บริษัทรถยนต์ยักษ์ใหญ่อย่าง Toyota เป็นหนึ่งในผู้ผลิตรถยนต์ไม่กี่แบรนด์ที่มุ่งสู่การพัฒนาระบบขับเคลื่อนด้วยไฮโดรเจนอย่างจริงจัง รถยนต์ไฮโดรเจน FCEV Fuel Cell Electric Vehicle ใช้เซลล์เชื้อเพลิงเพื่อเปลี่ยนก๊าซไฮโดรเจนให้เป็นพลังงานไฟฟ้าขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม รถยนต์ต้นแบบเชื้อเพลิงไฮโดรเจนบางรุ่นของ Toyota ใช้การดัดแปลงเครื่องยนต์สันดาป โดยปรับระบบเชื้อเพลิงให้รองรับการเผาผลาญไฮโดรเจนที่สะอาด แทนเชื้อเพลิงฟอสซิลซึ่งหมายถึงน้ำมันเบนซินหรือดีเซลที่เต็มไปด้วยมลภาวะ สองสามปีที่ผ่านมานี้ รถยนต์ต้นแบบแนวคิดพลังงานไฮโดรเจนที่อยู่ระหว่างการพัฒนาเพิ่มจำนวนขึ้นอย่างมาก ในช่วงปลายปี 2566 Toyota Motor จัดกระบะ Hilux รุ่นที่ขับเคลื่อนด้วยเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน FCEV เข้ามาให้สื่อมวลชนไทยได้ลองขับทดสอบสั้นๆ ที่สนามช้าง
...
วิศวกรของแบรนด์สามห่วงใช้ความรู้ความชำนาญและเทคโนโลยีที่มีอยู่ในรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิง Mirai FCEV เพื่อจัดการกับถังบรรจุไฮโดรเจนแรงดันสูงที่ต้องวางลงในโครงสร้างของกระบะ Hilux ผู้บริหารระดับสูงของ Toyota เชื่อมั่นอย่างยิ่งว่า ยังเร็วเกินไปที่จะมุ่งเน้นการใช้พลังงานสะอาดที่ยังคงมีราคาแพงไปที่โซลูชันการปล่อยมลพิษเป็นศูนย์เพียงโซลูชันเดียว" ในแง่ของอนาคตการขนส่ง เพื่อสนับสนุนกระบวนการผลิตรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิง การปรับปรุงระบบเผาไหม้ไฮโดรเจนนั้นมีความรุดหน้าอย่างมาก ให้ผลลัพธ์ที่รวดเร็วในการเติมเชื้อเพลิงพร้อมระยะทางที่น่าประทับใจ
วิธีที่ดีที่สุดในการผลิตไฮโดรเจนที่สะอาดคือผ่านกระบวนการอิเล็กโทรไลต์ การใช้ไฮโดรเจนในเครื่องยนต์สันดาปก็เป็นวิธีที่ยังไม่มีประสิทธิภาพมากพอ แต่ FCEV หรือรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงสามารถดึงพลังงานจากก๊าซไฮโดรเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่า สูญเสียพลังงานน้อยกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายใน แต่ข้อดีของเครื่องยนต์สันดาปเชื้อเพลิงไฮโดรเจน (ใน Toyota Corolla Cross Concept H2 และ Toyota GR Corolla H2) นั้นโดยพื้นฐานแล้วใช้เครื่องยนต์สันดาปเวอร์ชันดัดแปลง ทำให้ปล่อยก๊าซเรือนกระจกลดลง และไม่ต้องการทรัพยากรที่มีข้อจำกัดหรือมีราคาแพงอย่างรถยนต์ไฟฟ้า EV เช่น ลิเธียม นิกเกิล โคบอลต์ ฯลฯ
...
เทคโนโลยีระบบขับเคลื่อน FCEV ที่ Toyota Hilux H2 นำมาติดตั้งนั้น ส่วนประกอบหลักต่างๆ ยกมาจาก Toyota Mirai FCEV เจเนอเรชันที่สอง สร้างโดย Toyota Motor Manufacturing UK นับเป็นการพัฒนาเพื่อให้ได้รถยนต์กระบะที่ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์และสามารถใช้งานในเขตปลอดมลพิษได้เหมือนกับยานยนต์ไฟฟ้า BEV
ระบบขับเคลื่อนของ Toyota Hilux H2 FCEV ที่ยกมาจาก Mirai เป็นหนึ่งในระบบเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่ก้าวล้ำและใช้งานได้จริง Hilux H2 FCEV ยังติดตั้งแบตเตอรี่แบบ nickel metal hydride ทำหน้าที่ป้อนกระแสไฟให้กับมอเตอร์เมื่อขับใช้งานในย่านความเร็วต่ำและช่วยเสริมอัตราเร่งเมื่อผู้ขับกดคันเร่งลงจนสุด มีกำลัง 182 แรงม้า แรงบิด 300 นิวตันเมตร เมื่อเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนจนเต็มถังจะวิ่งได้ระยะทางประมาณ 587-600 กิโลเมตร ไกลกว่ารถไฟฟ้าในยุคนี้อย่างเห็นได้ชัด จากการขยายความจุของถังเก็บไฮโดรเจน
...
ขั้นตอนการใช้งานของ Toyota Hilux H2
1. ไฮโดรเจนถูกเติมที่สถานีเติมเชื้อเพลิง โดยมีขั้นตอนและระยะเวลาในการเติมเท่ากับรถยนต์ปกติที่เติมน้ำมัน
2. ไฮโดรเจนถูกเก็บในถังแรงดันสูง 700 บาร์ ถังเชื้อเพลิงผลิตจากคาร์บอนไฟเบอร์ที่มีความแข็งแกร่งและมีน้ำหนักเบา ชั้นในของถังเชื้อเพลิงไฮโดรเจน บุด้วย polyamide resin ช่วยป้องกันการรั่วไหลของไฮโดรเจนก่อนที่จะส่งไปยังเซลล์เชื้อเพลิงที่ติดตั้งอยู่ด้านหน้า
3. ช่องรับอากาศ เหนี่ยวนำออกซิเจนสู่เซลล์เชื้อเพลิง เมื่อออกซิเจนและไฮโดรเจนผสมกัน จะเกิดปฏิกิริยาทางเคมีทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า ความร้อนและน้ำ กระแสไฟฟ้าจะถูกลำเลียงไปป้อนพลังงานให้กับมอเตอร์ไฟฟ้ากำลัง 182 แรงม้า ขณะที่น้ำสะอาดซึ่งเป็นของเหลวที่ถูกปล่อยออกมาจากกระบวนการผลิตกระแสไฟฟ้าไม่สร้างผลกระทบใดๆ ให้กับสิ่งแวดล้อม
4. แบตเตอรี่แบบพิเศษ ช่วยเสริมกำลังให้กับมอเตอร์ไฟฟ้าเมื่อผู้ขับกดคันเร่งอย่างรุนแรง ในช่วงความเร็วต่ำ แบตเตอรี่ใน Hilux H2 จะป้อนไฟเข้าสู่มอเตอร์ไฟฟ้าเพื่อขับเคลื่อนโดยยังไม่ต้องพึ่งพาไฮโดรเจน เมื่อคนขับเหยียบเบรกหรือยกคันเร่ง ระบบ regenerative จะเริ่มวัฏจักรของการชาร์จกระแสไฟฟ้าเข้าไปเก็บในแบตเตอรี่
...
หัวใจของ FCEV นั้นคือชุดแผงผลิตพลังงาน ประกอบด้วยเซลล์เชื้อเพลิงหลายเซลล์ที่มีเมมเบรนอิเล็กโทรไลต์ประกบอยู่ระหว่างแอโนด (ขั้ว +) และแคโทด (ขั้ว -) หลักการทำงาน คือ เมื่อก๊าซไฮโดรเจนถูกจ่ายให้กับขั้วบวกและออกซิเจนจากอากาศถูกจ่ายให้กับขั้วลบ ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าจะเกิดขึ้น ทำให้โมเลกุลของ ไฮโดรเจน แยกออกเป็นโปรตอนและอิเล็กตรอน โดยโปรตอนจะหลุดผ่านตะแกรงอิเล็กโทรไลต์ออกไป ในขณะที่อิเล็กตรอนจะถูกกักเก็บไว้เพื่อจับเข้ากับอะตอมของออกซิเจน ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า ของเหลือที่ออกมาจากกระบวนการนี้คือ น้ำบริสุทธิ์
กระแสไฟฟ้าที่ได้จากแผงผลิตพลังงานนั้นจะนำมาใช้ให้พลังงานกับมอเตอร์ไฟฟ้าในการขับเคลื่อนรถยนต์ โดยทั่วไปแล้ว FCEV จะมีแบตเตอรี่ขนาดเล็กไว้ทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์และช่วยในการส่งพลังงานออกมาระหว่างการเร่งความเร็วหรือในสถานการณ์ที่มีความต้องการเร่งความเร็วฉับพลัน แบตเตอรี่ยังใช้สำหรับการกักเก็บพลังงานจากการชะลอความเร็วและเบรก โดยเป็นการเก็บเอาพลังงานจากการหมุนกลับของมอเตอร์มากักไว้ไม่ให้สูญเปล่า
ข้อดีของ FCEV ก็คือยานยนต์ที่มีประสิทธิภาพด้านพลังงานที่สูงกว่า การแปลงไฮโดรเจนเป็นพลังงานไฟฟ้าในเซลล์เชื้อเพลิงมีประสิทธิภาพมากกว่ากระบวนการเผาไหม้ไฮโดรเจนในเครื่องยนต์สันดาป ซึ่ง FCEV ยังมีระยะการขับขี่ที่ไกลกว่าเมื่อเทียบกับรถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่ส่วนใหญ่ เนื่องจากความสามารถในการบรรจุพลังงานของไฮโดรเจนนั้นสูงกว่าเทคโนโลยีแบตเตอรี่ในปัจจุบันอย่างมาก ระยะเวลาที่ใช้ในการเติมเชื้อเพลิง รถยนต์ FCEV นั้นใช้เวลาในการเติมไฮโดรเจน ไม่ต่างจากการเติมน้ำมันเชื้อเพลิงทั่วไป (3-5 นาที)
ความหนาแน่นของพลังงาน ระยะเวลาการเติมเชื้อเพลิงที่รวดเร็ว และความสามารถในการใช้ประโยชน์จากเชื้อเพลิงพลังงานสะอาด ทำให้เกิดแรงจูงใจในการใช้งาน สำหรับอนาคตของรถยนต์ที่ใช้ขนส่งสิ่งของสัมภาระต่างๆ ที่จะไม่ได้มีแค่รถยนต์ไฟฟ้า 100% แต่เพียงอย่างเดียว โจทย์ใหญ่ไม่ได้อยู่ที่การผลิตยานยนต์ FCEV แต่อยู่ที่ความแพร่หลายของสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนและราคาของการผลิตก๊าซไฮโดรเจนสีเขียวที่ยังคงมีราคาไม่ถูกนัก.
อาคม รวมสุวรรณ
E-Mail chang.arcom@thairath.co.th
Facebook https://www.facebook.com/chang.arcom
https://www.facebook.com/ARCOM-CHANG-Thairath-Online-525369247505358/