รถยนต์ไฮโดรเจน: การทำงาน ข้อดี และอนาคต

ลองนึกภาพรถยนต์ที่ไม่ปล่อยควันหรือก๊าซก่อมลพิษขณะเคลื่อนที่ และแทนที่จะใช้น้ำมันเบนซินหรือดีเซล กลับใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง ขอขอบคุณ เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนในรถยนต์นี่ไม่ใช่แนวคิดแห่งอนาคต แต่เป็นความจริงที่มีอยู่ ผู้คนจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ สงสัยว่าเทคโนโลยีนี้ทำงานอย่างไร และมีข้อดีอย่างไร เนื่องจากเทคโนโลยีนี้เป็นทางเลือกเชิงนิเวศแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล

ในบทความนี้ เราจะมาสำรวจอย่างละเอียดว่าเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนในรถยนต์คืออะไร ทำงานอย่างไร ข้อดี ข้อเสีย และประเด็นสำคัญอื่นๆ ที่คุณควรรู้

เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนในรถยนต์คืออะไร?

โดยพื้นฐานแล้วก เซลล์ไฮโดรเจน เป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานเคมีของไฮโดรเจนให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ด้วยกระบวนการไฟฟ้าเคมี ไฮโดรเจนจะถูกรวมเข้ากับออกซิเจนจากอากาศเพื่อผลิตไฟฟ้า น้ำ และความร้อนเป็นผลพลอยได้ ไฟฟ้านี้ใช้ขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนล้อรถ ส่งผลให้รถยนต์มีการปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ เนื่องจากไม่ก่อให้เกิดก๊าซที่ก่อให้เกิดมลพิษ

โดยตัวเครื่องประกอบด้วย แต่ละเซลล์โดยแต่ละอิเล็กโทรดจะมีอิเล็กโทรด 2 อิเล็กโทรด: แอโนดและแคโทด คั่นด้วยวัสดุอิเล็กโทรไลต์ ไฮโดรเจนถูกใส่เข้าไปในขั้วบวก จากนั้นสลายตัวเป็นโปรตอนและอิเล็กตรอน และไฮโดรเจนจะผลิตกระแสไฟฟ้าโดยผ่านวงจรภายนอก ในขณะเดียวกัน ที่ขั้วแคโทด โปรตอน อิเล็กตรอน และออกซิเจนรวมกันก่อตัวเป็นน้ำ เพื่อให้มั่นใจว่าผลพลอยได้เพียงอย่างเดียวคือไอน้ำ กระบวนการนี้ทำให้เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจอย่างมากสำหรับการเคลื่อนย้ายอย่างยั่งยืน

รถยนต์ไฮโดรเจนทำงานอย่างไร

รถยนต์ไฮโดรเจนถึงแม้จะเป็นรถยนต์ไฟฟ้า แต่ก็ทำงานแตกต่างไปจากรถยนต์ไฟฟ้าแบบเดิมๆ ความแตกต่างที่สำคัญก็คือใน ยานพาหนะเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นบนรถ แทนที่จะอาศัยแบตเตอรี่ที่เก็บพลังงานไว้ก่อนหน้านี้

กระบวนการนี้เริ่มต้นด้วยการที่ไฮโดรเจนถูกเก็บไว้ที่แรงดันสูงในถังเฉพาะ ซึ่งถูกส่งไปยังเซลล์เชื้อเพลิง ภายในเซลล์เหล่านี้ ไฮโดรเจนผสมกับออกซิเจนเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ผลพลอยได้จากปฏิกิริยานี้คือน้ำ ซึ่งหมายความว่ารถยนต์มีท่อไอเสีย แต่จะปล่อยไอน้ำออกมาเท่านั้น ไฟฟ้าที่ผลิตได้จะถูกกระจายระหว่างแบตเตอรี่และมอเตอร์ไฟฟ้าของรถยนต์ ในบางกรณี กำลังยังมาจากการเบรกแบบจ่ายพลังงานใหม่ (Regenereative Braking) ซึ่งจะชาร์จแบตเตอรี่ใหม่ในขณะที่รถกำลังขับขี่

เทคโนโลยีนี้มีประสิทธิภาพสูงเนื่องจาก แปลงพลังงานในปริมาณที่มากขึ้น ในการทำงานที่มีประโยชน์เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์สันดาปภายใน ทำให้รถยนต์ไฮโดรเจนเป็นตัวเลือกที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ข้อดีของรถยนต์ไฮโดรเจน

ลอส รถยนต์ไฮโดรเจน โดยนำเสนอข้อดีหลายประการที่ทำให้พวกเขาเป็นตัวเลือกที่มีแนวโน้มสำหรับอนาคตของการคมนาคม:

• การปล่อยมลพิษเป็นศูนย์: การไม่ผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หรือก๊าซที่เป็นอันตรายประเภทอื่น ๆ จึงเป็นทางเลือกที่ดีเยี่ยมในการลดมลพิษในเมืองและมีส่วนร่วมในการต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ
• เอกราชมากขึ้น: รถยนต์ไฮโดรเจนสามารถเดินทางได้ไกลถึง 600 กิโลเมตรด้วยถังเดียว ซึ่งแซงหน้ารถยนต์ไฟฟ้าแบบเดิมๆ ในหลายๆ กรณี
• ชาร์จเร็ว: การเติมไฮโดรเจนจะใช้เวลาระหว่าง 3 ถึง 5 นาที ซึ่งใกล้เคียงกับการเติมเชื้อเพลิงในรถยนต์ ซึ่งช่วยลดความกังวลเรื่องการชาร์จเมื่อเปรียบเทียบกับรถยนต์ไฟฟ้า
• บำรุงรักษาง่าย: เครื่องยนต์รถยนต์ไฮโดรเจนต้องการการบำรุงรักษาน้อยกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายใน เนื่องจากมีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวน้อยกว่าและไม่มีเชื้อเพลิงฟอสซิล
• ประสิทธิภาพที่ดีขึ้นในสภาวะที่รุนแรง: ต่างจากรถยนต์ไฟฟ้าที่อาจพบว่าสมรรถนะลดลงในสภาพอากาศหนาวเย็น รถยนต์ไฮโดรเจนจะรักษาสมรรถนะที่เสถียรกว่าในอุณหภูมิที่สูงมาก

ข้อเสียและปัญหา

อย่างไรก็ตาม แม้จะมีข้อได้เปรียบ แต่เทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนก็เผชิญกับความท้าทายหลายประการที่ต้องเอาชนะเพื่อให้เทคโนโลยีนี้ถูกนำมาใช้ในวงกว้าง:

• ต้นทุนไฮโดรเจนสูง: แม้ว่าจะเป็นธาตุที่มีมากที่สุดในจักรวาล แต่ไฮโดรเจนไม่มีอยู่ในรูปแบบบริสุทธิ์บนโลก การได้มานั้นเป็นกระบวนการที่มีราคาแพงและใช้พลังงานมาก วิธีการที่พบบ่อยที่สุดคืออิเล็กโทรไลซิสซึ่งต้องใช้พลังงานจำนวนมาก ส่งผลให้การผลิตมีราคาแพงขึ้น
• โครงสร้างพื้นฐานมีจำกัด: ในหลายประเทศ โครงสร้างพื้นฐานของสถานีไฮโดรเจนมีจำกัดอย่างมาก ตัวอย่างเช่น ในสเปน มีเพียงไม่กี่แห่ง (ในเมืองต่างๆ เช่น อวยสกา เซบียา ซาราโกซา และมาดริด) ซึ่งแสดงถึงอุปสรรคสำคัญในการรับเลี้ยงบุตรบุญธรรมจำนวนมาก
• การจัดเก็บที่ซับซ้อน: ไฮโดรเจนเป็นก๊าซที่เบาและระเหยง่ายมาก ซึ่งทำให้การจัดเก็บซับซ้อน ต้องใช้รถถังพิเศษที่เพิ่มน้ำหนักของยานพาหนะและความซับซ้อนของระบบ
• ค่าใช้จ่ายสูงของยานพาหนะ: รถยนต์ไฮโดรเจนในปัจจุบันมีราคาแพง แม้ว่าต้นทุนคาดว่าจะลดลงเมื่อเทคโนโลยีพัฒนาขึ้นและการประหยัดจากขนาดที่พัฒนา

อนาคตของรถยนต์ไฮโดรเจน

แม้ว่าเทคโนโลยีรถยนต์ไฮโดรเจนยังอยู่ระหว่างการพัฒนา แต่คาดว่าจะมีบทบาทสำคัญในอนาคตของการเดินทางที่ยั่งยืน ด้วยความกังวลเกี่ยวกับการปล่อย CO2 ที่เพิ่มมากขึ้นและกฎระเบียบที่เข้มงวดมากขึ้น ผู้ผลิตจึงลงทุนกับเทคโนโลยีนี้มากขึ้นเรื่อยๆ

นอกจากนี้ ยังมีความก้าวหน้าที่สำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพของเซลล์เชื้อเพลิงและลดต้นทุนการผลิตไฮโดรเจน ซึ่งมีแนวโน้มที่จะนำไปสู่การนำไปใช้ในวงกว้างในทศวรรษหน้า ด้วยโครงสร้างพื้นฐานการเติมเชื้อเพลิงที่เพิ่มขึ้นและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ไฮโดรเจนอาจเป็นหนึ่งในองค์ประกอบสำคัญในการบรรลุเป้าหมายการคมนาคมขนส่งที่เป็นศูนย์ทั่วโลก

มีหลายแบรนด์ที่เดิมพันเทคโนโลยีนี้ เช่น Toyota, Hyundai และ Honda โดยมีรุ่นอย่าง Mirai และ Nexo รวมถึง BMW ที่ยังคงสร้างสรรค์นวัตกรรมในด้านนี้ต่อไป แบรนด์เหล่านี้กำลังดำเนินการปรับปรุงระบบเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนอยู่แล้ว เช่น ระยะทางที่มากขึ้นและต้นทุนการผลิตที่ลดลง ซึ่งอาจทำให้คนจำนวนมากสามารถเข้าถึงรถยนต์เหล่านี้ได้มากขึ้นในอนาคตอันใกล้นี้ แม้ว่าโครงสร้างพื้นฐานไฮโดรเจนทั่วโลกจะมีจำกัด แต่คาดว่าจะขยายตัวอย่างมากในทศวรรษต่อๆ ไป

ในทางกลับกัน สหภาพยุโรปได้กำหนดเป้าหมายอันทะเยอทะยานสำหรับการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวที่ได้มาจากพลังงานหมุนเวียน สิ่งนี้สามารถช่วยลดต้นทุนของเชื้อเพลิงนี้และอำนวยความสะดวกในการใช้งานในรถยนต์ไฮโดรเจน บรรลุทั้งการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและความเป็นอิสระจากเชื้อเพลิงฟอสซิล หากเทคโนโลยีนี้ยังคงมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง รถยนต์ไฮโดรเจนสามารถเสริมและเหนือกว่ารถยนต์ไฟฟ้าได้ในบางด้าน เช่น ความเป็นอิสระและความเร็วในการเติมเชื้อเพลิง