เรื่องราวนี้เป็นส่วนหนึ่งของ ชุด Tech Support ของ Recode by Voxสล็อตแตกง่าย ซึ่งสำรวจวิธีแก้ปัญหาสำหรับโลกร้อนของเรา
ระหว่างระบบไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ ปลั๊กอินไฮบริด และรถยนต์ไร้คนขับที่ประดับด้วยเรดาร์บนถนนในเมืองซานฟรานซิสโกนี้ Toyota Mirai สีแดงอันเรียบหรูไม่ต้องสนใจใครมาก
แม้จะเป็นหนึ่งในรถยนต์ที่มีเทคโนโลยีล้ำหน้าที่สุดในโลกและเป็นหนึ่งในรถยนต์ที่หายากที่สุด นับตั้งแต่เปิดตัวในปี 2558 โตโยต้ามียอดขายรถยนต์ซีดานเพียง 10,000 คันในสหรัฐอเมริกา (จากจำนวนรถยนต์จดทะเบียนทั้งหมดประมาณ 290 ล้านคันในประเทศ) แต่ก็กลมกลืนกับการจราจรได้อย่างง่ายดาย
Mirai ใช้สไตล์จากการนำเสนอที่ธรรมดากว่าของ Toyota เช่น Corolla และ Camry ภายในห้องโดยสารมีความพอดี การตกแต่ง การแยกเสียงรบกวน และเบาะนั่งแบบอุ่นของรถยนต์สุดหรู ที่หลังพวงมาลัย Mirai มีแรงดึงของมอเตอร์ไฟฟ้า ออกตัวไปตามถนนที่สูงชัน และให้ความรู้สึกว่องไวมากกว่าน้ำหนัก 4,200 ปอนด์
เฉพาะเมื่อคุณเปิดกระโปรงหน้ารถเท่านั้น
คุณจะเห็นสิ่งที่ทำให้ Mirai แตกต่าง: บล็อกสีเงินที่เป็นระเบียบพร้อมโลโก้ Toyota และคำว่า “เซลล์เชื้อเพลิง” และด้านหลังเบาะหลังมีถังบรรจุก๊าซไฮโดรเจน ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่มีมากที่สุดในจักรวาล และอาจเป็นเชื้อเพลิงสะอาดที่มีผลิตภัณฑ์ “ของเสีย” หลักคือน้ำ
The increase in US births in 2021, explained
Mirai ของ Toyota ซึ่งเป็นรถยนต์พลังงานไฮโดรเจน ออกจำหน่ายในปี 2558 “Mirai” หมายถึง “อนาคต” ในภาษาญี่ปุ่น Charly Triballeau / AFP ผ่าน Getty Images
โลกกำลังหมดหวังที่จะหาวิธีอื่นๆ ในการควบคุมมลพิษคาร์บอนไดออกไซด์ ตามรายงานของคณะกรรมการระหว่างรัฐบาลว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ การปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั่วโลกจะต้องสูงสุดและลดลงภายในปี 2568เพื่อให้โลกร้อนขึ้นในศตวรรษนี้ให้ต่ำกว่า 1.5 องศาเซลเซียส อีกไม่ถึง 1,000 วัน แต่การปล่อยมลพิษทั่วโลกยังคงเพิ่มขึ้น และการขนส่งเพียงอย่างเดียวคิดเป็น20% ของการปล่อยมลพิษทั่วโลก
นั่นคือที่มาของพลังงานไฮโดรเจน บริษัทต่างๆ เช่น Toyota คิดว่าอาจเป็นอนาคตหรืออย่างน้อยก็ส่วนหนึ่ง (“Mirai” หมายถึง “อนาคต” ในภาษาญี่ปุ่น) แม้ว่าเทคโนโลยีพลังงานสะอาดอื่นๆ เช่น รถยนต์ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่จะได้รับโมเมนตัม แต่ก็ไม่ได้เปิดตัวเร็วพอหรือราคาถูกเพียงพอ ไฮโดรเจนสามารถช่วยให้โลกบรรลุเป้าหมายด้านสภาพอากาศได้เร็วยิ่งขึ้น โดยไม่เพียงแต่ให้พลังงานแก่รถยนต์อย่าง Mirai เท่านั้น แต่ยังรวมถึงเรือและเครื่องบินในอนาคตอันใกล้นี้ด้วย
ไฮโดรเจนมีประโยชน์มากกว่ายานพาหนะเช่นกัน: สามารถผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์และกักเก็บพลังงานสำหรับโครงข่ายไฟฟ้า นอกจากนี้ยังสามารถทำความสะอาดอุตสาหกรรมที่กำจัดคาร์บอนได้ยาก เช่นการผลิตเหล็กกล้า
เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนมีราคาลดลง 60% ตั้งแต่ปี 2549 ในขณะที่ความทนทานเพิ่มขึ้นสี่เท่า
กรณีการใช้งานที่น่ายินดีเหล่านี้ได้กระตุ้นความสนใจและการลงทุนในไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงในอดีต ซึ่งเป็นสาเหตุที่คุณอาจเคยได้ยินเรื่องนี้มาก่อน: ประธานาธิบดีจอร์จ ดับเบิลยู บุชและบารัค โอบามาโน้มน้าวให้ไฮโดรเจนและลงทุนเงินของรัฐบาลในการวิจัยและพัฒนาเชื้อเพลิง แต่โฆษณาก็ค่อยๆ หายไปในแต่ละครั้ง เนื่องจากต้นทุนการผลิตที่สูง ความท้าทายในทางปฏิบัติ และโครงสร้างพื้นฐานที่จำกัดสำหรับรถยนต์ที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนเข้ามาขวางทาง เพื่อให้รถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยไฮโดรเจนสามารถออกเดินทางได้ทุกที่ อันดับแรก พวกเขาต้องการเครือข่ายสถานีเติมน้ำมัน ท่อส่ง และผู้ผลิตที่กว้างขวาง ซึ่งโดยพื้นฐานแล้ว ระบบเศรษฐกิจแบบไฮโดรเจนจะแข่งขันและเอาชนะเชื้อเพลิงฟอสซิลได้ สหรัฐฯ ไม่เคยเข้าใกล้กับการสร้างอะไรแบบนี้มาก่อน
แต่สำหรับตอนนี้ โมเมนตัมเบื้องหลังพลังงานไฮโดรเจนกลับมาสร้างอีกครั้งเมื่อความต้องการเพิ่มขึ้นและเทคโนโลยีที่อยู่เบื้องหลังก็พัฒนาขึ้น จากข้อมูลปี 2018 เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนมีราคาลดลง 60%ตั้งแต่ปี 2549 ในขณะที่ความทนทานเพิ่มขึ้นสี่เท่า
ในปี 2564 Toyota ขาย Miraisมากกว่า 2,600
รายการในสหรัฐอเมริกา สูงสุดเป็นประวัติการณ์ รถยนต์ไฮโดรเจนอื่นๆ ก็เข้าสู่ตลาดเช่นกัน รวมถึง Hyundai Nexo และ Honda Clarity ณ วันที่ 1 มีนาคม มีการขายหรือเช่า รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนมากกว่า 12,000 คันในสหรัฐอเมริกา ในขณะเดียวกันDelta Airlines และ Airbusในเดือนมีนาคมได้ลงนามในข้อตกลงเพื่อพัฒนาเครื่องบินที่ใช้พลังงานไฮโดรเจน โรงงานผลิตไฮโดรเจนแห่งใหม่อยู่ในการดำเนินงานในสหรัฐอเมริกา ในเดือนกุมภาพันธ์ ประธานาธิบดีโจ ไบเดน ประกาศระดมทุนเกือบ10 พันล้านดอลลาร์เพื่อกระตุ้นการผลิตไฮโดรเจน โครงสร้างพื้นฐาน และการวิจัย
ในต่างประเทศ จีนได้ประกาศแผนการผลิตไฮโดรเจนที่ปราศจากคาร์บอนให้ได้มากถึง 200,000 ตันต่อปี เพื่อช่วยขับยานพาหนะที่ขับเคลื่อนด้วยเซลล์เชื้อเพลิงจำนวน 50,000 คันภายในปี 2025 สหราชอาณาจักรตั้งเป้าที่จะเพิ่มการผลิตไฮโดรเจนเป็นสองเท่า ทั่วโลก การผลิตและการขนส่งไฮโดรเจนได้รับ เงิน ลงทุน มากกว่า80,000 ล้านดอลลาร์
ในช่วงเวลาที่วิกฤตสภาพภูมิอากาศไม่สามารถอธิบายได้อย่างชัดเจน ไฮโดรเจนกำลังได้รับโอกาสอีกครั้งในการช่วยทำความสะอาดโลก
จานไฮโดรเจนอธิบาย
เช่นเดียวกับเทคโนโลยีสะอาดอื่นๆ ไฮโดรเจนมีความแตกต่างที่ยุ่งยาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพูดถึงข้อมูลประจำตัวที่ “สะอาด” ประการหนึ่ง นักวิจัยและวิศวกรหลายคนโต้แย้งว่าไฮโดรเจนไม่ใช่แหล่งพลังงาน มันเป็นตัวพาพลังงาน คล้ายกับแบตเตอรี่ที่สามารถเก็บพลังงานไว้ได้ แต่ยังต้องการวิธีอื่นในการชาร์จ แม้ว่าไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบที่มีมากที่สุดในจักรวาล แต่ก็มักจะติดอยู่กับโมเลกุลอื่นๆ บนโลกใบนี้
หากต้องการใช้เป็นเชื้อเพลิง ก่อนอื่นคุณต้องสร้างก๊าซไฮโดรเจน H2 (อะตอมไฮโดรเจนสองอะตอมติดกัน) ซึ่งต้องการแหล่งของอะตอมไฮโดรเจนและแหล่งพลังงาน ก๊าซไฮโดรเจนเป็นตัวกลางระหว่างแหล่งพลังงานกับการใช้ในรถยนต์ เรือ หรือโรงไฟฟ้า การผลิต H2 มักใช้พลังงานมากกว่าที่คุณได้รับจากการใช้งาน ซึ่งคล้ายกับการที่แบตเตอรี่ต้องการพลังงานในการชาร์จมากกว่าที่ปล่อยออกมาจากการใช้งานเล็กน้อย ตามรายงานของสำนักงานพลังงานระหว่างประเทศการผลิตไฮโดรเจนคิดเป็น 830 ล้านเมตริกตันของการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ต่อปี เทียบเท่ากับรอยเท้าของสหราชอาณาจักรและอินโดนีเซียรวมกัน
ไฮโดรเจนเองเป็นก๊าซที่ไม่มีกลิ่นและไม่มีสีไม่ว่าจะผลิตขึ้นด้วยวิธีใดก็ตาม แต่วิธีการต่างๆ ในการผลิตไฮโดรเจนมักถูกจัดประเภทตามสี ไฮโดรเจนประเภทหลักที่ต้องให้ความสนใจคือไฮโดรเจนสีเทาและไฮโดรเจนสีเขียว
อแมนด้า นอร์ธรอป/วอกซ์
ในสหรัฐอเมริกา95 เปอร์เซ็นต์ของไฮโดรเจนเป็นไฮโดรเจนสีเทา ซึ่งทำมาจากการปฏิรูปด้วยไอน้ำและก๊าซมีเทน กระบวนการนี้ใช้ไอน้ำร้อนถึง 1,800 องศาฟาเรนไฮต์เพื่อทำปฏิกิริยากับมีเทนภายใต้ความดันสูง ทำให้เกิดไฮโดรเจน คาร์บอนมอนอกไซด์ และคาร์บอนไดออกไซด์ ราคาถูก แต่มีคาร์บอนฟุตพริ้นท์: ไฮโดรเจนสีเทาทุกกิโลกรัมจะทำให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ10 กิโลกรัม
ในทางกลับกัน ไฮโดรเจนสีเขียวใช้พลังงานหมุนเวียนเพื่อแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าอิเล็กโทรลิซิส มันปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นศูนย์ แต่มีราคาแพงกว่าสองเท่าในการผลิตเป็นไฮโดรเจนสีเทา และคิดเป็นน้อยกว่า1 เปอร์เซ็นต์ของการผลิต ไฮโดรเจนของโลก
นอกจากนี้ยังมีสีอื่นๆ เช่น น้ำเงิน ชมพู เทอร์ควอยซ์ สีดำ สีขาว โดยแยกแยะได้จากที่มาของไฮโดรเจนและปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ที่กระบวนการปล่อยออกมา
เพื่อให้ไฮโดรเจนสามารถช่วยเผชิญกับวิกฤตสภาพภูมิอากาศได้อย่างแท้จริง โลกต้องคิดหาวิธีผลิตไฮโดรเจนที่สะอาดขึ้นในขนาดที่ใหญ่ขึ้นและต้นทุนที่ต่ำลง ปีที่แล้ว กระทรวงพลังงานสหรัฐเปิดตัวโครงการวิจัยชื่อHydrogen Shotโดยมีเป้าหมายในการผลิตไฮโดรเจนสะอาดในราคา 1 ดอลลาร์ต่อกิโลกรัมใน 10 ปี
สำหรับการใช้ไฮโดรเจนนั้น มีสองวิธีหลักในการใช้งาน หนึ่งคือการเผาไหม้เช่นเดียวกับก๊าซชนิดอื่นๆ ในเครื่องยนต์ ซึ่งคล้ายกับเครื่องยนต์สันดาปภายในทั่วไปที่ใช้เชื้อเพลิงอย่างน้ำมันเบนซินและดีเซล ไฮโดรเจนไม่ปล่อยมลพิษที่เป็นอันตรายเมื่อคุณเผามันต่างจากเชื้อเพลิงเหล่านั้น อีกวิธีหนึ่งคือการส่งไฮโดรเจนผ่านเซลล์เชื้อเพลิง อุปกรณ์นี้แยกไฮโดรเจนออกเป็นโปรตอนและอิเล็กตรอน โดยอิเล็กตรอนจะสร้างกระแสเพื่อให้พลังงานแก่มอเตอร์ และโปรตอนทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศเพื่อสร้างน้ำ
เซลล์เชื้อเพลิงมีประวัติอันยาวนานตั้งแต่ช่วงปี ค.ศ. 1800 แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ต้นทุน ประสิทธิภาพ และความทนทานของพวกเขาถึงระดับที่จำเป็นสำหรับการใช้งานอย่างแพร่หลายมากขึ้น
ด้วยเซลล์เชื้อเพลิงและการเผาไหม้ การใช้ไฮโดรเจนสามารถปรับขนาดได้ตั้งแต่เครื่องบินไร้คนขับขนาดเล็กไปจนถึงการจัดเก็บและการจ่ายไฟฟ้าบนโครงข่ายไฟฟ้า ศักยภาพในการลดการปล่อยมลพิษนั้นมีอยู่จริง แต่หลายอย่างต้องเกิดขึ้นก่อน
การมีรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเป็นอย่างไร
ภาพรวมของการเป็นเจ้าของรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยไฮโดรเจนแสดงให้เห็นถึงคำมั่นสัญญาของเชื้อเพลิง แต่ยังรวมถึงอุปสรรคอันยิ่งใหญ่ที่มันจะต้องเอาชนะเพื่อที่จะกัดกินการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและยึดอุตสาหกรรมใหม่ที่สะอาด
รถยนต์ไฮโดรเจนมีข้อดีอย่างมาก: สามารถเติมเชื้อเพลิง
ได้ภายในห้านาที เมื่อเทียบกับการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าในบางครั้งเป็นเวลาหลายชั่วโมง คุณยังไม่จำเป็นต้องใช้ที่ชาร์จในรถยนต์ แต่เป็นปั๊มที่คล้ายกับที่ใช้สำหรับน้ำมันเบนซิน ซึ่งมักจะอยู่ที่สถานีเดียวกัน
นั่นเป็นเหตุผลหนึ่งที่กระตุ้นให้ Darren Higuchi จาก Alameda, California ซื้อ Mirai เมื่อปีที่แล้ว เนื่องจากเขาอาศัยอยู่ในอาคารหลายครอบครัว Higuchi กล่าวว่าเขาไม่มีตัวเลือกในการติดตั้งที่ชาร์จในรถที่บ้าน “ผมเห็นผู้คนเข้าแถวรอ [ซุปเปอร์ชาร์จเจอร์ของเทสลาแถวๆ นี้] จอดรถและรอ ซึ่งนั่นเป็นการซ่อมบำรุงมากกว่าที่ผมต้องการจัดการ” เขากล่าว
รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนมีระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าที่ราบรื่นและเงียบเหมือนกับรถยนต์ที่ใช้พลังงานแบตเตอรี่ ซึ่งยังทำให้ค่าบำรุงรักษาต่ำกว่าเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์เบนซินและดีเซล ผู้ขับขี่สามารถใช้ช่องทางเดินรถในรัฐส่วนใหญ่ได้เช่นกัน
นับตั้งแต่มิไรออกสู่ตลาดในปี 2558 โตโยต้าขายรถเก๋งได้เพียง 10,000 คันในสหรัฐอเมริกาเท่านั้น Wang Zhao / AFP ผ่าน Getty Images
นอกจากนี้ยังมีสิ่งจูงใจทางการเงินอีกด้วย Mirais มาพร้อมกับส่วนลดค่าโรงงาน เครดิตภาษีของรัฐบาลกลาง และเครดิตสำหรับรถยนต์สะอาดของแคลิฟอร์เนีย ซึ่งจะลดราคานอกสถานที่จากประมาณ 60,000 ดอลลาร์เป็น 35,000 ดอลลาร์ โตโยต้ายังมอบเชื้อเพลิงไฮโดรเจนมูลค่า 15,000 ดอลลาร์ให้เจ้าของฟรี ออกจากกระเป๋า เติม Mirai ราคาระหว่าง $70 ถึง $100 และให้ระยะใกล้ 400 ไมล์
แต่สำหรับงานทั้งหมดที่ Toyota ทุ่มเทในการสร้างรถยนต์ไฮโดรเจนที่น่าดึงดูดใจ ข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดนั้นอยู่นอกเหนือการควบคุมของบริษัท
สถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนส่วนใหญ่ในสหรัฐอเมริกาอยู่ในแคลิฟอร์เนีย รัฐมีสถานีไฮโดรเจน 52 แห่ง ซึ่งรวมถึง 2 แห่งในซานฟรานซิสโก และอยู่ระหว่างการพัฒนา 121 แห่ง ตามข้อมูลของCalifornia Fuel Cell Partnership แต่สถานีส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่บริเวณอ่าวซานฟรานซิสโกและแคลิฟอร์เนียตอนใต้ มีสถานีไฮโดรเจนเพียงแห่งเดียวบนเส้นทาง I-5 ระยะทาง 340 ไมล์ระหว่างบริเวณอ่าวและมหานครลอสแองเจลิส
ระหว่างเดินทางไปซานดิเอโกในมิราอิของเขา Higuchi กล่าวว่าเขาเดาตำแหน่งของสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจน ว่าเขาต้องการจะขับเร็วแค่ไหน และเราต้องการทดสอบระยะของรถมากแค่ไหน “ฉันวางแผนว่าจะไปที่ไหนและจับคู่กับระดับความวิตกกังวล” เขากล่าว
ขณะนี้ โครงสร้างพื้นฐานด้านไฮโดรเจนกำลังประสบปัญหา ด้วยรถยนต์ไฮโดรเจนไม่กี่คันบนท้องถนน จึงเป็นเรื่องยากที่จะโน้มน้าวให้บริษัทต่างๆ ลงทุนด้วยเงินประมาณ2 ล้านดอลลาร์ซึ่งโดยปกติแล้วจะสร้างสถานีไฮโดรเจนเพียงแห่งเดียว แต่ด้วยสถานีเพียงไม่กี่แห่ง จึงเป็นเรื่องยากที่จะขายคนขับรถยนต์ไฮโดรเจน
ไฮโดรเจนถูกผลิตขึ้นบนชั้นดาดฟ้าเหนือปั๊มเชื้อเพลิงไฮโดรเจนในวันเปิดสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนสาธารณะแห่งแรกในลอสแองเจลิส รัฐแคลิฟอร์เนีย ในปี 2551 รูปภาพของ David McNew / Getty
การผลิตไฮโดรเจนในปริมาณเล็กน้อยยังทำให้เสี่ยงต่อการถูกกระแทกอีกด้วย ปัจจุบัน ไฮโดรเจนส่วนใหญ่ที่ผลิตในสหรัฐฯ ใช้สำหรับการผลิตสารเคมี Russ Mobley ผู้จัดการฝ่ายขายของ San Francisco Toyota และเจ้าของ Mirai กล่าวว่า “เราใช้ชีวิตโดยอาศัยไฮโดรเจนส่วนเกินที่นำมาจากอุตสาหกรรมอื่นๆ และนำไปใช้ในการขนส่งสล็อตแตกง่าย
