พลังงานไฮโดรเจนราคาถูก: เปิดประตูสู่ความจริง

เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเป็นทางเลือกที่น่าสนใจแทนการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล แต่ก็มีปัญหาเรื่องความยุ่งยากและค่าใช้จ่าย ทำให้เรายังไม่เห็นการใช้งานแพร่หลายนัก อย่างไรก็ตาม สถานการณ์นี้อาจเปลี่ยนแปลงไปในเร็ววัน

ในงานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Materials เมื่อวันที่ 8 สิงหาคม นักวิจัยได้ประกาศการพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์ของแข็ง (SOFC) ชนิดใหม่ที่แก้ปัญหาสำคัญของอุปกรณ์เหล่านี้ นั่นคือ อุณหภูมิ เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนซึ่งเป็น SOFC ประเภทหนึ่ง จะแปลงก๊าซไฮโดรเจนเป็นพลังงานและน้ำโดยตรง กระบวนการนี้มีประสิทธิภาพสูงและใช้งานได้นาน แต่ต้องใช้อุณหภูมิในการทำงานที่สูงมาก ตั้งแต่ 700 ถึง 800 องศาเซลเซียส

อย่างไรก็ตาม เซลล์เชื้อเพลิงใหม่นี้ทำงานได้ที่อุณหภูมิเพียง 300 องศาเซลเซียส ซึ่งน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของอุณหภูมิที่เคยต้องการ “การลดอุณหภูมิในการทำงานลงเหลือ 300 องศาเซลเซียส จะช่วยลดต้นทุนวัสดุและเปิดประตูสู่ระบบระดับผู้บริโภค” Yoshihiro Yamazaki ผู้เขียนอาวุโสของการศึกษาและวิศวกรวัสดุที่มหาวิทยาลัยคิวชูในญี่ปุ่นกล่าว

ทีมวิจัยมุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งเป็นชั้นเซรามิกที่ประกอบด้วยโครงสร้างอะตอมที่แตกต่างกันซึ่งจัดเรียงในโครงผลึก ในเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน ไอออนไฮโดรเจนที่มีประจุบวก หรือโปรตอน จะเคลื่อนที่ผ่านเส้นทางผลึกเหล่านี้เพื่อแปลงก๊าซไฮโดรเจนเป็นพลังงานและน้ำ โดยปกติแล้ว เซลล์เชื้อเพลิงต้องทำงานภายใต้อุณหภูมิที่สูงมากเพื่อให้ทำงานได้ ซึ่งนักวิจัยพยายามหลีกเลี่ยงโดยใช้สารเจือปนทางเคมี ซึ่งเป็นสารที่เติมเพื่อปรับเปลี่ยนคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุ ร่วมกับผลึกออกไซด์ที่เหมาะสม

“แต่สิ่งนี้ก็มาพร้อมกับความท้าทายเช่นกัน” Yamazaki อธิบาย “การเพิ่มสารเจือปนทางเคมีสามารถเพิ่มจำนวนโปรตอนที่เคลื่อนที่ผ่านอิเล็กโทรไลต์ได้ แต่มักจะอุดตันโครงผลึก ทำให้โปรตอนเคลื่อนที่ช้าลง”

หลังจากทดสอบตัวเลือกต่างๆ แล้ว ทีมงานได้เลือกสารประกอบสองชนิดคือ แบเรียมสแตนเนตและแบเรียมไททาเนต เมื่อเจือด้วยสแกนเดียมที่อุณหภูมิ 300 องศาเซลเซียส วัสดุทั้งสองแสดงระดับประสิทธิภาพเทียบเท่ากับ SOFC ที่มีอยู่ในปัจจุบันที่อุณหภูมิสูงกว่ามาก

น่าแปลกที่อะตอมสแกนเดียมจับตัวกับอะตอมออกซิเจนเพื่อสร้าง “ทางหลวงโมเลกุลที่กว้างและสั่นเบาๆ” ซึ่งช่วยให้โปรตอนเดินทางด้วย “แผงกั้นการเคลื่อนย้ายที่ต่ำผิดปกติ” Yamazaki อธิบาย สารประกอบสองชนิดที่ใช้สำหรับอิเล็กโทรไลต์นี้ยังนุ่มกว่าที่ใช้กันทั่วไปในการสร้างเซลล์ดังกล่าว เขากล่าวเสริม ซึ่งอาจเป็นเหตุผลที่สารประกอบดูดซับสารเจือปนสแกนเดียมได้อย่างง่ายดาย

“งานของเราเปลี่ยนความขัดแย้งทางวิทยาศาสตร์ที่มีมายาวนานให้กลายเป็นโซลูชันที่ใช้งานได้จริง ทำให้พลังงานไฮโดรเจนราคาถูกเข้าใกล้ชีวิตประจำวันมากขึ้น” Yamazaki กล่าว

เมื่อเทียบกับอุณหภูมิห้องแล้ว 300 องศาเซลเซียสยังคงสูงมาก อย่างไรก็ตาม การลดอุณหภูมินี้ยังคงมีความสำคัญและวาดภาพอนาคตที่สดใสสำหรับการลดอุณหภูมิในการทำงานให้ต่ำลงไปอีก และยังลดต้นทุนการดำเนินงานสำหรับการใช้งาน SOFC ในวงกว้างและในทางปฏิบัติอีกด้วย

พลังงานไฮโดรเจนราคาถูก

พลังงานไฮโดรเจนราคาถูก: ก้าวสำคัญสู่อนาคต

การพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่ทำงานที่อุณหภูมิต่ำลงนี้ เป็นก้าวสำคัญที่ไม่เพียงแต่ลดต้นทุน แต่ยังเปิดโอกาสให้เราเข้าถึงพลังงานไฮโดรเจนราคาถูกได้ง่ายขึ้น ซึ่งเป็นอนาคตที่ยั่งยืนและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้นสำหรับทุกคน

ที่มา – Engineering Breakthrough Opens Door to Cheap Hydrogen PowerA new type of hydrogen fuel cell operates at much lower temperatures than what’s typically required for existing fuel cells, bringing them closer to widespread implementation.