มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) พัฒนาเครื่องผลิตไฮโดรเจนจากเอทานอล ไซส์ 'Minimal' จากรถตุ๊กๆ ปลอดมลพิษ สู่โรงไฟฟ้าพลังชีวมวลขนาดเล็กเพื่อชุมชนห่างไกล

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) เผยแพร่ข่าวประชาสัมพันธ์เมื่อช่วงต้นเดือน ก.ย. 2565 ระบุว่าการที่รถยนต์ไฟฟ้าได้รับความสนใจจากอุตสาหกรรมยานยนต์ยุคนี้นั้น เพราะรถยนต์ไฟฟ้าถูกมองว่าไม่มีการปลดปล่อยมลพิษซึ่งเป็นต้นเหตุของปัญหาสิ่งแวดล้อมออกจากตัวรถ รวมถึงการใช้ระบบไฟฟ้าในการขับเคลื่อนแทนที่การใช้เครื่องยนต์สันดาปน้ำมันเชื้อเพลิง สามารถทำได้ง่ายและยังลดจำนวนชิ้นส่วยยานยนต์ได้มากกว่า 50% โดยเฉพาะส่วนประกอบของเครื่องยนต์และระบบส่งกำลัง แต่ทราบหรือไม่ว่า กว่า 70 เปอร์เซ็นต์ของไฟฟ้าที่ประเทศไทยผลิตได้นั้น มาจากโรงไฟฟ้าที่ใช้ก๊าซธรรมชาติ ซึ่งจัดอยู่ในกลุ่มเชื้อเพลิงฟอสซิลเช่นเดียวกับน้ำมัน ทำให้มีคำถามว่า มีพาหนะยุคใหม่ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากกว่ารถยนต์ไฟฟ้าหรือไม่ ?

นั่นจึงเป็นที่มาของ รถยนต์ไฮโดรเจน ที่ได้รับการยอมรับว่าเป็นรถยนต์พลังงานสะอาดที่สุดในโลก เพราะนอกจากไฮโดรเจนจะเป็นธาตุที่แทบจะไม่มีวันหมดสิ้นไปจากโลกแล้ว ซึ่งแฝงอยู่ในแต่ละโมเลกุลของสิ่งมีชีวิตและพืชพรรณ เช่น สารเคมีจำพวกไฮโดรคาร์บอน (HC) หรือในสิ่งที่เราอุปโภคและบริโภค เช่น น้ำ (H2O) หรือ น้ำทะเล เป็นต้น และสิ่งที่ได้จากการทำปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า (Electrochemical Reaction) ของก๊าซไฮโดรเจน (H2) ร่วมกับก๊าซออกซิเจน (O2) ที่มีอยู่ในอากาศ คือ พลังงานไฟฟ้า และ น้ำบริสุทธิ์ (H2O) เท่านั้น ซึ่งไร้สารเป็นอันตรายต่อโลกหรือสิ่งมีชีวิต ซึ่งจากจุดเด่นดังกล่าวทำให้หลายสิบปีที่ผ่านมาได้มีการพัฒนาเครื่องผลิตไฟฟ้าจากไฮโดรเจนออกวางจำหน่ายแล้ว รวมถึงเทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจน ที่ก้าวหน้าไปไม่แพ้กัน

สำหรับประเทศไทยที่ไม่ใช่ผู้นำด้านเทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าจากไฮโดรเจน แต่การที่ประเทศไทยเป็นแหล่งเพาะปลูกพืชเศรษฐกิจหลายชนิด เช่น อ้อย มันสำปะหลัง จึงสามารถผลิตเชื้อเพลิงพลังงานที่เรียกว่า “เอทานอล” ได้ปีละกว่า 6 ล้านลิตร เพื่อใช้ผสมกับน้ำมันให้เป็นแก๊สโซฮอล์ สำหรับรถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์เบนซิน หากมีเครื่องมือสำหรับแยกก๊าซไฮโดรเจนจากเอทานอลได้ จะทำให้เกิดอุตสาหกรรมพลังงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และเป็นการเพิ่มมูลค่าทางเศรษฐกิจให้กับพืชทางการเกษตรของไทยได้พร้อมกัน

“โครงการผลิตระบบเซลล์เชื้อเพลิงผลิตกระแสไฟฟ้าแบบเคลื่อนที่จากแอลกอฮอล์” ที่มี ผศ.ดร.ณัฐพล วงศ์เยาว์ สังกัดสถาบันพัฒนาและฝึกอบรมโรงงานต้นแบบ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) เป็นหัวหน้าโครงการ ซึ่งได้รับการสนับสนุนทุนวิจัยจากการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) เป็นโครงการที่ต้องการพัฒนาเทคนิคในการผลิตก๊าซไฮโดรเจนจากเอทานอล ที่สามารถผลิตได้โดยใช้อ้อยและมันสำปะหลังจากทั่วประเทศเป็นวัตถุดิบตั้งต้นในการผลิต เพื่อที่จะเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตพลังงานในส่วนของกระแสไฟฟ้าจากเอทานอลผ่านกระบวนการเคมีไฟฟ้าให้มีค่าเพิ่มขึ้นจากเดิม และเพิ่มความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเทียบกับการใช้พลังงานจากการกระบวนการเผาไหม้ภายในเครื่องยนต์ที่ใช้น้ำมันเชื้อเพลิงประเภทแก๊สโซฮอล์

ผศ.ดร.ณัฐพล กล่าวว่า “ทีมวิจัยของเราสามารถพัฒนาระบบการผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจนจากเอทานอลโดยใช้ชุดท่อปฏิกรณ์ความร้อนสูงที่ใช้นิเกิล (Ni) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ภายใต้กระบวนการปฏิรูปด้วยไอน้ำ (stream reforming) ในการผลิตก๊าซไฮโดรเจนในรูปแบบของ syngas (H2 CH4 CO CO2) ที่มีองค์ประกอบไฮโดรเจนมากกว่า 90% ที่มีขนาดเล็กกะทัดรัด ติดตั้งง่าย และสามารถเคลื่อนที่ขนย้ายได้ แต่คำถามคือจะสื่อสารเทคโนโลยีของเราอย่างไรให้เข้าใจง่ายที่สุด เราจึงเลือกนำเครื่องผลิตไฮโดรเจนที่พัฒนาขึ้น มาต่อกับเครื่องผลิตไฟฟ้าในการแปลงไฮโดรเจนให้เป็นกระแสไฟฟ้าผ่านชุดเซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์แข็ง (SOFC) ที่สามารถใช้เชื้อเพลิงหลัก คือ H2 และยังสามารถใช้ CH4 และ CO ในการผลิตกระแสไฟฟ้าได้อีกด้วย ให้กลายเป็น ระบบผลิตกระแสไฟฟ้าจากเอทานอล ขนาดเล็ก (Minimal) และนำไปติดตั้งบนรถตุ๊กตุ๊กไฟฟ้าจากพลังงานเอทานอลคันนี้ โดยจากต้นทุนเฉพาะของระบบผลิตก๊าซไฮโดรเจนประมาณ 7 หมื่นบาท (ไม่รวมตัวรถ) ซึ่งสามารถผลิตก๊าซไฮโดรเจนให้แก่ชุดเซลล์เชื้อเพลิงขนาด 1 kW โดยใช้เอทานอลเฉลี่ย 0.23 l/hr และในการทดสอบการเคลื่อนที่ของรถตุ๊กตุ๊กไฟฟ้าคันนี้ที่มีน้ำหนักประมาณ 480 kg และใช้มอเตอร์ขับเคลื่อน 1 Hp สามารถวิ่งได้จริงที่ความเร็วประมาณ 20 กิโลเมตรต่อชั่วโมง”

หัวหน้าโครงการวิจัย กล่าวต่อว่า สำหรับการนำเซลล์ผลิตไฟฟ้าจากเอทานอลไปใช้งานจริงกับรถยนต์ไฮโดรเจนเหมือนรถตุ๊กตุ๊กคันนี้อาจต้องใช้เวลาในการพัฒนาเพื่อลดความซับซ้อนของระบบฯ รวมถึงการผลักดันนโยบายที่ชัดเจนจากทางภาครัฐบาล เช่นเดียวกับมาตรการสนับสนุนการใช้รถยนต์ไฟฟ้า (EV) แต่เราสามารถนำเอทานอลมาผลิตไฟฟ้าเพื่อจ่ายไฟฟ้าภายในรถยนต์ไฟฟ้า (EV) ได้โดยตรง นอกจากนี้ระบบการผลิตไฟฟ้าจากเอทานอลที่มีขนาดเล็ก การเคลื่อนย้ายได้ และมีการบำรุงรักษาที่ไม่ยุ่งยาก จึงเป็นจุดเด่น สำหรับการนำมาแก้ปัญหาด้านพลังงานให้กับชุมชนขนาดเล็กๆ ในพื้นที่ห่างไกลที่ระบบสายส่งไฟฟ้ายังไปไม่ถึง หรือพื้นที่ประสบภัยพิบัติได้

“เมื่อนำชุดผลิตก๊าซไฮโดรเจนจำนวนหลายๆ ตัวมาต่อกันเป็นระบบที่ใหญ่ขึ้น ก็จะสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้นตามจำนวนเชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่เพิ่มขึ้น จาก 1 กิโลวัตต์ เพิ่มเป็นหลายสิบ หลายร้อยกิโลวัตต์ ก็จะสามารถทำหน้าที่เป็นเครื่องผลิตกระแสไฟฟ้า (Generator) ให้กับระบบไฟฟ้าของชุมชนที่มีขนาดใหญ่ขึ้น หรือ เป็นสถานีประจุไฟฟ้าสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า (EV) สำหรับโรงไฟฟ้าในลักษณนี้จะมีจุดเด่นที่สำคัญคือสามารถทำงานได้ทั้งในเวลากลางวันและกลางคืน ต่างจากระบบโซล่าเซลล์ที่จะผลิตไฟฟ้าได้เฉพาะช่วงที่มีแสงแดด นอกจากนี้ชุดผลิตก๊าซไฮโดรเจนยังสามารถใช้วัตถุดิบอื่นนอกจากเอทานอล ได้แก่ ก๊าซชีวภาพที่มีองค์ประกอบของก๊าซมีเทน เพื่อนำก๊าซไฮโดรเจนที่ได้ไปผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยเซลล์เชื้อเพลิงนี้ได้”

ในส่วนของงานวิจัยในระยะต่อไปนั้น ผศ.ดร.ณัฐพล กล่าวว่า จะยุบรวมระบบผลิตก๊าซไฮโดรเจนและระบบผลิตกระแสไฟฟ้าให้อยู่ในระบบเดียวกัน เพื่อเป็นการลดปริมาณชิ้นส่วนและความซับซ้อนลง ทำให้ได้ขนาดระบบรวมเล็กลง ซึ่งจะทำให้ชุดผลิตไฮโดรเจนจากเอทานอล ขนาด Minimal ตัวนี้ มีประสิทธิภาพมากขึ้น และมีต้นทุนด้านพลังงานที่ลดลงต่อไป รวมถึงการประยุกต์ใช้งานก๊าซไฮโดรเจนกับเทคโนโลยีอื่นๆ เช่น เครื่องยนต์ หรือ ระบบเผาไหม้ความร้อนสูงที่ใช้กับภาคอุตสาหกรรม

โครงการผลิตระบบเซลล์เชื้อเพลิงผลิตกระแสไฟฟ้าแบบเคลื่อนที่จากแอลกอฮอล์ จึงเป็นอีกหนึ่งความพยายามของนักวิจัยไทยที่จะเป็นประโยชน์ต่อผู้คนหลากหลายกลุ่ม ทั้งเกษตรกรผู้ปลูกอ้อย และมันสำปะหลัง กลุ่ม SMEs ที่ผลิตแอลกอฮอล์ และกลุ่มอุตสาหกรรมโรงกลั่นแอลกอฮอล์ อีกทั้งยังเป็นส่วนหนึ่งของการสร้างเสถียรภาพและการพึ่งพาตนเองด้านพลังงาน ตามหลักการของ BCG พร้อมกับแสดงถึงการมีส่วนร่วมของประเทศไทยในการแก้ปัญหาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลกตามพันธสัญญาที่ให้กับประชาคมโลก (COP26) ไปพร้อมกัน