ระบบกักเก็บพลังงานไฮโดรเจน (Hydrogen Energy Storage System, HESS)

            ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่มีคุณสมบัติพิเศษหลายอย่าง ทั้งในแง่ของน้ำหนักเบา ความไม่เป็นพิษ และการเป็นพลังงานสะอาดที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ด้วยคุณสมบัติที่ติดไฟง่าย ไม่มีกลิ่นและสี ไฮโดรเจนจึงถูกนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับผลิตพลังงานผ่านเซลล์เชื้อเพลิง ซึ่งสามารถเปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ การใช้ไฮโดรเจนจึงเป็นทางเลือกสำคัญในการพัฒนาแหล่งพลังงานทางเลือกของอนาคต ทั้งนี้ ระบบกักเก็บพลังงานไฮโดรเจน (HESS) จึงกลายเป็นองค์ประกอบสำคัญของการเปลี่ยนผ่านสู่พลังงานสะอาดที่ยั่งยืน

            การนำไฮโดรเจนมาใช้ผลิตพลังงานนั้น เทคโนโลยีที่สำคัญคือ เซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cell) เซลล์เชื้อเพลิงเป็นเทคโนโลยีที่ใช้ปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้าในการเปลี่ยนพลังงานเคมีในเชื้อเพลิง เช่น ไฮโดรเจน ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า แต่ละประเภทของเซลล์เชื้อเพลิงจะมีโครงสร้างและปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าที่แตกต่างกัน จึงทำให้มีการนำไปใช้ในงานต่างๆ ที่แตกต่างกันได้ โดยเซลล์เชื้อเพลิงสามารถแบ่งออกเป็น 5 ประเภทหลัก ดังนี้

1) Alkaline Fuel Cells (AFC)

            เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่มีประสิทธิภาพสูงที่สุดอยู่ระหว่าง 50 - 70% แต่ข้อเสียหลักของเซลล์เชื้อเพลิงประเภทนี้คือความไวต่อการปนเปื้อนของก๊าซ ทำให้จำเป็นต้องใช้ไฮโดรเจนและออกซิเจนที่บริสุทธิ์ ซึ่งส่งผลให้ระบบมีต้นทุนที่สูง ดังนั้น เซลล์เชื้อเพลิงแบบแอลคาไลน์จึงถูกใช้งานในภารกิจด้านอวกาศเป็นส่วนใหญ่ เนื่องจากประสิทธิภาพที่สูงและของเสียที่ได้เป็นน้ำบริสุทธิ์ ซึ่งนักบินอวกาศสามารถนำไปใช้บริโภคได้ อุณหภูมิการทำงานของเซลล์ชนิดนี้ต่ำกว่า 80°C

2) Phosphoric Acid Fuel Cells (PAFC)

            เป็นเซลล์เชื้อเพลิงชนิดแรกที่ถูกนำมาผลิตในเชิงพาณิชย์ มีอุณหภูมิการทำงานที่ประมาณ 210°C และสามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ถึง 200 กิโลวัตต์ มีประสิทธิภาพอยู่ที่ประมาณ 35 - 50% เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้มักถูกนำไปใช้ในอาคารขนาดเล็ก เช่น โรงแรม หรือสำนักงาน เนื่องจากมีความเหมาะสมสำหรับการใช้พลังงานในขนาดเล็กถึงปานกลาง

3) Molten Carbonate Fuel Cells (MCFC)

            เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่เหมาะสมสำหรับการผลิตไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ โดยมีอุณหภูมิการทำงานที่สูงมากประมาณ 650°C เซลล์ชนิดนี้สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้สูงถึง 2 เมกะวัตต์ และยังสามารถสร้างไอน้ำความดันสูงที่ใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าเพิ่มเติมในระบบความร้อนร่วม (CHP) ทำให้ประสิทธิภาพของระบบโดยรวมสูงถึง 80 - 85% นอกจากนี้ เนื่องจากอุณหภูมิการทำงานที่ต่ำกว่า SOFC จึงไม่จำเป็นต้องใช้วัสดุที่มีคุณสมบัติพิเศษ ทำให้ต้นทุนโดยรวมของระบบต่ำลง

4) Solid Oxide Fuel Cells (SOFC)

            เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่มีอุณหภูมิการทำงานสูงที่สุดในบรรดาเซลล์เชื้อเพลิงทั้งหมด โดยทำงานที่อุณหภูมิระหว่าง 800 - 1,000°C เหมาะสำหรับโรงงานไฟฟ้าขนาดใหญ่ เช่นเดียวกับ MCFC ผลพลอยได้จากกระบวนการคือไอน้ำอุณหภูมิสูง ซึ่งสามารถใช้ในระบบผลิตไฟฟ้าร่วม ทำให้ประสิทธิภาพของระบบสูงถึงประมาณ 80 - 85% แม้ว่า SOFC จะมีอุณหภูมิการทำงานสูง แต่ก็มีราคาถูกกว่าระบบที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิงแบบเกลือคาร์บอเนตหลอมในบางกรณี

5) Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC)

            เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่ได้รับความนิยมมาก เนื่องจากมีอุณหภูมิการทำงานที่ไม่สูงมาก ประมาณ 35 - 60% และราคาที่ไม่แพงเมื่อเทียบกับเซลล์เชื้อเพลิงชนิดอื่น เชื้อเพลิงที่ใช้คือไฮโดรเจนบริสุทธิ์ (99.99%) และอากาศ ปัจจุบันมีการนำไปประยุกต์ใช้งานอย่างแพร่หลายในหลายด้าน เช่น ใช้เป็นแหล่งพลังงานสำหรับยานพาหนะ เช่น รถยนต์หรือรถโดยสารสาธารณะ รวมถึงใช้เป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าขนาดเล็กสำหรับที่อยู่อาศัย

            ระบบกักเก็บพลังงานไฮโดรเจน (HESS) เป็นทางเลือกที่สำคัญในอนาคตในการพัฒนาแหล่งพลังงานสะอาด โดยเริ่มตั้งแต่การผลิตไฮโดรเจนด้วยวิธีต่างๆ ทั้งจากฟอสซิล พลังงานไฟฟ้า หรือชีวภาพ แล้วนำมาใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อผลิตไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยไม่ปล่อยของเสียที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม

            HESS จึงเป็นทางเลือกที่มีศักยภาพสูงในการสร้างระบบพลังงานที่ยั่งยืน และเป็นส่วนหนึ่งของการเปลี่ยนผ่านสู่เศรษฐกิจพลังงานสะอาดในอนาคต

องค์ความรู้ที่ใช้ เเละ/หรือ รหัสความรู้ในระบบ KMIM Centre หัวข้อ แผนแสวงหาความรู้ (Knowledge Acquisition Plan)

            • C1.2 กระบวนการบริหารจัดการระบบงานวิศวกรรมและอาคาร

แหล่งอ้างอิง ที่มาของข้อมูล หนังสือ วารสารวิชาการ เว็บไซต์ เป็นต้น

            • บทสรุปจากการจ้างออกแบบเพื่อปรับปรุงอาคารธนพิพัฒน์สู่อาคารใช้พลังงานเป็นศูนย์ (Net Zero Building)