การเก็บไฮโดรเจน (Hydrogen Storage)
กระบวนการเก็บไฮโดรเจน (HYDROGEN STORAGE)เป็นสิ่งที่สำคัญ ในการนำเอาไฮโดเจนไปใช้งานในรูปแบบต่าง ๆ
1. การเก็บไฮโดรเจนทางเคมี (CHEMICAL HYDROGEN STORAGE)
เทคโนโลยีสำหรับเก็บไฮโดรเจนในรูปสารเคมีเมื่อเกิดปฏิกิริยาเคมีให้ไฮโดรเจนออกมาเป็นผลผลิต ได้แก่ การเก็บในรูปโลหะไฮไดรด์ (metal hydrides) และสารประกอบอื่น เช่น เดคะลิน โดยปฏิกิริยาดีไฮโดรจิเนชัน (C10H18 = C10H8 + 5H2) แอมโมเนียโบเรนโดยปฏิกิริยาสลายด้วยความร้อน (NH3BH3 = NH2BH2 + H2 = NHBH + 2H2 = BN + 3H2) เป็นต้น โลหะไฮไดรด์มักมีองค์ประกอบเป็นโลหะผสมเพื่อช่วยลดพลังงานพันธะและปลดปล่อยไฮโดรเจนได้ง่ายขึ้น ตามทฤษฏีโลหะผสมฐานลิเทียม โบรอน และอะลูมิเนียมเก็บไฮโดรเจนได้สูงกว่าร้อยละ 10 โดยนํ้าหนัก สามารถปลดปล่อยไฮโดรเจนด้วยปฏิกิริยาสลายด้วยความร้อนที่ผันกลับได้ และบางชนิดสามารถเกิดปฏิกิริยาสลายตัวด้วยนํ้าที่อุณหภูมิตํ่า เช่น โซเดียมโบโรไฮไดรด์ (NaBH4 + 2H2O = NaBO2 + 4H2) และแมกนีเซียมไฮไดรด์ (MgH2 + 2H2O = Mg(OH)2 + 2H2) เป็นต้น
ภาพรวมของสมบัติการเก็บไฮโดรเจน
2. การเก็บไฮโดรเจนทางกายภาพ (PHYSICAL HYDROGEN STORAGE)
เทคโนโลยีสำหรับเก็บไฮโดรเจนด้วยวิธีทางกายภาพ เช่น การเก็บใต้ดิน การอัดเพิ่มความดันแก๊ส และการทำให้เป็นของเหลว เป็นต้น แหล่งเก็บไฮโดรเจนใต้ดิน เช่น แหล่งแก๊ส และนํ้ามันที่ใช้หมดแล้ว โพรงใต้ดิน โดมหินเกลือ (Salt Dome) และชั้นหินอุ้มนํ้า เหมาะสำหรับป้อนโรงผลิตไฟฟ้า ส่วนการอัดแก๊สและการทำให้เป็นของเหลวมีข้อดี คือ ใช้เวลาน้อยในการเติมไฮโดรเจน ณ จุดใช้งาน มีหลายขนาดทั้งที่เคลื่อนย้ายได้ และเคลื่อนย้ายไม่ได้ เทคโนโลยีที่อยู่ระหว่างการพัฒนา ได้แก่ การเก็บไฮโดรเจนในรูปไฮเดรตของสารประกอบคลาเทรต (Clathrate Hydrate) การเก็บในแถวลำดับของหลอดแก้วรูเล็ก (Glass Capillary Array) การเก็บในถังอัดเย็นยิ่งยวด (Cryo-Compressed Tank) ในสภาวะที่อยู่ระหว่างไฮโดรเจนเหลว และไฮโดรเจนอัด สลัชไฮโดรเจน และการดูดซับบนถ่านกัมมันต์ ท่อระดับนาโนเมตรของคาร์บอน และโครงข่ายโลหะ-อินทรีย์ (Metal-Organic Framework)
3. ไฮโดรเจนอัด (COMPRESSED HYDROGEN)
ไฮโดรเจนผ่านการอัดความดันสูง 350-700 บาร์ มักบรรจุในท่อหรือถังเพื่อสะดวกต่อการเก็บ การขนส่งด้วยรถพ่วงขนท่อไฮโดรเจนอัด (Compressed Hydrogen Tube Trailer) หรือการใช้งานเป็นแก๊สเชื้อเพลิงในพาหนะ ถังบรรจุไฮโดรเจนประกอบด้วยวัสดุหลายชั้น ชั้นนอกเป็นวัสดุเชิงประกอบฐานคาร์บอน หรือโลหะสำหรับทนแรงกระแทก ชั้นกลางเป็นวัสดุเชิงประกอบฐานคาร์บอนสำหรับโครงสร้างที่แข็งแรงแต่นํ้าหนักเบา ชั้นในเป็นพอลิเมอร์นํ้าหนักโมเลกุลสูงสำหรับกันการซึมผ่านของไฮโดรเจน มีอุปกรณ์รับรู้ (Sensor) อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นในถังระหว่างการเติม การอัดไฮโดรเจนใช้พลังงานร้อยละ 5-10 ของพลังงานไฮโดรเจนที่เก็บได้
4. ไฮโดรเจนเหลว (LIQUID HYDROGEN)
ไฮโดรเจนในสถานะของเหลวโดยใช้ระบบภาวะเย็นยิ่งยวด (Cryogenic System) ที่อุณหภูมิ -253 องศาเซลเซียส และความดันบรรยากาศได้ความหนาแน่น 70.99 กรัมต่อลิตร ซึ่งสูงกว่าแก๊สไฮโดรเจนอัด แต่ใช้พลังงานสูงถึงร้อยละ 30-40 ของพลังงานไฮโดรเจนที่เก็บได้ถังบรรจุมีหลายชั้น ชั้นในทำด้วยแก้วหรือคอมพอสิตฐานคาร์บอน หุ้มด้วยฉนวนความร้อน ชั้นนอกทำด้วยเหล็กกล้าไร้สนิมหรือโลหะผสมฐานอะลูมิเนียม ไฮโดรเจนเหลวในถังมีอัตราการกลายเป็นไอร้อยละ 1-3 ต่อวัน ซึ่งต้องปล่อยทิ้ง ใช้ในงานด้านอวกาศเป็นเชื้อเพลิงจรวด
ถังบรรจุไฮโดรเจนเหลว
5. สลัชไฮโดรเจน (SLUSH HYDROGEN)
สลัชไฮโดรเจนคือไฮโดรเจนระหว่างสถานะของเหลวและของแข็ง เกิดที่อุณหภูมิใกล้จุดหลอมเหลว (-259 องศาเซลเซียส) ภายใต้สุญญากาศทำให้ความหนาแน่นเพิ่มขึ้นร้อยละ 20 (85 กรัมต่อลิตร) และสามารถยืดระยะเวลาเก็บไฮโดรเจน เนื่องจากต้องใช้ความร้อนเพิ่มเติมเพื่อเปลี่ยนสถานะของไฮโดรเจนของแข็ง จึงเหมาะสำหรับประยุกต์กับพาหนะ
วัฏภาคของไฮโดรเจน
Bibliography
กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน. (2557). ไฮโดรเจน. In กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน, สารานุกรมพลังงานทดแทน (pp. 50-51, 65, 69, 73). กรุงเทพมหานคร,ประเทศไทย.
อยากทราบสูตรการหาไฮโดรเจนจากกระบวนการรีดักชั่น (โดยไม่ได้ใช้เครื่องวัด) เป็นสูตรคำนวฯฝณที่เราคำนวณออกมาเองได้.