นักวิจัยชาวญี่ปุ่นได้พัฒนาแบตเตอรี่ไฮโดรเจนที่ทำงานได้ที่อุณหภูมิเพียง 90°C ซึ่งลดลงอย่างมากจากอุณหภูมิ 300-400°C ที่วิธีการเดิมต้องการ แม้ว่าสิ่งนี้จะฟังดูน่าสนใจในทฤษฎี แต่ชุมชนเทคโนโลยีกำลังตั้งคำถามสำคัญเกี่ยวกับการจัดเก็บไฮโดรเจนจะสมเหตุสมผลสำหรับการใช้งานในชีวิตประจำวันหรือไม่
ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิค
- อุณหภูมิในการทำงาน: 90°C (เปรียบเทียบกับ 300-400°C สำหรับวิธีการก่อนหน้า)
- ความจุในการเก็บ: 2,000 mAh/g (เทียบเท่ากับไฮโดรเจน 7.6 wt.%)
- อิเล็กโทรไลต์แข็ง: Ba₀.₆₅Ca₀.₃₅Na₀.₁₅H₁.₈₅ ที่มีโครงสร้างผลึกแบบ anti-α-AgI-type
- การนำไฟฟ้าแบบไอออนิก: 2.1 × 10⁻⁵ S cm⁻¹ ที่อุณหภูมิห้อง
ความหนาแน่นในการจัดเก็บยังคงเป็นปัญหาใหญ่
ชุมชนมุ่งเน้นไปที่ปัญหาพื้นฐานของไฮโดรเจนอย่างรวดเร็ว นั่นคือต้องใช้พื้นที่มากเกินไป ผู้แสดงความคิดเห็นคนหนึ่งชี้ให้เห็นว่าการจัดเก็บไฮโดรเจนให้เพียงพอสำหรับขับรถได้ 380 ไมล์จะต้องใช้ถังขนาด 70 ลูกบาศก์เมตรที่ความดันปกติ ซึ่งใหญ่เกือบเท่ากับรถบรรทุกเซมิเทรลเลอร์ทั้งคัน
สิ่งนี้อธิบายได้ว่าทำไมรถไฮโดรเจนในปัจจุบันจึงต้องใช้ถังความดันสูงราคาแพงที่ทำงานที่ 350-700 บาร์ วิธีการแบตเตอรี่ใหม่นี้จัดเก็บไฮโดรเจนใน magnesium hydride ซึ่งกะทัดรัดกว่าการจัดเก็บแก๊ส แต่ชุมชนสังเกตว่าสิ่งนี้ยังคงต้องใช้ความร้อนถึง 90°C เพื่อปล่อยไฮโดรเจนเมื่อคุณต้องการใช้
การเปรียบเทียบความหนาแน่นในการเก็บรักษา
- ก๊าซไฮโดรเจนที่สภาวะมาตรฐาน: 0.08988 กรัม/ลิตร
- พื้นที่เก็บรักษาที่จำเป็นสำหรับการเดินทาง 380 ไมล์: ไฮโดรเจน 6.3 กิโลกรัม = ปริมาตรถัง 70 ลูกบาศก์เมตร
- ปริมาตรรถกึ่งพ่วงสำหรับเปรียบเทียบ: ~100 ลูกบาศก์เมตร
- รถยนต์ไฮโดรเจนในปัจจุบันใช้: ถังแรงดัน 350-700 บาร์
คำถามเรื่องประสิทธิภาพบดบังนวัตกรรม
แม้ว่าทีมวิจัยจะบรรลุผลลัพธ์ทางเทคนิคที่น่าประทับใจ โดยบรรลุความจุการจัดเก็บตามทฤษฎีเต็มที่ 2,000 mAh ต่อกรัม แต่ชุมชนกำลังตั้งคำถามที่ยากกว่าเกี่ยวกับประสิทธิภาพในโลกแห่งความจริง ระบบต้องรักษาอุณหภูมิ 90°C ซึ่งหมายความว่าต้องใช้พลังงานอย่างต่อเนื่องสำหรับการทำความร้อนและการฉนวนที่ดีเพื่อป้องกันการสูญเสีย
สิ่งนี้จะขึ้นอยู่กับการฉนวนและระยะเวลาการจัดเก็บเป็นอย่างมาก อาจจะไม่เป็นประโยชน์สำหรับรถส่วนตัวของคุณที่จอดอยู่หนึ่งสัปดาห์ในแสงแดด แต่อาจจะเหมาะสำหรับสิ่งอย่างการขนส่งสาธารณะ
ความต้องการความร้อนทำให้เทคโนโลยีนี้เหมาะสมกับการใช้งานในอุตสาหกรรมหรือการจัดเก็บขนาดใหญ่มากกว่า ซึ่งต้นทุนพลังงานในการรักษาอุณหภูมิสามารถให้เหตุผลได้ แทนที่จะเป็นยานพาหนะส่วนบุคคล
แนวทางทางเลือกได้รับการสนับสนุนจากชุมชน
การอภิปรายเผยให้เห็นความรู้สึกของชุมชนอย่างแรงกล้าว่าไฮโดรเจนอาจจะกำลังแก้ปัญหาที่ผิด ผู้แสดงความคิดเห็นหลายคนแนะนำว่าหากคุณจะผลิตไฮโดรเจนจากไฟฟ้า ทำไมไม่ผลิตมีเทนแทน มีเทนมีประสิทธิภาพการผลิตที่คล้ายกัน สามารถใช้โครงสร้างพื้นฐานแก๊สธรรมชาติที่มีอยู่ และง่ายกว่ามากในการจัดเก็บและขนส่ง
คนอื่นๆ ชี้ไปที่การจัดเก็บแก๊สอัดใต้ดินสำหรับการใช้งานขนาดใหญ่ ซึ่งจะง่ายและถูกกว่าการพัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรี่ใหม่มาก ชุมชนดูเหมือนจะตื่นเต้นกับทางเลือกที่พิสูจน์แล้วอย่างแบตเตอรี่โซเดียมมากกว่า ซึ่งกำลังเข้าสู่การผลิตจำนวนมากแล้ว
บริบทประสิทธิภาพด้านพลังงาน
- การผลิตไฮโดรเจนด้วยการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า: ประสิทธิภาพประมาณ 80%
- การแปลงกลับเป็นไฟฟ้าด้วยเซลล์เชื้อเพลิง: ประสิทธิภาพประมาณ 60%
- การผลิตมีเทนจากไฟฟ้า: ประสิทธิภาพใกล้เคียงกับไฮโดรเจน
- การเปรียบเทียบความหนาแน่นของพลังงาน: แก๊สไฮโดรเจน 15 ลิตร ≈ พลังงานในแบตเตอรี่ AA 1 ก้อน
การใช้งานที่จำกัดอาจยังคงสมเหตุสมผล
แม้จะมีความสงสัย แต่ชุมชนยอมรับการใช้งานที่เป็นไปได้บางอย่างสำหรับการจัดเก็บไฮโดรเจนที่ดีขึ้น กระบวนการอุตสาหกรรมอย่างการผลิตเหล็กต้องการไฮโดรเจนเป็นส่วนผสมทางเคมี ไม่ใช่แค่เชื้อเพลิง การจัดเก็บพลังงานกริดระยะยาวสำหรับพลังงานหมุนเวียนก็อาจได้ประโยชน์เช่นกัน โดยเฉพาะเมื่อจับคู่กับโรงไฟฟ้าแก๊สที่มีอยู่ในช่วงที่พลังงานแสงอาทิตย์และลมไม่ผลิตไฟฟ้าเพียงพอ
ฉันทามติดูเหมือนจะเป็นว่าแม้แบตเตอรี่ไฮโดรเจน 90°C นี้จะน่าประทับใจทางเทคนิค แต่มันกำลังแก้ปัญหาที่อาจไม่ต้องการโซลูชันไฮโดรเจนตั้งแต่แรก สำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ แบตเตอรี่ การจัดเก็บอากาศอัด หรือเชื้อเพลิงสังเคราะห์อาจเสนอเส้นทางที่ดีกว่า
อ้างอิง: Overcoming the barriers of hydrogen storage with a low-temperature hydrogen battery