แนวโน้มการพัฒนาพลังงานไฮโดรเจน
พลังงานไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานรองที่อุดมสมบูรณ์ เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม คาร์บอนต่ำ และสามารถนำไปใช้ได้อย่างกว้างขวาง โดยค่อยๆ กลายเป็นหนึ่งในผู้ให้บริการที่สำคัญในการเปลี่ยนผ่านพลังงานระดับโลก จีนเป็นผู้ผลิตไฮโดรเจนรายใหญ่ที่สุดในโลก โดยในช่วงแรกนั้นเชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีและกระบวนการสำคัญที่เกี่ยวข้องกับการผลิต จัดเก็บ ขนส่ง และเติมไฮโดรเจน จึงก่อให้เกิดห่วงโซ่อุตสาหกรรมพลังงานไฮโดรเจนที่สมบูรณ์ค่อนข้างมาก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อุตสาหกรรมพลังงานไฮโดรเจนของจีนได้พัฒนาอย่างรวดเร็ว ดึงดูดผู้เข้าร่วมจำนวนมาก และผลิตบริษัทที่มีชื่อเสียงจำนวนหนึ่งที่มีอำนาจในการแข่งขันที่แข็งแกร่ง ปัจจุบัน บริษัทชั้นนำในอุตสาหกรรมได้สร้างข้อได้เปรียบในการแข่งขันผ่านการปรับปรุงการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยี ปรับปรุงห่วงโซ่อุตสาหกรรม สร้างเครือข่ายการขาย และปลูกฝังบุคลากรที่มีความสามารถระดับมืออาชีพ
ในอนาคต เมื่ออุตสาหกรรมพลังงานไฮโดรเจนยังคงพัฒนาต่อไป ความต้องการของลูกค้าในการผลิตไฮโดรเจนจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ส่งผลให้อุตสาหกรรมมีการรวมตัวกันอย่างแข็งแกร่งมากขึ้น ส่วนแบ่งการตลาดของบริษัทชั้นนำจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ และอุปสรรคในการเข้าสู่ภาคส่วนพลังงานไฮโดรเจนจะชัดเจนมากขึ้น เพื่อบรรลุเป้าหมายการปล่อยคาร์บอนสูงสุดและความเป็นกลางทางคาร์บอน จีนได้กำหนดให้พลังงานไฮโดรเจนเป็นส่วนสำคัญของระบบพลังงานแห่งชาติในอนาคต ซึ่งเป็นยานพาหนะสำคัญในการบรรลุการเปลี่ยนแปลงสีเขียวและคาร์บอนต่ำที่สถานีปลายทางการใช้พลังงาน และเป็นจุดศูนย์กลางสำหรับอุตสาหกรรมเกิดใหม่เชิงยุทธศาสตร์และการพัฒนาอุตสาหกรรมในอนาคต
เพื่อตอบสนองต่อนโยบายระดับชาติ บริษัทต่างๆ ได้ดำเนินการตามกลยุทธ์คาร์บอนคู่โดยกระตือรือร้น โดยใช้เทคโนโลยีที่ครบถ้วนสมบูรณ์เพื่อให้มั่นใจว่าการทำงานจะมีรอบยาวนาน มีเสถียรภาพ และเชื่อถือได้ การแยกน้ำด้วยไฟฟ้าอัลคาไลน์สำหรับการผลิตไฮโดรเจนนั้นอาศัยเทคโนโลยีเป็นหลักเพื่อจับตลาด คุณภาพเพื่อรวมตลาด และบริการเพื่อขยายตลาด โดยขับเคลื่อนโดยความต้องการของตลาด นำโดยเทคโนโลยี และเน้นคุณภาพเพื่อชื่อเสียง โดยมีนวัตกรรมเป็นเส้นทางสู่การพัฒนา อุตสาหกรรมนี้มุ่งหวังที่จะบรรลุการปล่อยมลพิษและมลพิษเป็นศูนย์อย่างแท้จริง อายุการใช้งานยาวนาน การตรวจสอบและการทำงานแบบดิจิทัล ความปลอดภัย และโหมดการทำงานแบบไร้คนขับ ด้วยคุณภาพที่ยอดเยี่ยม การจัดหาที่ตรงเวลา ราคาสมเหตุสมผล และบริการชั้นยอด
พลังงานไฮโดรเจนมีข้อดีหลายประการ เช่น มลพิษเป็นศูนย์ มีค่าความร้อนสูง และมีความคล่องตัวในการจัดเก็บและนำไปใช้งาน การแยกน้ำด้วยไฟฟ้าสามารถใช้พลังงานหมุนเวียนและไฟฟ้าส่วนเกินที่ผันผวนเพื่อผลิตไฮโดรเจน ทำให้เป็นหนึ่งในวิธีที่เหมาะสมที่สุดและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในการผลิตไฮโดรเจน ดังนั้น การพัฒนาการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนเพื่อผลิตไฮโดรเจนจึงมีความสำคัญต่อความมั่นคงด้านพลังงานและการลด คาร์บอนไดออกไซด์ อย่างไรก็ตาม ปัจจุบัน ไฮโดรเจนที่ผลิตได้ผ่านการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนเพียง 4% ทั่วโลก ซึ่งสาเหตุหลักมาจากต้นทุนที่สูงที่เกี่ยวข้องกับวิธีการนี้ โดยการใช้ไฟฟ้าและต้นทุนของเครื่องแยกน้ำด้วยไฟฟ้าเป็นข้อจำกัดสำคัญสำหรับการใช้งานขนาดใหญ่
ภายใต้แรงผลักดันของเป้าหมายคาร์บอนคู่ ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการผลิตพลังงานหมุนเวียนคาดว่าจะทำให้ราคาไฟฟ้าลดลง ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพสำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรมการผลิตไฮโดรเจนด้วยไฟฟ้าจากน้ำ เทคโนโลยีไฟฟ้าจากไฟฟ้าอัลคาไลน์ได้รับความสนใจเนื่องจากมีต้นทุนต่ำ อายุการใช้งานยาวนาน และแหล่งวัตถุดิบที่อุดมสมบูรณ์ ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตไฮโดรเจนในปริมาณมาก อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานการผลิตไฮโดรเจนในปริมาณมาก ยังคงจำเป็นต้องปรับปรุงความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าและประสิทธิภาพพลังงานของเทคโนโลยีไฟฟ้าจากไฟฟ้าอัลคาไลน์เพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงอุปกรณ์และต้นทุนไฟฟ้า วัสดุเมมเบรนและอิเล็กโทรดมีบทบาทสำคัญและไม่สามารถทดแทนได้ในกระบวนการนี้
แนวโน้มในอนาคตของเทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจนด้วยไฟฟ้าในน้ำ
ต้นทุนการผลิตไฮโดรเจนผ่านกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสของน้ำนั้นขึ้นอยู่กับต้นทุนไฟฟ้า ต้นทุนการลงทุนในเครื่องอิเล็กโทรไลซิส และภาระงานเป็นหลัก โดยต้นทุนไฟฟ้าจะส่งผลต่อความไวในการผลิตไฮโดรเจนได้มากถึง 60-70% เมื่อต้นทุนไฟฟ้าลดลง สัดส่วนของต้นทุนการลงทุนในอุปกรณ์ก็จะค่อยๆ เพิ่มขึ้น ปัจจัยที่จะช่วยลดต้นทุนในอนาคตส่วนใหญ่จะมาจากราคาไฟฟ้าที่ลดลง อัตราการใช้อุปกรณ์ที่เพิ่มขึ้น และความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเพื่อลดต้นทุนเครื่องอิเล็กโทรไลซิส อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเทคโนโลยีเครื่องอิเล็กโทรไลซิสแบบด่างนั้นมีความครบถ้วนสมบูรณ์แล้ว ขอบเขตในการลดต้นทุนผ่านนวัตกรรมทางเทคโนโลยีจึงจำกัดอยู่เพียงเท่านั้น ด้วยการพัฒนาอุตสาหกรรมเพิ่มเติม สถานการณ์การใช้งานในอนาคตจะยังคงขยายตัวต่อไป และการบริโภคในระดับใหญ่ ต้นทุนต่ำ และพลังงานต่ำได้รับการยอมรับว่าเป็นฉันทามติสำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรม
การจำแนกเส้นทางเทคโนโลยีสำหรับการผลิตไฮโดรเจนด้วยไฟฟ้าจากน้ำ
มีเส้นทางเทคโนโลยีหลักสี่เส้นทางสำหรับการผลิตไฮโดรเจนผ่านอิเล็กโทรไลซิสของน้ำ ได้แก่ อิเล็กโทรไลซิสน้ำอัลคาไลน์ (อัลค์) อิเล็กโทรไลซิสน้ำแบบแลกเปลี่ยนโปรตอน (พีอีเอ็ม) อิเล็กโทรไลซิสออกไซด์ของแข็ง (สอ.ก.) และอิเล็กโทรไลซิสน้ำแบบแลกเปลี่ยนไอออน (เออีเอ็ม)
การอิเล็กโทรไลซิสด้วยด่าง (อัลค์)กระบวนการนี้ดำเนินการในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ด่าง (โดยทั่วไปคือ เกาะ) โดยที่ไอออนของ โอ้- จะผ่านเมมเบรนไปยังขั้วบวก โดยสูญเสียอิเล็กตรอนเพื่อผลิต O2 ในขณะที่น้ำที่ขั้วลบจะได้รับอิเล็กตรอนเพื่อผลิต H2 และ โอ้-
การอิเล็กโทรไลซิสเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (พีอีเอ็ม):วิธีนี้จะทำการอิเล็กโทรไลซิสน้ำบริสุทธิ์ โดยโมเลกุล H2O จะถูกออกซิไดซ์ที่ขั้วบวกเพื่อสร้างไอออนออกซิเจนและ H+ โดย H+ (โปรตอน) จะเคลื่อนที่ผ่านเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอนไปยังขั้วลบภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า และดำเนินปฏิกิริยารีดักชันเพื่อสร้างก๊าซไฮโดรเจน
การแยกอิเล็กโทรไลซิสออกไซด์ของแข็ง (สอ.ก.)กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการทำให้ไอน้ำแตกตัวเป็นไอออนเพื่อสร้างไอออนไฮโดรเจนและออกซิเจนที่อุณหภูมิสูง โดยทั่วไปสูงกว่า 600°C ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตไอน้ำอุณหภูมิสูงและแรงดันสูงในระบบพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์
การแยกอิเล็กโทรไลซิสด้วยเมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออน (เออีเอ็ม)กระบวนการนี้โดยปกติจะใช้น้ำบริสุทธิ์หรือสารละลายด่างที่มีความเข้มข้นต่ำเป็นอิเล็กโทรไลต์ โดยที่ไอออน โอ้- จะผ่านเยื่อแลกเปลี่ยนเพื่อไปถึงขั้วบวกเพื่อสร้างน้ำและออกซิเจน ในขณะที่โมเลกุลน้ำที่ขั้วลบจะผลิตก๊าซ โอ้- และไฮโดรเจน
การเปรียบเทียบเส้นทางกระบวนการผลิตไฮโดรเจน
แต่ละวิธีมีจุดแข็งและข้อจำกัดของตัวเอง:
การอิเล็กโทรไลซิสด้วยด่าง (อัลค์)
ข้อดี:ในปัจจุบันเป็นเทคโนโลยีที่ทันสมัยที่สุดและมีต้นทุนอุปกรณ์ที่ต่ำ
ข้อจำกัด:ของเหลวที่กัดกร่อน ต้นทุนการดำเนินการและบำรุงรักษาสูง ประสิทธิภาพเชิงทฤษฎีต่ำกว่า พีอีเอ็ม และ สอ.ก. ท้าทายในการนำไปใช้ในแหล่งจ่ายไฟที่ไม่ต่อเนื่อง
การอิเล็กโทรไลซิสเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (พีอีเอ็ม)
ข้อดี:มีความสามารถในการปรับตัวสูงกับแหล่งพลังงานที่ไม่ต่อเนื่อง สามารถบูรณาการกับพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานลมและแสงอาทิตย์ได้ง่าย มีต้นทุนการดำเนินการและบำรุงรักษาต่ำ
ข้อจำกัด:ต้นทุนอุปกรณ์สูง ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นโลหะมีค่า
การแยกอิเล็กโทรไลซิสออกไซด์ของแข็ง (สอ.ก.)
ข้อดี: ประสิทธิภาพเชิงทฤษฎีสูง สามารถใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นโลหะที่ไม่ใช่โลหะมีค่าได้
ข้อจำกัด:สภาพแวดล้อมปฏิกิริยาอุณหภูมิสูง สถานการณ์การใช้งานที่จำกัด ยังคงอยู่ในระยะวิจัยและพัฒนาในห้องปฏิบัติการและยังไม่ได้นำออกสู่เชิงพาณิชย์
การแยกอิเล็กโทรไลซิสด้วยเมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออน (เออีเอ็ม)
ข้อดี:ผสมผสานข้อดีของด่างและ พีอีเอ็ม: ต้นทุนวัสดุต่ำ การกัดกร่อนของอิเล็กโทรไลต์ (สารละลายด่างเจือจางหรือน้ำ) ต่ำ ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะมีค่า
ข้อจำกัด:ความยากลำบากในการผลิตเมมเบรนแลกเปลี่ยนแอนไอออนจำนวนมาก ยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยและพัฒนา
เส้นทางอิเล็กโทรไลซิสอัลคาไลน์นั้นมีความสมบูรณ์แล้ว พีอีเอ็ม แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการเติบโตที่แข็งแกร่ง ในขณะที่ สอ.ก. และ เออีเอ็ม มีศักยภาพในอนาคตที่มีแนวโน้มดี
