ไฮโดรเจนคือพลังงานสะอาดแห่งอนาคตหรือไม่?

ไฮโดรเจนเป็นทางเลือกที่สะอาดกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิล เนื่องจากไม่ปล่อยก๊าซเรือนกระจกหรือมลพิษ อย่างไรก็ตาม การผลิตไฮโดรเจนในปริมาณมากและนำไปใช้ในหลายภาคส่วนเป็นงานที่ยาวนานและท้าทาย เลื่อนลงเพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับตลาดพลังงานไฮโดรเจน การใช้งานที่หลากหลาย และการคาดการณ์ในอนาคต

สารบัญ
ตลาดการผลิตไฮโดรเจนระดับโลก
การใช้ประโยชน์จากไฮโดรเจน
อนาคตของไฮโดรเจน

ตลาดการผลิตไฮโดรเจนระดับโลก

ระดับโลก ไฮโดรเจน ตลาดการผลิตคาดว่าจะเติบโตที่อัตรา CAGR ของ 10.5% เป็น 263.5 พันล้านเหรียญสหรัฐภายในปี 2027 ความต้องการไฮโดรเจนที่เพิ่มขึ้นสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงในยานพาหนะไฟฟ้าและจรวดในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศผลักดันให้ตลาดก้าวไปข้างหน้า

นอกจากนี้ นโยบายเศรษฐกิจที่ประเทศต่างๆ ให้คำมั่นว่าจะบรรลุเป้าหมายการลดการปล่อยคาร์บอนทั่วโลกภายในปี 2050 ได้ช่วยกระตุ้นการเติบโตของตลาด ในปี 2020 สหภาพยุโรปได้จัดตั้งองค์กรที่ไม่ซ้ำใคร ไฮโดรเจน นโยบายสนับสนุนการริเริ่มการผลิตไฮโดรเจนสีเขียว

ภูมิภาคเอเชียแปซิฟิกคาดว่าจะเป็นตลาดที่ใหญ่ที่สุดสำหรับ ไฮโดรเจน ในปี 2022 โดยจีนครองส่วนแบ่งที่ใหญ่ที่สุด Siemens Energy (เยอรมนี) ENGIE (ฝรั่งเศส) และ Linde plc (ไอร์แลนด์) เป็นผู้เล่นหลักระดับโลกในพื้นที่นี้

บทความนี้ครอบคลุมทุกสิ่งที่นักลงทุนควรทราบเกี่ยวกับไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงาน การประยุกต์ใช้ และอนาคต

ไฮโดรเจนคืออะไร?

ไฮโดรเจนเป็นก๊าซที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติและเป็นธาตุเคมีที่พบมากที่สุดชนิดหนึ่ง คิดเป็นร้อยละ 75 ของมวลจักรวาล ไฮโดรเจนเป็นทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่ามีเทน น้ำ สัตว์ พืช และมนุษย์ ล้วนมีไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบ ไฮโดรเจน อะตอม แม้ว่าจะพบได้ในสิ่งมีชีวิตเกือบทุกชนิด แต่ไฮโดรเจนในรูปแบบก๊าซกลับมีน้อยมาก

ไฮโดรเจน สามารถผลิตได้จากแหล่งพลังงานต่างๆ เช่น พลังงานนิวเคลียร์ ไบโอแก๊ส ก๊าซธรรมชาติ และพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม แต่ความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดคือการใช้ไฮโดรเจนเป็นก๊าซในปริมาณมากเพื่อเติมเชื้อเพลิงให้กับธุรกิจ

เหตุใดไฮโดรเจนจึงถือเป็นสิ่งจำเป็นต่ออนาคต?

ก๊าซธรรมชาติถูกนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับให้ความร้อนและไฟฟ้าในบ้านเรือนและธุรกิจมาเป็นเวลาหลายปีแล้ว ในสหรัฐอเมริกา 47% ของบ้านเรือนพึ่งพาก๊าซธรรมชาติ และ 36% ขึ้นอยู่กับไฟฟ้า ในขณะที่ 85% ของครัวเรือนในสหราชอาณาจักรพึ่งพาแก๊ส

มีเทนเป็นองค์ประกอบหลักของก๊าซธรรมชาติที่ได้จากแหล่งน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ อุตสาหกรรมต่างๆ ยังคงใช้ก๊าซธรรมชาติต่อไปเนื่องจากหาได้ง่าย คุ้มต้นทุน และเป็นทางเลือกที่สะอาดกว่าถ่านหิน ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงฟอสซิลที่สกปรกที่สุดที่หลายประเทศเคยใช้มาโดยตลอดในการให้ความร้อนและผลิตไฟฟ้า

เมื่อก๊าซธรรมชาติถูกเผาไหม้ จะก่อให้เกิดพลังงานที่มีค่า อย่างไรก็ตาม ก๊าซดังกล่าวจะปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์สู่ชั้นบรรยากาศ ซึ่งส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ในทางตรงกันข้าม ไฮโดรเจนจะปล่อยไอน้ำเป็นผลพลอยได้เท่านั้น

ไฮโดรเจนสีเขียวแตกต่างจากไฮโดรเจนสีเทาและสีน้ำเงินอย่างไร?

ไฮโดรเจนสีน้ำเงินผลิตขึ้นโดยใช้ทรัพยากรที่ไม่สามารถทดแทนได้โดยใช้สองวิธีที่แตกต่างกัน วิธีที่พบมากที่สุดคือการปฏิรูปมีเทนด้วยไอน้ำ ซึ่งผลิตไฮโดรเจนจำนวนมากและคิดเป็นปริมาณการผลิตทั่วโลกส่วนใหญ่ วิธีนี้ใช้เครื่องปฏิรูปเพื่อทำปฏิกิริยาไอน้ำที่อุณหภูมิและแรงดันสูงกับมีเทนและตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกิล

วิธีที่สองคือการปฏิรูปด้วยความร้อนอัตโนมัติ ซึ่งออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ หรือไอน้ำจะทำปฏิกิริยากับมีเทนเพื่อผลิตไฮโดรเจน ข้อเสียของทั้งสองวิธีนี้คือมีคาร์บอนเป็นผลพลอยได้ จึงต้องดักจับและกักเก็บคาร์บอนเพื่อดักจับและจัดเก็บคาร์บอนเหล่านี้

นอกจากนี้ ยังสามารถผลิตไฮโดรเจนสีเขียวได้โดยใช้ไฟฟ้าเพื่อขับเคลื่อนเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ ซึ่งจะแยกไฮโดรเจนออกจากโมเลกุลของน้ำ ส่งผลให้ได้ไฮโดรเจนบริสุทธิ์และไม่เกิดผลพลอยได้ใดๆ ประโยชน์เพิ่มเติมของการใช้ไฟฟ้าก็คือ จะช่วยเบี่ยงเบนไฟฟ้าส่วนเกินไปใช้กระบวนการอิเล็กโทรไลซิส จึงใช้ไฟฟ้าเพื่อผลิตก๊าซไฮโดรเจนที่สามารถเก็บไว้เพื่อใช้เป็นพลังงานในอนาคตได้

สุดท้าย ไฮโดรเจนสีเทาผลิตจากเชื้อเพลิงฟอสซิล มีราคาค่อนข้างถูก และนิยมใช้ทำปุ๋ย แต่น่าเสียดายที่ไฮโดรเจนสีเทา 1 กิโลกรัมที่ผลิตได้ จะปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์สู่ชั้นบรรยากาศ 10 กิโลกรัม ส่งผลให้ไฮโดรเจนสีเทาถือเป็นไฮโดรเจนที่หมุนเวียนได้น้อยที่สุด

การใช้ประโยชน์จากไฮโดรเจน

ไฮโดรเจน มีการใช้งานที่หลากหลายและใช้ในกระบวนการอุตสาหกรรมต่างๆ ในสหรัฐอเมริกา ไฮโดรเจนเกือบทั้งหมดใช้ในการกลั่นปิโตรเลียม แปรรูปอาหาร ผลิตปุ๋ย และบำบัดโลหะ โรงกลั่นปิโตรเลียมในประเทศใช้ไฮโดรเจนเพื่อลดปริมาณกำมะถันในเชื้อเพลิง

ใช้สำหรับการสำรวจอวกาศภายนอก

องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ (NASA) ใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงจรวดมาตั้งแต่ทศวรรษ 1950 โดย NASA เป็นหน่วยงานแรกที่ใช้พลังงานเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนในการขับเคลื่อนระบบไฟฟ้าของยานอวกาศ

เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนสร้างกระแสไฟฟ้า

โดยการรวมอะตอมออกซิเจนและไฮโดรเจน ไฮโดรเจน เซลล์เชื้อเพลิงสร้างไฟฟ้า เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ ไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในเซลล์ไฟฟ้าเคมีเพื่อสร้างไฟฟ้า เซลล์เชื้อเพลิงมีหลายประเภทสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน

เซลล์เชื้อเพลิงขนาดเล็กสามารถจ่ายไฟให้กับโทรศัพท์มือถือและคอมพิวเตอร์ได้ ในทางตรงกันข้าม เซลล์เชื้อเพลิงขนาดใหญ่สามารถจ่ายไฟให้กับระบบไฟฟ้า ให้พลังงานสำรองในอาคาร และจ่ายไฟฟ้าในพื้นที่ที่ไม่ได้เชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้า

ณ ปี 2021 มีเครื่องผลิตไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงที่ดำเนินการอยู่ประมาณ 166 เครื่องที่ร้านค้า 113 แห่งในสหรัฐอเมริกา โดยมีกำลังการผลิตรวมประมาณ 260 เมกะวัตต์ (MW) ด้วยกำลังการผลิตประมาณ 16 เมกะวัตต์ เซลล์เชื้อเพลิงบริดจ์พอร์ต (คอนเนตทิคัต) จึงเป็นโรงงานผลิตเซลล์เชื้อเพลิงแห่งเดียวที่ใหญ่ที่สุด

ศูนย์พลังงาน Red Lion ในเดลาแวร์ ซึ่งเป็นโรงงานขนาดใหญ่เป็นอันดับสอง มีกำลังการผลิตไฟฟ้า 6 เมกะวัตต์ เซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้งานได้เกือบทั้งหมดใช้ก๊าซธรรมชาติจากท่อเป็นแหล่งไฮโดรเจน ในขณะที่เซลล์เชื้อเพลิงอื่นๆ ใช้ก๊าซจากหลุมฝังกลบและก๊าซชีวภาพ

ใช้ในโรงไฟฟ้า

มีการสนใจเพิ่มมากขึ้นในการใช้ ไฮโดรเจน ในโรงไฟฟ้าในสหรัฐอเมริกา โรงไฟฟ้าหลายแห่งได้ประกาศเจตนารมณ์ที่จะใช้เชื้อเพลิงผสมก๊าซธรรมชาติและไฮโดรเจนในกังหันก๊าซแบบเผาไหม้ ตัวอย่างเช่น โรงไฟฟ้า Long Ridge Energy Generation ขนาด 485 เมกะวัตต์ในรัฐโอไฮโอ ซึ่งมีกังหันก๊าซแบบเผาไหม้ที่ใช้เชื้อเพลิงผสมก๊าซธรรมชาติ 95% และไฮโดรเจน 5% มีแผนที่จะใช้ไฮโดรเจนสีเขียว 100% ที่ผลิตจากทรัพยากรหมุนเวียน

ตัวอย่างอีกประการหนึ่งคือโรงงาน Intermountain Power Agency ในรัฐยูทาห์ ซึ่งมีแผนจะแปลงโรงไฟฟ้าถ่านหินที่มีอยู่เดิมให้เป็นโรงไฟฟ้าก๊าซผสมที่จะใช้ไฮโดรเจนสูงสุด 30% ในช่วงแรก และในที่สุดจะใช้ไฮโดรเจนสีเขียว 100%

ใช้ในยานพาหนะ

ภายใต้พระราชบัญญัตินโยบายพลังงาน พ.ศ.1992 ไฮโดรเจน ถือเป็นทางเลือกทดแทนเชื้อเพลิงยานยนต์ ไฮโดรเจนได้รับความสนใจเพิ่มมากขึ้น เนื่องจากไฮโดรเจนสามารถนำไปใช้เป็นพลังงานสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงในยานยนต์ที่ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ มีศักยภาพในการมีประสิทธิภาพสูง และมีศักยภาพในการผลิตภายในประเทศ

เซลล์เชื้อเพลิงมีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลถึง 2 ถึง 3 เท่า ไฮโดรเจนยังใช้เป็นเชื้อเพลิงให้กับเครื่องยนต์สันดาปภายในได้ แต่ไฮโดรเจนจะปล่อยไนโตรเจนออกไซด์ออกมา

รถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนมีน้อยลงในปัจจุบันเนื่องจาก เซลล์เชื้อเพลิง มีราคาแพงและมีสถานีเติมไฮโดรเจนจำนวนจำกัด มีสถานีเติมไฮโดรเจนประมาณ 48 แห่งในสหรัฐอเมริกา และเกือบทั้งหมดอยู่ในแคลิฟอร์เนีย

ประเทศต่างๆ กำลังเปลี่ยนผ่านสู่เศรษฐกิจไฮโดรเจนสีเขียว

ออสเตรเลีย:แม้ว่าจะแทบไม่มีบทบาทในตลาดไฮโดรเจนสีเขียว แต่ประเทศออสเตรเลียก็ได้ร่วมมือกับองค์กรต่างๆ เพื่อพัฒนาโครงการพลังงานแสงอาทิตย์และลมที่ส่งเสริมการผลิตไฮโดรเจนหมุนเวียน

แคนาดา:แคนาดามีกลุ่มธุรกิจไฮโดรเจนและเซลล์เชื้อเพลิงที่เติบโตอย่างรุ่งเรืองเนื่องมาจากความร่วมมือและการลงทุนจากภาคเอกชนและภาครัฐ ผู้เล่นระดับโลกในกลุ่มธุรกิจนี้ เช่น Ballard Power Systems และ Hydrogenics ก็ตั้งอยู่ในแคนาดาเช่นกัน

สาธารณรัฐประชาชนจีน:รถยนต์ไฮโดรเจนได้รับการยกเว้นภาษีในประเทศนี้ และไฮโดรเจนถือเป็นวิธีการที่มีศักยภาพในการลดการปล่อยคาร์บอนในการขนส่ง นอกจากนี้ เมืองอู่ฮั่นยังถือเป็นเมืองไฮโดรเจน เนื่องจากมีแผนจะเปิดสถานีเติมเชื้อเพลิงอย่างน้อย 100 แห่ง สถานีสำหรับยานยนต์เซลล์เชื้อเพลิง โดย 2025

ญี่ปุ่น:ญี่ปุ่นเป็นผู้นำระดับโลกในการผลิตเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน โดยได้รับความช่วยเหลือจากผู้ผลิตยานยนต์อย่างโตโยต้าและฮอนด้า นอกจากนี้ ญี่ปุ่นยังมีความกระตือรือร้นที่จะเปลี่ยนจากก๊าซธรรมชาติเหลวมาเป็นไฮโดรเจนสีเขียว

อนาคตของไฮโดรเจน

ความต้องการไฮโดรเจน

ในระยะสั้น, ไฮโดรเจน จะถูกใช้ในภาคส่วนที่มีแรงกดดันทางสังคมให้ลดการปล่อยคาร์บอน บริษัทสินค้าอุปโภคบริโภคในสหภาพยุโรปให้ความสนใจแหล่งพลังงานหมุนเวียนเพิ่มมากขึ้น

คาดว่าไฮโดรเจนจะช่วยลดการปล่อยคาร์บอนในวัตถุดิบทางอุตสาหกรรมและการผลิตไฟฟ้าในอนาคตอันใกล้นี้ ในระยะยาว การผลิตแอมโมเนียและเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนสังเคราะห์ที่ได้จากไฮโดรเจนจะช่วยให้สามารถลดการปล่อยคาร์บอนในภาคส่วนที่ลดการปล่อยคาร์บอนได้ยากที่สุด เช่น อุตสาหกรรมการบินได้

การจัดหาไฮโดรเจน

การใช้งานของ ไฮโดรเจน จะกลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้นหากต้นทุนของไฮโดรเจนสีเขียวลดลงอย่างมาก ไฮโดรเจนสีน้ำเงินมีแนวโน้มที่จะถูกนำมาใช้เพื่อตอบสนองความต้องการหากราคาสูงในระยะสั้น

การกระจายไฮโดรเจน

จะมีระบบกระจายที่มีประสิทธิภาพเพื่อจัดหาไฮโดรเจน รวมถึงท่อส่งที่เชื่อมต่ออย่างดี เรือ และรถบรรทุก เนื่องจากมีการทุ่มเท ไฮโดรเจน เครือข่ายจะไม่กระจายอย่างกว้างขวางเหมือนเครือข่ายก๊าซธรรมชาติในปัจจุบัน การกระจายไฮโดรเจนผ่านรถบรรทุกจึงเป็นสิ่งจำเป็น การนำเข้าผ่านท่อส่งและเรือจะมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการตอบสนองความต้องการภายในประเทศ

เนื่องด้วยต้นทุนการขนส่งที่สูง ไฮโดรเจนในท้องถิ่นที่ผลิตจากพลังงานหมุนเวียนราคาถูกจึงยังคงสามารถแข่งขันกับไฮโดรเจนนำเข้าได้ เมื่อความต้องการไฮโดรเจนเพิ่มมากขึ้น การผลิตแบบรวมศูนย์ผ่านโครงสร้างท่อส่งไปยังแหล่งจัดเก็บขนาดใหญ่จึงมีความน่าสนใจมากขึ้น

มุมมองนโยบาย

ยุโรปมีแนวโน้มที่จะขับเคลื่อนอุตสาหกรรมไฮโดรเจนและเปิดโอกาสใหม่ๆ ในภูมิภาคอื่นๆ เช่น การผลิตเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์และเซลล์เชื้อเพลิงในเอเชียและการส่งออกทรัพยากรหมุนเวียนจากตะวันออกกลางและอเมริกาเหนือ

ต้นทุนของเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์และเซลล์เชื้อเพลิงจะต้องลดลงเพื่อการจัดหาไฮโดรเจนในระยะสั้น อย่างไรก็ตาม ไฮโดรเจนจะมีราคาแพงกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิลเสมอ จึงจำเป็นต้องมีแรงจูงใจด้านนโยบายเพื่อให้สามารถแข่งขันได้