Home
ค้นหาศัพท์
       |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | 
       |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | 
 

A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y
Z

สมัครสมาชิก
เพื่อรับเอกสารเพิ่ม!

สถิติ

ผู้เยี่ยมชม: 4433563
ขณะนี้มี 24 บุคคลทั่วไป ออนไลน์
เซลล์เชื้อเพลิงคืออะไร PDF พิมพ์
ดัชนี บทความ
เซลล์เชื้อเพลิงคืออะไร
หน้า 2
หน้า 3

วัตถุดิบ เทคโนโลยีและกระบวนการผลิต
หลักการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิง
เซลล์เชื้อเพลิงประกอบด้วยขั้วไฟฟ้า (electrode) 2 ขั้วประกบติดกับสารอิเล็กโทรไลต์ การผลิตกระแสไฟฟ้าทำโดยการผ่านก๊าซไฮโดรเจนเข้าที่ขั้วลบ (แอโนด) และผ่านก๊าซออกซิเจนเข้าไปที่ขั้วบวก (แคโทด) ไฮโดรเจนจะทำปฏิกิริยากับสารเร่งปฏิกิริยาโลหะบนขั้วไฟฟ้าและเกิดการแตกตัวเป็นโปรตอน (H+) และอิเล็กตรอนออกมา อิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นจะนำไปใช้เป็นพลังงานสำหรับอุปกรณ์ต่าง ๆ ส่วนโปรตอนจะเคลื่อนที่ผ่านสารอิเล็กโทรไลต์ไปที่ขั้วแคโทดเพื่อรวมตัวกับออกซิเจนและอิเล็กตรอนกลายเป็นโมเลกุลน้ำ (H2O) ออกมา ในเซลล์เชื้อเพลิงบางชนิด ออกซิเจนจะรวมตัวกับอิเล็กตรอนที่ขั้วแคโทดและเคลื่อนที่ผ่านทางอิเล็กโทรไลต์ซึ่งใช้ออกซิเจนไอออนเป็นตัวเคลื่อนที่ (charge carrier) ในอิเล็กโทรไลต์ บางชนิดอาจใช้ไฮดรอกไซด์ไอออน (OH) เป็นตัวเคลื่อนที่ก็ได้
ชนิดของเซลล์เชื้อเพลิง

  1. เซลล์เชื้อเพลิงแบบกรดฟอสฟอริก (Phosphoric Acid) ใช้กรดฟอสฟอริกเป็นสารอิเล็กโทรไลต์ มีข้อดี คือ เป็นเซลล์ที่สามารถใช้กับเชื้อเพลิงได้หลายชนิดแม้แต่น้ำมันเชื้อเพลิง แต่ต้องกำจัดกำมะถันในน้ำมันออกให้เหลืออยู่น้อยที่สุดก่อน อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องใช้โลหะแพลทินัมที่มีราคาสูงเป็นสารเร่งปฏิกิริยา และตัวเซลล์ยังมีขนาดใหญ่ น้ำหนักมาก มีประสิทธิภาพการผลิตกระแสไฟฟ้าต่ำเมื่อเทียบกับเซลล์ชนิดอื่นและจำเป็นต้องใช้วัสดุที่ทนทานต่อการกัดกร่อนของกรดได้ดี

  2. เซลล์เชื้อเพลิงแบบเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (Proton Exchange Membrane - PEM) เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้อิเล็กโทรไลต์ในรูปแบบแผ่นโพลิเมอร์บาง มีข้อดี คือ เซลล์ชนิดนี้ทำงานที่อุณหภูมิต่ำและใช้สารอิเล็กโทรไลต์เป็นของแข็งจึงไม่มีปัญหาการรั่วซึมและเกิดการกัดกร่อนน้อย จึงเหมาะสำหรับการใช้งานในอาคารบ้านเรือนและรถยนต์ แต่มีข้อเสีย คือ ต้องใช้เชื้อเพลิงที่มีความบริสุทธิ์สูงเท่านั้น และโลหะแพลทินัม และแผ่นเมมเบรนมีราคาสูง

  3. เซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์ของแข็ง (Solid Oxide) เซลล์ชนิดนี้ใช้อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งทำจากสารประกอบเซรามิก เช่น เซอร์โคเนียมออกไซด์ เป็นต้น มีข้อดี คือ เนื่องจากเซลล์เชื้อเพลิงทำงานที่สภาวะอุณหภูมิสูงมากจึงไม่จำเป็นต้องใช้โลหะแพลทินัมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา นอกจากนี้ยังสามารถใช้เชื้อเพลิงได้หลากหลายชนิดเพราะเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ทนทานต่อคาร์บอนมอนอกไซด์ได้ดี แต่มีข้อด้อย คือ ต้องเสียเวลาในการอุ่นเครื่องนาน และจำเป็นต้องสร้างผนังหนาเพื่อป้องกันความร้อนที่แผ่ออกมา

  4. เซลล์เชื้อเพลิงแบบอัลคาไลน์ (Alkaline) เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้มีประสิทธิภาพในการผลิตกระแสไฟฟ้าสูงถึง 70 เปอร์เซ็นต์ องค์การนาซาใช้เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้เป็นแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าและน้ำให้กับยานอวกาศในโครงการอพอลโล และโครงการเจมินี เซลล์ชนิดนี้มีประสิทธิภาพการผลิตกระแสไฟฟ้าสูง Imageและใช้สารอิเล็กโทรไลต์ เช่น โปตัสเซียมไฮดรอกไซด์ เป็นต้น ซึ่งมีราคาถูก แต่มีข้อเสีย คือ จำเป็นต้องใช้ก๊าซไฮโดรเจนและออกซิเจนที่มีความบริสุทธิ์สูงมากซึ่งมีราคาแพงมาก และต้นทุนการผลิตของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้มีราคาแพง ทำให้การใช้เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้จำกัดอยู่เฉพาะงานในด้านอวกาศเท่านั้น

  5. เซลล์เชื้อเพลิงแบบเกลือคาร์บอเนตหลอม (Molten Carbonate) เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ใช้สารลิเธียมคาร์บอเนต หรือโซเดียมคาร์บอเนต หรือโปตัสเซียมคาร์บอเนตที่หลอมเหลวเป็นสารอิเล็กโทรไลต์ สามารถประยุกต์ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนสำหรับผลิตกระแสไฟฟ้าได้หลายชนิด เช่น ก๊าซไฮโดรเจน ก๊าซธรรมชาติ ก๊าซโพรเพน น้ำมันดีเซล เป็นต้น แต่มีข้อเสีย คือ ที่สภาวะอุณหภูมิสูงจะมีการกัดกร่อนค่อนข้างมากจึงไม่เหมาะกับการใช้งานขนาดเล็ก

  6. เซลล์เชื้อเพลิงแบบป้อนสารเมทานอลโดยตรง (Direct Methanol) เป็นเซลล์ที่เพิ่งถูกพัฒนาขึ้นมาจากแบบเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตรอน เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าจากเมทานอลได้โดยไม่ต้องผ่านสารเข้าระบบรีฟอร์มเมอร์ ซึ่งแตกต่างจากเซลล์เชื้อเพลิงชนิดอื่นที่จะทำงานโดยการป้อนไฮโดรเจนเข้าระบบโดยตรง เซลล์ชนิดนี้ทำงานที่สภาวะอุณหภูมิค่อนข้างต่ำจึงเหมาะสมที่จะพัฒนาให้เป็นแหล่งพลังงานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา เช่น คอมพิวเตอร์แล็บท็อบ โทรศัพท์มือถือ หรือ0นำมาใช้กับรถยนต์ขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฟฟ้าแบบเติมเมทานอลด้วย

  7. เซลล์เชื้อเพลิงแบบระบบหมุนเวียนน้ำ (Regenerative) เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่ทำงานแบบหมุนเวียนน้ำในระบบ น้ำจะถูกแยกด้วยไฟฟ้าที่ผลิตจากเซลล์แสงอาทิตย์ได้เป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน ก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซออกซิเจนที่ได้จะถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงป้อนระบบเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าออกมา ซึ่งนอกจากกระแสไฟฟ้าแล้วยังได้ความร้อนและน้ำเป็นผลิตผลร่วมด้วย น้ำที่ได้จะถูกนำไปแยกด้วยกระแสไฟฟ้าอีกครั้ง ดังนั้นน้ำจึงถูกหมุนเวียนอยู่ในระบบปิดตลอด ซึ่งหากมีความสมบูรณ์ก็จะเป็นแหล่งพลังงานสะอาดอย่างแท้จริงอีกแหล่งหนึ่ง ปัจจุบันเซลล์เชื้อเพลิงแบบนี้ยังอยู่ในขั้นการวิจัยและพัฒนาโดยองค์การนาซาและสถาบันอื่น ๆ ทั่วโลกอย่างต่อเนื่อง

  8. เซลล์เชื้อเพลิงแบบสังกะสี-อากาศ (Zinc-Air) เซลล์เชื้อเพลิงสังกะสี-อากาศใช้โลหะสังกะสีเป็นขั้วแอโนด เชื้อเพลิงที่ใช้คือ ก๊าซไฮโดรเจนหรือสารประกอบไฮโดรคาร์บอนก็ได้ ขั้วแคโทดเป็นอากาศและใช้แผ่นกรองสำหรับแยกก๊าซออกซิเจนออกมาจากอากาศเพื่อป้อนเข้าระบบ เซลล์ชนิดนี้ใช้สารโปตัสเซียมไฮดรอกไซด์เป็นสารอิเล็กโทรไลต์ อุณหภูมิการทำงานของระบบอยู่ในช่วงประมาณ 700 องศาเซลเซียส เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้มีข้อดี คือ โลหะสังกะสีที่ใช้ทำขั้วแอโนดมีราคาต่ำ เซลล์ทำงานได้โดยไม่ต้องใช้สารเร่งปฏิกิริยา และยังสามารถใช้เชื้อเพลิงได้หลายรูปแบบตั้งแต่ก๊าซไฮโดรเจนบริสุทธิ์จนถึงน้ำมันเชื้อเพลิง แต่เซลล์ชนิดนี้จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแผ่นสังกะสีใหม่เรื่อยๆ เนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีทำให้โลหะสังกะสีเปลี่ยนเป็นซิงค์ออกไซด์ (ZnO)

    ปัญหาสำคัญในการนำเซลล์เชื้อเพลิงมาใช้ คือ การเก็บไฮโดรเจน เนื่องจากไฮโดรเจนเป็นก็าซที่เบามาก ความหนาแน่นต่ำ และต้องใช้อณหภูมิต่ำกว่า -170 องศาเซลเซียส จึงจะเก็บไว้ได้ หากเก็บไว้ในถังซึ่งจำเป็นต้องมีขนาดใหญ่หรือมีน้ำหนักมาก แต่ได้มีการคิดค้นเทคโนโลยีการเก็บไฮโดรเจนที่เรียกว่า ท่อคาร์บอนนาโน (Carbon Nanotube) คือเก็บอะตอมของไฮโดรเจนในช่องว่างของอะตอมของคาร์บอน ที่เรียงตัวกันคล้ายๆ ท่อ วิธีนี้สามารถเก็บได้ประมาณ 4-10 % ของน้ำหนัก และท่อคาร์บอนนาโนนี้ก็เบามาก ทำหน้าที่คล้ายฟองน้ำ ที่ดูดซับน้ำหรือไฮโดรเจนอยู่ระหว่างอะตอมจะใช้งานก็เพิ่มความกดดันและความร้อน

นโยบายส่งเสริม
เมื่อไม่นานนี้ ทางรัฐบาลไทยได้เข้าเยี่ยมชม ดูงาน โครงการพัฒนาพลังงานทดแทนของเทศบาลนครโตเกียว (Tokyo Metropolitan) ซึ่งญี่ปุ่นนั้นมีนโยบายสนับสนุนการใช้พลังงานเซลล์เชื้อเพลิง เช่น Demonstration Project (JHFC) : เป็นโครงการความร่วมมือของเทศบาลนครโตเกียว ภาคเอกชนญี่ปุ่นและบริษัทน้ำมัน โดยจัดตั้งสถานีเติมไฮโดรเจน 5 สถานี นอกจากนี้ในงานโตเกียวมอร์เตอร์โชว์ (Tokyo Motor Show) ผู้ผลิตรถยนต์ที่ใช้ไฮโดรเจนเป็นพลังงานทั้งรูปแบบเครื่องยนต์สันดาปภายใน ซึ่งสามารถใช้เป็นแบบคู่ คือใช้ได้ทั้ง ไฮโดรเจน และแก๊ซโซลีน ได้จัดแสดงรถยนต์ประเภทดังกล่าวอย่างจริงจังและต่อเนื่อง ซึ่งแสดงให้เห็นแนวโน้มของการใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจน และเซลล์เชื้อเพลิงในอนาคตอย่างชัดเจนมากขึ้น Image

ในประเทศไทย พลังงานชนิดนี้อยู่ในระหว่างการวิจัยและพัฒนาเป็นส่วนใหญ่ยังไม่มีการใช้อย่างแพร่หลายนัก โดยเริ่มมีการใช้เซลล์เชื้อเพลิงกับก๊าซธรรมชาติที่โรงไฟฟ้าบางปะกง จังหวัดฉะเชิงเทราเท่านั้น ซึ่งเป็นโครงการสาธิตของการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย ขนาดกำลังผลิต 50 กิโลวัตต์ แต่ในอนาคตจะมีการส่งเสริมโครงการสาธิตการใช้เซลล์เชื้อเพลิงมากขึ้น โดยกองทุนเพื่อส่งเสริมการอนุรักษ์พลังงานได้ให้การสนับสนุนให้มีการนำเข้าเซลล์เชื้อเพลิงขนาดเล็ก เพื่อทำการศึกษาวิจัยและนำไปสู่การผลิตเซลล์เชื้อเพลิงในระยะต่อไป รวมทั้ง การพัฒนาบุคลากรเพื่อรองรับการใช้งานในอนาคต และจะส่งเสริมให้มีการใช้เซลล์เชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์ขนาด 30 กิโลวัตต์ และสำหรับใช้ผลิตไฟฟ้าในพื้นที่ห่างไกลขนาด 200 กิโลวัตต์ รวมถึงการทดลองประยุกต์ใช้เซลล์เชื้อเพลิงกับก๊าซชีวภาพในฟาร์มเลี้ยงสัตว์ นอกจากนี้ ยังสนับสนุนให้มีการ นำเข้ารถยนต์ที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิงขนาด 30 กิโลวัตต์ จำนวน 5 คัน และการพัฒนาระบบเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อใช้งานกับก๊าซชีวภาพหรือก๊าซธรรมชาติขนาดรวม 40 กิโลวัตต์ ภายในปี พ.ศ. 2554
ประโยชน์
เซลล์เชื้อเพลิงมีประโยชน์หลายประการซึ่งสามารถสรุปเป็นข้อหลักได้ดังนี้

  • ศักยภาพในการเปลี่ยนรูปแบบพลังงานสูง
    เซลล์เชื้อเพลิงสามารถเปลี่ยนพลังงานเคมีโดยตรงให้กลายเป็นไฟฟ้าและไม่เกิดกระบวนการเผาไหม้ซึ่งทำให้เกิดก๊าซพิษ 

  • มีความหนาแน่นของพลังงานสูง
    การที่พลังงานเซลล์เชื้อเพลิงนั้นมีความหนาแน่นของพลังงานสูงจึงสามารถเป็นแหล่งพลังงานที่มีขนาดกะทัดรัด และสามารถนำไปใช้ได้ดีในพื้นที่ที่มีข้อจำกัดด้านขนาดพื้นที่

  • กระบวนการเกิดปฏิกิริยาไม่มีมลภาวะทางเสียง
    กระบวนการเกิดปฏิกิริยาของเซลล์เชื้อเพลิงนั้นเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นโดยธรรมชาติจึงทำสามารถนำมาใช้ได้ในพื้นที่ที่ไม่ต้องการให้เกิดมลภาวะทางเสียงได้เป็นอย่างดี

ส่วนข้อเสียของเซลล์เชื้อเพลิงเช่น ในปัจจุบันเซลล์เชื้อเพลิงยังมีต้นทุนการผลิตสูงเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีพลังงานอื่น นอกจากนี้กระบวนการเกิดปฏิกิริยาต้องการแหล่งพลังงาน (ไฮโดรเจน) เพื่อการอย่างต่อเนื่อง จึงจำเป็นต้องมีถังเก็บสำรองไฮโดรเจนซึ่งในปัจจุบันยังคงมีต้นทุนสูงอยู่
บทสรุป
การก้าวเข้าไปสู่ยุคพลังงานไฮโดรเจน ซึ่งหมายถึงการใช้ทรัพยากรหมุนเวียนและพลังงานทดแทนและกระจายความสามารถในการเป็นแหล่งผลิตพลังงานให้เกิดขึ้นอย่างแพร่หลายนั้น เป็นอีกหนทางหนึ่งที่จะช่วยเชื่อมโยงศักยภาพทางเศรษฐกิจเข้ากับสิ่งแวดล้อมที่มีคุณภาพ ทุกคนในสังคมสามารถเข้าถึงแหล่งพลังงานได้อย่างเท่าเทียมกัน ในขณะเดียวกันก็มีส่วนร่วมในการช่วยรักษาสภาพแวดล้อม ซึ่งเป็นสิ่งที่สำคัญที่สุดในการพัฒนาและเติบโตอย่างยั่งยืน



< ก่อนหน้า   ถัดไป >