นักวิทยาศาสตร์เพิ่งผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจนโดยไม่มีอะไรนอกจากอากาศและพลังงานแสงอาทิตย์

ไฮโดรเจนมีแนวโน้มที่จะมีบทบาทสำคัญในความพยายามของเราในการเลิกใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล แต่การผลิตด้วยวิธีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมนั้นต้องใช้น้ำปริมาณมาก ตอนนี้นักวิจัยได้พัฒนาเทคนิคใหม่ที่ทำให้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนออกมาจากอากาศบาง ๆ แม้ในสภาพอากาศที่แห้งแล้งที่สุด

ในขณะที่เทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียนและแบตเตอรี่กำลังก้าวหน้าอย่างมากในการขจัดคาร์บอนออกจากภาคพลังงานและการขนส่งส่วนใหญ่ ไฮโดรเจนก็อาจเป็นส่วนสำคัญของการผสมผสานพลังงาน มันสามารถเผาไหม้ได้เช่นเดียวกับเชื้อเพลิงทั่วไป แต่ผลพลอยได้เพียงอย่างเดียวที่ปล่อยออกมาคือน้ำ มีความหนาแน่นของพลังงานที่ดี ซึ่งทำให้เป็นโซลูชันที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานที่มีข้อกำหนดด้านน้ำหนักที่เข้มงวด เช่น การบิน และยังเป็นวิธีที่มีประโยชน์ในการเก็บพลังงานไว้เป็นระยะเวลานานอีกด้วย

แต่เชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมนั้นขึ้นอยู่กับวิธีการผลิตเป็นอย่างมาก ทุกวันนี้ ปริมาณที่เรียกว่า "ไฮโดรเจนสีเทา" ซึ่งทำมาจากเชื้อเพลิงฟอสซิลและส่งผลให้เกิดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเป็นจำนวนมาก เพื่อให้ไฮโดรเจนมีส่วนทำให้เกิดการแยกตัวออกจากคาร์บอน เราต้องเปลี่ยนไปใช้ "ไฮโดรเจนสีเขียว" ที่ผลิตโดยอิเล็กโทรไลเซอร์ที่แยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนโดยใช้พลังงานหมุนเวียน

ความท้าทายคือสถานที่หลายแห่งที่มีแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่ดีที่สุดต้องเผชิญกับปัญหาการขาดแคลนน้ำ แต่ตอนนี้นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเมลเบิร์นในออสเตรเลียได้พัฒนาเทคนิคใหม่ที่สามารถสร้างเชื้อเพลิงไฮโดรเจนจากความชื้นที่ดูดซับจากอากาศได้ ยิ่งไปกว่านั้น มันยังทำงานได้แม้ว่าความชื้นจะต่ำกว่าที่พบในทะเลทรายที่แห้งแล้งที่สุดในโลก

“ความสามารถในการใช้ความชื้นจากอากาศทำให้โมดูล DAE [ไดเร็กต์แอร์อิเล็กโทรไลเซอร์] นี้ใช้งานได้ในสภาพแวดล้อมที่ห่างไกล แห้งแล้ง และกึ่งแห้งแล้ง ซึ่งการเข้าถึงน้ำจืดเป็นปัญหาใหญ่” Gang Kevin Li บอก Newsweek. “พื้นที่ส่วนใหญ่บนโลกที่มีศักยภาพด้านแสงอาทิตย์และลมสูง ขาดน้ำจืด”

การเข้าถึงน้ำจะเป็นประเด็นสำคัญหากต้องเพิ่มการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวอย่างมีนัยสำคัญ ใน กระดาษเข้า การสื่อสารธรรมชาติ, นักวิจัยชี้ให้เห็นว่ามากกว่าหนึ่งในสามของโลกนั้นแห้งแล้งหรือกึ่งแห้งแล้ง และมีความเหลื่อมล้ำกันอย่างมีนัยสำคัญระหว่างพื้นที่ที่ขาดแคลนน้ำกับพื้นที่ที่มีศักยภาพของพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมมากที่สุด

แม้ในสภาพอากาศที่แห้งที่สุด แต่ก็มีความชื้นอยู่ในอากาศเป็นจำนวนมาก นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าแม้ในสถานที่ต่างๆ เช่น ทะเลทราย Sahel ความชื้นสัมพัทธ์โดยเฉลี่ยยังอยู่ที่ประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์ ดังนั้นพวกเขาจึงเริ่มหาวิธีใช้แหล่งน้ำที่ไม่ได้ใช้นี้เพื่อผลิตไฮโดรเจน

อุปกรณ์ของพวกเขาประกอบด้วยหน่วยเก็บน้ำที่มีฟองน้ำแช่ในของเหลวที่ดูดซับน้ำซึ่งสามารถดึงความชื้นจากอากาศได้ ที่ด้านใดด้านหนึ่งของอ่างเก็บน้ำนี้มีอิเล็กโทรดที่สามารถขับเคลื่อนโดยแหล่งพลังงานหมุนเวียนใดๆ เมื่อกระแสไหลผ่านวงจร น้ำจะถูกแยกออกโดยอิเล็กโทรไลซิสเป็นอะตอมของออกซิเจนและไฮโดรเจนที่เป็นส่วนประกอบ ซึ่งสามารถเก็บเป็นก๊าซได้

ทีมงานแสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพเป็นเวลา 12 วันติดต่อกันและผลิตไฮโดรเจนที่มีความบริสุทธิ์ 99 เปอร์เซ็นต์ ยิ่งไปกว่านั้น อุปกรณ์ยังคงทำงานต่อไปในความชื้นสัมพัทธ์ที่ต่ำถึงสี่เปอร์เซ็นต์

เพื่อทดสอบศักยภาพในโลกแห่งความเป็นจริง ทีมงานได้ติดตั้งอิเล็กโทรไลเซอร์ห้าตัวแบบขนานกัน และวางไว้ด้านนอก โดยใช้พลังงานจากแผงโซลาร์เซลล์ การตั้งค่านี้สามารถผลิตไฮโดรเจนได้เฉลี่ย 745 ลิตร (197 แกลลอน) ต่อตารางเมตรต่อวัน

นั่นคือประมาณครึ่งหนึ่งของปริมาณอิเล็กโทรไลต์แบบธรรมดาที่ป้อนด้วยน้ำที่ผลิตได้ภายใต้สภาวะแวดล้อมที่คล้ายคลึงกัน Simon Bennett จากสำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ บอก นักวิทยาศาสตร์นิว, แต่ไม่เลวสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้ความชื้น

ปัญหาสำคัญที่ต้องเผชิญกับเชื้อเพลิงไฮโดรเจนคือข้อเท็จจริงที่ว่าโครงสร้างพื้นฐานในการจำหน่ายนั้นแตกต่างอย่างมากจากที่ใช้สำหรับเชื้อเพลิงฟอสซิลในปัจจุบัน ซึ่งมักต้องใช้แรงดันสูงและแม้กระทั่งการเก็บรักษาด้วยการแช่แข็ง ดังที่หลี่ชี้ไปที่ Newsweekอุปกรณ์ลักษณะนี้ที่ทำให้สามารถผลิตไฮโดรเจนได้ทุกที่สามารถช่วยกระจายการผลิต ซึ่งสามารถแก้ไขปัญหาเหล่านี้ได้

แม้ว่าในขณะนี้ สิ่งกีดขวางที่ใหญ่ที่สุดสำหรับไฮโดรเจนสีเขียวคือต้นทุน จนกว่าเทคโนโลยีอิเล็กโทรไลเซอร์จะลดราคาลงและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ไฮโดรเจนไม่น่าจะแข่งขันกับเชื้อเพลิงแบบเดิมได้ ไม่ว่าจะดึงมาจากอากาศบางหรือไม่ก็ตาม

เครดิตภาพ: Gerd Altmann ราคาเริ่มต้นที่ Pixabay