เรื่องเด่นจาก GADGET/HOW IT WORKS
ไฮโดรเจน VS ไฟฟ้า
ระบบใดจะแซงทางโค้งเข้าแทนที่น้ำมัน เพื่ออนาคตที่ยั่งยืนรู้หรือไม่ ? คาดการณ์ว่า เชื้อเพลิงฟอสซิลที่เราพึ่งพาอยู่ตอนนี้จะหมดไปภายในปี 2088 ไฮโดรเจน VS แบบตัวต่อตัวไฟฟ้า ระยะทาง โตโยตา มิราอิ เป็นรถไฮโดรเจนที่วิ่งได้ระยะทางไกลสุด 502 กม. ขณะที่ เทสลา โมเดล เอส สร้างความประทับใจด้วยระยะทาง 397-506 กม. อย่างไรก็ตาม โดยเฉลี่ยรถไฮโดรเจนสามารถทำระยะทางได้ดีกว่า และในทางปฏิบัติ เทสลา คงจะประสบความสำเร็จในการวิ่งให้ถึงระยะสูงสุดได้ยากมาก ผู้ชนะ ไฮโดรเจน ระยะเวลาเติมเชื้อเพลิง รถยนต์พลังงานไฮโดรเจนใช้เวลาในการเติมเชื้อเพลิงเพียงไม่กี่นาที ขณะที่ระบบซูเพอร์ชาร์เจอร์ใช้เวลาเร็วสุด 30 นาที เพื่อชาร์จไฟฟ้าให้เต็ม 1 ครั้ง ผู้ชนะ ไฮโดรเจน ความเร็ว รถยนต์ไฟฟ้าที่เร็วที่สุดในตลาด (NIO EP9) สามารถทำความเร็วสูงได้ 312 กม./ชม. แต่ ฟอร์ด ฟิวชัน ไฮโดรเจน 999 เอาชนะไปด้วยความเร็วสูงสุด 333 กม./ชม. ผู้ชนะ ไฮโดรเจน โครงสร้างพื้นฐาน รถยนต์ไฟฟ้ามีข้อได้เปรียบ คือ มีจุดให้เติมพลังงานเกือบทุกที่ ระบบพื้นฐานนั้นมีอยู่แล้ว เราเพียงแค่เพิ่มสถานีชาร์จไฟที่ปั๊มน้ำมัน หรือสร้างมันไว้ที่บ้าน ส่วนไฮโดรเจน เก็บรักษา และขนส่งยาก เนื่องจากจะต้องเก็บในลักษณะแกส จากนั้นจึงแปรรูปเป็นของเหลวเพื่อเติมเข้าสู่ตัวรถยนต์ ซึ่งมีความซับซ้อน และค่าใช้จ่ายสูง ผู้ชนะ ไฟฟ้า การบำรุงรักษา ทั้งรถยนต์ไฟฟ้า และไฮโดรเจน ทำจากส่วนประกอบน้อยชิ้น ด้านการซ่อมบำรุง หรือเปลี่ยนชิ้นส่วนใหม่จึงมีไม่มาก ต่างจากรถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายใน ซึ่งประกอบไปด้วยชิ้นส่วนที่มากกว่าหลายเท่า เสมอกัน ค่าใช้จ่าย เชื้อเพลิงไฮโดรเจนราคาสูงกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิล และรถไฮโดรเจนก็มีราคาแพงมาก คุณสามารถซื้อรถไฟฟ้าด้วยมูลค่า 12,495 ปอนด์ (ประมาณ 550,000 บาท) ในขณะที่รถไฮโดรเจนมีมูลค่าเกือบ 50,000 ปอนด์ (ประมาณ 2,200,000 บาท) ผู้ชนะ ไฟฟ้า ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม รถไฟฟ้า และรถไฮโดรเจน สามารถผลิตได้ด้วยวิธีการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เช่น ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ หรือพลังงานน้ำ แต่ปัจจุบันอุตสาหกรรมการผลิตรถยนต์ส่วนใหญ่ ยังคงใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล ทั้งรถไฮโดรเจน และรถไฟฟ้านั้นเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเหมือนกับทรัพยากรที่ใช้ในการผลิตมันขึ้นมา เสมอกัน ในการหาวิธีเพื่อปกป้อง และรักษาโลกของเราไว้ให้คนรุ่นหลัง มีภาวะเร่งด่วนในการออกแบบยานพาหนะที่จะช่วยลดมลภาวะทางอากาศ และลดการปล่อยแกสเรือนกระจก เรามียานพาหนะจำนวนมหาศาลบนท้องถนนแบบที่ไม่เคยมีมาก่อน และประเมินได้ว่า แกสจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลนั้น ส่งผลให้เกิดการสะสมความร้อนในชั้นบรรยากาศ (HEAT-TRAPPING GASES) ถึง 13 % โลกได้แสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงทางสภาพอากาศ เช่น อุณหภูมิที่สูงขึ้น 0.7 องศาเซลเซียสมากกว่า 140 ปีที่ผ่านมา ทำให้น้ำแข็งที่อาร์คทิคละลายอย่างรวดเร็ว พื้นที่กว้างใหญ่ของแนวปะการังที่ตายแล้ว และที่สำคัญ คือ สภาพอากาศที่เอาแน่เอานอนไม่ได้ ไม่ใช่เพียงแค่โลกของเราเท่านั้นที่ได้รับผลกระทบจากปัญหานี้ ปอดของเราเองก็ได้รับความเสียหายเช่นเดียวกัน INTERNATIONAL ENERGY AGENCY คาดคะเนว่า ทุกๆ ปี มีประชากรจำนวน 6.5 ล้านคนเสียชีวิตก่อนกำหนดเนื่องจากอากาศเป็นพิษ ในอนาคตเราอาจจะไม่เหลืออะไรเลย หากไม่เริ่มต้นที่จะดูแลโลกให้ดีขึ้น แต่ก็ยังมีความหวัง เนื่องจากในทศวรรษที่ผ่านมาเราได้เห็นการจัดกิจกรรมรณรงค์ต่อต้านมลพิษจากการใช้ฟอสซิล และการเปลี่ยนมาใช้พลังงานที่ยั่งยืน โดยบริษัทผู้ผลิตยานยนต์หลายแห่งรวมตัวกัน เพื่อยุติการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล เยอรมนีเป็นชาติแรกที่ให้สัญญาว่าจะสั่งห้ามใช้รถเครื่องยนต์สันดาปภายในอย่างเด็ดขาดตั้งแต่ปี 2030 และอีกหลายๆ ประเทศกำลังเข้าร่วมด้วย รถยนต์ใหม่ที่ใช้ระบบน้ำมันเบนซิน และดีเซล จะถูกห้ามขายในประเทศอังกฤษภายในปี 2040 ขณะที่ประเทศนอร์เวย์ให้สัญญาว่าภายในปี 2025 จะขายเฉพาะรถยนต์ไฟฟ้าเท่านั้น พร้อมกับประเทศอินเดียก็ตั้งเป้าหมายว่าจะทำเช่นเดียวกับนอร์เวย์ ภายในปี 2030 มากกว่าครึ่งหนึ่งของประชากรอินเดีย (มากกว่า 660 ล้านคน) กำลังอาศัยอยู่ในพื้นที่ที่อากาศเป็นพิษ และประมาณการได้ว่าผู้คนที่อาศัยในพื้นที่นั้นจะมีอายุสั้นกว่าพื้นที่อื่นมากถึง 3 ปี เยอรมนีเป็นชาติแรกที่จะสั่งห้ามใช้รถเครื่องยนต์สันดาปภายในอย่างเด็ดขาดตั้งแต่ปี 2030 ทางเลือกที่ดีกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิล การเดินทางเพื่อค้นหาเชื้อเพลิงที่เหมาะสมสำหรับอนาคตที่ยั่งยืน นำมาซึ่งการสำรวจ และพัฒนา เริ่มตั้งแต่วิศวกรรมแสงอาทิตย์ และแกสความดัน รวมถึงเชื้อเพลิงจากสาหร่ายทะเล หรือแอลกอฮอล และหนึ่งในทางเลือก ที่ปัจจุบันกำลังค้นคว้ากันอยู่ คือ การให้พลังงานมอเตอร์โดยใช้ไนโตรเจนเหลว (LN2) ซูเพอร์มาร์เกท SAINSBURY’S ในประเทศอังกฤษทดลองใช้เชื้อเพลิง LN2 เพื่อให้พลังงานกับรถบรรทุกสินค้า มันจะมาแทนเครื่องยนต์ดีเซล ที่ให้พลังงานกับตู้เย็นสำหรับเก็บรักษาอาหาร แต่มันยังไม่มีประสิทธิภาพดีพอ ดังนั้น เราจึงไม่สามารถพึ่งพามันได้ อีกหนึ่งความพยายามในการหาทางออกของยานพาหนะพลังงานสะอาด คือ เลิกใช้เชื้อเพลิงทุกชนิด และสร้างรถที่ติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ เพื่อรับพลังงานจากดวงอาทิตย์ มันฟังดูเป็นไอเดียที่ดี และก็มียานพาหนะที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในการแข่งขัน ถึงแม้ว่าประสิทธิภาพของมันจะถูกจำกัดด้วยปริมาณพลังงานที่สามารถเก็บได้ เนื่องจากพื้นที่ของโซลาร์เซลล์ค่อนข้างน้อย ใครจะเป็นผู้นำในการแข่งขันด้วยพลังงานในอนาคต ผู้เชี่ยวชาญส่วนมากเห็นด้วยว่ารถไฮโดรเจน หรือรถไฟฟ้า คือ คำตอบ รถพลังงานไฟฟ้า รถพลังงานไฟฟ้าได้รับการยอมรับว่าเป็นอนาคตของการเดินทางด้วยมอเตอร์ และมันจะมีมากขึ้นบนถนนของเรา โดยตามมาอย่างเงียบๆ ผู้บุกเบิกการผลิตรถยนต์ไฟฟ้า เช่น เทสลา กำลังเป็นผู้นำด้านการปฏิวัติทางรถยนต์ไฟฟ้า และอีกหลายเจ้า ตามมา ปัจจุบันมีรถยนต์ไฟฟ้าหลากหลายชนิดให้ผู้บริโภค มันสามารถชาร์จได้ที่บ้าน หรือชาร์จที่สถานีชาร์จไฟ และก็มีราคาไม่สูง รวมถึงไม่มีการปลดปล่อยแกสพิษทุกชนิด ในบางประเทศ เช่น ประเทศอังกฤษ ซึ่งรัฐบาลกระตือรือร้นที่จะสร้างค่านิยมในพาหนะระบบไฟฟ้าที่พวกเขาก็จะมีส่วนร่วมในค่าใช้จ่ายรถของคุณอีกด้วย ด้วยจุดชาร์จไฟที่บ้านทำให้ นิสสัน ลีฟ สามารถชาร์จค้างคืนได้ “รถไฮโดรเจน และรถไฟฟ้าเป็นพลังงานสะอาด เช่นเดียวกับทรัพยากรไฟฟ้าต้นเเบบ” นิสสัน ลีฟ และ บีเอมดับเบิลยู ไอ 3 เจาะลึกระบบไฟฟ้าของ 2 รถยอดนิยม นิสสัน ลีฟ อายุแบทเตอรี แบทเตอรีลิเธียม-ไอออน ขนาด 30 กิโลวัตต์ชั่วโมง ทำให้ นิสสัน ลีฟ สามารถเดินทางได้ระยะทางไกลสุด 250 กม./ชาร์จ 1 ครั้ง ระบบเบรค ช่วยชาร์จไฟ พลังงานบางส่วนอาจจะสูญเสียไป แต่ระบบเบรคจะช่วยชาร์จไฟฟ้าให้กับแบทเตอรี การจัดวางแบทเตอรี การวางแบทเตอรีบนพื้นรถ ทำให้รถมีจุดศูนย์ถ่วงต่ำ และมีความเสถียรมากขึ้น แรงบิดมาทันที ไม่เหมือนกับรถยนต์ทั่วไป ที่ตอบสนองแรงบิดช้า หรือตามจังหวะเปลี่ยนเกียร์ สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าตอบสนองแรงบิดทันที พร้อมใช้งานเสมอ ไร้เสียงรบกวน เพราะไม่มีเครื่องยนต์ รถยนต์พลังงานไฟฟ้าจึงเงียบกว่ายานพาหนะที่ขับเคลื่อนด้วยน้ำมันเบนซิน หรือดีเซล แบทเตอรีที่ดีกว่า โมเดล บีเอมดับเบิลยู ไอ 3 ตัวล่าสุด ใช้แบทเตอรีขนาด 33 กิโลวัตต์ชั่วโมง ขับได้ระยะทางประมาณ 200 กม. เครื่องยนต์ตัวช่วย บีเอมดับเบิลยู มีเครื่องยนต์เสริมที่ใช้ระบบน้ำมัน ช่วยยืดระยะใช้งานของ ไอ 3 ออกไปอีก 100 กม. ก่อนจะต้องชาร์จไฟใหม่อีกครั้ง รู้หรือไม่ ? โตโยตา เริ่มค้นคว้าเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิง ตั้งแต่ปี 1990 ชาร์จพลังงาน บนถนน จากความพยายามที่จะเอาชนะความกังวล 2 ข้อหลัก ของผู้ที่คิดจะใช้รถพลังงานไฟฟ้า คือ ระยะทางที่จำกัด และระยะเวลาการชาร์จไฟ ทำให้บรรดาผู้ผลิตเริ่มค้นคว้าเรื่องระบบชาร์จไฟไร้สาย เทคโนโลยีนี้จะช่วยให้ยานพาหนะสามารถชาร์จไฟได้ในขณะกำลังเคลื่อนไปบนถนนที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ ระบบนี้ประกอบด้วยขดลวดที่เชื่อมต่อกับสายเคเบิลไฟฟ้าที่ฝังอยู่กับพื้น ขดลวดจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อรถยนต์ไฟฟ้าวิ่งผ่านระบบชาร์จไฟจะเหนี่ยวนำสัญญาณเข้าสู่ตัวรถ และแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า เทคโนโลยีนี้สาธิตที่สนามทดสอบยาว 100 ม. เมื่อต้นปี ซึ่ง QUALCOMM TECHNOLOGIES และ เวเดคอม ติดตั้งส่วนแรกของระบบชาร์จไดนามิคที่สนามทดสอบ ในขณะที่ เวเดคอม และเรอโนลต์ ติดตั้งส่วนที่ 2 ในรถ เรอโนลต์ กังกู เซดอี ยานพาหนะที่สามารถชาร์จได้ 20 กิโลวัตต์ เมื่อเคลื่อนที่ด้วยความเร็วมากกว่า 100 กม./ชม. เรอโนลต์ กังกู เซดอี ถูกนำมาใช้เพื่อแสดงให้เห็นถึงระบบชาร์จไฟไร้สายบนถนน สถานีซูเพอร์ชาร์จ ของ เทสลา สามารถชาร์จไฟได้ปริมาณกว่า 80 % ภายในเวลา 30 นาที รถยนต์ไฮโดรเจน รถยนต์ไฮโดรเจน เป็นเรื่องของวิศวกรรมขั้นสูง เนื่องจากไฟฟ้าที่ให้พลังงานมอเตอร์ ผลิตโดยปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า มันทำงานโดยแยกโมเลกุลของไฮโดรเจนออกเป็นพโรตอน และอีเลคทรอนวิ่งผ่านกระแสไฟฟ้า โดยปกติรถไฮโดรเจน สามารถวิ่งได้ไกลกว่ารถพลังงานไฟฟ้า และสามารถเติมเชื้อเพลิงได้รวดเร็วกว่า ใช้เวลาเพียงแค่ไม่กี่นาทีเทียบกับพลังงานไฟฟ้าที่ใช้เวลาเป็นชั่วโมง เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเติมเข้าไปในรถ ช่องเดียวกับที่เติมน้ำมันเบนซิน หรือดีเซล ข้อเสียเปรียบของรถยนต์ไฮโดรเจน คือ ขาดโครงสร้างพื้นฐาน ไฮโดรเจนนั้นกักเก็บยาก คุณจึงไม่สามารถขับรถออกไปได้อย่างอิสระ และเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนได้ทุกๆ ที่ เราพยายามแก้ไขปัญหานี้ ด้วยการคิดค้นวิธีสร้างเครื่องผลิตไฮโดรเจนที่บ้าน สำหรับตอนนี้นับว่าเป็นทางเลือกที่มีค่าใช้จ่ายสูงมาก และมีข้อกังวลในเรื่องความปลอดภัย เนื่องจากไฮโดรเจนถูกเผาไหม้ด้วยความร้อนที่มองไม่เห็น ซึ่งจะเป็นอันตรายหากเกิดการรั่วไหล พลังขับเคลื่อนอนาคต ในตอนนี้ดูเหมือนว่ารถพลังงานไฟฟ้าจะเอาชนะไปได้ ปัจจุบันมีรถยนต์ไฮโดรเจนที่สามารถใช้งานได้จริงเพียง 3 คัน ในตลาด คือ โตโยตา มิราอิ/ฮันเด ไอเอกซ์ 35 เอฟซีอีวี และ ฮอนดา คแลริที ซึ่งมีราคาสูงมาก และขาดสถานีจ่ายเชื้อเพลิงไฮโดรเจน เพื่อให้เป็นที่นิยมในตลาดรถยนต์ที่ปราศจากการปลดปล่อยมลพิษ แต่รถพลังงานไฟฟ้ามีให้เลือกมากกว่า 50 แบบ และยังมีสถานีชาร์จไฟฟ้าที่ค่อนข้างครอบคลุมอีกด้วย เพียงแค่เสียบปลั๊กชาร์จเท่านั้น มันยังทำให้เราคิดได้ว่า ในอนาคตอันใกล้นี้ท้องถนนจะเต็มไปด้วยรถยนต์ที่ไม่ปลดปล่อยมลพิษทางอากาศ อย่างไรก็ตาม ยังมีเรื่องที่ต้องจดจำว่าทั้งรถยนต์ไฮโดรเจน และไฟฟ้าเป็นพลังสะอาดเท่าๆ กับอุปกรณ์ไฟฟ้าต้นกำเนิด ถึงแม้ความนิยมรถยนต์ที่ปราศจากการปล่อยไอเสียจะก้าวสู่ทิศทางที่ถูกต้อง และเราจะได้เห็นความแตกต่างกันอย่างมากเกี่ยวกับผลลัพธ์ของคุณภาพอากาศ และแกสเรือนกระจกจากการปลดปล่อยไอเสีย แต่การปฏิวัติที่แท้จริงจะเกิดขึ้นเมื่อเราสามารถผลิตกระแสไฟจากแหล่งพลังงานสะอาด เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ ลม หรือน้ำ มากกว่า ฮอนดา คแลริที และ โตโยตา มิราอิ กระบวนการแยกไฮโดรเจนเพื่อสร้างพลังงาน โตโยตา มิราอิ กล่องเซลล์เชื้อเพลิง กล่องเซลล์เชื้อเพลิงใช้ไฮโดรเจนสร้างพลังงานไฟฟ้า สำหรับให้กำลังกับมอเตอร์ รวมถึงเก็บไว้ที่แบทเตอรี หน่วยควบคุมพลังงาน ทำหน้าที่บริหาร และจัดการพลังงานจากเซลล์เชื้อเพลิงไปยังแบทเตอรี และส่งกำลังไปยังมอเตอร์ ฮอนดา คแลริที เป็นรถซีดานระบบไฮโดรเจนคันแรก บรรจุผู้โดยสารได้ 5 คน ถังไฮโดรเจน มิราอิ ประกอบด้วยถังไฟเบอร์คาร์บอนแรงดันสูง 2 ถัง เพื่อกักเก็บเชื้อเพลิงไฮโดรเจน รู้หรือไม่ ? รถพลังไฟฟ้าถูกสร้างสำเร็จเป็นคันแรกในปี 1891 ที่ รัฐไอโอวา ประเทศสหรัฐอเมริกา ถังไฮโดรเจน ตัวถังผลิตจากคาร์บอนไฟเบอร์น้ำหนักเบา แข็งแรง และติดตั้งอยู่ในส่วนโครงรถเพื่อป้องกันความเสียหายจากการกระแทก แบทเตอรี แบทเตอรีจะกักเก็บพลังงานที่สร้างมาจากเซลล์เชื้อเพลิง และส่งต่อพลังงานอย่างรวดเร็ว เช่น ตอนสตาร์ทเครื่อง และเมื่อเร่งความเร็วทันที เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนทำงานอย่างไร ? ไฮโดรเจนเป็นส่วนประกอบที่มีปริมาณมากที่สุดในจักรวาล มีจำนวนมากในรูปแบบของน้ำ และเปลือกของโลกก็เต็มไปด้วยน้ำ และเราก็ผลิตมันได้เป็นจำนวนมากเช่นกัน ในอังกฤษมีการผลิตไฮโดรเจนมากถึง 9 ล้านเมทริคตัน ขั้นตอนการผลิตไฮโดรเจนแบบพื้นฐาน คือ ขั้นตอนที่เรียกว่า การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโมเลกุลด้วยไอน้ำ โดยแกสธรรมชาติมีเธน และไอน้ำจะทำปฏิกิริยาซึ่งกันและกัน ในอุณหภูมิสูง อีกขั้นตอนหนึ่ง คือ การแยกสารละลายที่อยู่ในสถานะของเหลวด้วยไฟฟ้า โดยใช้กระแสไฟฟ้าตรงในน้ำเพื่อกระตุ้นปฏิกิริยาแยกโมเลกุลน้ำให้เป็นไฮโดรเจน และออกซิเจน เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนประกอบด้วย แผ่นธาตุ 2 กลุ่ม คือ ขั้วไฟฟ้า 2 ขั้ว และแผ่นธาตุที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาพื้นฐานเป็นพแลทินัม 2 ชุด แยกโดยเยื่อหุ้มพลาสติค ไฮโดรเจนจากถังกักเก็บและออกซิเจนจากอากาศจะถูกป้อนผ่านพแลทินัม และตัวเร่งปฏิกิริยาแยกโมเลกุลไฮโดรเจนเป็นพโรตอน และอีเลคทรอน ซึ่งพโรตอนไม่สามารถวิ่งผ่านเยื่อหุ้มพลาสติคได้ ดังนั้นจึงถูกบังคับให้วิ่งผ่านวงจรกระแสไฟฟ้าภายนอก ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า
เรื่องโดย : HOW IT WORKS MAGAZINE
ภาพโดย : HOW IT WORKS MAGAZINE
นิตยสาร 399 ฉบับเดือน กุมภาพันธ์ ปี 2561
คอลัมน์ Online : เรื่องเด่นจาก GADGET/HOW IT WORKS
ลิงค์สำหรับแชร์ : https://autoinfo.co.th/article/209885