การเก็บแก๊สไฮโดรเจนและภาชนะที่ใช้บรรจุ - สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ
 
สารานุกรมไทย
สำหรับเยาวชน  เมนู 33
เล่มที่ ๓๓
เรื่องที่ ๑ สุนทรภู่
เรื่องที่ ๒ เพลงลูกทุ่ง
เรื่องที่ ๓ คลอง
เรื่องที่ ๔ วิวัฒนาการของมนุษย์
เรื่องที่ ๕ เซลล์เชื้อเพลิง
เรื่องที่ ๖ เปลือกโลกและหิน
เรื่องที่ ๗ อาหารกับโรคเรื้อรัง
เรื่องที่ ๘ การแพทย์แผนไทย
รายชื่อผู้เขียน

สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ / เล่มที่ ๓๓ / เรื่องที่ ๕ เซลล์เชื้อเพลิง / การเก็บแก๊สไฮโดรเจนและภาชนะที่ใช้บรรจุ

 การเก็บแก๊สไฮโดรเจนและภาชนะที่ใช้บรรจุ
การเก็บแก๊สไฮโดรเจนและภาชนะที่ใช้บรรจุ

การที่แก๊สไฮโดรเจนมีสถานะเป็นแก๊สในสภาวะปกติ และเบากว่าอากาศ ทำให้สามารถเก็บแก๊สไฮโดรเจน ด้วยวิธีการต่างๆ ดังต่อไปนี้

ถังบรรจุไฮโดรเจนหลว
ถังบรรจุไฮโดรเจนหลว

๑. การเก็บในรูปไฮโดรเจนเหลว

การเก็บแก๊สไฮโดรเจนในรูปของเหลว เป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพดีที่สุด ทั้งนี้เพราะของเหลวที่มีมวลในอัตราที่สัมพันธ์กันกับแก๊สจะมีปริมาตรน้อยกว่าแก๊สหลายร้อยเท่า อย่างไรก็ตาม ภาชนะบรรจุจะต้องมีโครงสร้างที่แข็งแรง และมั่นคง สามารถทนต่อภาวะเย็นยวดยิ่งของอุณหภูมิ -๒๕๓ องศาเซลเซียสได้ ระบบเก็บรักษาไฮโดรเจนเหลว รวมทั้งท่อลำเลียง และข้อต่อทั้งหมด ต้องหุ้มฉนวนป้องกันการถ่ายเทความร้อนเป็นอย่างดี เพื่อป้องกันไม่ให้ไฮโดรเจนเหลว ระเหยเป็นแก๊สอย่างรวดเร็ว ข้อดีที่สำคัญ ของการเก็บไฮโดรเจน ในรูปของเหลว คือ สามารถเติม หรือบรรจุใหม่ได้รวดเร็วเช่นเดียวกันกับเชื้อเพลิงเหลวชนิดอื่น สำหรับรถยนต์ส่วนบุคคลที่มีถังบรรจุไฮโดรเจนขนาด ๑๒๕ ลิตร สามารถเติมให้เต็มได้ภายใน ๓ นาที

๒. การเก็บในรูปแก๊สไฮโดรเจนอัด

การเก็บแก๊สไฮโดรเจนโดยการอัด เพื่อลดปริมาตรเป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด ซึ่งระดับความดัน ที่ใช้สำหรับการเก็บแก๊สไฮโดรเจนอยู่ในช่วง ๒๐ - ๓๐ เมกะพาสคัล รวมทั้ง ถังเก็บแก๊สต้องผ่านการตรวจสอบด้วยความดัน ๗๐ เมกะพาสคัล ปัจจุบันได้ออกแบบภาชนะ สำหรับบรรจุแก๊สไฮโดรเจนอัด ซึ่งทำด้วยวัสดุ ที่มีเส้นใยแก้ว หรือเส้นใยคาร์บอน เป็นวัสดุเสริมแรง และลดน้ำหนักของถัง โดยภายในถังดาดด้วยเส้นใยเหล็กกล้าไร้สนิม หรืออะลูมิเนียม

๓. การเก็บในรูปสารประกอบโลหะไฮไดรด์

การเก็บแก๊สไฮโดรเจนในรูปสารประกอบโลหะไฮไดรด์ เป็นวิธีการสะสมไฮโดรเจน บนพื้นผิวโลหะเจือบางชนิด การเก็บแก๊สไฮโดรเจนด้วยวิธีนี้ จะปราศจากการสูญเสีย ตลอดระยะเวลาที่เก็บ ข้อเสียของการเก็บไฮโดรเจนในรูปสารประกอบโลหะไฮไดรด์ คือ ต้องเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้น เพื่อที่จะคายแก๊สไฮโดรเจนออกมาเป็นอิสระอีกครั้งหนึ่ง ซึ่งจะมาก หรือน้อย ก็ขึ้นอยู่กับแบบชนิดของโลหะเจือ ข้อดีของการเก็บแก๊สไฮโดรเจน ในรูปสารประกอบโลหะไฮไดรด์ คือ มีอัตราส่วนความหนาแน่นต่อปริมาตรสูง ส่วนข้อเสีย คือ มีอัตราส่วนความหนาแน่นต่อมวลต่ำ ปัจจุบันทั้งในประเทศญี่ปุ่น และแคนาดา ได้พัฒนาระบบการเก็บไฮโดรเจนในรูปสารประกอบโลหะไฮไดรด์ ให้มีอัตราส่วนมวล ของแก๊สไฮโดรเจน ต่อมวลของโลหะเจือเพิ่มขึ้น จากประมาณร้อยละ ๑.๗ ไปเป็นประมาณร้อยละ ๔.๕

๔. การเก็บในรูปสารประกอบ

ไฮไดรด์เหลวการเก็บไฮโดรเจนในรูปสารประกอบไฮไดรด์เหลว เช่น เมทานอล ทำให้ได้อัตราส่วนมวลต่อปริมาตรสูง (ประมาณครึ่งหนึ่งของแกโซลีน) รวมทั้งถังเก็บ และอุปกรณ์ควบต่างๆ ก็มีโครงสร้างพื้นฐานเช่นเดียวกับที่ใช้สำหรับเก็บแกโซลีน ข้อเสียของเมทานอล คือ เป็นสารที่สังเคราะห์จากแก๊สธรรมชาติ มวลชีวภาพ หรือจากปฏิกิริยาของแก๊สไฮโดรเจน และแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งก่อให้เกิดภาวะมลพิษขึ้นได้ ยิ่งไปกว่านั้นคือ จะต้องใช้พลังงานอีกจำนวนหนึ่ง ในการเปลี่ยนเมทานอลกลับไปเป็นแก๊สไฮโดรเจน เพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิง สำหรับเซลล์เชื้อเพลิง

๕. การเก็บในรูปเส้นใยแกรไฟต์นาโน

มหาวิทยาลัยนอร์ทอีสเทิร์น วิทยาเขตบอสตัน (Northeastern University, Boston) ในสหรัฐอเมริกาได้ทำการวิจัย และพัฒนาระบบการเก็บแก๊สไฮโดรเจน โดยการนำแก๊สไฮโดรเจนไปแทรกอยู่ระหว่างชั้นของเส้นใยแกรไฟต์นาโนหลายๆ ชั้น เส้นใยแกรไฟต์นี้มีเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง ๕ -  ๑๐๐ นาโนเมตร และมีความยาวระหว่าง ๕ - ๑๐๐ ไมโครเมตร วิธีการที่นำไฮโดรเจนเข้าไปแทรกอยู่ระหว่างชั้นของเส้นใยแกรไฟต์นาโนนี้ ยังไม่มีคำอธิบายที่แน่ชัด สันนิษฐานว่า อาจเป็นการดูดซึม หรือการดูดซับ โดยการอัดแก๊สไฮโดรเจนด้วยความดัน ๑๓.๖ เมกะพาสคัล เป็นเวลา ๔ - ๒๔ ชั่วโมง ความดันที่เก็บแก๊สไฮโดรเจนอยู่ระหว่าง ๔ - ๕ เมกะพาสคัล สามารถคงสภาพการเก็บแก๊สไว้ได้ ที่อุณหภูมิห้องด้วยความดัน ๓ เมกะพาสคัล และเมื่อความดันลดลงเหลือประมาณร้อยละ ๙๕ แก๊สไฮโดรเจนจะถูกคายออกมาเป็นอิสระ หากใช้ถังที่มีความจุประมาณ ๒๕ ลิตร บรรจุเส้นใยแกรไฟต์นาโน ๑๕ กิโลกรัม เพื่อเก็บแก๊สไฮโดรเจน จะสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์นั่ง ๔ คน ให้วิ่งไปได้ เป็นระยะทางประมาณ ๑,๕๐๐ กิโลเมตร

การใช้เซลล์เชื้อเพลิงในปัจจุบันยังไม่แพร่หลายนัก ทั้งนี้ เนื่องจากการผลิตเซลล์เชื้อเพลิงที่มีประสิทธิภาพสูง จำเป็นต้องใช้วัสดุที่มีคุณภาพสูงในกระบวนการผลิต รวมทั้งสารตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดีที่สุดคือ แพลทินัมนั้น มีราคาแพงมาก ทำให้ต้นทุนของเซลล์เชื้อเพลิงมีราคาสูงไปด้วย เมื่อเปรียบเทียบกับแหล่งพลังงานอย่างอื่นที่ยังมีต้นทุนต่ำกว่า ดังนั้นจึงต้องอาศัยเวลาอีกระยะหนึ่ง เพื่อศึกษาวิจัย และพัฒนาเทคโนโลยี ให้สามารถผลิตเซลล์เชื้อเพลิงที่มีต้นทุนต่ำ และผลิตในเชิงการค้าได้
หัวข้อก่อนหน้า