วันนี้หลายคนยังคงมีคำถามอยู่ว่าพลังงาน “ไฮโดรเจน” ยังน่าสนใจอยู่ไหม? หลังอุตสาหกรรมยานยนต์มุ่งไป EV โดยเฉพาะชาติมหาอำนาจอย่างจีน ที่ทุ่มวิจัยและพัฒนารถยนต์ EV อย่างต่อเนื่อง จนมีหลายค่ายรถที่ออกมาทำตลาดทั่วโลก ไม่ว่าจะเป็น BYD, GWM, AION หรือ NETA ขณะที่เทคโนโลยียานยนต์ฝากยุโรปอย่าง Mercedes-Benz, BMW หรือ Volvo ต่างก็แข่งขันในตลาด EV อย่างต่อเนื่องเช่นกัน ด้านสหรัฐฯ ก็มีแบรนด์ที่หลายคนคุ้นหูกันดีอย่าง Tesla เข้ามาชิงตลาดทั่วโลก ซึ่งในปีที่ผ่านมามีรถยนต์ไฟฟ้า 100% (BEV) ขายไปทั่วโลกถึง 9.5 ล้านคันรวมทุกแบรนด์ ในปี 2023 เฉพาะในสหรัฐฯ มียอดขายถึง 1.1 ล้านคัน ขณะที่ประเทศไทยก็กระแสมาแรงไม่แพ้กัน มียอดขายไปถึง 76,000 คันในปีที่ผ่านมา และในปีนี้ก็ยังคาดการณ์กันว่ายอดขายรถ BEV จะยังเติบโตต่อเนื่องไปอีกปี
แต่ในช่วงครั้งปีหลังของปี 2023 จนถึงต้นปีที่ผ่านมา เราเริ่มได้ยินกระแสของรถยนต์พลังงานไฮโดรเจนกันมากขึ้น เมื่อ ญี่ปุ่น และ เกาหลีใต้ ต่างก็ออกมาพูดถึงรถยนต์พลังงานไฮโดรเจนกัน ไม่ว่าจะเป็น Toyota ที่ยังเดินหน้าพัฒนา Mirai ซึ่งรุ่นล่าสุดวิ่งได้ 650 กิโลเมตรจากการเติมไฮโดรเจน 1 ถัง ขณะที่ Hyundai พัฒนา Nexo วิ่งได้ไกล 550 กิโลเมตร
“ไฮโดรเจน” พลังงานทางเลือกที่มลพิษเป็นศูนย์อย่างแท้จริง?
หากย้อนมาดูเรื่องพลังงานในโลกนี้ จะพบว่ามีการได้มาหลากหลายวิธี ทั้งฟอสซิล (น้ำมันหรือก๊าซธรรมชาติ) หรือพลังงานสะอาดอย่าง น้ำ ลม และแสงแดด ส่วนในอุสาหกรรมยานยนต์จำนวนรถที่วิ่งบนท้องถนนปัจจุบันยังใช้พลังงานฟอสซิลอยู่มาก ตามมาด้วยพลังงานจากแบตเตอรี่ ขณะที่รถยนต์พลังงานไฮโดรเจนยังไม่ได้ถูกนำมาขายในวงกว้างถึงแม้ว่าจะถูกเคลมว่าสะอาดที่สุด
ด้าน รศ.ดร.เชิดศักดิ์ มณีรัตนรุ่งโรจน์ อาจารย์ประจำภาควิชาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ สจล. ให้ความเห็นว่า เชื้อเพลิงฟอสซิลทั้งหลาย ไม่ว่าจะ LPG, NGV หรือ น้ำมัน เป็นเชื้อเพลิงที่เมื่อเผาไหม้แล้วจะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ หรือ CO2 ยิ่งถ้าเครื่องยนต์สันดาปไม่สมบูรณ์ มลพิษที่ปล่อยออกมาจะมีก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ หรือ COเป็นองค์ประกอบ ซึ่งเป็นแก๊สพิษที่หากสูดเข้าไปจะทำให้เม็ดเลือดแดงทำงานได้ไม่เต็มที่ไปอีก 120 วัน
หากมองไปถึงคาร์บอนฟรี จะเห็นว่าโลกไปทาง EV ซึ่งต้องยอมรับว่าพลังงานจากแบตเตอรี่ไม่ปล่อยคาร์บอนจากการขับขี่ก็จริง แต่ยังมีการตั้งคำถามว่ากระบวนการผลิตแบตเตอรี่ ยังปล่อย CO2 อยู่ และส่วนแบตเตอรี่ที่หมดอายุ ในกระบวนการทำลายจะปล่อย CO2 อีกหรือไม่
ขณะที่พลังงานไฮโดรเจนจากสิ่งมีชีวิตสีเขียว ถือว่าเป็นพลังงานสะอาด 100% เพราะในกระบวนการเผาไหม้มันจะวนกลับไปเป็นน้ำอีกครั้ง เป็นพลังงานที่สะอาดหมดจดและไม่ส่งผลเสียต่อโลก
พลังงานสะอาดที่ยังมีความท้าทาย
ถึงแม้ว่าพลังงานไฮโดรเจนจากสิ่งมีชีวิตสีเขียวจะสะอาดที่สุดเมื่อเทียบกับพลังงานชนิดอื่นๆ แต่ที่เรายังไม่เห็นมันถูกนำมาใช้กับการพัฒนาอุตสาหกรรมยานยนต์อย่างแพร่หลาย เพราะมันยังมีปัจจัยที่ท้าทายอยู่มาก
รศ.ดร.เชิดศักดิ์ กล่าวว่า หนึ่งในความท้าทายของการพัฒนาคือ ขนาดโมเลกุลของไฮโดรเจนมันเล็กมาก ซึ่งถือได้ว่าเป็นโมเลกุลที่เล็กที่สุดของจักรวาลแห่งนี้ เพราะฉะนั้นการเก็บจะยาก จะกักเก็บให้อยู่ในพื้นที่จำกัดได้อย่างไร หรือจะเก็บในระยะยาวอย่างไรไม่ให้มันรั่วออกมานอกตัวถังได้อย่างไร
นอกจากนี้ไฮโดรเจนยังไวไฟกว่าพลังงานรูปแบบอื่นมาก ค่าพลังงานต่อกรัมของมันก็ให้มากกว่าเชื้อเพลิงทุกชนิด การระเบิดจึงรุนแรงกว่าเชื้อเพลิงชนิดอื่น ซึ่งตรงนี้จะต้องอาศัยการออกแบบถังเก็บเพื่อให้ปลอดภัยมากขึ้น
และอีกหนึ่งความท้าทายคือ “ขั้นตอนการได้มาซึ่งพลังงานไฮโดรเจนชีวภาพ”
“การได้มาของพลังงานไฮโดรเจนมันเป็นเหมือนตาชั่ง 2 แขน คือแขนที่หนึ่งเราจะผลิตไฮโดรเจนมากๆ แต่ได้ CO2 มาด้วย หรือแขนที่สองเราจะยอมได้พลังงานไฮโดรเจนลดลง แต่โลกสะอาดขึ้น” รศ.ดร.เชิดศักดิ์ กล่าว
เพราะแขนที่หนึ่งในวิธีการได้มาซึ่งพลังงานไฮโดรเจน คือการเลี้ยง “แบคทีเรีย” เพื่อผลิตออกมาเป็นพลังงานไฮโดรเจน ซึ่งให้ค่าพลังงานสูง แต่ในกระบวนการเลี้ยงแบคทีเรียจะนำออกซิเจนเข้าไปและคายคาร์บอนออกมาเหมือนมนุษย์ หมายความว่าในกระบวนการผลิตยังปล่อยคาร์บอนอยู่
แขนที่สอง “ไฮโดรเจนจากสาหร่าย” ทางเลือกที่สะอาด 100%
การมองหาสิ่งมีชีวิตจากจุลชีพสีเขียว (รูปที่ 1)ซึ่งเป็นกลุ่มสาหร่ายสีเขียว หรือสาหร่ายไซยาโนแบคทีเรีย เป็นต้น เป็นการหาสิ่งมีชีวิตตัวเล็กๆ ผ่านการส่องกล้องจุลทรรศน์ และพิสูจน์ต่อว่าตัวไหนมีความสามารถผลิตไฮโดรเจนได้ จากนั้นจึงนำมาเลี้ยงในห้องแล็บเพื่อเพิ่มปริมาณเซลล์และการผลิตให้ได้มากขึ้น เหมือนกับเลี้ยงลูกที่ค่อยๆ โต
สำหรับการวิจัยและพัฒนา (R&D) ของ สจล. นั้น รศ.ดร.เชิดศักดิ์ เลือกใช้สาหร่ายที่คัดแยกมาจากธรรมชาติของประเทศไทยกับงานวิจัยและพัฒนา เพราะเล็งเห็นว่า สิ่งมีชีวิตสีเขียวจะดึงคาร์บอนไดออกไซด์เข้าไปและปล่อยออกซิเจนออกมา ทำให้กระบวนการผลิตนั้นสะอาดตั้งแต่ต้นน้ำ
โดยกระบวนการผลิตแบบชีวภาพ เรียกว่าการผลิตแบบ 2 ช่วง
ช่วงแรก คือ การเลี้ยงเพื่อเพิ่มชีวมวล ทำให้เซลล์โตเร็ว มีจำนวนสาหร่ายมากขึ้น (รูปที่ 2) โดยเริ่มจากการนำเซลล์มาทดลองเลี้ยงในอาหารสูตรต่างๆ เซลล์แต่ละชนิดจะชอบกินอาหารแตกต่างกัน (ชอบเกลือสูตรแตกต่างกันออกไป) นอกจากนี้สาหร่ายแต่ละชนิดยังชอบอุณหภูมิ และแสงแดด แตกต่างกันอีกด้วย (ปัจจุบันสาหร่ายสีเขียวที่ใช้เป็นสาหร่ายที่หาได้จากแหล่งน้ำจืดในประเทศไทย)
จากนั้นช่วงที่ 2 คือ การแกล้งเซลล์ให้เซลล์ผลิตไฮโดรเจนได้มากขึ้น โดยลองให้เซลล์ไปอยู่ในสภาวะต่างๆ (รูปที่ 3) ซึ่งปัจจุบัน สจล. ได้ทดลองจนพบสภาวะที่ดีแล้ว แต่ยังเดินหน้าพัฒนาเพื่อให้ได้เซลล์ที่ดีกว่าเดิม โดยการศึกษาด้านการตัดต่อ DNA เพื่อให้เซลล์ผลิตไฮโดรเจนได้มากที่สุด ซึ่งปัจจุบัน ณัฐวิกา เหล่าเกื้อ นักศึกษาปริญญาเอก เข้ามาช่วยวิจัยและพัฒนาอยู่
“การวิจัยและพัฒนาในด้านชีวภาพเพื่อให้ได้พลังงานไฮโดรเจนในจำนวนมาก ถือเป็นความท้าทายมากสำหรับเรา” รศ.ดร.เชิดศักดิ์ กล่าว
ไทย ต้องพร้อมขยับตามเทรนด์โลก
ถึงแม้ว่าวันนี้ยังมีเพียงไม่กี่ประเทศที่หันมาพัฒนารถยนต์พลังงานไฮโดรเจนอย่างจริงจัง แต่หากวันใดวันหนึ่งมันถูกนำมาใช้ได้จริง ทั้งจำนวนการผลิตรถยนต์ และการขนส่งพลังงานที่ปลอดภัยมากขึ้นในระดับที่เทียบเท่ากับรถยนต์เครื่องสันดาปหรือแบตเตอรี่ วันนั้นประเทศไทยเองก็จะต้องอยู่ในจุดที่พร้อมเชื่อมต่อกับระบบนิเวศของเครื่องยนต์พลังงานไฮโดรเจน โดยเฉพาะการผลิตพลังงานได้เองในประเทศ
“เราต้องยอมรับว่าวันนี้เทรนด์โลกขยับไปทางไหน เราจึงขยับตาม นวัตกรรมจึงเกิดในต่างประเทศมากกว่า เช่น สหรัฐฯ ที่มีเงินอุดหนุนมหาศาลเพื่อลองผิดลองถูก ขณะที่นักวิจัยบ้านเราไม่เป็นรองนักวิจัยจากต่างชาติ แต่เมื่อไม่มีเงินทุนให้ทำงานวิจัยจึงเกิดภาวะสมองไหล เพราะการออกไปข้างนอกมีโอกาสได้ใช้เครื่องมือดีๆ และผลตอบแทนสูงกว่า” รศ.ดร.เชิดศักดิ์ กล่าว
ด้านงานวิจัยและพัฒนาพลังงานไฮโดรเจนของ สจล. รศ.ดร.เชิดศักดิ์ กล่าวว่า ปัจจุบันในฟากการเรียนด้านชีวภาพ นักศึกษายังเน้นเรียนรู้เพื่อไปใช้ในอุตสาหกรรม เช่น อาหาร เครื่องสำอาง กันเป็นส่วนมาก ขณะที่พลังงานชีวภาพยังเป็นทางเลือกในสาขาวิชา
ในมหาวิทยาลัยยังพัฒนากันแบบแล็บสเกลไม่เกิน 100 มิลลิลิตร เพื่อดูว่าสภาวะไหนเซลล์จะผลิตไฮโดรเจนได้ดี ขณะที่ในระดับอุตสาหกรรมผลิตอยู่ในระดับ 10,000 ลิตร
อีกส่วนหนึ่งของความท้าทายในการผลิตในสเกลที่สูงขึ้นคือ การผลิตไฮโดรเจนชีวภาพนี้ยังมีไอน้ำและอาร์กอน (ก๊าซที่ใช้สร้างสภาวะการผลิตไฮโดรเจนของสาหร่าย) ผสมอยู่ จะต้องมีหน่วยการผลิตมาช่วยแยกก๊าซผสมเหล่านี้ออกจากไฮโดรเจน ซึ่งจะต้องใช้กระบวนการทางวิศวกรรมเข้ามาช่วย “ถึงแม้วันนี้เทรนด์ยังไปทาง EV แต่เราก็เชื่อว่าทุกอย่างมีเวลาของมัน การทำงานของเราเป็นเพียงต้นน้ำ แต่เป็นจุดเริ่มต้นที่สำคัญ ถ้าเราได้สาหร่ายที่มีประสิทธิภาพ เป็นซูเปอร์สาหร่าย ก็จะช่วยลดต้นทุนการผลิตได้ดี วันนี้เรายังเดินหน้าศึกษาเพราะไฮโดรเจนเป็นนวัตกรรมที่เป็นประโยชน์ต่อโลก” รศ.ดร.เชิดศักดิ์ กล่าวทิ้งท้าย
