Transcript ไฮโดรเจน พลังงานสมบูรณ์แบบ

Page 1
Page 2
• ไฮโดรเจนเป็ นธาตุทมี่ ีมากทีส่ ุ ดในระบบจักรวาล
• สามารถพบอยู่ในสารประกอบอืน่ เช่ น นา้ , สารประกอบ
ไฮโดรคาร์ บอนทีอ่ ยู่ในเชื้อเพลิงจาพวกนา้ มันเบนซิน, ก๊าซ
ธรรมชาติ, โพรเพนและเมธานอล ฯลฯ
• เป็ นพลังงานเชื้อเพลิงสาหรับการเผาไหม้ ที่มี
ประสิ ทธิภาพสู ง, สะอาด, และเป็ นมิตรกับสิ่ งแวดล้ อม
Page 3
รู ปที่ 1 เปรียบเทียบระหว่ างค่ าพลังงานของเชื้อเพลิงไฮโดรเจนกับค่ าพลังงานของ
เชื้อเพลิงอื่น
(ที่มา : วารสารทิศทางพลังงานไทย กระทรวงพลังงาน)
Page 4
• บรรยากาศในโลกมีก๊าซไฮโดรเจนประมาณ 0.1 ppm
• มีความแข็งแรงในการยึดโมเลกุลเท่ ากับ 104 kcal/mol
• ไฮโดรเจนอะตอมจะจะมีนิวเคลียสอยู่กลาง โดยภายในนิวเคลียส
ประกอบด้ วยโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน
• ไฮโดรเจนมี 3 ไอโซโทป คือ
รู ปที่ 2 ไอโซโทป 3 ชนิด ของไฮโดรเจน
( ที่มา : http://education.jlab.org/ )
Page 5
ไฮโดรเจนมี 3 สถานะคือ
• ของแข็ง : มีโครงสร้างผลึก 6 เหลี่ยม ไม่มีสี
ปริ มาตรต่อโมลเท่ากับ 2.56 cm3/mol
• ของเหลว : ไม่มีสี มีค่าความหนืดต่า เคลื่อนที่ได้เร็ ว
• ก๊าซ : ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่เป็ นพิษ ก๊าซไฮโดรเจน 1 ลิตร
มีมวล 0.0898 กรัม
Page 6
รู ปที่ 3 คุณสมบัตทิ ั่วไปของไฮโดรเจน
( ที่มา : http://www.enaa.or.jp/WE-NET/suiso/suiso1_e.html )
Page 7
การผลิตไฮโดรเจนได้ มาจาก 3 แหล่ งหลักเมือ่ พิจารณาจากวัตถุดบิ เป็ นหลัก คือ
เชื้อเพลิงฟอสซิล แหล่ งพลังงานหมุนเวียน และจากพลังงานนิวเคลียร์
รู ปที่ 4 แหล่ งพลังงานไฮโดรเจน
( ที่มา : Hydrogen Production and Storage IEA,2006 )
Page 8
1
กระบวนการทางความร้ อนเคมี
2
กระบวนการทางไฟฟ้ าเคมี
3
กระบวนการชีวเคมี
Page 9
1
กระบวนการทางความร้ อนเคมี
• ใช้ วตั ถุดบิ หลักทีเ่ ป็ นสารประกอบไฮโดรคาร์ บอน เช่ น ก๊ าซธรรมชาติ
ถ่ านหิน ชีวมวล เป็ นต้ น มาผ่านทางกระบวนการทางความร้ อน
• ผลลัพธ์ ทไี่ ด้ คอื ก๊าซสั งเคราะห์ ซึ่งประกอบด้ วย ไฮโดรเจน ,
คาร์ บอนมอนอกไซด์ , คาร์ บอนไดออกไซด์ , นา้ และมีเทน
• กระบวนการทางความร้ อนเคมี ได้ แก่ กระบวนการรีฟอร์ มมิง่ ด้ วยไอ
นา้ และ กระบวนการแก๊สซิฟิเคชัน
Page 10
กระบวนการรีฟอร์ มมิ่งด้ วยไอนา้
หลักการของกระบวนการนีค้ อื การป้ อนไอนา้ เข้ าสู่ ระบบเพือ่ ทาปฏิกริ ิยากับสารไฮโดรคาร์ บอน
ที่อยู่ในสถานะก๊ าซ เช่ น ก๊ าซธรรมชาติ ก๊ าซชีวภาพ และเอทานอล เป็ นต้ น โดย ไฮโดรเจนจะถูกดึง
ออกจากไอน้ า สารไฮโดรคาร์ บอน ส่ วนออกซิ เ จนที่ เ หลื อ จากน้ า และคาร์ บอนที่ เ หลื อ จาก
ไฮโดรคาร์ บอนจะรวมตัวกันเป็ นก๊าซคาร์ บอนมอนอกไซด์
รู ปที่ 5 ปริมาณการผลิตก๊ าซไฮโดรเจน
( ที่มา : hydrogen-alternative-energy.blogspot.com/ )
Page 11
2
กระบวนการไฟฟ้าเคมี
เป็ นการใช้ ไฟฟ้ าเพือ่ แยกน้าเพื่อให้ ได้ ไฮโดรเจนและออกซิเจน
โดยไฟฟ้ าที่ ม าจากแหล่ งก าเนิ ด ไฟฟ้ าทุ ก ชนิ ด สามารถใช้ ได้ กั บ
กระบวนการนี้ ไม่ ว่าจะเป็ นไฟฟ้ าจากแหล่ งพลังงานหมุนเวียน รวมทั้ง
จากพลังงานนิวเคลียร์
รู ปที่ 6 Standard Electrolysis
( ที่มา : http://www.greencarcongress.com/2004/11/milestone_for_h.html ) Page 12
เกาะลอยนา้ พลังงานแสงอาทิตย์
เป็ นเกาะผลิตพลังงานไฟฟ้าจากโซล่ าร์ เซลล์ โดยใช้ ตัวเก็บรั งสี อาทิตย์ แบบรวมแสง โดยหลั กการคือ
แสงอาทิตย์ จะไปเผาน้ามันที่อ ยู่ในท่ อ ให้ ร้อ น แล้ วน้ามันที่ร้อ นเหล่ านี้จะไปปั่ นเครื่ องปั่ นไฟฟ้าแบบ
กังหันความร้ อน จากนั้นก็จะนาไฟฟ้าไปเปลีย่ นน้าทะเลให้ เป็ นไฮโดรเจนอีกทอดหนึ่ง เกาะพลังงานนีจ้ ะ
ผลิตไฮโดรเจนได้ ด้วยตนเอง แค่ ปล่ อยให้ มันลอยของมันไป พอถึงเวลา เรือบรรทุกไฮโดรเจนก็จะไปรับ
ไฮโดรเจนที่อดั ไว้กลับมาบนฝั่ง
รู ปที่ 7 ต้ นแบบเกาะลอยนา้ พลังงานแสงอาทิตย์ (The solar Island)
( ทีม่ า : http://nano-in-thailand.blogspot.com/2008/07/solar-island.html)
Page 13
3
กระบวนการชีวเคมี
กระบวนการนี้เ ป็ นการผลิต ไฮโดรเจนโดยอาศั ย กระบวนการ
สั งเคราะห์ แสงของสิ่ งมีชีวติ ขนาดเล็ก หรือจุลนิ ทรีย์ และสาหร่ ายสี เขียวแกม
นา้ เงิน
โดยหลักการคือสิ่ งมีชีวิตขนาดเล็กเหล่ านีจ้ ะเปลี่ยนสารตั้งต้ นให้
เป็ นไฮโดรเจน
ข้ อเสี ย : มีประสิ ทธิภาพต่า ความสามารถในการผลิตถูกจากัด
ด้ วยความเข้ มแสงทีไ่ ด้ รับ
Page 14
การเก็บในรูปของเหลว
การเก็บไว้ ในท่ อถ่ านนาโน
(Carbon nanotube)
Page 15
การเก็บในรูปสารประกอบเคมี
• โดยใช้โลหะไฮดรายด์
• ในการจ่ายไฮโดรเจนออกจากถังเก็บก็ตอ้ งให้ความร้ อนกับโลหะ
ไฮดรายด์ถึงจะได้ก๊าซไฮโดรเจนออกมาที่แต่ละสภาวะของอุณหภูมิ
และความดัน
• ส่ ว นใหญ่ ใ ช้โ ซเดี ย มไฮดรายด์ ซึ่ งเป็ นพาหะพลัง งาน สามารถ
อัด เม็ ด และเคลื อ บผิ ว กัน น้ าเพื่ อ สะดวกในการขนส่ ง โซเดี ย ม
ไฮดรายด์ สามารถเก็ บ ไฮโดรเจนได้ป ระมาณ 4 เปอร์ เ ซ็ น ต์โ ดย
น้ าหนัก
Page 16
• เซลล์ เชื้อเพลิง (Fuel Cell)
รูปที่ 8 รถยนต์ เมอร์ เซเดส-เบนซ์ รุ่น B-Class F-CELL
( ทีม่ า : http://thairecent.com/Automobile/2011/893009/ )
Page 17
รูปที่ 9 ราคาพลังงานไฮโดรเจนในอนาคตที่ผลิตจากกระบวนการต่ างๆ
( ทีม่ า : เอกสารอนาคตการใช้ พลังงานไฮโดรเจน, ผศ.ดร.เทอดไทย วัฒนธรรม)
Page 18
• โครงการพัฒนาสาธิตการผลิตและจัดเก็บไฮโดรเจน
รูปที่ 10 ต้ นแบบระบบผลิตไฮโดรเจนโดยกระบวนการ Steam reformation จากก๊าซธรรมชาติ
( ที่มา :คู่มือความรู้ด้านพลังงานไฮโดรเจน , กระทรวงพลังงาน)
Page 19
• โครงการตรวจสอบ ติดตามและปรับปรุ งใช้ Proton exchange membrane fuel cell
(PEMFC) ในรถยนต์ เพือ่ พัฒนาต้ นแบบ
รูปที่ 11 ต้ นแบบรถยนต์ สามล้ อเซลล์ เชื้อเพลิงต้ นแบบ
( ทีม่ า : คู่มอื ความรู้ด้านพลังงานไฮโดรเจน , กระทรวงพลังงาน)
Page 20
• การผลิตมีตน้ ทุนสู ง เนื่องจากต้องทาในระบบปิ ด แต่สามารถ
ชดเชยได้โดยการพยายามเพิ่มผลผลิต การเก็บเกี่ยวรายได้จากผล
พลอยได้ การค้นหาแหล่งวัตถุดิบใหม่ๆที่มีประสิ ทธิ ภาพในการ
ผลิตก๊าซไฮโดรเจน
• มีปัญหาในเรื่ องการจัดเก็บ
• ความปลอดภัยในการใช้งาน
Page 21
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
คู่มอื ความรู้ด้านพลังงานไฮโดรเจน , กระทรวงพลังงาน.2009
เอกสารอนาคตการใช้ พลังงานไฮโดรเจน, ผศ.ดร.เทอดไทย วัฒนธรรม,2005
Hydrogen Production and Storage IEA,2006
วารสารทิศทางพลังงานไทย กระทรวงพลังงาน,2007
http://thairecent.com/Automobile/2011/893009/
http://nano-in-thailand.blogspot.com/2008/07/solar-island.html
http://www.greencarcongress.com/2004/11/milestone_for_h.html
http://www.hydrogen-alternative-energy.blogspot.com/
http://education.jlab.org/
Page 22
Page 23