ทำความเข้าใจสถานีเติมไฮโดรเจน: คู่มือฉบับสมบูรณ์

เชื้อเพลิงไฮโดรเจนกลายเป็นเชื้อเพลิงทดแทนที่ได้รับการยอมรับ เนื่องจากโลกกำลังเปลี่ยนผ่านไปสู่แหล่งพลังงานที่สะอาดขึ้น บทความนี้จะกล่าวถึงสถานีเติมไฮโดรเจน ความท้าทายที่สถานีเหล่านี้เผชิญ และแนวโน้มการใช้งานสำหรับการขนส่ง

สถานีเติมไฮโดรเจนคืออะไร?

เซลล์เชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าสามารถรับเชื้อเพลิงไฮโดรเจนได้จากจุดเฉพาะที่เรียกว่าสถานีเติมไฮโดรเจน (HRS) ถึงแม้ว่าสถานีเหล่านี้จะถูกผลิตขึ้นเพื่อใช้กับไฮโดรเจน ซึ่งเป็นก๊าซที่ต้องอาศัยมาตรการความปลอดภัยเฉพาะและเครื่องจักรพิเศษ แต่สถานีเหล่านี้ก็มีรูปลักษณ์คล้ายคลึงกับปั๊มน้ำมันทั่วไป

ระบบผลิตหรือส่งไฮโดรเจน ถังทำความเย็นและถังเก็บ และเครื่องจ่าย ถือเป็นสามส่วนประกอบหลักของสถานีเติมไฮโดรเจน ไฮโดรเจนสามารถส่งไปยังโรงงานได้โดยผ่านท่อหรือรถพ่วง หรือสามารถผลิตได้เองภายในโรงงานโดยใช้กระบวนการรีฟอร์มมีเทนด้วยไอน้ำหรืออิเล็กโทรไลซิส

ส่วนประกอบหลักของสถานีเติมไฮโดรเจน:

l อุปกรณ์สำหรับการผลิตหรือขนส่งไฮโดรเจนไปยังภาชนะ

หน่วยการบีบอัดเพื่อเพิ่มแรงดันของถังไฮโดรเจนที่จัดเก็บไฮโดรเจนที่มีแรงดันสูงมาก

l เครื่องจ่ายที่มีหัวฉีด FCEV พิเศษ

ฟังก์ชันด้านความปลอดภัย เช่น การค้นหาจุดรั่วและการปิดระบบในกรณีฉุกเฉิน

ปัญหาใหญ่ที่สุดของเชื้อเพลิงไฮโดรเจนคืออะไร?

อุปกรณ์สำหรับการผลิตหรือขนส่งไฮโดรเจนไปยังภาชนะอัดเพื่อเพิ่มแรงดันของถังไฮโดรเจนที่จัดเก็บไฮโดรเจนที่มีแรงดันสูงมากdหัวฉีด FCEV แบบพิเศษพร้อมฟังก์ชันความปลอดภัย เช่น การค้นหาจุดรั่วและการปิดระบบในกรณีฉุกเฉิน.ต้นทุนการผลิตและประสิทธิภาพการใช้พลังงานเป็นประเด็นหลักที่เชื้อเพลิงไฮโดรเจนต้องเผชิญ ปัจจุบัน การผลิตไฮโดรเจนส่วนใหญ่ใช้กระบวนการรีฟอร์มมีเทนด้วยไอน้ำ ซึ่งใช้ก๊าซธรรมชาติและปล่อยก๊าซคาร์บอน แม้ว่า “ไฮโดรเจนสีเขียว” ที่ผลิตด้วยไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนจะมีความสะอาดกว่า แต่ต้นทุนก็ยังคงสูงกว่ามาก

สิ่งเหล่านี้เป็นความท้าทายที่สำคัญยิ่งกว่า: การขนส่งและการจัดเก็บ: เนื่องจากไฮโดรเจนมีพลังงานจำนวนน้อยเมื่อเทียบกับปริมาตร จึงสามารถอัดหรือทำให้เย็นลงได้เฉพาะที่ความดันบรรยากาศสูงเท่านั้น ซึ่งทำให้เกิดความซับซ้อนและต้นทุน

การปรับปรุงสิ่งอำนวยความสะดวก: ต้องใช้ทรัพยากรจำนวนมากในการสร้างสถานีเติมน้ำมันจำนวนมาก

การสูญเสียพลังงาน: เนื่องจากการสูญเสียพลังงานระหว่างการผลิต การลดลง และการแลกเปลี่ยน เซลล์เชื้อเพลิงที่ทำจากไฮโดรเจนจึงมีประสิทธิภาพ "จากแหล่งผลิตถึงล้อ" ลดลงเมื่อเทียบกับรถยนต์ไฟฟ้าที่ติดตั้งแบตเตอรี่

แม้จะมีความยากลำบากเหล่านี้ แต่การสนับสนุนจากรัฐบาลและการวิจัยอย่างต่อเนื่องช่วยกระตุ้นให้มีการพัฒนาด้านเทคโนโลยีที่จะสามารถเพิ่มความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจของไฮโดรเจนได้

เชื้อเพลิงไฮโดรเจนดีกว่าเชื้อเพลิงไฟฟ้าหรือไม่?

การเลือกใช้ระหว่างรถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่ (BEV) กับรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเป็นเรื่องยาก เนื่องจากเทคโนโลยีแต่ละประเภทมีข้อดีที่แตกต่างกันออกไป ขึ้นอยู่กับปัญหาการใช้งาน

รถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรี่มีประโยชน์มากกว่าสำหรับการขนส่งในชีวิตประจำวันและการใช้งานในเมือง ในขณะที่รถยนต์ที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนนั้นเหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการระยะทางไกลและการเติมเชื้อเพลิงอย่างรวดเร็ว เช่น รถประจำทางและรถบรรทุก

มีสถานีเติมไฮโดรเจนกี่แห่งในโลก?

มีสถานีเติมไฮโดรเจนมากกว่า 1,000 แห่งทั่วโลก ณ ปี พ.ศ. 2569 และจะมีการขยายสถานีเพิ่มขึ้นอย่างมากในปีต่อๆ ไป มีหลายพื้นที่เฉพาะที่สถานีเติมไฮโดรเจนเป็นย้ายที่ตั้ง:

ด้วยไฟเกินหลายร้อยสถานีเอเชียเข้ามาครองตลาด โดยส่วนใหญ่ประกอบด้วยประเทศเกาหลีใต้ (มากกว่า 100 สถานี) และญี่ปุ่น (มากกว่า 160 สถานี) ส่วนจีนตลาดกำลังเติบโตอย่างรวดเร็วเนื่องจากรัฐบาลมีเป้าหมายที่ทะเยอทะยาน

ด้วยจำนวนสถานีเกือบ 100 แห่ง เยอรมนีจึงนำหน้ายุโรป โดยมีสถานีประมาณสองร้อยแห่ง ภายในปี 2030 สหภาพยุโรปวางแผนที่จะขยายสถานีเป็นหลายพันแห่ง

มีสถานีมากกว่า 80 แห่งที่มีจุดจำหน่ายในอเมริกาเหนือ โดยส่วนใหญ่มาจากแคลิฟอร์เนีย และมีอีกไม่กี่แห่งในแคนาดาและภูมิภาคตะวันออกเฉียงเหนือของสหรัฐอเมริกา

จากการคาดการณ์ที่ระบุว่าภายในปี 2030 อาจมีสถานีบริการไฮโดรเจนมากกว่า 5,000 แห่งทั่วโลก รัฐต่างๆ ทั่วโลกจึงนำนโยบายที่ออกแบบมาเพื่อส่งเสริมการสร้างสถานีบริการไฮโดรเจนขึ้นมาหารือกัน

ทำไมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนจึงดีกว่าน้ำมันเบนซิน?

เมื่อเปรียบเทียบกับเชื้อเพลิงแบบดั้งเดิมที่ทำจากน้ำมัน เชื้อเพลิงไฮโดรเจนมีข้อดีหลายประการที่แตกต่างกัน:

มลพิษทางอากาศเป็นศูนย์: เซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนหลีกเลี่ยงการปล่อยไอเสียที่เป็นอันตรายซึ่งทำให้เกิดมลพิษทางอากาศและอุณหภูมิที่สูงขึ้นโดยการผลิตไอน้ำเป็นผลข้างเคียงเท่านั้น

ความต้องการพลังงานสีเขียว: สามารถสร้างวงจรพลังงานสะอาดได้โดยการสร้างไฮโดรเจนโดยใช้แหล่งธรรมชาติ เช่น แสงแดดและพลังงานลม

ความมั่นคงด้านพลังงาน: การผลิตไฮโดรเจนในประเทศจากแหล่งต่างๆ ช่วยลดการพึ่งพาปิโตรเลียมจากต่างประเทศ

ประสิทธิภาพที่สูงขึ้น: เมื่อเปรียบเทียบกับยานพาหนะที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ที่เผาไหม้น้ำมันเบนซิน ยานพาหนะเซลล์เชื้อเพลิงมีประสิทธิภาพสูงกว่าประมาณสองถึงสามเท่า

การทำงานที่เงียบ: เนื่องจากรถยนต์ไฮโดรเจนทำงานอย่างมีประสิทธิภาพจึงช่วยลดมลพิษทางเสียงในเมือง

ประโยชน์สีเขียวของไฮโดรเจนทำให้เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจในการทดแทนเชื้อเพลิงในการเปลี่ยนไปใช้ระบบขนส่งที่สะอาดกว่า อย่างไรก็ตาม ปัญหาด้านการผลิตและการขนส่งยังคงเกิดขึ้น

การสร้างสถานีเติมไฮโดรเจนต้องใช้เวลานานเท่าใด?

ระยะเวลาในการสร้างสถานีเติมไฮโดรเจนขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ เช่น ขนาดของสถานี สถานที่ดำเนินการ กฎเกณฑ์การอนุญาต และการจัดหาหรือผลิตไฮโดรเจนในสถานที่

สำหรับสถานีจำนวนน้อยที่มีส่วนประกอบที่ผลิตสำเร็จรูปและมีการออกแบบที่ลดขนาด กำหนดการทั่วไปจะอยู่ภายในหกถึงสิบสองเดือน

สำหรับสถานีที่มีขนาดใหญ่และซับซ้อนกว่าซึ่งมีโรงงานผลิตในสถานที่ จะใช้เวลา 12 ถึง 24 เดือน

ปัจจัยต่อไปนี้เป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อระยะเวลาการก่อสร้าง ได้แก่ การเลือกสถานที่และการวางแผน

การอนุมัติและใบอนุญาตที่จำเป็น

การค้นหาและจัดหาอุปกรณ์

การก่อสร้างและการตั้งค่า

การตั้งค่าและการประเมินความปลอดภัย

การติดตั้งโรงไฟฟ้าพลังงานไฮโดรเจนมีประสิทธิผลมากขึ้นในปัจจุบันเนื่องมาจากความก้าวหน้าใหม่ๆ ในการออกแบบสถานีแบบโมดูลาร์ที่มีระยะเวลาการออกแบบที่กระชับ

ไฮโดรเจน 1 กิโลกรัม จะผลิตไฟฟ้าได้เท่าไร?

ประสิทธิภาพของระบบเซลล์เชื้อเพลิงขึ้นอยู่กับปริมาณไฟฟ้าที่สามารถผลิตได้โดยใช้ไฮโดรเจนหนึ่งกิโลกรัม ในการใช้งานในชีวิตประจำวัน:

ไฮโดรเจน 1 กิโลกรัมสามารถขับเคลื่อนยานพาหนะที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิงทั่วไปได้ระยะทางประมาณ 60–70 ไมล์

ไฮโดรเจน 1 กิโลกรัมมีพลังงานเกือบ 33.6 กิโลวัตต์ชั่วโมง

ไฮโดรเจน 1 กิโลกรัมสามารถผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 15–20 กิโลวัตต์ชั่วโมง ซึ่งสามารถใช้งานได้หลังจากพิจารณาความน่าเชื่อถือของเซลล์เชื้อเพลิง (ปกติ 40–60%) แล้ว

หากนำมาเปรียบเทียบกันในบริบทนี้ ครัวเรือนอเมริกันทั่วไปใช้ไฟฟ้าเกือบ 30 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อวัน ซึ่งบ่งชี้ว่าหากแปลงพลังงานได้สำเร็จ ไฮโดรเจน 2 กิโลกรัมก็สามารถให้พลังงานแก่บ้านได้หนึ่งหลังต่อวัน

ประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน:

โดยทั่วไปแล้ว รถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนจะมีประสิทธิภาพตั้งแต่ต้นทางถึงปลายทาง (well-to-wheel) อยู่ระหว่าง 25-35% ในขณะที่รถยนต์ไฟฟ้าแบบใช้แบตเตอรี่มักมีประสิทธิภาพ 70-90% การสูญเสียพลังงานในการผลิตไฮโดรเจน การลดความดัน การขนส่ง และการแปลงเซลล์เชื้อเพลิง เป็นสาเหตุหลักของความแตกต่างนี้