โครงการพัฒนาไฮโดรเจนบริสุทธิ์สูงสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงโดยใช้ก๊าซชีวภาพจากบ่อขยะชุมชน

จากแนวโน้มวิกฤตสภาวะโลกร้อนทำให้มีความจำเป็นในการพัฒนาและปรับเปลี่ยนการใช้พลังงานไปสู่สังคมที่เป็นสังคมปลอดคาร์บอน (carbon emission free society) โดยหลายประเทศได้กำหนดแผนเพื่อให้บรรลุเป้าหมายดังกล่าว และ ตามแผนพัฒนาพลังงานทดแทนและพลังงานทางเลือก พ.ศ. 2558 – 2579 (AEDP2015) ได้กำหนดเป้าหมายให้เพิ่มสัดส่วนพลังงานทดแทนต่อการใช้พลังงานขั้นสุดท้ายเป็น 30 % และเพื่อให้สอดคล้องกับแผนอนุรักษ์พลังงาน พ.ศ. 2558-2579 (Energy Efficiency Plan: EEP2015) ซึ่งกำหนดให้มีการผลักดันแนวคิดและส่งเสริมกิจกรรมด้านการพัฒนา สังคมและเศรษฐกิจคาร์บอนต่ำ (low carbon society และ low carbon economy) ดังนั้นแนวคิดในเรื่องการพัฒนาและผลิตไฮโดรเจนเพื่อทดแทนการนำเข้าพลังงานในอนาคตจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง ทั้งนี้ไฮโดรเจนได้ถูกกำหนดเพื่อใช้เป็นแหล่งพลังงานที่เป็นพลังงานสะอาด (clean energy) สำหรับเป็นแหล่งพลังงาน ทั้งในการผลิตไฟฟ้า รวมถึงเพื่อรองรับการส่งเสริมการใช้รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV) โดยเฉพาะในญี่ปุ่น โดยในตลาดไฮโดรเจนในปัจจุบันก็มีขนาดใหญ่ และตามรายงานของ HSBC ทำให้ทราบว่า มูลค่าทางตลาดของไฮโดรเจนในสหรัฐอเมริกามีมูลค่าที่สูงกว่า 34.5 พันล้านเหรียญสหรัฐในปี 2004 โดยใช้ในการผลิตแอมโมเนีย กระบวนการกลั่นน้ำมัน การผลิตและปรับปรุงคุณภาพโลหะ การผลิตทางเคมีอุตสาหกรรม และกระบวนการผลิตอาหารและยา ตลาดการใช้ไฮโดรเจนในภาคอุตสาหกรรมยังมีอัตราการขยายตัวของปริมาณการใช้งานไฮโดรเจนอย่างต่อเนื่องที่อัตราร้อยละ 5 ต่อปี และเป็นตลาดที่น่าสนใจในการส่งเสริมไปสู่การใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนปลอดคาร์บอน (carbon free hydrogen fuel) ในอนาคต

โครงการนี้เสนอแนวทางการในการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจนโดยใช้วัตถุดิบก๊าซชีวภาพจากบ่อขยะ ทั้งนี้เมื่อพิจารณาเปรียบเทียบเทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจน พบว่าประเทศไทยนั้นมีความเหมาะสมกับเทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจนจากชีวภาพทั้งชีวมวลและก๊าซชีวภาพ เนื่องจากประเทศไทยเป็นผู้ผลิตผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร อีกทั้งยังมีภูมิอากาศที่ร้อนชื้นเหมาะแก่การเพาะปลูกและหมักก๊าซชีวภาพ คณะผู้วิจัยจึงเสนอแนวคิดในการผลิตและกักเก็บไฮโดรเจนที่สามารถทำการเพิ่มและขยายกำลังได้ เพื่อเติมเต็มข้อจำกัดของการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียน โดยการผลิตไฮโดรเจนจากวัตถุดิบก๊าซชีวภาพจากบ่อขยะ หมายความว่า พลังงานไฮโดรเจนที่ผลิตได้นั้นจะมาจากของเหลือในชุมชน โดยสามารถผลิตไฮโดรเจนด้วยกระบวนการปฏิรูปด้วยไอน้ำจากก๊าซชีวภาพที่ได้จากบ่อขยะ และไฮโดรเจนที่ได้นั้นจะถูกนำไปทำให้บริสุทธิ์ และเก็บในถังที่แยกออกมาต่างหาก โดยจะสามารถนำไปเป็นแหล่งพลังงานขนาดเล็กในชุมชน อีกทั้งยังทำให้ไม่มีข้อจำกัดในการกักเก็บพลังงาน และจะนำออกมาใช้เมื่อมีความต้องการใช้ไฟฟ้าโดยผ่านหอเซลล์เชื้อเพลิง โดยคณะวิจัยจะออกแบบและพัฒนาระบบการผลิต เพิ่มความบริสุทธิ์และกักเก็บไฮโดรเจนโดยใช้วัตถุดิบก๊าซชีวภาพจากบ่อขยะให้มีประสิทธิภาพสูงสุด จากนั้นทำการทดสอบความน่าเชื่อถือในการผลิตไฮโดรเจนโดยใช้วัตถุดิบก๊าซชีวภาพมีเทนจากบ่อขยะ (ทำการทดสอบระบบแบบต่อเนื่องเป็นระยะเวลาอย่างน้อย 500 ชั่วโมง ที่กำลังการผลิต 20 ลิตรต่อนาที) รวมถึงสร้างความพร้อมบุคลากรให้มีความรู้และเข้าใจในกระบวนการผลิตไฮโดรเจนจนถึงการใช้งาน

ทั้งนี้คณะวิจัยมีประสบการณ์ในการพัฒนาองค์ความรู้และต่อยอดสู่การออกแบบและสร้างระบบการผลิตไฮโดรเจนจากวัตถุดิบต่างๆ ที่หาได้ในประเทศไทยมาเป็นระยะเวลายาวนาน ตั้งแต่ พ.ศ. 2544 คณะวิจัยได้เริ่มมีการศึกษาและวิจัยเกี่ยวกับทางด้านพลังงานไฮโดรเจน โดยได้เริ่มทำการวิจัยเกี่ยวกับเซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์ของแข็ง (Solid oxide fuel cell, SOFC) และ ในปี พ.ศ. 2549 ได้เริ่มมีการศึกษาและวิจัยเกี่ยวกับการผลิตไฮโดรเจนจากก๊าซชีวภาพ โดยขณะนั้นมีกำลังการผลิตไฮโดรเจนจากก๊าซชีวภาพได้ถึง 20 ลิตรต่อนาที ซึ่งเพียงพอต่อการผลิตไฟฟ้าจากเซลล์เชื้อเพลิงได้มากถึง 1 กิโลวัตต์ (kW) จากนั้นในปี พ.ศ. 2559 คณะวิจัยยังได้มีการศึกษาและวิจัยเกี่ยวกับการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตไฮโดรเจนจากไบโอเอทานอลด้วย นอกจากงานวิจัยทางด้านการผลิตไฮโดรเจน ในปี พ.ศ. 2549 คณะวิจัยยังได้เริ่มมีการศึกษาและวิจัยเกี่ยวด้านกระบวนการทำความสะอาดก๊าซชีวภาพ เนื่องจากส่วนประกอบของก๊าซชีวภาพส่วนใหญ่ประกอบไปด้วยก๊าซมีเทน (Methane, CH₄) ปริมาณ 60-70 เปอร์เซ็นต์ และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (Carbon dioxide, CO₂) อีก 30-40 เปอร์เซ็นต์ และ ก๊าซอื่นๆ เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์ (Carbon monoxide, CO) และไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H₂S) อีก ซึ่งไม่สามารถนำไปผลิตไฮโดรเจนได้ จึงจำเป็นต้องมีกระบวนการทำความสะอาดก๊าซชีวภาพก่อนจึงจะสามารถนำไปผลิตเป็นไฮโดรเจนได้ คณะผู้วิจัยหวังว่าโครงการวิจัยนี้ จะสามารถนำไปพัฒนาต่อยอดเพื่อนำไปใช้ในการกักเก็บพลังงานไฟฟ้า เพื่อความมั่นคงทางด้านพลังงาน โดยไม่มีผลกระทบและไม่ก่อให้เกิดความเป็นพิษต่อมนุษย์ สัตว์ต่างๆ และสิ่งแวดล้อม นอกจากนี้ยังทำให้ประเทศเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันของประเทศทั้งในระดับภูมิภาคและระดับนานาชาติ