ความเข้าใจสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจน: คู่มือฉบับสมบูรณ์

เชื้อเพลิงไฮโดรเจนกลายเป็นทางเลือกที่ยอมรับได้ในการทดแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล เนื่องจากทั่วโลกกำลังเปลี่ยนไปใช้แหล่งพลังงานที่สะอาดกว่า บทความนี้กล่าวถึงสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจน ความท้าทายที่สถานีเหล่านี้เผชิญ และการใช้งานที่เป็นไปได้ในด้านการขนส่ง

สถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนคืออะไร?

เซลล์เชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าสามารถรับเชื้อเพลิงไฮโดรเจนได้จากสถานที่เฉพาะที่เรียกว่าสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจน (HRS) แม้ว่าสถานีเหล่านี้จะถูกสร้างขึ้นเพื่อรองรับไฮโดรเจน ซึ่งเป็นก๊าซที่ต้องใช้มาตรการความปลอดภัยเฉพาะและเครื่องจักรพิเศษ แต่สถานีเหล่านี้ก็มีลักษณะภายนอกคล้ายกับสถานีเติมน้ำมันทั่วไป

ระบบการผลิตหรือการขนส่งไฮโดรเจนถังทำความเย็นและถังเก็บ, และเครื่องจ่ายส่วนประกอบหลักสามส่วนของสถานีเติมไฮโดรเจน ได้แก่ ท่อส่งหรือรถพ่วงบรรทุกท่อ ไฮโดรเจนสามารถส่งไปยังสถานีได้ หรืออาจผลิตขึ้นในสถานที่โดยใช้กระบวนการปฏิรูปมีเทนด้วยไอน้ำหรือใช้กระบวนการอิเล็กโทรไลซิสในการผลิต

ส่วนประกอบสำคัญของสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจน:

อุปกรณ์สำหรับการผลิตหรือขนส่งไฮโดรเจนไปยังเรือ

หน่วยอัดอากาศเพื่อเพิ่มแรงดันของถังไฮโดรเจนที่ใช้เก็บไฮโดรเจนที่มีแรงดันสูงมาก

 

เครื่องจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงที่มีหัวฉีด FCEV พิเศษ

ฟังก์ชันด้านความปลอดภัย เช่น การตรวจจับการรั่วไหลและการหยุดระบบในกรณีฉุกเฉิน

ปัญหาใหญ่ที่สุดของเชื้อเพลิงไฮโดรเจนคืออะไร?

อุปกรณ์สำหรับการผลิตหรือขนส่งไฮโดรเจนไปยังถังบรรจุ รวมถึงหน่วยอัดความดันเพื่อเพิ่มความดันของถังเก็บไฮโดรเจนที่มีความดันสูงมากdเครื่องจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงที่มีหัวฉีด FCEV พิเศษ พร้อมฟังก์ชันความปลอดภัย เช่น การตรวจจับการรั่วไหลและการปิดระบบในกรณีฉุกเฉิน.ต้นทุนการผลิตและประสิทธิภาพการใช้พลังงานเป็นประเด็นหลักที่เชื้อเพลิงไฮโดรเจนต้องเผชิญ ในปัจจุบัน การปฏิรูปมีเทนด้วยไอน้ำ (steam methane reforming) ซึ่งใช้ก๊าซธรรมชาติและก่อให้เกิดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ถูกนำมาใช้ในการผลิตไฮโดรเจนเป็นส่วนใหญ่ แม้ว่า "ไฮโดรเจนสีเขียว" ที่ผลิตโดยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสด้วยพลังงานหมุนเวียนจะสะอาดกว่า แต่ต้นทุนก็ยังสูงกว่ามาก

นี่คือความท้าทายที่สำคัญยิ่งกว่า: การขนส่งและการจัดเก็บ: เนื่องจากไฮโดรเจนมีพลังงานน้อยเมื่อเทียบกับปริมาตร จึงสามารถอัดหรือทำให้เย็นลงได้เฉพาะที่ความดันบรรยากาศสูงเท่านั้น ซึ่งก่อให้เกิดความซับซ้อนและต้นทุนที่สูงขึ้น

การปรับปรุงสิ่งอำนวยความสะดวก: การสร้างสถานีเติมน้ำมันจำนวนมากต้องใช้ทรัพยากรจำนวนมาก

การสูญเสียพลังงาน: เนื่องจากการสูญเสียพลังงานในระหว่างกระบวนการผลิต การลดรูป และการแลกเปลี่ยน เซลล์เชื้อเพลิงที่ทำจากไฮโดรเจนจึงมีประสิทธิภาพ "จากแหล่งผลิตถึงล้อ" ลดลงเมื่อเทียบกับรถยนต์ไฟฟ้าที่ติดตั้งแบตเตอรี่

ถึงแม้จะมีอุปสรรคเหล่านี้ การสนับสนุนจากภาครัฐและการวิจัยอย่างต่อเนื่องกำลังกระตุ้นให้เกิดการพัฒนาทางเทคโนโลยี ซึ่งอาจเพิ่มความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจของไฮโดรเจนได้

เชื้อเพลิงไฮโดรเจนดีกว่าไฟฟ้าหรือไม่?

การเลือกระหว่างรถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่ (BEV) และรถยนต์ที่ใช้พลังงานจากเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนนั้นเป็นเรื่องยาก เนื่องจากเทคโนโลยีแต่ละประเภทมีข้อดีเฉพาะตัว ขึ้นอยู่กับปัญหาการใช้งาน

ปัจจัย	รถยนต์พลังงานไฮโดรเจน	รถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่
เวลาเติมน้ำมัน	3-5 นาที (คล้ายกับน้ำมันเบนซิน)	30 นาทีถึงหลายชั่วโมง
พิสัย	วิ่งได้ 300-400 ไมล์ต่อถังน้ำมัน	วิ่งได้ 200-300 ไมล์ต่อการชาร์จหนึ่งครั้ง
โครงสร้างพื้นฐาน	สถานีเติมน้ำมันมีจำนวนจำกัด	เครือข่ายสถานีชาร์จที่ครอบคลุม
ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน	ประสิทธิภาพการผลิตตั้งแต่ต้นทางจนถึงปลายทางลดลง	ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่สูงขึ้น
แอปพลิเคชัน	การขนส่งระยะไกล รถบรรทุกขนาดใหญ่	การเดินทางในเมือง ยานพาหนะขนาดเล็ก

รถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรี่มีประโยชน์มากกว่าสำหรับการเดินทางในชีวิตประจำวันและการใช้งานในเมือง ในขณะที่รถยนต์ที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนเหมาะสำหรับงานที่ต้องการระยะทางไกลและการเติมเชื้อเพลิงอย่างรวดเร็ว เช่น รถโดยสารและรถบรรทุก

ทั่วโลกมีสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนกี่แห่ง?

ในปี 2026 มีสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนมากกว่า 1,000 แห่งทั่วโลกที่เปิดให้บริการ และมีแผนการเติบโตอย่างมากในอีกหลายปีข้างหน้า มีหลายพื้นที่เฉพาะที่...สถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนเป็นย้ายที่ตั้ง:

ด้วยจำนวนมากกว่าห้าหลายร้อยในส่วนของสถานีต่างๆ นั้น เอเชียครองตลาด โดยส่วนใหญ่ประกอบด้วยประเทศเกาหลีใต้ (มากกว่า 100 สถานี) และญี่ปุ่น (มากกว่า 160 สถานี) ส่วนจีนนั้น...ตลาดกำลังเติบโตอย่างรวดเร็วเนื่องจากรัฐบาลมีเป้าหมายที่ทะเยอทะยาน

เยอรมนีมีสถานีเกือบ 100 แห่ง ซึ่งมากกว่าประเทศอื่นๆ ในยุโรปที่มีสถานีประมาณสองร้อยแห่ง สหภาพยุโรปวางแผนที่จะเพิ่มจำนวนสถานีเป็นหลายพันแห่งภายในปี 2030

สถานีบริการน้ำมันมากกว่า 80 แห่งมีสาขาในทวีปอเมริกาเหนือ ส่วนใหญ่อยู่ในรัฐแคลิฟอร์เนีย และมีอีกจำนวนหนึ่งในแคนาดาและภาคตะวันออกเฉียงเหนือของสหรัฐอเมริกา

จากการคาดการณ์ที่ระบุว่าอาจมีสถานีเติมไฮโดรเจนมากกว่า 5,000 แห่งทั่วโลกภายในปี 2030 รัฐต่างๆ ทั่วโลกจึงได้นำนโยบายต่างๆ ออกมาพิจารณาเพื่อส่งเสริมการสร้างสถานีเติมไฮโดรเจน

เหตุใดเชื้อเพลิงไฮโดรเจนจึงดีกว่าน้ำมันเบนซิน?

เมื่อเปรียบเทียบกับเชื้อเพลิงแบบดั้งเดิมที่ผลิตจากน้ำมัน เชื้อเพลิงไฮโดรเจนมีข้อดีหลายประการ:

มลพิษทางอากาศเป็นศูนย์: เซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนหลีกเลี่ยงการปล่อยไอเสียที่เป็นอันตรายซึ่งเป็นสาเหตุของมลพิษทางอากาศและภาวะโลกร้อน โดยการผลิตเพียงไอน้ำเป็นผลพลอยได้

ความต้องการพลังงานสีเขียว: สามารถสร้างวงจรพลังงานสะอาดได้โดยการผลิตไฮโดรเจนโดยใช้แหล่งพลังงานธรรมชาติ เช่น แสงแดดและพลังงานลม

ความมั่นคงด้านพลังงาน: การผลิตไฮโดรเจนภายในประเทศจากแหล่งต่างๆ ช่วยลดการพึ่งพาปิโตรเลียมจากต่างประเทศ

ประสิทธิภาพที่สูงกว่า: เมื่อเปรียบเทียบกับยานพาหนะที่ใช้เครื่องยนต์ที่เผาไหม้น้ำมันเบนซิน ยานพาหนะที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิงจะมีประสิทธิภาพสูงกว่าประมาณสองถึงสามเท่า

การทำงานที่เงียบสงบ: เนื่องจากรถยนต์ไฮโดรเจนทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงช่วยลดมลภาวะทางเสียงในเมืองต่างๆ

ข้อดีด้านสิ่งแวดล้อมของไฮโดรเจนทำให้เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจในการทดแทนเชื้อเพลิงในการเปลี่ยนผ่านไปสู่การขนส่งที่สะอาดขึ้น อย่างไรก็ตาม ปัญหาด้านการผลิตและการขนส่งยังคงมีอยู่

การสร้างสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนใช้เวลานานเท่าไหร่?

ระยะเวลาในการก่อสร้างสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ เช่น ขนาดของสถานี สถานที่ตั้ง กฎระเบียบการขออนุญาต และว่าไฮโดรเจนนั้นจัดหาจากภายนอกหรือผลิตเองในสถานที่นั้น

สำหรับสถานีที่มีจำนวนน้อยและมีส่วนประกอบที่ผลิตสำเร็จรูป รวมถึงการออกแบบที่ลดทอนรายละเอียดลง โดยทั่วไปแล้วกำหนดการจะอยู่ระหว่างหกถึงสิบสองเดือน

สำหรับสถานีขนาดใหญ่และซับซ้อนที่มีโรงงานผลิตในสถานที่ จะใช้เวลา 12 ถึง 24 เดือน

ปัจจัยต่อไปนี้เป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อระยะเวลาในการก่อสร้าง ได้แก่ การเลือกที่ตั้งและการวางแผน

การอนุมัติและใบอนุญาตที่จำเป็น

การค้นหาและจัดหาอุปกรณ์

การก่อสร้างและการติดตั้ง

การติดตั้งและการประเมินความปลอดภัย

ปัจจุบัน การติดตั้งโรงไฟฟ้าไฮโดรเจนมีประสิทธิภาพมากขึ้น เนื่องจากความก้าวหน้าใหม่ในการออกแบบสถานีแบบโมดูลาร์ ซึ่งช่วยลดระยะเวลาในการออกแบบลง

ไฮโดรเจน 1 กิโลกรัม สามารถผลิตไฟฟ้าได้ปริมาณเท่าใด?

ประสิทธิภาพของระบบเซลล์เชื้อเพลิงขึ้นอยู่กับปริมาณไฟฟ้าที่สามารถผลิตได้โดยใช้ไฮโดรเจน 1 กิโลกรัม ในการใช้งานทั่วไป:

ไฮโดรเจน 1 กิโลกรัม สามารถให้พลังงานแก่รถยนต์ที่ใช้พลังงานจากเซลล์เชื้อเพลิงทั่วไปได้ประมาณ 60-70 ไมล์

ไฮโดรเจน 1 กิโลกรัม มีพลังงานเกือบ 33.6 กิโลวัตต์ชั่วโมง

ไฮโดรเจน 1 กิโลกรัมสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ประมาณ 15-20 กิโลวัตต์ชั่วโมง ซึ่งสามารถใช้งานได้หลังจากพิจารณาความน่าเชื่อถือของเซลล์เชื้อเพลิงแล้ว (โดยปกติอยู่ที่ 40-60%)

เพื่อให้เห็นภาพชัดเจนขึ้น ครัวเรือนชาวอเมริกันทั่วไปใช้ไฟฟ้าเกือบ 30 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อวัน ซึ่งหมายความว่า หากนำไฮโดรเจน 2 กิโลกรัมมาแปรรูปได้สำเร็จ ก็อาจใช้เป็นพลังงานไฟฟ้าสำหรับบ้านได้หนึ่งวัน

ประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน:

โดยทั่วไปแล้ว รถยนต์ที่ใช้พลังงานจากเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนจะมีประสิทธิภาพ "จากแหล่งผลิตถึงล้อ" อยู่ระหว่าง 25-35% ในขณะที่รถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรี่มักมีประสิทธิภาพอยู่ที่ 70-90% การสูญเสียพลังงานในกระบวนการผลิตไฮโดรเจน การลดความดัน การขนส่ง และการแปลงเป็นเซลล์เชื้อเพลิงเป็นสาเหตุหลักของความแตกต่างนี้