ทำไมรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนพัฒนาอย่างล้าช้า

ด้วยการยกระดับเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนยังถูกนำมาใช้ในรถยนต์ด้วย แต่การพัฒนารถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนค่อนข้างช้า อะไรเป็นสาเหตุของการพัฒนารถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงที่แข็งแกร่งอย่างช้าๆ เพราะอะไร บทความนี้จะอธิบายสถานะการพัฒนาของรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน วิเคราะห์สาเหตุของความล่าช้าในการพัฒนา และอธิบายความแตกต่างระหว่างเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนและแบตเตอรี่ลิเธียม

สถานะการพัฒนาของรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน

วุฒิภาวะทางเทคโนโลยี

หลักการพื้นฐานและโหมดการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน

• หลักการพื้นฐานของเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาทางเคมีของไฮโดรเจนและออกซิเจนเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ไฮโดรเจนจะเข้าสู่เซลล์เชื้อเพลิงผ่านทางขั้วบวก ซึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชันจะเกิดขึ้นที่แอนโทด (ขั้วลบ) เพื่อผลิตอิเล็กตรอนและไฮโดรเจนไอออน อิเล็กตรอนจะผ่านวงจรภายนอกเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ในขณะที่ไฮโดรเจนไอออนจะผ่านเยื่อหุ้มอิเล็กโทรไลต์ไปยังแคโทด (ขั้วบวก) ที่แคโทด ไอออนของไฮโดรเจนจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อผลิตน้ำ
• วิธีการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน คือ เก็บไฮโดรเจนไว้ในถังเก็บไฮโดรเจน และเมื่อต้องการพลังงาน ไฮโดรเจนจะถูกส่งไปยังเซลล์เชื้อเพลิง ไฮโดรเจนและออกซิเจนในเซลล์เชื้อเพลิงทำปฏิกิริยาเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า

 รุ่นและประสิทธิภาพของรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนระหว่างประเทศมีดังนี้:

 Toyota Mirai: (ประเทศญี่ปุ่น) เป็นหนึ่งในรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่เป็นที่รู้จักมากขึ้นในตลาด โดยติดตั้งระบบเซลล์เชื้อเพลิงและมอเตอร์ไฟฟ้า ระยะการแล่นประมาณ 500 กิโลเมตร และเวลาในการเติมไฮโดรเจนประมาณ 3 ถึง 5 นาที มีความสามารถในการเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนอย่างรวดเร็ว

 Hyundai Nexo (เกาหลีใต้): รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนนี้ติดตั้งระบบเซลล์เชื้อเพลิงขั้นสูงและมอเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งมีสมรรถนะและประสบการณ์การขับขี่ที่ดี ระยะการแล่นประมาณ 600 กิโลเมตร และเวลาในการเติมไฮโดรเจนประมาณ 5 นาที

 Honda Clarity Fuel Cell (ญี่ปุ่น): รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนรุ่นนี้ยังเป็นรุ่นที่ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ด้วยพื้นที่ภายในที่กว้างขวางและสมรรถนะการขับขี่ที่ยอดเยี่ยม ระยะการวิ่งประมาณ 589 กิโลเมตร และใช้เวลาเติมไฮโดรเจนประมาณ 3 ถึง 5 นาที

Mercedes-Benz GLC F-Cell: รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนนี้รวมเซลล์เชื้อเพลิงและเทคโนโลยีแบตเตอรี่แบบชาร์จซ้ำได้ และสามารถเปลี่ยนไปใช้เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนหรือพลังงานแบตเตอรี่ได้ตามความต้องการ ระยะการวิ่งครอบคลุมประมาณ 437 กิโลเมตร และเวลาในการเติมไฮโดรเจนประมาณ 3 นาที รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนข้างต้นเป็นรถยนต์นั่งส่วนบุคคล และมีความแตกต่างกันในแง่ของระยะการวิ่ง ระยะเวลาในการเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจน สมรรถนะการขับขี่ ฯลฯ แต่ทั้งหมดมีลักษณะการปล่อยมลพิษเป็นศูนย์และมีประสิทธิภาพสูง

ส่วนแบ่งตลาดและยอดขาย

ตลาดของรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเมื่อเทียบกับคู่แข่ง ตามลำดับ รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น เทคโนโลยีหลักและคู่แข่งทางการตลาดที่แข่งขันกับรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน:

• รถยนต์ไฟฟ้า100% : รถยนต์ไฟฟ้าใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นแหล่งพลังงานโดยไม่ต้องใช้ไฮโดรเจน EV เหล่านี้เจาะตลาดได้กว้างขึ้นเนื่องจากโครงสร้างพื้นฐานการชาร์จ EV นั้นค่อนข้างสมบูรณ์และเทคโนโลยีแบตเตอรี่ยังคงปรับปรุงในด้านต้นทุนและประสิทธิภาพ นอกจากนี้ รถยนต์ไฟฟ้าล้วนยังสามารถนำไปใช้กับสถานการณ์การใช้งานได้หลากหลายขึ้น และมีรุ่นและยี่ห้อให้เลือกมากขึ้น
•  รถยนต์เชื้อเพลิง: รถยนต์เชื้อเพลิงแบบดั้งเดิมยังคงครองตำแหน่งที่โดดเด่นในตลาดรถยนต์ทั่วโลก เนื่องจากโครงสร้างพื้นฐานค่อนข้างสมบูรณ์และใช้งานง่าย แม้ว่ารถยนต์เชื้อเพลิงจะมีการปล่อยไอเสียและปัญหามลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม แต่ก็ยังมีส่วนแบ่งการตลาดที่มากในโลก อย่างไรก็ตาม ด้วยความตระหนักด้านสิ่งแวดล้อมที่เพิ่มขึ้นและการผลักดันด้านนโยบาย รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนกำลังได้รับแรงผลักดันจากตัวเลือกที่ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์
• รถยนต์ไฟฟ้าปลั๊กอินไฮบริด ปลั๊กอินไฮบริดคือรถยนต์ที่วิ่งได้ทั้งแบตเตอรี่และเชื้อเพลิงทั่วไป ยานพาหนะเหล่านี้สามารถใช้พลังงานจากแบตเตอรี่แบบชาร์จซ้ำได้ หรือสามารถขยายระยะทางได้ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องยนต์และระบบจ่ายเชื้อเพลิง เมื่อเทียบกับรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน รถยนต์ปลั๊กอินไฮบริดมีตัวเลือกมากกว่าในตลาด

การขายรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน
ปัจจุบัน ตลาดสำหรับรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น แต่กำลังเติบโตอย่างค่อยเป็นค่อยไป ยอดขายรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 2,500 ในปี 2562 ตามรายงานของ International Energy Agency (IEA) ตามรายงาน การผลิตและจำหน่ายรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนจะอยู่ที่ 4,000 และ 3,000 ในปี 2565 ณ เดือนมิถุนายน 2566 จีนผลิตรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนไปแล้วทั้งหมด 20,000 คัน โดย 200 คันผลิตในช่วงครึ่งแรกของปี 2566

มีบริษัท 35 แห่งในจีนที่สามารถผลิตชุดเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนจำนวนมากได้โดยมีกำลังการผลิตมากกว่า 100,000 ชุด Weichai Power เพียงอย่างเดียวมีกำลังการผลิต 20,000 ชุด แม้ว่ารถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนในปัจจุบันกำลังเผชิญกับความท้าทายบางประการ เช่น การก่อสร้างโครงสร้างพื้นฐานไฮโดรเจนที่ไม่สมบูรณ์ และต้นทุนสูง ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีและการสนับสนุนด้านนโยบาย

การพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานของสถานีไฮโดรเจน

สถานะการก่อสร้างและการจำหน่ายสถานีบริการเชื้อเพลิงไฮโดรเจน
ในปัจจุบัน การก่อสร้างสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนทั่วโลกค่อยๆ ต่อไปนี้เป็นข้อมูลบางส่วนเกี่ยวกับสถานะปัจจุบันและการกระจายของการก่อสร้างสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจน:

สหรัฐอเมริกา: สหรัฐอเมริกาเป็นหนึ่งในประเทศชั้นนำในการก่อสร้างสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจน จากข้อมูลของ Office of Hydrogen Fuel Cells and Infrastructure Technologies ณ เดือนมิถุนายน 2020 มีการสร้างสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจน 85 แห่งในสหรัฐอเมริกา ซึ่งกระจายอยู่ในหลายรัฐ แคลิฟอร์เนียเป็นพื้นที่ที่มีการก่อสร้างสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนเข้มข้นที่สุด โดยมีสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนมากกว่า 50 แห่ง

 ยุโรป: ยุโรปยังส่งเสริมการสร้างสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนอย่างจริงจัง จากข้อมูลของ European Hydrogen Association ณ สิ้นปี 2563 มีการจัดตั้งสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนมากกว่า 160 แห่งในยุโรป เยอรมนี สหราชอาณาจักร ฝรั่งเศส และเนเธอร์แลนด์เป็นประเทศที่มีการก่อสร้างสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนในยุโรปค่อนข้างเข้มข้น

 ญี่ปุ่น: ตามข้อมูลจาก Japan Hydrogen & Fuel Cell Demonstration Project ณ สิ้นปี 2020 ญี่ปุ่นได้สร้างสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนมากกว่า 100 แห่ง เกาหลีใต้ จีนแผ่นดินใหญ่ และไต้หวัน ก็กำลังทยอยสร้างสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนเช่นกัน

 จีน: ณ เดือนมิถุนายน 2566 มีการสร้างสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนมากกว่า 120 แห่ง ซึ่งรวมถึง 50 แห่งในมณฑลกวางตุ้ง 28 แห่งในซานตง 21 แห่งในมณฑลเจียงซู และ 21 แห่งในเจ้อเจียง

โดยทั่วไปแล้ว สถานะการก่อสร้างสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น

สาเหตุที่ทำให้รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนพัฒนาได้ช้า

ความท้าทายทางเทคนิค

 ต้นทุนและประสิทธิภาพของเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน

ในปัจจุบัน ต้นทุนการผลิตเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนยังคงมีราคาแพงมาก ส่งผลให้รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนมีราคาสูง ซึ่งยากที่ตลาดจะยอมรับได้

ยังมีปัญหาด้านต้นทุนในการผลิต การจัดเก็บ และการขนส่งไฮโดรเจน ราคาไฮโดรเจนจากโรงงานอยู่ที่ 20 หยวน/กก. ราคาของสถานีเติมไฮโดรเจนโดยทั่วไปจะสูงกว่า 40 หยวน/กก. และราคาที่ผู้ใช้ปลายทางยอมรับคือ 20 หยวน/กก.

ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานของเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนอยู่ที่ประมาณ 50% ถึง 60% นั่นคือสามารถเปลี่ยนพลังงานเคมีไฮโดรเจนอินพุตเป็นพลังงานไฟฟ้าในอัตราส่วนระหว่าง 50% ถึง 60% อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานจริงยังได้รับผลกระทบจากปัจจัยอื่นๆ เช่น การออกแบบแบตเตอรี่และสภาพการใช้งาน

 อายุการใช้งานและความน่าเชื่อถือของเซลล์เชื้อเพลิง

อายุการใช้งานของเซลล์เชื้อเพลิงค่อนข้างสั้น ประมาณครึ่งหนึ่งของเครื่องยนต์รถยนต์ การทำงานที่อุณหภูมิและความดันสูงช่วยเร่งการย่อยสลายของส่วนประกอบสแต็ค นอกจากนี้ การหยุดสตาร์ทบ่อยครั้งและการเปลี่ยนแปลงกำลังสูงสุดในทันทีจะส่งผลต่ออายุการใช้งานของเซลล์เชื้อเพลิงด้วย

ตัวเร่งปฏิกิริยาในเซลล์เชื้อเพลิงมีการปนเปื้อนได้ง่าย ส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานลดลงหรือล้มเหลว สารมลพิษทั่วไป ได้แก่ ซัลไฟด์ คาร์บอนออกไซด์ ไอออนของโลหะ เป็นต้น

ยังคงมีความท้าทายในด้านความน่าเชื่อถือของเซลล์เชื้อเพลิงในสภาพอากาศที่รุนแรงและสภาพถนนที่รุนแรง เช่น อุณหภูมิสูง อุณหภูมิต่ำ และสภาพแวดล้อมที่ชื้น

การจัดหาไฮโดรเจนและโครงสร้างพื้นฐานการชาร์จไม่เพียงพอ

เมื่อเทียบกับรถยนต์ไฟฟ้าแบบดั้งเดิม รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนมีโครงสร้างการชาร์จค่อนข้างน้อย สาเหตุหลักมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าเทคโนโลยีของรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนยังค่อนข้างใหม่ และต้นทุนการผลิตและการสร้างโครงสร้างพื้นฐานการชาร์จก็ค่อนข้างสูง

ห่วงโซ่อุปทานไฮโดรเจนยังไม่ได้รับการจัดตั้งอย่างสมบูรณ์ ส่งผลให้ต้นทุนการผลิต การจัดเก็บ และการขนส่งเชื้อเพลิงไฮโดรเจนค่อนข้างสูง ซึ่งยังจำกัดการส่งเสริมและความนิยมของรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน

เนื่องจากการติดไฟและการระเบิดของไฮโดรเจน มีข้อกำหนดด้านความปลอดภัยบางประการและปัญหาทางเทคนิคสำหรับการจัดเก็บและขนส่งเชื้อเพลิงไฮโดรเจน

ข้อจำกัดของตลาด

 ราคาที่สูงและการเลือกรุ่นที่จำกัดของรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน และข้อจำกัดของตลาดที่อาจเกิดขึ้นเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้การพัฒนารถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนช้า โดยส่วนใหญ่รวมถึงปัจจัยสองประการต่อไปนี้: ราคาที่สูงและการเลือกรุ่นที่จำกัด และค่าก่อสร้างและการลงทุนของสถานีเชื้อเพลิงไฮโดรเจน

เมื่อเทียบกับรถยนต์เชื้อเพลิงแบบดั้งเดิมและรถยนต์ไฟฟ้า รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนมีราคาแพงกว่า สาเหตุหลักมาจากต้นทุนการผลิตที่สูงของรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน รวมถึงต้นทุนการผลิตระบบเซลล์เชื้อเพลิง ต้นทุนของอุปกรณ์กักเก็บไฮโดรเจน และต้นทุนของอุปกรณ์ทางเทคนิคอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง

ขนาดทางเศรษฐกิจของรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนมีขนาดค่อนข้างเล็ก ทำให้ไม่สามารถลดต้นทุนการผลิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ ราคาที่สูงทำให้ผู้บริโภคเลือกใช้รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนค่อนข้างน้อย

ปัญหาของอุปทานในตลาดรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนยังจำกัดการพัฒนา ในปัจจุบัน รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนมีค่อนข้างน้อย และไม่มีการเลือกรุ่นที่เทียบได้กับรถยนต์เชื้อเพลิงแบบดั้งเดิม ตัวเลือกรุ่นที่จำกัดของผู้บริโภคทำให้พวกเขาไม่เต็มใจที่จะซื้อรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน

เนื่องจากรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนมีขนาดเล็ก จึงเป็นเรื่องยากสำหรับผู้ผลิตรถยนต์ที่จะบรรลุการผลิตเป็นจำนวนมาก ทำให้ตัวเลือกของรุ่นรถมีจำกัดมากขึ้น

ต้นทุนการก่อสร้างสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนสูง และนักลงทุนมีแรงจูงใจน้อยกว่าที่จะลงทุนในการก่อสร้างสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจน

ข้อจำกัดของนโยบาย มาตรฐาน และข้อบังคับ

 ขาดนโยบายสนับสนุนที่ชัดเจน

หลายประเทศขาดการสนับสนุนด้านนโยบายที่ชัดเจนสำหรับการพัฒนารถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน ส่งผลให้การลงทุนและการพัฒนาอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องไม่เพียงพอ รัฐบาลควรแนะนำนโยบายที่เกี่ยวข้องเพื่อให้การสนับสนุนทางการเงินบางอย่างแก่องค์กร เช่น เงินอุดหนุน การลดหย่อนภาษี และเงินอุดหนุนการซื้อรถยนต์ เป็นต้น เพื่อกระตุ้นให้องค์กรเพิ่มการลงทุนด้าน R&D และการขยายตลาด

 การสนับสนุนนโยบายขาดการบูรณาการ

การพัฒนารถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนจำเป็นต้องได้รับการสนับสนุนด้านนโยบายที่เกี่ยวข้องเพื่อสร้างการบูรณาการจากการเชื่อมโยงทั้งหมดของห่วงโซ่อุตสาหกรรม ซึ่งรวมถึง R&D การผลิต การขาย และบริการติดตามผล ปัจจุบันการสนับสนุนเชิงนโยบายในหลายประเทศกระจุกตัวอยู่ในความเชื่อมโยง ขาดการประสานงานในภาพรวม รัฐบาลควรกำหนดนโยบายและมาตรการแบบบูรณาการเพื่อส่งเสริมให้องค์กรต่างๆ ดำเนินความร่วมมือเชิงลึกและสร้างสรรค์นวัตกรรมร่วมกันตั้งแต่ต้นน้ำและปลายน้ำของห่วงโซ่อุตสาหกรรมทั้งหมด

 ขาดมาตรฐานและกฎระเบียบที่เป็นเอกภาพ

รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเกี่ยวข้องกับประเด็นสำคัญๆ เช่น ความปลอดภัยและการปกป้องสิ่งแวดล้อม ซึ่งจำเป็นต้องได้รับการควบคุมโดยมาตรฐานและข้อบังคับที่เป็นเอกภาพ อย่างไรก็ตาม มาตรฐานและกฎระเบียบทั่วโลกในปัจจุบันค่อนข้างแตกต่าง ส่งผลให้การดำเนินการข้ามพรมแดนและการขายรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนมีความยุ่งยาก รัฐบาลควรส่งเสริมการกำหนดและการรับรองมาตรฐานสากลอย่างจริงจังเพื่อส่งเสริมการพัฒนาที่ดีของอุตสาหกรรม

ความแตกต่างของแบตเตอรี่ลิเธียมกับเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน

วิธีต่างหากในการผลิตและจัดเก็บไฟฟ้า

แม้ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและเซลล์เชื้อเพลิงจะผลิตกระแสไฟฟ้าผ่านปฏิกิริยาเคมีที่คล้ายคลึงกัน แต่ก็ใช้แหล่งพลังงานที่แตกต่างกันสำหรับปฏิกิริยาเคมี แบตเตอรี่ลิเธียมใช้พลังงานเคมีที่เก็บไว้เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ในขณะที่เซลล์เชื้อเพลิงใช้เชื้อเพลิงที่มีไฮโดรเจนเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประกอบด้วยแอโนด แคโทด และตัวแยกอิเล็กโทรไลต์ พลังงานจะถูกปล่อยออกมาเมื่อลิเธียมไอออนเคลื่อนที่ระหว่างอิเล็กโทรดผ่านอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งแตกต่างจากแบตเตอรี่ลิเธียมตรงที่เซลล์เชื้อเพลิงสร้างพลังงานโดยการแปลงพลังงานที่เป็นไปได้ที่เก็บไว้ในไฮโดรเจนหรือเชื้อเพลิงที่อุดมด้วยไฮโดรเจนอื่นๆ เช่น เมทานอล แอมโมเนีย และเอธานอล

ความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในการสำรองวัสดุ

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจำเป็นต้องผลิตโดยใช้วัสดุที่หายาก เช่น ลิเธียม นิกเกิล และโคบอลต์ แม้ว่าการผลิตวัสดุเหล่านี้จะเติบโตในอัตรามากกว่า 25% ต่อปี ปริมาณสำรองของแร่ธาตุเหล่านี้มีจำกัดและไม่สามารถตอบสนองความต้องการใช้ของผู้คนได้ตลอดเวลา

โครงการลิเธียมมูลค่า 2.4 พันล้านดอลลาร์ในเซอร์เบียได้ปิดตัวลงในปี 2565 เนื่องจากปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมในการขุด ผู้เชี่ยวชาญบางคนกล่าวว่าการขาดแคลนวัสดุแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะยังคงรุนแรงขึ้นในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ส่งผลให้บางประเทศและบางบริษัทควบคุมการใช้ประโยชน์มากเกินไปและการขายทรัพยากรที่จำเป็นสำหรับวัตถุดิบแบตเตอรี่

การขาดแคลนวัสดุจะทำให้ราคาสูงขึ้น ประเทศที่ต้องพึ่งพาโลหะหายากนำเข้าไม่สามารถผลิตหรือกำหนดราคาได้ บางประเทศหรือบางบริษัทกำลังพยายามพัฒนาแบตเตอรี่ใหม่ที่พึ่งพาทรัพยากรที่หายากน้อยลง เช่น แบตเตอรี่ LiFePO4 (ลิเธียมไอรออนฟอสเฟต) ซึ่งใช้ลิเธียมแต่ไม่ต้องการนิกเกิลหรือโคบอลต์

เซลล์เชื้อเพลิงมีค่อนข้างมากในแง่ของทรัพยากร เซลล์เชื้อเพลิงใช้วัสดุทั่วไป เช่น อะลูมิเนียมและเหล็กกล้าไร้สนิมในการก่อสร้าง และวัสดุที่ประกอบด้วยไฮโดรเจนก็กลายเป็นเรื่องง่ายในการผลิตและสังเคราะห์

แบตเตอรี่ลิเธียมประหยัดพลังงานมากกว่าเซลล์เชื้อเพลิง

ไม่มีแหล่งพลังงานใดที่มีประสิทธิภาพ 100% พลังงานมักสูญเสียไปในหลายรูปแบบระหว่างกระบวนการแปลง เช่น ความร้อน แสง เสียง หรือการสูญเสียแม่เหล็ก

แบตเตอรี่ลิเธียมมีการสูญเสียพลังงานน้อยกว่าเซลล์เชื้อเพลิงมาก แบตเตอรี่ลิเธียมสามารถนำพลังงานเคมีกลับมาใช้ใหม่ได้ 80-90% พลังงานบางส่วนที่สูญเสียไปกับความร้อนสามารถนำไปใช้เพื่อให้ความร้อนในห้องโดยสารของรถยนต์ไฟฟ้า หรือแม้แต่อุ่นอาหารสำหรับผู้โดยสารบนเครื่องบิน

ในทางตรงกันข้าม เซลล์เชื้อเพลิงโดยทั่วไปจะเปลี่ยนพลังงานเพียง 40% ถึง 60% ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าเท่านั้น

เซลล์เชื้อเพลิงใช้เวลาในการชาร์จน้อยลง

สิ่งที่น่ารำคาญใจอย่างมากสำหรับเจ้าของรถ EV คือเวลาที่ใช้ในการชาร์จรถใหม่ สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าทั่วไป การชาร์จเต็มอาจใช้เวลาตั้งแต่ 45 นาทีถึง 2 ชั่วโมง และเพื่อให้ได้การชาร์จที่รวดเร็ว ต้องรักษาแบตเตอรี่ให้อยู่ในอุณหภูมิที่ยอมรับได้ ตัวอย่างเช่น รถโดยสารไฟฟ้าจำนวนมากใช้เวลา 4 ถึง 5 ชั่วโมงในการชาร์จจนเต็ม ในกรณีนี้ บริษัทรถโดยสารต้องซื้อรถเพิ่มเพื่อรักษาจำนวนรถโดยสาร

ในทางตรงกันข้าม การ “ชาร์จ” รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงจะเร็วกว่ามาก ถังเซลล์เชื้อเพลิงเต็มไปด้วยเชื้อเพลิงที่อุดมด้วยไฮโดรเจน เช่นเดียวกับรถยนต์ที่ใช้น้ำมันเติมน้ำมันและใช้เวลาเพียงไม่กี่นาที สิ่งนี้ทำให้เซลล์เชื้อเพลิงมีความน่าสนใจอย่างมากสำหรับการใช้งานในรถยนต์เพื่อการพาณิชย์

อิทธิพลของสิ่งแวดล้อมที่แตกต่างกัน

ทั้งแบตเตอรี่ลิเธียมและเซลล์เชื้อเพลิงเป็นส่วนหนึ่งของแผนการลดคาร์บอนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในอนาคต แต่ไม่ได้หมายความว่าจะไม่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม แต่พวกมันได้เข้ามาแทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิลที่ก่อมลพิษมากขึ้นในบางพื้นที่ ไฟฟ้าที่ใช้ในการชาร์จแบตเตอรี่อาจมาจากแหล่งต่างๆ เช่น ลม พลังน้ำ และถ่านหิน และยังส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอีกด้วย

การสกัดโลหะหายากที่ใช้ในแบตเตอรี่ยังส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอีกด้วย เหมืองลิเทียมต้องการน้ำจำนวนมากและครอบคลุมพื้นที่จำนวนมาก ตัวอย่างเช่น เหมืองลิเธียมในชิลีที่ใช้บ่อระเหยต้องการน้ำ 21 ล้านลิตรต่อวัน หรือ 2.2 ล้านลิตรต่อตันของลิเธียมที่ผลิตได้โดยเฉลี่ย

ฝุ่นนิกเกิลยังก่อให้เกิดมลพิษในอากาศอีกด้วย ในแคนาดา รัฐบาลได้ผ่อนปรนกฎระเบียบด้านคุณภาพอากาศสำหรับการผลิตนิกเกิลโดยหวังว่าจะทำให้ผู้ผลิตแบตเตอรี่น่าสนใจยิ่งขึ้น แต่ก็จุดประกายให้เกิดการถกเถียงเกี่ยวกับผลกระทบด้านสาธารณสุขของอุตสาหกรรมการผลิตแบตเตอรี่

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตคิออะไร แบตเตอรี่ LiFePO4 หรือแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตเป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้เหล็กแทนโคบอลต์และนิเกิล ดังนั้นจึงมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประเภทอื่นๆ

เทคโนโลยีทั้งหมดมีผลกระทบในทางลบต่อสิ่งแวดล้อม และการผลิตไฟฟ้าของอุตสาหกรรมเพียงอย่างเดียวนั้นไม่เพียงพอ ห่วงโซ่อุปทานแบตเตอรี่และเซลล์เชื้อเพลิงทั้งหมดจำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบและควบคุม หากเป้าหมายของเราคือการลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

ข้อกังวลด้านความปลอดภัยที่ร้ายแรงยิ่งขึ้นสำหรับเซลล์เชื้อเพลิง

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและเซลล์เชื้อเพลิงไม่เป็นอันตราย เซลล์เชื้อเพลิงใช้ไฮโดรเจนและเชื้อเพลิงที่อุดมด้วยไฮโดรเจน ซึ่งไวไฟและระเบิดได้สูง ไฮโดรเจนถูกเก็บไว้ในถังแรงดันในรูปของก๊าซหรือของเหลวที่อุณหภูมิห้อง หากรถยนต์ที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนชนกัน ความน่าจะเป็นของการระเบิดจะสูงขึ้น

ในกรณีของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แม้ว่าไฟอาจดับได้ยากเนื่องจากสิ่งที่เรียกว่า Thermal Runaway แต่ไฟจะไม่ระเบิดในทันที ทำให้ผู้โดยสารมีเวลาลงจากรถและลดการบาดเจ็บล้มตาย

ทั้งแบตเตอรี่ลิเธียมและเซลล์เชื้อเพลิงมีศักยภาพที่ดีในอนาคต นวัตกรรมทางเทคโนโลยีสามารถปรับปรุงความปลอดภัยและลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

การส่งเสริมการใช้แบตเตอรี่ลิเธียมเป็นวิธีแก้ปัญหาที่ค่อนข้างสมบูรณ์ แต่ระดับทางเทคนิคที่เกี่ยวข้องอาจถึงระดับสูงสุดของความหนาแน่นของพลังงานแบตเตอรี่แล้ว เซลล์เชื้อเพลิงเป็นเทคโนโลยีที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะ แต่สามารถจัดหาโซลูชันการจัดเก็บพลังงานสำหรับการใช้งานที่ต้องการช่วงที่สูงขึ้น