เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน พลังงานทดแทนแห่งอนาคตอันใกล้

ถ้าจะกล่าวถึงเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cell) หลายๆ ท่านคงจะนึกถึงรถยนต์ที่มีขับกันในประเทศของเรา ที่บริษัทผู้นำเข้ามาขายชี้ให้เห็นถึงด้านการประหยัดการใช้น้ำมันและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม เพราะเครื่องยนต์ใช้ระบบพลังงานร่วมระหว่างน้ำมันเชื้อเพลิงและเซลล์เชื้อเพลิง เป็นพลังงานออกมาขับเคลื่อนรถยนต์ แต่จะมีสักกี่ท่านที่จะเข้าใจระบบการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงบ้าง บทความนี้จะทำให้ท่านทราบถึงความเป็นมาและหลักการของเซลล์เชื้อเพลิงประเภทนี้ (เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน)

รู้จัก การคิดค้น และการค้นพบ
เซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cell) เป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมีชนิดหนึ่งซึ่งคล้ายกับแบตเตอรี่ทั่วๆ ไป แตกต่างกันที่เซลล์เชื้อเพลิงนี้ถูกออกแบบมาให้มีการเติมน้ำ (สารตั้งต้น) เข้าสู่ระบบ นั่นคือการเติมไฮโดรเจนและออกซิเจน เพื่อช่วยขจัดปัญหาด้านปริมาณความจุที่มีอยู่อย่างจำกัดของแบตเตอรี่ โดยขั้วไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะเข้าทำปฏิกิริยาเพื่อรับประจุไฟฟ้าและคายประจุไฟฟ้า ในขณะที่ขั้วไฟฟ้าของเซลล์เชื้อเพลิงเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งค่อนข้างมีความเสถียร สารตั้งต้นที่ใช้โดยทั่วไปในเซลล์เชื้อเพลิง ได้แก่ ก๊าซไฮโดรเจนที่ขั้วแอโนดและก๊าซออกซิเจนที่ขั้วแคโทด เมื่อมีน้ำเข้าสู่ระบบ สารผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นก็จะไหลออกจะระบบไปใช้งาน

การทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงนี้จะเกิดขึ้นเป็นวงจรต่อไปเรื่อยๆ ตามความสามารถที่จะควบคุมการไหลของก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซออกซิเจนที่เกิดจากน้ำได้ ซึ่งเซลล์เชื้อเพลิงนี้มักถูกมองว่าเป็นตัวเลือกที่ดี เหมาะสำหรับการใช้พลังงานที่มีประสิทธิภาพสูงและก็ปราศจากมลพิษ เมื่อเปรียบเทียบกับเชื้อเพลิงต่างๆ ที่ทำให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และสร้างมลภาวะแก่สิ่งแวดล้อมด้วย แต่สำหรับสิ่งเดียวที่เกิดจากการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิง ก็คือ น้ำ ถึงอย่างไรก็ตามในด้านการลงทุนเพื่อสร้างเซลล์เชื้อเพลิงนี้ยังมีราคาที่ค่อนข้างสูง

หลักการของเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cell) ได้ถูกทดลองและค้นพบโดย Mr.Christian Friedrich Schönbein ซึ่งเป็นนักวิทยาศาสตร์ชาวสวิสเซอร์แลนด์ ในปี ค.ศ.1838 และได้ถูกนำลงตีพิมพ์ในวารสาร Philosophical จากการค้นพบหลักการในครั้งนั้น ได้นำมาซึ่งการสร้างเซลล์เชื้อเพลิงต้นแบบขึ้น โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเวลส์ (Welsh) Sir.William Grove ได้ตีพิมพ์ลงสื่อในปี ค.ศ.1843

ต่อมาในปี ค.ศ.1959 นักวิศวกรชาวอังกฤษ Mr.Francis Thomas Bacon ได้ทำการสร้างเซลล์เชื้อเพลิงขนาด 5 กิโลวัตต์ ขึ้นได้สำเร็จ จากนั้น Mr.Francis Thomas Bacon และทีมงาน ได้สร้างเครื่องผลิตไฟฟ้าขนาด 5 กิโลวัตต์ สามารถใช้งานได้จริงกับเครื่องเชื่อม นำไปสู่การจดสิทธิบัตรของ Mr.Francis Thomas Bacon ต่อมาในช่วง ค.ศ.1960s ได้นำประยุกต์ใช้ในโครงการอวกาศของประเทศสหรัฐอเมริกาในการผลิตพลังงาน

สำหรับในเวลานั้นต้นทุนในการผลิตเซลล์เชื้อเพลิงสูงมาก และการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงอยู่ในอุณหภูมิที่สูงมากทำให้เป็นปัญหาในการนำไปประยุกต์ใช้กับงานด้านต่างๆ อย่างไรก็ตามเซลล์เชื้อเพลิงนี้ยังดูเป็นทางเลือกที่เหมาะกับหลายๆ ด้าน อันเนื่องจากเป็นเชื้อเพลิงที่หาได้ง่าย (ไฮโดรเจนและออกซิเจน) และเป็นการใช้งานที่ไม่สร้างมลภาวะให้กับสภาพแวดล้อมถือว่าเป็นพลังงานสะอาดนั่นเอง

การพัฒนายังมีการกระทำอย่างต่อเนื่อง ค.ศ.1980-2000 โดย Mr.Geoffrey Ballard เจ้าของบริษัท Ballard Power Systems Inc. ที่ทำการผลิตเซลล์เชื้อเพลิงในแคนาดา ได้นำ Nafion ได้นำใช้เป็นวัสดุในการผลิตที่มีราคาถูกและทนทานวัสดุเดิมเป็นอิเล็กโทรไลต์และยังช่วยลดการใช้แพลทินั่มอย่างมากอีกด้วย ทำให้อนาคตการใช้เซลล์เชื้อเพลิงสำหรับผู้บริโภคทั่วๆ ไปมากขึ้น เช่น ในรถยนต์ เป็นต้น ไม่ได้จำกัดอยู่ในเฉพาะโรงงานและภาคอุตสาหกรรมอีกต่อไป