที่สูงมากในกระบวนการแยกสลายด้วยไฟฟ้าเพื่อผลิตไฮโดรเจนสีเขียว จึงต้องแปลงไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current, AC) ที่จ่ายโดยพาวเวอร์กริดให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรงก่อน ซึ่งกระบวนการนี้เรียกว่า การแปลงกระแส (Rectification) หรือ การแปลง AC-DC ทั้งนี้เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงที่ผลิตโดย Infineon ได้รับการออกแบบมาเพื่อการแปลงกระแสนี้ สวิตช์กำลังสูงแบบซิงโครไนซ์หลายตัวช่วยให้สามารถรวมระบบประสิทธิภาพสูง (> 50 เมกะวัตต์) ในฐานะผู้ผลิตชั้นนำด้านเซมิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้าสำหรับอินเวอร์เตอร์พลังงานลมและอินเวอร์เตอร์สำหรับโซลาร์เซลล์ Infineon ยังขับเคลื่อนการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนอีกด้วย เมื่อกระบวนการแยกสลายด้วยไฟฟ้าขึ้นอยู่กับพลังงานที่สร้างจากแผงโซลาร์เซลล์ (ซึ่งผลิตไฟฟ้ากระแสตรงออกมา) ก็มีความจำเป็นเพียงแค่ต้องมีการปรับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเท่านั้น การรวมกันของพลังงานหมุนเวียนและเซมิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพของ Infineon ทำให้เกิดประโยชน์อย่างมากสำหรับการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวขนาดใหญ่

การคมนาคมขนส่งที่สะอาด: เซนเซอร์ H₂ ควบคุม ตรวจสอบ และรับรองความปลอดภัยของระบบเซลล์เชื้อเพลิง

ในอนาคตจะได้เห็นการใช้งานรถยนต์เพื่อการพาณิชย์ที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิงมากขึ้น ซึ่งแทบจะไม่มีการปล่อยมลพิษเลยในการบรรทุกขนาดกลางถึงขนาดหนัก และในระยะทางปานกลางถึงระยะทางไกล เช่นเดียวกันกับเชื้อเพลิงชนิดอื่น ไฮโดรเจนจะต้องไม่มีการหลบหลีกสู่สภาพแวดล้อมโดยไม่มีการควบคุม เพื่อรับรองความปลอดภัยของการขับขี่ด้วยเซลล์เชื้อเพลิงและเพิ่มการยอมรับ ทาง Infineon กำลังทำงานเพื่อพัฒนาเซนเซอร์ไฮโดรเจนที่มีความน่าเชื่อถือสูง ซึ่งจะช่วยตรวจจับการรั่วไหล รวมถึงควบคุมและตรวจสอบการผลิต การจัดเก็บ และการทำงานของระบบเซลล์เชื้อเพลิง นี่เป็นส่วนสำคัญต่อการเพิ่มประสิทธิภาพผ่านการควบคุมอัจฉริยะตลอดห่วงโซ่คุณค่า และเพื่อสร้างความมั่นใจในความปลอดภัย

มาตรการที่จำเป็นสำหรับเศรษฐกิจไฮโดรเจนที่ยั่งยืนและแข่งขันได้ในยุโรป:

• การส่งเสริมไมโครอิเล็กทรอนิกส์และอิเล็กทรอนิกส์กำลังไฟฟ้าที่เป็นตัวขับเคลื่อนเศรษฐกิจไฮโดรเจนที่มุ่งเน้นสู่อนาคตในเยอรมนีและในยุโรป
• การเร่งรัดครั้งใหญ่ของการผลิตพลังงานหมุนเวียน เพื่อให้สามารถผลิตไฮโดรเจนสีเขียวได้พร้อมกับการดำเนินการผลิตไฟฟ้าผ่านการประสานงานร่วมกันระหว่างภาคส่วนต่าง ๆ
• การนำสารละลายไฮโดรเจนใหม่มาใช้ในด้านการจัดเก็บพลังงานและการคมนาคมโดยใช้ไฮโดรเจนสีเขียว
• การจัดลำดับความสำคัญของการผลิตในท้องถิ่น และการใช้ไฮโดรเจน เพื่อหลีกเลี่ยงการขนส่งระยะไกลและการสูญเสียที่เกิดจากกระบวนการแปลงสภาพ
• การจัดหาโครงสร้างพื้นฐานที่จำเป็นและการสร้างแรงจูงใจทางเศรษฐกิจสำหรับการใช้เทคโนโลยีที่ใช้ไฮโดรเจน

ดูรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่:
Infineon