เอทานอลกับเชื้อเพลิงใหม่ไฮโดรเจนในรถยนต์
เอทานอลกับเชื้อเพลิงใหม่ไฮโดรเจนในรถยนต์
โดย ดร.ธีรภัทร ศรีนรคุตร
สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย
ถ้าเอ่ยถึง “เอทานอล” ในปัจจุบันเชื่อว่าคนส่วนใหญ่คงรู้จักกันดีว่าเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพ (Biofuel) ที่ผลิตจากวัสดุทางการเกษตร อาทิเช่น มันสำปะหลัง อ้อย กากน้ำตาล ข้าว ข้าวโพด เป็นต้น โดยนำมาใช้ทดแทนน้ำมัน ด้วยการนำเอทานอลมาผสมกับน้ำมันเบนซินได้เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีชื่อว่า “แก๊สโซฮอล์” ซึ่งมีหลายสูตรขึ้นกับสัดส่วนของการใช้เอทานอลมาผสม เช่น ถ้าผสมกับน้ำมันเบนซินอัตราส่วนร้อยละ 10 เราก็จะเรียกแก๊สโซฮอล์ อี10 (E10) ถ้าผสมกับน้ำมันเบนซินอัตราส่วนร้อยละ 85 เราก็จะเรียกแก๊สโซฮอล์ อี85 (E85) เป็นต้น นอกเหนือจากบทบาทการนำมาผลิตเป็นน้ำมันแก๊สโซฮอล์แล้ว จะขอกล่าวถึงบทบาทใหม่ของเอทานอลในการนำมาผลิตเป็นเชื้อเพลิงทางเลือกชนิดใหม่ที่ชื่อว่า “ไฮโดรเจน (hydrogen)” ประยุกต์ใช้กับรถยนต์ซึ่งมีการผลิตออกมาใช้ในเชิงการค้าแล้ว ยกตัวอย่างเช่น รถยนต์ก๊าซไฮโดรเจนของค่ายโตโยต้า โดยบริษัทโตโยต้ามอเตอร์ ประเทศญี่ปุ่น ผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่อันดับ 1 ของโลก ได้เปิดตัว “ยานยนต์แห่งอนาคต” ที่ไม่ต้องใช้น้ำมัน แต่ใช้ “ไฮโดรเจนเหลว” เป็นเชื้อเพลิงแทน เมื่อกลางเดือนธันวาคมปี พ.ศ. 2557 รถยนต์โตโยต้าที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนรุ่นแรกนี้ชื่อว่า โตโยต้ามิราอิ (TOYOTA MIRAI) มิราอิ แปลว่า “อนาคต” (รูปที่ 1) ราคาจำหน่ายประมาณ 1.8 ล้านบาท (ราคาในประเทศญี่ปุ่น) เมื่อเติมไฮโดรเจนเต็มถังสามารถใช้ได้ถึง 650 กิโลเมตร มากกว่ารถยนต์พลังไฟฟ้าถึง 3 เท่า แถมใช้เวลาเติมไม่กี่นาทีเช่นเดียวการเติมน้ำมัน อย่างไรก็ตามสิ่งที่จะกล่าวถึงต่อไปคือเรื่องการได้มาซึ่งเชื้อเพลิงไฮโดรเจนและมีความเกี่ยวข้องกับเอทานอลอย่างไร?
รูปที่ 1 รถยนต์โตโยต้ามิราอิใช้เชื้อเพลิงพลังงานทางเลือกไฮโดรเจน
ที่มา: http://www.manager.co.th/Around/ViewNews.aspx?NewsID=9570000133149&Html=1&TabID=2&
พลังงานไฮโดรเจนได้มาจากอะไร?
ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่มีมากที่สุดในระบบสุริยะจักรวาล สามารถพบอยู่ในสารประกอบอื่นๆ อย่างเช่น น้ำ สารประกอบไฮโดรคาร์บอนของเชื้อเพลิงฟอสซิล ก๊าซธรรมชาติ เอทานอล เป็นต้น ไฮโดรเจนถือว่าเป็นเชื้อเพลิงสำหรับการเผาไหม้ที่มีประสิทธิภาพสูง สะอาด เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
เมื่อพิจารณาจากวัตถุดิบเป็นหลักเราสามารถผลิตไฮโดรเจนได้จาก 3 แหล่งหลัก ได้แก่ แหล่งเชื้อเพลิงฟอสซิล แหล่งพลังงานหมุนเวียน และแหล่งพลังงานนิวเคลียร์ ดูในรูปที่ 2
รูปที่ 2 แหล่งพลังงานไฮโดรเจน
ที่มา : https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/hydrogen.pdf
เทคโนโลยีในการผลิตไฮโดรเจน
เทคโนโลยีในการผลิตไฮโดรเจนในระดับอุตสาหกรรมมีหลากหลาย ขึ้นกับชนิดของวัตถุดิบ เทคโนโลยีแรกเกิดขึ้นปลาย ค.ศ.1920 เป็นกระบวนการใช้ไฟฟ้าเคมี คือ การแยกน้ำด้วยไฟฟ้า (electrolysis) ออกเป็นไฮโดรเจนกับออกซิเจน อย่างไรก็ตามช่วงกลาง ค.ศ.1960 วัตถุดิบจากฟอสซิล (fossil based feedstock) ที่เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอน เช่น ก๊าซธรรมชาติ ถ่านหิน เป็นต้น ได้ถูกนำมาใช้เป็นวัตถุดิบหลักในการผลิตไฮโดรเจนโดยผ่านกระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยไอน้ำ (steam reforming) เป็นการนำสารไฮโดรคาร์บอนมาทำการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโมเลกุลด้วยไอน้ำ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีการผลิตที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน นอกจากนั้นก็ยังมีวิธีการการแยกสลายสารด้วยความร้อน (thermolysis) และกระบวนการทางชีววิทยาสังเคราะห์ (synthetic biology) ในการทำให้จุลชีพ (จุลินทรีย์ และสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน) มีความสามารถในการผลิตไฮโดรเจน
โดยสรุปพลังงานไฮโดรเจนที่นำมาใช้กับยานพาหนะหากไม่ได้ผลิตจากวัตถุดิบกลุ่มฟอสซิล ยานพาหนะเหล่านั้นจะไม่มีการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ หลีกเลี่ยงการเกิดภาวะโลกร้อน (global warming) นำมาซึ่งอุบัติภัยต่างๆ มากมาย ซึ่งถือเป็นจุดประสงค์หลักของการใช้ไฮโดรเจน ดังนั้นการผลิตไฮโดรเจนจากพลังงานหมุนเวียน อย่างเช่น เอทานอลซึ่งถือเป็นกลุ่มที่มีไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบอยู่จำนวนมาก จึงมีความน่าสนใจ และเหมาะกับประเทศไทยที่ปัจจุบันมีการส่งเสริมให้นำวัสดุการเกษตรมาผลิตเอทานอลในเชิงพาณิชย์อย่างแพร่หลาย
