FUEL CELL

อีกไม่นานนัก คือไม่เกินปีคริตศักราช 2004 รถยนต์ที่ใช้ Fuel Cell เป็นต้นกำเนิดพลัง โดยใช้เชื้อเพลิง Hydrogen ก็จะเริ่มบทบาทขั้นต่อมา
อันเป็นการออกสู่ตลาดของรถยนต์ จากผู้ผลิตรถยนต์หลายบริษัท รวมถึงโตโยต้า ในฐานะรถยนต์แห่งเอเชียอีกผู้หนึ่งด้วย

แน่นอน ผมยังไม่ได้รับข้อมูลอะไรจากโตโยต้า หรือจากใครทั้งนั้น ในเรื่อง Fuel Cell นี้

จะว่าเป็นเพราะบริษัทผู้ผลิตรถยนต์ยักษ์ใหญ่ของโลก ไม่อยากพูดถึงเพราะมองข้าม Fuel Cell มาหลายทศวรรษก็ไม่ถนัดนัก ด้วยว่าขณะนี้ ไครเลอร์ ฟอร์ด และโตโยต้า ต่างก็หันเข้าหา Fuel Cell อันเป็นเครื่องยนต์ที่ไม่ก่อให้เกิดมลภาวะแก่โลกเลยนี้กันทั้งนั้น

ไม่เหมือนเมื่อตอน Geoffrey Ballard ผู้ก่อตั้งบริษัท Ballard Power System ขึ้นในแวนคูเวอร์เหนือ แคนาดา ที่ไม่มีใครสนใจเขาเลย

จนบัดนี้ Ballard เกษียรแล้ว และไครสเลอร์กับฟอร์ดเข้ามาซื้อหุ้นในบริษัทที่เขาก่อตั้งไว้กันมากมาย น่าจะประมาณ 35 % มีตัวแทนนั่งอยู่ในบอร์ดออฟไดแรกเตอร์ด้วยแล้วในปัจจุบัน ชายชราผู้ถือกำเนิดมาในโลก ตั้งแต่ปี คศ.1932 ใช้ชีวิตสบายสบายอยู่ในบ้านหรู ริมทะเล บน Salt Spring Island ใน British Columbia

ยังก่อนดีกว่านะครับ สำหรับประวัติศาสตร์ตอนหนึ่งของโลกรถยนต์ ที่จะกำลังก้าวเข้ามาเป็นตำนานของพลังงานใหม่

เรามารู้จัก Fuel Cell กันให้ละเอียดขึ้นกว่าที่ผมเคยเล่าให้ท่านฟังไว้ก่อนแล้ว เมื่อปี พศ.2544 หลังจากไปสหรัฐอเมริกากับ Delphi และได้ใกล้ชิดกับ Fuel Cell ที่สุดเป็นครั้งแรกในชีวิตของผมตอนนั้น

และ คงต้องบอกกันก่อน ว่าตอนนั้น Fuel Cell ไม่เหมือนตอนนี้แล้ว

ไม่จำเป็น ที่ Fuel Cell จะติดขัดอยู่กับความใหญ่โต และความร้อนของ Stack ในระดับต่างกันเหมือนก่อน เพราะคราวนี้ Fuel Cell สามารถรับ Hydrogen ไปเป็นพลังงานได้โดยตรง ไม่ต้องสังเคราะห์ขึ้นมาจากน้ำมันเชื้อเพลิง หรือแอลกอฮอล อันเป็นผลให้เกิดความร้อนสูงใน Stack หนึ่ง และเมื่อมาเข้า Fuel Cell จริง ความร้อนในการทำงานของ Fuel Cell มีเพียงประมาณ 80 องศาเซลเซียส จึงยุ่งยากกับการติดตั้งอุปกรณ์ในรถยนต์

มาบัดนี้ ปีเดียวที่ผ่านไป Fuel Cell ก้าวหน้าขึ้นมาก

ไปดูกันครับ ว่าเขาก้าวไปถึงไหนกันแล้ว สำหรับโลกรถยนต์

คุณอาจจะเคยได้ยินเรื่องราวเกี่ยวกับ Fuel cell มาบ้างไม่มากก็น้อยละนะครับ ลงว่าอ่านเรื่องราวที่ผมนำเสนออยู่ในประชาชาติธุรกิจ และมติชน สุดสัปดาห์ มาสักปีสองปีละก็

จากข่าวคราวที่ได้รับมา ผมค่อนข้างแน่ใจว่า อีกไม่นานนัก เราจะมีเทคโนโลยีสำหรับการผลิตไฟฟ้าเพื่อใช้กับรถยนต์ และบ้านเรือนของเรา ได้อย่างประหยัด สะอาด และง่ายดาย โดยอาจจะไม่ต้องพึ่งพาการไฟฟ้าฝ่ายใดทั้งสิ้นก็ว่าได้

แต่เรื่องไฟฟ้าในบ้าน คงไม่ใช่สำหรับคนรุ่นผมในประเทศไทย เพราะน่าจะอีกหลายสิบปีกว่าเราจะก้าวหน้าขึ้นมาเท่าเทียมกับบ้านอื่นเมืองอื่นเขา ไม่ใช่ว่าเราล้าหลังเขาหรอก แต่เป็นเพราะความเต็มใจจะติดสอยห้อยตามคนอื่นของเรานั่นเอง ทำให้เราไม่ได้มองไปถึงความก้าวหน้าในโลกเทคโนโลยี

ก็อย่างที่บอกไว้ ว่าปี คศ.2004 รถยนต์ก็จะพร้อม สำหรับการใช้ Fuel Cell แล้ว บ้านเรา แค่ขอข้อมูลจากบริษัทรถยนต์ยังไม่ได้เลยสักนิด เอาแค่หน้ากระดาษเดียวก็ยังไม่เคยได้รับ

เทคโนโลยีใหม่นี้ มีความสำคัญมากนะครับ เพราะจะเกิดผลประโยชน์กับผู้คนทุกระดับ ทุกครัวเรือน

Fuel Cell เป็นอุปกรณ์ที่จะสร้างความเปลี่ยนแปลงทางเคมี ให้เกิดเป็นพลังงานไฟฟ้า ด้วยการแปลงไฮโดรเจน กับออกซิเจน เป็นน้ำ เพื่อกำเนิดไฟฟ้า และความร้อนในระหว่างทำปฏิกิริยาทางเคมี

เหมือนกับแบตเตอรี่ ที่สามารถจะอัดประจุไฟเพิ่มเติมกลับเข้าไป เมื่อใช้พลังงานไฟฟ้าแล้ว แต่ Fuel Cell ใช้ไฮโดรเจน กับออกซิเจนในอากาศรอบกายเรานี่แหละครับ แทนการอัดประจุไฟฟ้ากลับเข้าตัวของ Fuel Cell

Fuel Cell จะต้องเผชิญหน้ากับอุปกรณ์แปลงพลังงานอื่นอื่นอีกหลายอย่าง ที่มีอยู่ในโลก หรือได้รับการวางกำหนดไว้ให้เป็นอุปกรณ์แปลงพลังงานสำหรับอนาคต ได้แก่เครื่องยนต์กังหันเทอร์ไบน์ ที่เตรียมการนำมาใช้กับโรงงานไฟฟ้าในอนาคต เครื่องยนต์เผาไหม้ภายในของรถยนต์ เช่นเครื่องยนต์เบนซิน และดีเซล แบตเตอรี่ ที่จะใช้กับรถยนต์ไฟฟ้าเป็นต้น

เครื่องยนต์เผาไหม้ภายในอย่างเครื่องยนต์แกสเทอร์ไบน์ หรือเครื่องยนต์เบนซินและดีเซลเผาน้ำมันเชื้อเพลิง และใช้แรงดันอันได้จากการขยายตัวของแกสมาแปลงเป็นพลังงานกล แบตเตอรี่เก็บประจุไฟฟ้าโดยการแปลงเป็นพลังงานเคมี แล้วแปลงกลับเป็นพลังงานไฟฟ้าเมื่อต้องการ

ในขณะที่ Fuel Cell สร้างและให้พลังงานไฟฟ้าเป็นกระแสตรง DC หรือ Direct Current ที่สามารถนำไปใช้หมุนมอเตอร์ ให้แสงสว่าง และสร้างพลังงานป้อนให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าทั้งหลายทั้งปวงได้

Fuel Cell มีหลายแบบ แต่ละแบบก็ใช้สารเคมีต่างกัน และแยกประเภทออกตามแต่ Electrolyte ที่ใช้

บางแบบ เหมาะสำหรับใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยตรง บางแบบ ก็ใช้กำเนิดไฟฟ้าเพื่อใช้เป็นพลังงานขนาดย่อม หรือขับเคลื่อนรถยนต์ ที่ก็ยังถือเป็นขนาดย่อมอยู่นะครับ

เมื่อปีก่อน ผมเคยพูดถึง PEMFC และบ่นด้วยว่า นึกไม่ออกว่าหมายถึงอะไร แต่บอกลักษณะได้ถูกต้อง คราวนี้ ก็ขอเรียนไว้ก่อนว่า คำย่อนี้ มาจากคำเต็มว่า Proton Exchange Membrane Fuel Cell ครับ

เชื่อไหมครับ ว่า Fuel Cell มีใช้กันมาตั้งแต่ก่อนหน้าการกำเนิดของเครื่องยนต์เผาไหม้ภายในแบบลูกสูบ

ไม่เชื่อก็ไม่เป็นไร ไม่ว่ากัน แต่คุณหลายคนอาจจะแปลกใจ ที่ Fuel Cell มีใช้กันในยานอวกาศมานานแล้ว ตั้งแต่ยุค 1960s

เพียงแต่ว่า ยังเป็นอุปกรณ์ราคาแพง และใช้เชื้อเพลิงที่ไม่ถือว่า เป็นเชื้อเพลิงทั่วไปที่หาได้ง่าย คือแม้จะใช้ไฮโดรเจนเป็นหลัก แต่ก็ต้องผสมกับออกซิเจนบริสุทธิ อันเป็นเรื่องที่ทำได้ยากมากเกินกว่าจะมาใช้กับรถยนต์

อีกทั้งยังมีปัญหาปลีกย่อยอีกมาก จนทำให้ Fuel Cell เลือนรางอยู่ในความคิดของนักประดิษฐ์

แต่ในที่นี้ ผมจะไม่พูดถึงประวัติความเป็นมาของ Fuel Cell เพราะอยากให้ว่ากันเรื่องเทคนิคล้วนล้วน มากกว่าจะเป็นการเล่าประวัติศาสตร์ของเครื่องยนต์ใหม่ ตั้งแต่ยังไม่เริ่มกำเนิดเป็นเครื่องยนต์ ที่เอาไว้เล่ากันภายหลังเมื่อมีพื้นที่ และเวลาก็ยังได้

ไปเรื่องราวต่อไปของ Fuel Cell ในสมัยนี้เลยดีกว่า

Proton Exchange Membrane Fuel Cell หรือ PEMFC ใช้ระบบง่ายที่สุดสำหรับการสร้างปฏิกิริยาทางเคมี โดยใน Fuel Cell มีขั้วลบ (-) หรือ anode ทำหน้าที่เป็นตัวนำกระแสหรืออีเล็กตรอนที่ได้มาจากการแตกตัวของโมเลกุลของไฮโดรเจน เพื่อนำไปใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าภายนอก และภายในของขั้วลบนี้ จะทำเป็นเหมือนท่อหรือรางให้ไฮโดรเจนผ่านไปสัมผัสกับแผ่นเร่งปฏิกิริยาทางเคมี หรือแผ่น Catalyst

เหมือนกับแผงหรือโลหะเป็นรูพรุนในแคทาลิติกคอนเวิร์ทเตอร์ของระบบไอเสีย แต่เป็นแผ่นคาร์บอนบางบางเป็นแบบกระดาษ หรือผ้า เคลือบด้วยสารอะไรแพงแพง เช่นทองขาวหรือแพลทตินั่ม

จากนั้นก็มีขั้วบวก(+) หรือ Cathode อันเป็นแผ่นหนาหน่อยเหมือนขั้วลบ และมีรางหรือท่อภายในเช่นกัน อ้อ ท่อหรือรางนี่ เปิดไว้ครึ่งหนึ่งนะครับ ไม่ใช่ท่อน่าจะเรียกรางมากกว่าครับ ทำไว้สำหรับให้ออกซิเจนในอากาศผ่านเข้าไปถึงแคทาลิสต์ หรือแผ่นเร่งปฏิกิริยาทางเคมีของเรา แผ่นเดียวกับที่ผมบอกว่า เป็น PEM นั่นเอง

ขั้วบวกนี้ ทำหน้าที่รับอีเล็กตรอนกลับจากภายนอก เข้ามาผ่านแคทาลิสต์ เพื่อผสมผสานกลับเข้ากับ Ions ของไฮโดรเจนและออกซิเจน กลายเป็นน้ำ อันเหมือนกับไอเสียจากเครื่องยนต์ Fuel Cell ในที่สุด

และภายในระหว่างขั้วบวกกับลบของ Fuel Cell อยู่ติดกับแผ่นเร่งปฏิกิริยาเคมีนั้น ก็คือ Electrolyte หรือสารตัวนำ อันเป็นตัว Proton Exchange Membrane เป็นสารพิเศษที่ทำได้จากหลายสาร ดูเหมือนกับว่าเป็นแผ่นพลาสติกที่ใช้ห่ออะไรต่ออะไรในครัวเรือนของเราสมัยนี้แหละครับ

Fuel Cell ของเราส่วนใหญ่จะทำงานอย่างนี้ครับ ไฮโดรเจนภายใต้แรงดันสูงไหลผ่านเข้า Fuel Cell สู่ขั้วลบ เข้าไปตามรางที่ผมบอกไว้ในตอนแรก ไฮโดรเจนบริสุทธิ์เข้าสู่ Fuel Cell เพราะแรงดันของตัวมันเองนะครับ

เมื่อโมเลกุลของ H2 เข้าไปสัมผัสกับทองขาวหรือ Platinum บนแผ่นเร่งปฏิกิริยาแล้วก็จะแตกตัวออกเป็น H+ สองอะตอม(ion) และสองอีเล็กตรอน อีเล็กตรอนนี้จะไหลผ่านออกไปสู่เครื่องใช้หรืออุปกรณ์ไฟฟ้าภายนอก Fuel Cell ทางขั้วลบหรือ Anode เช่นไปยังมอเตอร์ไฟฟ้า

ในขณะเดียวกัน ทางด้านขั้วบวก หรือ Cathode ของ Fuel Cell ออกซิเจนก็จะถูกอัดเข้าไปทางรางที่อยู่ในชุดขั้วบวก แล้วไหลผ่านแผ่นเร่งปฏิกิริยา ที่จะกลายเป็นอะตอมของออกซิเจนสองอะตอม อะตอมแต่ละตัวของออกซิเจนจะมีสภาพเป็นประจุลบ (-) ที่มีแรงเหนี่ยวดึงสองอะตอมของไฮโดรเจนจากอุปกรณ์ไฟฟ้าภายนอกเข้ามาสู่ Fuel cell เมื่อเข้ามาแล้ว ก็จะผสมกัน กลายเป็นน้ำในที่สุดครับ

ในระยะแรกที่เริ่มกลับมาหา Fuel Cell กันใหม่นั้น Fuel Cell แต่ละตัวจะผลิตกระแสไฟฟ้าออกมาได้เพียงประมาณเกือบ 1.0 โวลต์ และตอนนี้ ก็ยังเป็นแบบนั้นอยู่ ดังนั้น เพื่อให้ได้กระแสไฟฟ้ามากพอสำหรับการใช้งานกับอุปกรณ์ทั่วไป จึงต้องนำเอา Fuel Cell มารวมกันหลายหลาย Cell

นี่เป็นที่มาของคำว่า Fuel-cell Stack

ที่นับวัน ก็จะเล็กลง จนปัจจุบัน มีขนาดไม่ใหญ่กว่าแบตเตอรี่ไปสักกี่มากน้อยแล้ว

และ PEMFC ทำงานที่อุณหภูมิไม่สูงนัก คือประมาณ 80 องศาเซลเซียส หรือราว 170-180 องศาฟาเรนไฮด์

ไม่จำเป็นจะต้องมีตัวแปลงสภาพน้ำมันเชื้อเพลิงแบบธรรมดา หรือแอลกอฮอล ให้เป็นไฮโดรเจนอีกแล้ว และเนื่องจากตัวแปลงสภาพน้ำมันอย่างที่บอกไว้นี่ ทำงานที่อุณหภูมิสูงมาก จึงเป็นอุปสรรค์กับการใช้งาน Fuel Cell อย่างสูง โดยเฉพาะการใช้งานกับรถยนต์

เมื่อในปัจจุบัน เราสามารถเก็บกักไฮโดรเจน และสามารถทำสถานีบริการเติมไฮโดรเจนได้แล้ว ดังเช่นที่ผมได้เรียนไว้ในตอนแรกแรกของเรื่องนี้ ที่บอกว่าเชลล์ทำปั๊มไฮโดรเจน ที่สามารถเติมไฮโดรเจนหนัก 5 กิโลกรัมได้ภายในสองนาที ทุกอย่างก็เห็นเป็นนามธรรมชัดเจนขึ้นสำหรับรถยนต์ Fuel Cell

ยิ่งเมื่อทำเครื่อง Fuel Cell ให้ไม่ต้องใช้ออกซิเจนบริสุทธิ์ อย่างที่จำเป็นเหมือนการใช้กับยานอวกาศ ก็ยิ่งง่ายขึ้นสำหรับการใช้งาน

ความคืบหน้าระดับนี้ ทำให้หวังกันใหม่แล้วละครับ

ว่า Fuel Cell จะมีบทบาททดแทนเครื่องยนต์เผาไหม้ภายในแบบลูกสูบได้เร็วขึ้น จากที่เคยคาดกันเอาไว้ว่า ต้องราวปี 2010 เป็นต้นไป จึงจะมีรถ Fuel Cell วิ่งกันตามถนนหนทางบ้าง

ผมคิดว่า ไม่น่าจะเกินสองสามปีจากนี้ไป เอาเป็นว่า ภายในปี พศ.2549-50 เราจะเห็นรถยนต์ใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง กับเครื่องยนต์ Fuel Cell มาวิ่งอยู่บนถนนหลวงของต่างประเทศหนาตา

และในบ้านเรา ก็อาจจะมีเข้ามาแล้วในช่วงเวลานั้น ก็เป็นได้

— ธเนศร์ เสนีวงศ์ ณ อยุธยา —