เทคโนโลยีใหม่ผลิตไฮโดรเจนด้วยแสงอาทิตย์โดยตรงได้ประสิทธิภาพสูงกว่า 17%

เทคโนโลยีใหม่ผลิตไฮโดรเจนด้วยแสงอาทิตย์โดยตรงได้ประสิทธิภาพสูงกว่า 17%

ทีมวิจัยที่ออสเตรเลียระบุว่าอุปกรณ์ใหม่ของพวกเขาสามารถผลิตไฮโดรเจนด้วยพลังแสงอาทิตย์โดยตรงได้ประสิทธิภาพสูงเป็นประวัติการณ์ อีกทั้งวัสดุที่ใช้สร้างอุปกรณ์ยังมีราคาต่ำซึ่งทำให้ในอนาคตอันใกล้เราจะสามารถได้ใช้ไฮโดรเจนที่เป็นเชื้อเพลิงหมุนเวียนสะอาดในราคาถูก

เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเป็นพลังงานสะอาด สิ่งที่ได้จากการเผาไหม้ไฮโดรเจนมีเพียงความร้อนและน้ำเท่านั้น ไม่มีมลพิษหรือก๊าซเรือนกระจกใดๆทั้งสิ้น ดังนั้นหากใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนทดแทนเชื้อเพลิงฟอสซิลจะสามารถลดการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ได้อย่างมหาศาล ที่สำคัญไฮโดรเจนยังเป็นพลังงานหมุนเวียนเพราะมันสามารถผลิตได้จาก “น้ำ” ที่มีอยู่อย่างอุดมสมบูรณ์ในโลก

การผลิตไฮโดรเจนจากน้ำเดิมใช้วิธีแยกน้ำด้วยไฟฟ้า (Electrolysis) วิธีนี้มีต้นทุนค่าไฟฟ้าค่อนข้างสูงทำให้ไฮโดรเจนมีราคาแพงยังไม่สามารถแข่งขันกับเชื้อเพลิงชนิดอื่นได้ รวมทั้งยังทำให้ไฮโดรเจนไม่ได้เป็นเชื้อเพลิงสะอาดอย่างแท้จริงเพราะหากไฟฟ้าถูกผลิตขี้นมาด้วยเชื้อเพลิงฟอสซิลก็ยังมีการปล่อยมลพิษอยู่ดี ดังนั้นจึงมีการใช้ไฟฟ้าที่ผลิตด้วยพลังงานแสงอาทิตย์มาจ่ายให้เครื่องแยกน้ำด้วยไฟฟ้าซึ่งทำให้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงสะอาดอย่างสมบูรณ์ เพียงแต่ว่ายังมีปัญหาในเรื่องต้นทุนการผลิต

ทีมวิจัยที่มหาวิทยาลัยแห่งชาติออสเตรเลีย (Australian National University) ได้พัฒนาเทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจนขึ้นใหม่แทนที่จะมีสองขั้นตอนแบบเดิมคือใช้โซลาร์เซลล์ผลิตไฟฟ้าแล้วจ่ายไฟฟ้าให้เครื่องแยกน้ำด้วยไฟฟ้าผลิตไฮโดรเจนอีกทอดหนึ่ง พวกเขารวมทั้งสองขั้นตอนให้เป็นหนึ่งเดียวเสมือนหนึ่งว่าใช้พลังงานแสงอาทิตย์แยกน้ำโดยตรงด้วยอุปกรณ์ที่เรียกว่า Photoelectrochemical Cell (PEC) และล่าสุดอุปกรณ์ของพวกเขาสามารถผลิตไฮโดรเจนได้ประสิทธิภาพสูงเป็นประวัติการณ์

solar-to-hydrogen-cell-2

กระทรวงพลังงานสหรัฐได้กำหนดเป้าหมายสำหรับประสิทธิภาพสูงสุดของการผลิตไฮโดรเจนด้วยแสงอาทิตย์หรือ Solar-to-hydrogen อยู่ที่ 25% โดยภายในปี 2020 ได้ตั้งเป้าหมายไว้ที่ 20% ก่อนหน้านี้มีการพัฒนาเซลล์ที่ทำประสิทธิภาพได้ถึง 19% แต่อุปกรณ์เหล่านั้นมีการใช้วัสดุสารกึ่งตัวนำที่มีราคาแพง และยังไม่มีอุปกรณ์ใดซึ่งทำด้วยวัสดุราคาไม่แพงที่ทำประสิทธิภาพเกิน 10% ได้เลย เทคโนโลยีใหม่โดยอุปกรณ์ PEC ของทีมวิจัยที่มหาวิทยาลัยแห่งชาติออสเตรเลียซึ่งใช้วัสดุราคาถูกสามารถทำประสิทธิภาพได้ถึง 17.6% ถือว่าใกล้เคียงเป้าหมายมาก

ทีมวิจัยบอกว่านี่เป็นโอกาสอันยิ่งใหญ่สำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพต่อไป อุปกรณ์ใหม่นี้สามารถทำให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นได้โดยการปรับแต่งการออกแบบส่วนประกอบแต่ละอย่าง และมันสามารถทำให้ถูกลงได้อีกโดยการแทนที่ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะที่มีราคาแพงด้วยวัสดุอื่นที่มีอยู่มากมาย เป้าหมายสุดท้ายคือต้องทำต้นทุนการผลิตไฮโดรเจนให้ต่ำลงมาที่ประมาณ 2 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลกรัมซึ่งจะทำให้สามารถแข่งขันกับเชื้อเพลิงฟอสซิลได้

solar-to-hydrogen-cell-3

“การลดต้นทุนอย่างมีนัยสำคัญสามารถเกิดขึ้นได้โดยการใช้วิธี Solar-to-hydrogen” Siva Karuturi หัวหน้าทีมวิจัยกล่าว “ระบบนี้นอกจากไม่ต้องการพลังงานและเครือข่ายโครงสร้างพื้นฐานที่จำเป็นต้องใช้เมื่อผลิตไฮโดรเจนโดยใช้เครื่องแยกน้ำด้วยไฟฟ้าแล้ว มันยังไม่ต้องแปลงพลังงานแสงอาทิตย์จาก ไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับและแปลงกลับมาอีกครั้งซึ่งเกิดการสูญเสียพลังงาน การแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฮโดรเจนโดยตรงสามารถทำให้เกิดประสิทธิภาพโดยรวมที่สูงขึ้นสำหรับกระบวนการทั้งหมด”

เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเป็นอีกหนึ่งความหวังสำหรับพลังงานสะอาดในอนาคต ความหนาแน่นของพลังงานอันประทับใจของไฮโดรเจนซึ่งสามารถสร้างความแตกต่างอย่างมากในการใช้งานกับเครื่องบินไฟฟ้าหรือยานพาหนะไฟฟ้าขึ้นลงแนวดิ่ง (eVTOL) ในขณะที่ประเทศญี่ปุ่นและเกาหลีใต้ก็กำลังลงทุนอย่างหนักในแนวคิดการใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนทุกอย่างตั้งแต่รถยนต์ไปจนถึงบ้านและอุตสาหกรรม หากการพัฒนาของระบบ Solar-to-hydrogen ถึงเป้าหมายที่ต้องการเมื่อไหร่นั่นอาจเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญของระบบพลังงานของโลกก็เป็นได้

 

ข้อมูลและภาพจาก reneweconomy.com.au, newatlas


Leave a Reply

Your email address will not be published.