สำนักงานนโยบายและแผนพลังงาน (สนพ.) กระทรวงพลังงาน ได้มอบหมายให้ สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และสถาบันวิจัยและพัฒนาพลังงานนครพิงค์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ร่วมดำเนินการ “โครงการศึกษาแนวทางการพัฒนาการผลิตและการใช้ไฮโดรเจนเพื่อส่งเสริมพลังงานหมุนเวียน” เพื่อศึกษาและรวบรวมงานวิจัย นโยบาย มาตรการ หรือแผนงานที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาการผลิตและการใช้ไฮโดรเจนของหน่วยงานต่าง ๆ ทั้งภายในประเทศและต่างประเทศ ที่จะกำหนดเป็นแนวทางการผลิตและการใช้ไฮโดรเจนที่เหมาะสมกับบริบทการใช้พลังงานของประเทศไทย รวมทั้งราคาที่เป็นธรรมและเหมาะสมกับประเทศไทยในการส่งเสริมพลังงานไฮโดรเจนต่อไป

ไฮโดรเจนพลังงานทางเลือกสำหรับอนาคต

เพื่อให้ประเทศไทยเข้าสู่การปล่อยก๊าซเรือนกระจกเป็นศูนย์ (carbon neutrality) ตามเป้าหมายของประเทศภายในปี 2065 – 2070 ไฮโดรเจนจะมีบทบาทสำคัญในการเป็นแหล่งพลังงานที่สามารถนำมาใช้ทดแทนพลังงานดั้งเดิมได้ มีประสิทธิภาพการเผาไหม้สูง สะอาด เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ด้วยคุณประโยชน์ในด้านต่าง ๆ ดังนี้

1. แหล่งพลังงานดั้งเดิมก่อให้เกิดก๊าซเรือนกระจก ซึ่งส่งผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศของโลก แต่ไฮโดรเจนเป็นพลังงานสะอาด ไม่ปล่อยก๊าซเรือนกระจก
2. การเผาไหม้ของเชื้อเพลิงดั้งเดิม จากยานพาหนะหรือแหล่งอุตสาหกรรมต่าง ๆ ก่อให้เกิดกลุ่มควันและฝุ่นละออง สามารถนำไฮโดรเจนไปประยุกต์ใช้งานได้ ไม่ก่อให้เกิดมลพิษทางอากาศเหล่านี้
3. ไฮโดรเจนสามารถนำไปใช้กับเซลล์เชื้อเพลิง (fuel cell) ในการผลิตไฟฟ้า ซึ่งอยู่ระหว่างการพัฒนาและคาดว่าจะนำมาใช้อย่างกว้างขวางในอนาคต

ทำความรู้จักกับไฮโดรเจน

ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่เบาที่สุดและมีมากที่สุดในโลก ในสภาวะปกติไฮโดรเจนจะอยู่ในสถานะก๊าซ ติดไฟง่าย ไม่เป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิต และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ในการเผาไหม้ก๊าซไฮโดรเจนจะได้ผลผลิต คือ พลังงานและน้ำเท่านั้น จึงจัดเป็นเชื้อเพลิงที่มีความสะอาดสูง โดยพลังงานที่ได้สามารถนำไปใช้เป็นพลังงานรูปแบบอื่น ๆ เช่น พลังงานกลและพลังงานไฟฟ้า เป็นต้น

ทั้งนี้ สามารถประเภทของไฮโดรเจนตามแหล่งและกระบวนการผลิต และใช้ “สี” ต่าง ๆ ในการเรียกชื่อ โดยมีสีที่ใช้เรียกกระบวนการผลิตหลักทั้งหมด 4 สี ได้แก่

• ไฮโดรเจนสีเทา (grey hydrogen): ผลิตจากก๊าซธรรมชาติผ่านกระบวนการเปลี่ยนรูปด้วยไอน้ำ (steam reforming) ซึ่งมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) เป็นผลิตภัณฑ์ร่วม
• ไฮโดรเจนสีฟ้า (blue hydrogen): ผลิตจากกระบวนการเดียวกับไฮโดรเจนสีเทา แต่มีการกักเก็บ CO₂ ที่เกิดขึ้น
• ไฮโดรเจนสีน้ำตาล (brown hydrogen): ผลิตจากถ่านหินผ่านกระบวนการแก๊สซิฟิเคชัน (gasification) ซึ่งมี CO₂ เป็นผลิตภัณฑ์ร่วมโดยมีสัดส่วน CO₂ ต่อไฮโดรเจนที่ผลิตได้สูงกว่าไฮโดรเจนสีเทา
• ไฮโดรเจนสีเขียว (green hydrogen): ผลิตจากกระบวนการแยกไฮโดรเจนจากน้ำด้วยพลังงานไฟฟ้า (electrolysis) ที่ได้มาจากพลังงานหมุนเวียน อาทิ พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม **กระบวนการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า (electrolysis)

นอกจากนี้ ยังมีไฮโดรเจนสีอื่น ๆ ได้แก่

• ไฮโดรเจนสีฟ้าน้ำทะเล (turquoise hydrogen): ผลิตจากมีเทนด้วยความร้อน (methane pyrolysis) โดยได้คาร์บอน (ของแข็ง) เป็นผลิตภัณฑ์ร่วม
• ไฮโดรเจนสีชมพู (pink hydrogen): ผลิตจากกระบวนการแยกไฮโดรเจนจากน้ำด้วยพลังงานไฟฟ้า (electrolysis) ที่ได้มาจากพลังงานนิวเคลียร์
• ไฮโดรเจนสีเหลือง (yellow hydrogen): ผลิตจากกระบวนการแยกไฮโดรเจนจากน้ำด้วยพลังงานไฟฟ้า (electrolysis) ที่ได้มาจากแหล่งพลังงานหลากหลาย (mixed sources)
• ไฮโดรเจนสีขาว (white hydrogen):เป็นไฮโดรเจนที่เป็นผลพลอยได้จากกระบวนการทางอุตสาหกรรม

การนำไฮโดรเจนไปใช้ประโยชน์ในภาคพลังงาน

การใช้งานไฮโดรเจนส่วนใหญ่เป็นการใช้เพื่อเป็นเชื้อเพลิงโดยตรง นอกจากนี้ ยังมีการนำไปใช้ปรับปรุงคุณสมบัติน้ำมันเตาชนิดเบาเพื่อลดค่าการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ต่อพลังงาน ซึ่งในปัจจุบัน ประเทศไทยยังไม่มีการใช้เชิงพาณิชย์เต็มรูปแบบ อยู่ในขั้นสาธิตและพัฒนาต้นแบบ ทั้งนี้ การนำไฮโดรเจนมาใช้ประโยชน์ในภาคพลังงาน แบ่งออกเป็น 3 ส่วนหลัก ประกอบด้วย

• ภาคพลังงานไฟฟ้า: ใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงโดยตรง หรือ นำไปผสมกับก๊าซธรรมชาติในการผลิตไฟฟ้าด้วย กังหันก๊าซไฮโดรเจน (hydrogen gas turbine) ผ่านกระบวนการเผาไหม้โดยตรง หรือ ผลิตพลังงานไฟฟ้าจากเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิง (fuel cell technology)
• ภาคพลังงานความร้อน: ใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงโดยตรง หรือ นำไปผสมกับก๊าซธรรมชาติ หรือน้ำมันเตา เช่นเดียวกับภาคพลังงานไฟฟ้า
• ภาคขนส่ง: ไฮโดรเจนสามารถใช้ได้หลากหลายรูปแบบ เช่น เป็นเชื้อเพลิงโดยตรง ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน หรือ ผ่านเซลล์เชื้อเพลิงผลิตไฟฟ้าไปขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้า และ สังเคราะห์ไปใช้เป็นเชื้อเพลิงเพื่อการขนส่งทางเรือ และทางอากาศในอนาคต

รูปแบบการขนส่งไฮโดรเจน

การขนส่งไฮโดรเจนสามารถขนส่งในสถานะ ก๊าซไฮโดรเจนอัดที่ความดันสูง (compressed gas) ไฮโดรเจนเหลวที่อุณหภูมิต่ำ (cryogenic liquid hydrogen) และ การขนส่งผ่านตัวกักเก็บไฮโดรเจน (สถานะของแข็งและของเหลว) ซึ่งสามารถสรุปรูปแบบการขนส่งไฮโดรเจน ได้ดังนี้

1. การขนส่งทางถนน: เหมาะสมสำหรับการขนส่งไฮโดรเจนได้ทั้ง 3 สถานะ โดยมีความสามารถในการขนส่งก๊าซอัด ประมาณ 2,000 ลิตร ต่อ 1 เทลเลอร์บรรทุก ที่ความดัน 180-250 bar และ ในรูปแบบของเหลวอุณหภูมิต่ำ ประมาณ 20,000-50,000 ลิตร ต่อ 1 เทลเลอร์บรรทุก ที่ความดัน 6-10 bar อุณหภูมิ -252.8 ๐C ทั้งนี้ ต้นทุนการขนส่งไฮโดรเจนทางถนน(1) ประมาณ €0.13-0.15/กิโลกรัม สำหรับรูปแบบถังเก็บก๊าซเหลว (liquid tankers) และ €0.5-0.6/กิโลกรัม สำหรับรูปแบบรถพ่วงบรรทุกก๊าซ (tube trailers) ต่อระยะทาง 100 กิโลเมตร
2. การขนส่งผ่านระบบท่อก๊าซ: สำหรับก๊าซไฮโดรเจนอัดที่ความดันสูง 180-250 bar ลักษณะเดียวกันกับการขนส่งผ่านระบบท่อก๊าซของก๊าซธรรมชาติ แต่มีข้อควรระวังสำหรับชิ้นส่วนและอุปกรณ์ที่เป็นโลหะ เพราะไฮโดรเจนอันที่ความดันสูงมีการกัดกร่อนโลหะในระดับสูง ซึ่งต่างจากระบบท่อก๊าซธรรมชาติอัดในปัจจุบันซึ่งมีวัสดุโลหะร่วมด้วย โดยการขนส่งผ่านระบบท่อก๊าซนั้น จะต้องมีการลงทุนปรับโครงสร้างพื้นฐานของท่อก๊าซธรรมชาติด้วย ทั้งนี้ ต้นทุนการขนส่งไฮโดรเจนผ่านระบบท่อก๊าซ(2) สำหรับท่อก๊าซขนาด 36 นิ้ว ประมาณ €0.30-0.35/กิโลกรัม ต่อระยะทาง 1,000 กิโลเมตร และท่อก๊าซขนาด 20 นิ้ว ประมาณ €0.15-0.19/กิโลกรัม ต่อระยะทาง 200 กิโลเมตร
3. การขนส่งทางทะเล สำหรับไฮโดรเจนในลักษณะของเหลวที่อุณหภูมิต่ำ -252.8 ๐C ที่ความดัน 6-10 bar โดยมีความสามารถในการขนส่งประมาณ 1,250,000 ลิตร/ถังกักเก็บ โดยเรือขนส่งขนาด 116 เมตร 1 ลำ สามารถบรรทุกได้ 2 ถังกักเก็บรวมความจุ 2,500,000 ลิตร และในอนาคตจะพัฒนาให้สามารถมีความจุ 16,000,000 ลิตร ทั้งนี้ ต้นทุนการขนส่งไฮโดรเจนทางทะเล(2) ประมาณ €1.31/กิโลกรัม ต่อระยะทาง 10,000 กิโลเมตร

แหล่งที่มา
(1) Energy Technology System Analysis Programme (IEA-ETSAP), February 2014
(2) Analysing future demand, supply, and transport of hydrogen, June 2021

บทบาทของไฮโดรเจนต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

ไฮโดรเจนมีศักยภาพเป็นแหล่งพลังงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม แตกต่างจากเชื้อเพลิงอื่น ๆ ที่ปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจก ซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่อการทำให้โลกร้อนขึ้น (global warming) หลายประเทศทั่วโลกได้มีการประกาศแผนหรือนโยบายสนับสนุนการผลิตและการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรเจนเพื่อเป้าหมายลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก และผลักดันให้ประเทศมุ่งสู่การปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สุทธิเป็นศูนย์ (Carbon Neutrality) อาทิ

• ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้มีการจัดทำแผนที่นำทางเศรษฐกิจไฮโดรเจนของประเทศสหรัฐอเมริกา ซึ่งในแต่ละช่วงมีเรื่องสำคัญเฉพาะสำหรับการนำไฮโดรเจนไปใช้ในภาคพลังงานและการขนส่ง และภาคพลังงานความร้อน
• ประเทศสหราชอาณาจักร ได้มีการกำหนดเป้าประสงค์เบื้องต้นที่เกี่ยวกับพลังงานไฮโดรเจน โดยตั้งเป้าจะผลิตไฮโดรเจนด้วยกำลังการผลิตที่ 5GW ในปี พ.ศ. 2573 โดยนำไปใช้ประโยชน์ในภาคผลิตไฟฟ้า ภาคพลังงานความร้อน และภาคขนส่ง
• ประเทศเยอรมัน ได้มีการจัดทำแผนที่นำทางเศรษฐกิจไฮโดรเจนของประเทศ โดยแบ่งออกเป็น 3 ภาคส่วนสำคัญ ได้แก่ การผลิตไฮโดรเจน ภาคขนส่ง และภาคพลังงานความร้อน
• ประเทศออสเตรเลีย ได้ประกาศแผนการพัฒนายุทธศาสตร์ไฮโดรเจนระดับประเทศ และแนวทางสนับสนุนการพัฒนาอุตสาหกรรมไฮโดรเจน ทั้งด้านการส่งออกไฮโดรเจน ไฮโดรเจนสำหรับการขนส่ง สำหรับในเครือข่ายก๊าซ สำหรับผู้ใช้ในอุตสาหกรรม รวมถึงเพื่อรองรับระบบไฟฟ้า

• ประเทศจีน ได้ประกาศแผนการพัฒนาเทคโนโลยีด้านพลังงาน สำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีหลักที่เกี่ยวข้องกับการผลิตไฮโดรเจนและวัสดุกักเก็บ การขนส่ง และสถานีไฮโดรเจน รวมถึงการพัฒนาเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิง แบตเตอรี่อากาศโลหะ และเทคโนโลยีอื่น ๆ

• ประเทศนิวซีแลนด์ ได้พัฒนาแผนการเปลี่ยนผ่านไปสู่การลดคาร์บอน เพื่อส่งเสริมการใช้และการผลิตไฮโดรเจน เช่น อุตสาหกรรมไฮโดรเจน และด้านเชื้อเพลิงของยานยนต์ที่ต้องส่งเสริมยานยนต์เชื้อเพลิงชีวภาพ ไฟฟ้า และเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อลดการใช้น้ำมันฟอสซิล
• ประเทศญี่ปุ่น ได้มีการจัดทำแผนที่นำทางเศรษฐกิจไฮโดรเจนของประเทศ โดยแบ่งออกเป็น 3ภาคส่วนสำคัญ ได้แก่ การผลิตไฮโดรเจน ภาคขนส่ง และภาคพลังงานไฟฟ้า

นอกจากนี้ ยังมีบางประเทศที่ไม่ได้มีแผนหรือนโยบายที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรเจนอย่างชัดเจน แต่มีการส่งเสริม สนับสนุนในส่วนของการพัฒนาเทคโนโลยี และการทดสอบใช้งานไฮโดรเจน ยกตัวอย่างเช่น

• ประเทศอินเดีย ได้สนับสนุนทุนวิจัยที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรเจนในการพัฒนา และสาธิต ให้กับ สถาบันการศึกษาและสถาบันวิจัย รวมถึงภาคอุตสาหกรรม

• ประเทศเกาหลีใต้ มีการวางแผนที่จะขยายกำลังผลิตไฮโดรเจน และสร้างสถานีไฮโดรเจนสำหรับรถยนต์ไฮโดรเจน และได้มีการประกาศ 2050 Hydrogen Vision

• ประเทศสิงคโปร์ มีแผนที่จะสร้างระบบกักเก็บพลังงานหมุนเวียนโดยใช้ไฮโดรเจนบนเกาะ

• ประเทศอินโดนีเซีย ดำเนินการมาตรการพลังงานหมุนเวียน H2One™ ระบบพลังงานไฮโดรเจนนอกกริดอิสระ

• ประเทศฟิลิปปินส์ มีการบรรจุไฮโดรเจนในแผนที่นำทางด้านเชื้อเพลิงและพลังงานทางเลือก โดยมุ่งเน้นไปยังเชื้อเพลิงทางเลือกของยานยนต์

ไฮโดรเจน: ทางลัดสู่ Carbon Neutrality

จากการผลักดันให้โลกเข้าสู่ “เส้นทางการมุ่งสู่การปล่อยก๊าซเรือนกระจกเป็นศูนย์ (Carbon Neutrality)” นั้น ต้องการความมุ่งมั่นและการประยุกต์ใช้มาตรการและเทคโนโลยีด้านพลังงานทั้งด้านพลังงานทดแทนและประสิทธิภาพพลังงานในวงกว้าง และที่สำคัญที่สุดคือต้องดำเนินการในทันที

ประเทศไทย ได้กำหนดกรอบแผนพลังงานชาติ โดยมีเป้าหมายสนับสนุนให้สามารถมุ่งสู่พลังงานสะอาด และลดการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สุทธิเป็นศูนย์ (carbon neutrality) ภายในปี ค.ศ. 2065 – 2070 (พ.ศ. 2608 – 2613) หรืออีกประมาณเกือบ 50 ปีข้างหน้า ทั้งนี้ แนวนโยบายของแผนพลังงานชาติ (policy direction) เพื่อขับเคลื่อนให้ภาคพลังงานสามารถบรรลุเป้าหมายการมุ่งสู่เศรษฐกิจและสังคมคาร์บอนต่ำ โดยการส่งเสริมการลงทุนพลังงานสีเขียวในภาคพลังงาน อาทิ 

(1) เพิ่มสัดส่วนการผลิตไฟฟ้าใหม่ โดยมีสัดส่วนพลังงานหมุนเวียนไม่น้อยกว่าร้อยละ 50 พิจารณาร่วมกับต้นทุนระบบกักเก็บพลังงานในระยะยาว

(2) ปรับเปลี่ยนการใช้พลังงานภาคขนส่งเป็นพลังงานไฟฟ้าสีเขียว ด้วยเทคโนโลยียานยนต์ไฟฟ้า (EV) ซึ่งเป็นแนวทางที่ช่วยในการลดการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจก (GHG)  

(3) ปรับเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานมากกว่าร้อยละ 30 โดยการนำเทคโนโลยีและนวัตกรรมการบริหารจัดการพลังงานสมัยใหม่ มาเพิ่มประสิทธิภาพในการบริหารจัดการพลังงาน

(4) ปรับโครงสร้างกิจการพลังงานรองรับแนวโน้มการเปลี่ยนผ่านพลังงาน (energy transition) ตามแนวทาง 4D1E คือ Decarbonization, Digitalization, Decentralization, Deregulation และ Electrification

ทั้งนี้ จากแนวนโยบายของแผนพลังงานชาติ เพื่อการบรรลุเป้าหมาย carbon neutrality นั้น จำเป็นต้องเร่งการพัฒนาเทคโนโลยีและนวัตกรรมด้านพลังงานใหม่ ๆ เพื่อให้เทคโนโลยีพลังงานดังกล่าวสามารถเข้าสู่ตลาดได้ในช่วงระยะเวลาที่ต้องการ ซึ่งเทคโนโลยีไฮโดรเจนถือเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่จะมีบทบาทสำคัญทั้งในภาคส่วนพลังงานและขนส่ง เพื่อขับเคลื่อนการดำเนินงานตามแนวนโยบายของแผนพลังงานชาติ ให้บรรลุเป้าหมาย carbon neutrality ภายในปี ค.ศ. 2065 – 2070 (พ.ศ. 2608 – 2613)