คงไม่ผิดนักหากจะเรียกไฮโดรเจนว่าเชื้อเพลิงมหัศจรรย์ เพราะการเผาไหม้โดยตรงของเชื้อเพลิงไฮโดรเจนนั้นไม่ปล่อยมลภาวะ ยิ่งถ้าอยู่ในรูปแบบของเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cell) ผลลัพธ์ของกระบวนการผลิตกระแสไฟฟ้าก็คือน้ำจืด เทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจนและเซลล์เชื้อเพลิงเกิดขึ้นมาหลายทศวรรษ โดยในอดีตไฮโดรเจนก็เคยได้รับการขนานนามว่าเป็น ‘พลังงานแห่งอนาคต’
อย่างไรก็ตาม กระแสเศรษฐกิจไฮโดรเจนระลอกแรกกลับทะยานไปไม่ถึงฝัน เพราะต้นทุนในการผลิตไฮโดรเจนนั้นสูงมากๆ จนไม่สามารถแข่งขันได้กับเชื้อเพลิงฟอสซิล ยังไม่นับเหตุการณ์ในปี 1937 ที่บอลลูนโดยสารขนาดยักษ์ที่เกิดอุบัติเหตุจนไฟลุกท่วมและร่วงลงสู่พื้นดิน หรือที่หลายคนคุ้นชื่อกันว่าหายนะฮินเดนเบิร์ก (Hindenburg Disaster) สร้างความหวาดกลัวในหมู่สาธารณชนที่เข้าใจว่าสาเหตุเกิดจากเชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่ลุกไหม้อย่างรวดเร็ว ทั้งที่ยังไม่มีใครสามารถสรุปว่าโศกนาฏกรรมครั้งนั้นเกิดจากอะไร
หายนะฮินเดนเบิร์ก (Hindenburg Disaster) ปี 1937
ถึงแม้ว่าเชื้อเพลิงไฮโดรเจนจะไม่สามารถกำชัยเหนือเชื้อเพลิงฟอสซิล แต่อุตสาหกรรมไฮโดรเจนก็ยังเติบโตอย่างต่อเนื่อง โดยความต้องการใช้ไฮโดรเจนทั่วโลกเพิ่มขึ้นถึงสี่เท่าตัวนับตั้งแต่ปี 1975 โดยผลผลิตกว่าครึ่งหนึ่งถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมกลั่นน้ำมัน ส่วนที่เหลือจะใช้เป็นวัตถุดิบในการทำแอมโมเนียป้อนเข้าสู่อุตสาหกรรมปุ๋ยเคมี
‘ไฮโดรเจนเทา’ คือชื่อเรียกอุตสาหกรรมไฮโดรเจนในปัจจุบัน เนื่องจากพลังงานที่ใช้ในการผลิตไฮโดรเจนนั้นมาจากเชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นหลักและปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มหาศาล โฉมหน้าใหม่ของอุตสาหกรรมไฮโดรเจนที่จะใช้ขับเคลื่อนเศรษฐกิจคาร์บอนต่ำคือ ‘ไฮโดรเจนเขียว’ ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมตั้งแต่ต้นทางถึงปลายทาง
การกลับมาอีกครั้งของเศรษฐกิจไฮโดรเจน
เชื้อเพลิงไฮโดรเจนโดดเด่นด้วยเหตุผลสำคัญสามประการคือ ไฮโดรเจนให้พลังงานสูงเมื่อนำไปเผา สามารถเก็บได้นานคล้ายกับเชื้อเพลิงฟอสซิล อีกทั้งกระบวนการผลิตยังยืดหยุ่นโดยไฮโดรเจนเป็นธาตุที่พบได้มากที่สุดในจักรวาล
แต่บนโลกมนุษย์แทบไม่พบทรัพยากรไฮโดรเจนแบบเดี่ยวๆ โดยส่วนใหญ่ไฮโดรเจนจะจับคู่อยู่กับคาร์บอน (เช่น ก๊าซธรรมชาติ) และออกซิเจน (เช่น น้ำ) มนุษย์จึงต้องคิดค้นวิธีแยกไฮโดรเจนออกจากสารประกอบดังกล่าวซึ่งต้องใช้พลังงานมหาศาล กลายเป็นว่าไฮโดรเจนหนึ่งกิโลกรัมมีต้นทุนค่อนข้างสูงโดยขึ้นอยู่กับแหล่งพลังงานที่เลือกใช้ ซึ่งปัจจุบันทางเลือกที่ราคาประหยัดที่สุดก็หนีไม่พ้นเชื้อเพลิงฟอสซิล
กระนั้น ไฮโดรเจนที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมก็ใช่ว่าจะเป็นไปไม่ได้ หนึ่งในตัวเลือกคือใช้เทคโนยีดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ประกอบในกระบวนการผลิตไฮโดรเจนด้วยเชื้อเพลิงฟอสซิล หรืออีกทางเลือกหนึ่งคือการถอดเชื้อเพลิงฟอสซิลออกจากสมการแล้วใช้พลังงานสะอาดในการผลิตไฮโดรเจนผ่านกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส (Electrolysis) ที่จะใช้ไฟฟ้าแยกโมเลกุลของน้ำเพื่อให้ได้ไฮโดรเจนและออกซิเจนออกมา
ความจริงแล้ว อุตสาหกรรมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนเปรียบเสมือนข้อต่อสำคัญที่ขาดหายไปของพลังงานหมุนเวียน ดังที่ทราบกันดีว่าปัญหาสำคัญของพลังงานหมุนเวียนคือกำลังการผลิตไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอ ไม่สามารถขนส่งระยะไกล และมีปัญหาเรื่องการกักเก็บพลังงานที่ล้นเกิน อุตสาหกรรมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนจะแก้ไขปัญหาดังกล่าวโดยการแปลงพลังงานที่ล้นเหลือให้เป็นเชื้อเพลิงไฮโดรเจนซึ่งสามารถใช้งานได้คล้ายคลึงกับก๊าซธรรมชาติเหลว
อีกความเป็นไปได้หนึ่งคือรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยเซลล์เชื้อเพลิงซึ่งยักษ์ใหญ่อย่างโตโยตาพัฒนามายาวนานนับทศวรรษ เซลล์เชื้อเพลิงจะใช้ไฮโดรเจนเพื่อผลิตไฟฟ้าด้วยปฏิกิริยาทางเคมีแทนที่จะใช้การเผาไหม้สันดาปแบบเครื่องยนต์เชื้อเพลิงฟอสซิล อย่างไรก็ตาม รถยนต์ดังกล่าวยังไม่มีแนวโน้มว่าจะจำหน่ายได้ในเชิงพาณิชย์ ไฮโดรเจนที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมส่วนใหญ่จึงถูกผลิตเพื่อป้อนเข้าอุตสาหกรรมดั้งเดิมคือการกลั่นน้ำมัน ผลิตเอทานอล และเป็นส่วนผสมของปุ๋ยเคมี
Toyota Mirai รถยนต์พลังงานไฮโดรเจนที่เปิดตัวในปี 2021 ภาพจาก Wikipedia
ปัญหาภูมิรัฐศาสตร์ในภูมิภาคยุโรปที่ทำให้ราคาพลังงานผันผวนรุนแรงทำให้อุตสาหกรรมไฮโดรจนได้รับความสนใจอีกครั้ง ปัจจุบันมีโครงการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานอุตสาหกรรมไฮโดรเจนขนาดใหญ่กว่า 350 แห่งที่กำลังเดินหน้า และอีก 1,000 แห่งทั่วโลกที่รอเงินลงทุน ภูมิภาคที่เป็นผู้นำในอุตสาหกรรมไฮโดรเจนคือสหภาพยุโรป โดยปีนี้สหภาพยุโรปมีการจัดตั้งธนาคารไฮโดรเจนแห่งยุโรป (European Hydrogen Bank) เพื่อพยายามปิดช่องว่างต้นทุนระหว่างไฮโดรเจนเขียวและไฮโดรเจนเทา พร้อมกับผลักดันให้เกิดอุตสาหกรรมผลิตไฮโดรเจนที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
อีกภูมิภาคที่น่าจับตาคือเอเชีย ตอนนี้ประเทศจีนครองตำแหน่งผู้นำด้านการผลิตไฮโดรเจนด้วยวิธีอิเล็กโทรลิซิสและคาดว่าจะขยายกำลังการผลิตซึ่งอาจทำให้ต้นทุนลดลงอีกกว่า 30 เปอร์เซ็นต์ ส่วนอินเดียเองก็เปิดนโยบายสนับสนุนอุตสาหกรรมไฮโดรเจนเขียวพร้อมดึงดูดให้ประเทศพัฒนาแล้วมาสร้างโรงงานผลิตไฮโดรเจนในอินเดีย
แต่คงไม่มีภูมิภาคไหนที่หวือหวาเท่าสหรัฐอเมริกา เพราะในกฎหมายลดอัตราเงินเฟ้อ (The Inflation Reduction Act) มีนโยบายเงินอุดหนุนอุตสาหกรรมไฮโดรเจนเขียวในอัตราสูงถึง 3 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลกรัมซึ่งจะทำให้ไฮโดรเจนจากพลังงานลมและแสงอาทิตย์สามารถแข่งขันได้กับไฮโดรเจนจากเชื้อเพลิงฟอสซิลได้ทันที โดยบางแห่งอาจผลิตได้ด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่าศูนย์ด้วยซ้ำ ผู้เชี่ยวชาญหลายคนจึงคาดว่าอเมริกาอาจกระโดดข้ามคู่แข่งจนขึ้นเป็นผู้นำในอุตสาหกรรมไฮโดรเจน
ฟองสบู่ไฮโดรเจน 2.0 (?)
เหล่าผู้คว่ำหวอดในโลกของการลงทุนอาจคุ้นเคยดีกับกระแสธุรกิจไฮโดรเจน เพราะหากย้อนกลับไปเมื่อ 20 ปีก่อน ไฮโดรเจนก็ ‘เคย’ เป็นพลังงานแห่งอนาคตที่ดึงดูดเม็ดเงินลงทุนมหาศาลโดยหวังว่าจะมาแทนเชื้อเพลิงฟอสซิลที่ใช้กันทั่วไปในรถยนต์ ผลลัพธ์ก็อย่างที่เราทราบกันดีว่าเม็ดเงินดังกล่าวสูญสลายหายไปพร้อมกับความพ่ายแพ้ของอุตสาหกรรมไฮโดรเจน กลายเป็นมุกตลกว่า ‘ไฮโดรเจนคือพลังงานแห่งอนาคต แต่อนาคตนั้นจะไม่มีวันมาถึง’
อย่างไรก็ตาม นักวิเคราะห์ส่วนใหญ่ต่างเห็นพ้องต้องกันว่าเศรษฐกิจไฮโดรเจนคราวนี้ ‘ต่างออกไป’ นอกจากอุตสาหกรรมดังกล่าวจะได้รับแรงสนับสนุนมหาศาลจากรัฐบาลที่ใส่ใจเรื่องการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ครั้งนี้ลูกค้าหลักของอุตสาหกรรมไฮโดรเจนเขียวยังไม่ใช่ลูกค้ารายย่อยเช่นในอดีต แต่เป็นเหล่าอุตสาหกรรมที่ปล่อยคาร์บอนเข้มข้นและยังมองไม่เห็นทางออกว่าจะลดตัวเลขเหล่านั้นอย่างไร ไม่ว่าจะเป็นการผลิตซีเมนต์และเหล็กกล้า การขนส่งทางไกล และลูกค้าหลักกลุ่มเดิมของไฮโดรเจนอย่างอุตสาหกรรมกลั่นน้ำมันและปุ๋ยเคมี
แต่เส้นทางก็ไม่ได้โรยด้วยกลีบกุหลาบ ความท้าทายสำคัญที่อุตสาหกรรมไฮโดรเจนเขียวต้องเผชิญประกอบด้วยฝั่งอุปสงค์และอุปทาน
จุดชี้ขาดในฝั่งอุปสงค์คือเรื่องราคา เมื่อใดก็ตามที่ไฮโดรเจนที่ผลิตอย่างเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมีต้นทุนราว 2.50 ถึง 3.50 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลกรัม หรือลดลงมากกว่าครึ่งหนึ่งของปัจจุบัน เมื่อนั้นเทคโนโลยีดังกล่าวก็จะสามารถแข่งขันกับไฮโดรเจนเทาที่ผลิตจากเชื้อเพลิงฟอสซิล และจุดประกายการเปลี่ยนผ่านในระยะยาว แต่ตราบใดที่ราคาไฮโดรเจนเขียวยังแพงกว่าก็คงต้องหวังพึ่งพาเงินอุดหนุนจากภาครัฐ หรือการดันต้นทุนไฮโดรเจนเทาผ่านการจัดเก็บภาษีคาร์บอน
ส่วนในฝั่งอุปทานแบ่งออกเป็นปัญหาคอขวด 3 ประการ อย่างแรกคือแหล่งเงินทุนที่ต้นทุนสูงขึ้นตามอัตราดอกเบี้ยที่ขยับขึ้นทั่วโลกเพื่อรับมือเงินเฟ้อ อย่างที่สองคือการจัดหาแร่หายากและแร่ธาตุสำคัญอื่นๆ อย่างที่สามคือการจัดหาแหล่งพลังงานหมุนเวียนให้เพียงพอ เพราะอุตสาหกรรมผลิตไฮโดรเจนถือเป็นอุตสาหกรรมที่ใช้พลังงานเข้มข้น
แน่นอนว่าความท้าทายเหล่านี้ไม่ง่ายและต้องใช้เวลาประกอบกับเงินลงทุนมหาศาล แต่ก็ปฏิเสธไม่ได้ว่าอุตสาหกรรมไฮโดรเจนเป็นอุตสาหกรรมที่น่าจับตา เพราะสุกงอมทั้งในแง่เทคโนโลยี ตอบโจทย์เรื่องเศรษฐกิจคาร์บอนต่ำ อีกทั้งยังใช้เป็นกลไกสำคัญในการแก้ไขข้อเสียเปรียบของพลังงานหมุนเวียนได้อีกด้วย
เอกสารประกอบการเขียน
Hydrogen: the fuel of the future?
Creating the new hydrogen economy is a massive undertaking
