ญี่ปุ่นพัฒนาเทคโนโลยีผลิตไฮโดรเจนจากมูลวัวในฮอกไกโด มุ่งสู่พลังงานสะอาดแห่งอนาคต

ญี่ปุ่นพัฒนาเทคโนโลยีผลิตไฮโดรเจนจากมูลวัวในฮอกไกโด มุ่งสู่พลังงานสะอาดแห่งอนาคต

 

แนวคิดการผลิตไฮโดรเจนจากมูลวัวที่เมืองชิกาโออิบนเกาะฮอกไกโด ประเทศญี่ปุ่น ถือเป็นตัวอย่างที่น่าสนใจของการเปลี่ยนของเสียให้เป็นพลังงานสะอาดที่มีศักยภาพ การนำมูลวัวมาใช้แทนที่จะปล่อยให้เป็นขยะที่ก่อมลพิษ เป็นแนวทางที่สะท้อนถึงเศรษฐกิจหมุนเวียนและการพัฒนาที่ยั่งยืน

 

ฮอกไกโดเกาะที่มีขนาดใหญ่เป็นอันดับสองของญี่ปุ่น และเป็นแหล่งผลิตผลิตภัณฑ์นมที่สำคัญที่สุดของประเทศ ด้วยจำนวนโคนมมากกว่าหนึ่งล้านตัว ส่งผลให้มีมูลวัวถูกผลิตขึ้นถึง 20 ล้านตันต่อปี หากของเสียเหล่านี้ไม่ได้รับการจัดการอย่างเหมาะสม อาจทำให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อม ทั้งการปล่อยก๊าซมีเทน ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีศักยภาพทำให้เกิดภาวะโลกร้อนมากกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ถึง 25 เท่า และการปนเปื้อนของแหล่งน้ำจากการไหลของของเสีย

ด้วยเหตุนี้ รัฐบาลญี่ปุ่นจึงได้สนับสนุนโครงการที่สามารถใช้ของเสียเหล่านี้ให้เกิดประโยชน์สูงสุด หนึ่งในนั้นคือฟาร์มไฮโดรเจนชิกาโออิ ซึ่งเปิดตัวในปี 2015 ภายใต้การกำกับดูแลของกระทรวงสิ่งแวดล้อมญี่ปุ่น

 

มูลวัว
มูลวัว

 

กระบวนการเปลี่ยนมูลวัวให้เป็นไฮโดรเจน

มูลวัวและปัสสาวะจากฟาร์มโคนมในพื้นที่จะถูกส่งไปยังศูนย์กลางของฟาร์ม ซึ่งมีกระบวนการที่ซับซ้อนในการเปลี่ยนของเสียให้เป็นพลังงานสะอาด

  1. การย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน (Anaerobic Digestion)
    • ของเสียจะถูกนำเข้าเครื่องย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน ซึ่งภายในถังนี้จะมีแบคทีเรียที่ช่วยย่อยสลายสารอินทรีย์ และเปลี่ยนเป็นก๊าซชีวภาพ
    • ก๊าซชีวภาพที่ได้จะประกอบไปด้วยก๊าซมีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์
  2. การทำให้ก๊าซชีวภาพบริสุทธิ์
    • ก๊าซชีวภาพที่ได้จะถูกกรองและแยกเอาก๊าซมีเทนออกมาเพื่อใช้ในกระบวนการผลิตไฮโดรเจน
  3. Steam Reforming: เปลี่ยนมีเทนให้เป็นไฮโดรเจน
    • ก๊าซมีเทนที่ผ่านการทำให้บริสุทธิ์จะถูกทำปฏิกิริยากับไอน้ำที่อุณหภูมิสูง (ประมาณ 800°C) ในกระบวนการที่เรียกว่า Steam Reforming
    • กระบวนการนี้จะผลิตไฮโดรเจนออกมา พร้อมกับก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นผลพลอยได้

แม้ว่ากระบวนการนี้ยังมีการปล่อยก๊าซคาร์บอน แต่เนื่องจากคาร์บอนที่ปล่อยออกมามีต้นกำเนิดจากพืชที่วัวกินเข้าไปก่อนหน้านี้ จึงถือว่าเป็นระบบคาร์บอนเป็นกลาง

 

 

ศักยภาพและการนำไฮโดรเจนไปใช้ประโยชน์

ปัจจุบัน ฟาร์มไฮโดรเจนชิกาโออิมีกำลังการผลิตไฮโดรเจนประมาณ 70 ลูกบาศก์เมตรต่อวัน ซึ่งเพียงพอสำหรับเติมเชื้อเพลิงให้กับรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงได้ประมาณ 28 คันต่อวัน ไฮโดรเจนที่ผลิตได้ถูกนำไปใช้ในหลายรูปแบบ เช่น

  • ใช้ในภาคเกษตรกรรม  รถแทรกเตอร์และรถยกที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนสามารถลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากเชื้อเพลิงฟอสซิล
  • ใช้ในอุตสาหกรรม  ไฮโดรเจนบางส่วนถูกบรรจุลงในถังและส่งไปให้พลังงานกับฟาร์มปลาสเตอร์เจียนและสวนสัตว์ในเมืองโอบิฮิโระ
  • ใช้ในระบบพลังงานท้องถิ่น  มีการศึกษาความเป็นไปได้ในการใช้ไฮโดรเจนที่ผลิตจากมูลวัวเพื่อให้ความร้อนแก่บ้านเรือนและอาคารสาธารณะ

 

การเปลี่ยนขยะอินทรีย์ให้เป็นเชื้อเพลิงไฮโดรเจนเป็นแนวคิดที่ได้รับความนิยมในหลายส่วนของโลก (เครดิต: BBC)

 

ความท้าทายของเทคโนโลยีไฮโดรเจน

แม้ว่าไฮโดรเจนจะเป็นพลังงานสะอาดที่มีศักยภาพในการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก แต่การนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์ยังคงเผชิญกับอุปสรรคหลายประการ หนึ่งในปัญหาหลักคือ ต้นทุนการผลิตที่สูง ซึ่งยังทำให้ไฮโดรเจนมีราคาแพงกว่าการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล ดังนั้นจึงต้องมีการอุดหนุนจากภาครัฐเพื่อทำให้พลังงานรูปแบบนี้สามารถแข่งขันได้ในตลาด

อีกหนึ่งความท้าทายคือ การจัดเก็บและขนส่งไฮโดรเจน เนื่องจากไฮโดรเจนเป็นก๊าซที่มีน้ำหนักเบาและต้องถูกบรรจุในถังแรงดันสูง ทำให้มีต้นทุนการขนส่งสูงขึ้น รวมถึงต้องมีมาตรการความปลอดภัยที่เข้มงวดเพื่อป้องกันการรั่วไหล นอกจากนี้ ความต้องการใช้งานไฮโดรเจนยังค่อนข้างต่ำ โดยเฉพาะในภาคการขนส่ง เมื่อเทียบกับรถยนต์ไฟฟ้าแบบแบตเตอรี่ (BEV) ที่ได้รับความนิยมมากกว่า เพื่อกระตุ้นการใช้ไฮโดรเจน รัฐบาลญี่ปุ่นจึงเร่งลงทุนพัฒนาโครงสร้างพื้นฐาน เช่น สถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนในเมืองสำคัญของฮอกไกโด เช่น ซัปโปโร และมุโรรัน

 

  การผลิตและจัดเก็บไฮโดรเจนในระดับขนาดใหญ่จะต้องใช้พลังงานและโครงสร้างพื้น  ฐานจำนวนมาก

 

ปุ๋ยคอกจะต้องถูกย่อยแบบไร้อากาศเสียก่อนจึงจะผลิตก๊าซชีวภาพได้ ซึ่งจะถูกทำให้บริสุทธิ์เป็นมีเทนก่อนที่จะเปลี่ยนเป็นไฮโดรเจน

 

แนวโน้มการผลิตไฮโดรเจนจากของเสียทั่วโลก

นอกจากญี่ปุ่นแล้ว หลายประเทศทั่วโลกกำลังให้ความสนใจกับการผลิตไฮโดรเจนจากของเสียเพื่อสร้างพลังงานที่ยั่งยืน ตัวอย่างเช่น ในประเทศไทย มีการทดลองใช้ มูลไก่และมูลหมู เป็นวัตถุดิบหลักในการผลิตไฮโดรเจน ซึ่งสามารถนำมาใช้ในภาคการขนส่งและอุตสาหกรรมได้ ขณะที่ในสหรัฐอเมริกา มีการศึกษาการใช้ ขยะจากพืชเกษตร เช่น ซังข้าวโพดและอ้อย เพื่อนำไปผลิตไบโอชาร์ ก่อนจะใช้ในกระบวนการแยกไฮโดรเจนจากน้ำ

อีกตัวอย่างที่น่าสนใจคือ ของเสียจากมนุษย์ ในเมืองฟุกุโอกะ ประเทศญี่ปุ่น ซึ่งมีการพัฒนาระบบผลิตไฮโดรเจนจากตะกอนน้ำเสีย พลังงานที่ได้ถูกนำมาใช้กับรถบริการสาธารณะ เช่น รถพยาบาลและรถเก็บขยะ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าของเสียทุกประเภทสามารถนำมาใช้เป็นแหล่งพลังงานสะอาดได้หากมีเทคโนโลยีที่เหมาะสม

 

ตะกอนจากโรงบำบัดน้ำเสียในเมืองฟุกุโอกะกำลังถูกนำไปแปรรูปเป็นไฮโดรเจนเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับยานพาหนะ

 

โครงการนี้เริ่มต้นจากความร่วมมือระหว่าง มหาวิทยาลัยคิวชู และ เมืองฟุกุโอกะ แต่ปัจจุบันมีบริษัทใหญ่หลายแห่งเข้าร่วม รวมถึง โตโยต้า

“น้ำเสียเป็นสิ่งที่ถูกปล่อยออกมาอย่างต่อเนื่องในชีวิตประจำวันของประชาชน ดังนั้น หากเราสามารถใช้ประโยชน์จากน้ำเสียเหล่านี้และสกัดไฮโดรเจนออกมาเป็นพลังงานได้ เราจะสามารถสร้างระบบการผลิตและบริโภคพลังงานภายในท้องถิ่นได้” มิยาโอกะกล่าว

การผลิตไฮโดรเจนจากของเสียของมนุษย์เริ่มต้นจากน้ำที่มาจากแหล่งต่าง ๆ ในครัวเรือน ไม่ว่าจะเป็น น้ำจากฝักบัว เครื่องล้างจาน และห้องน้ำ ซึ่งไหลเข้าสู่โรงบำบัดน้ำเสีย เมื่อน้ำผ่านกระบวนการทำความสะอาด ตะกอนที่เหลือจะถูกนำมาใช้เป็นแหล่งผลิตไบโอแก๊ส และแปลงเป็นไฮโดรเจน

“น้ำเสียและไบโอแก๊สมีสิ่งเจือปนหลายอย่าง ดังนั้นกระบวนการนี้จึงเริ่มจากการกำจัดสิ่งเจือปนออกไป ซึ่งถือเป็นความแตกต่างจากกระบวนการผลิตไฮโดรเจนรูปแบบอื่น” มิยาโอกะกล่าว

 

 

ในปี 2024 โตโยต้าได้ช่วยเมืองฟุกุโอกะเปิดตัวกองยานพาหนะบริการสาธารณะพลังงานไฮโดรเจนเป็นครั้งแรกของญี่ปุ่น ซึ่งรวมถึง รถพยาบาล รถส่งของ และรถเก็บขยะ

เจ้าหน้าที่จากโรงบำบัดน้ำเสียระบุว่า โรงงานสามารถผลิตไฮโดรเจนได้ 300 กิโลกรัม (661 ปอนด์) ภายใน 12 ชั่วโมง ซึ่งเพียงพอสำหรับเติมเชื้อเพลิงให้กับรถบรรทุก 30 คัน
รถเก็บขยะเหล่านี้ออกปฏิบัติงาน หกคืนต่อสัปดาห์ โดยแต่ละคันสามารถเก็บขยะได้ 1.7 ตัน (3,700 ปอนด์) ขณะเดียวกันก็วิ่งได้ เงียบสนิทและปลอดมลพิษ โดยใช้พลังงานจากของเสียของผู้คนที่พวกเขากำลังเก็บขยะให้นั่นเอง

 

แม้ว่าการผลิตไฮโดรเจนจากมูลวัวจะยังคงเผชิญกับอุปสรรคด้านต้นทุนและโครงสร้างพื้นฐาน แต่โครงการฟาร์มไฮโดรเจนชิกาโออิได้พิสูจน์ให้เห็นว่าเราสามารถเปลี่ยนของเสียที่เคยเป็นปัญหาด้านสิ่งแวดล้อม ให้กลายเป็นแหล่งพลังงานสะอาดที่มีศักยภาพสำหรับอนาคต

หากเทคโนโลยีนี้สามารถขยายขนาดได้ และมีการสนับสนุนจากรัฐบาลและภาคอุตสาหกรรมเพิ่มเติม อาจเป็นไปได้ว่ามูลวัวจะกลายเป็นส่วนหนึ่งของโซลูชันพลังงานสะอาดที่ช่วยลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล และทำให้เศรษฐกิจหมุนเวียนเป็นจริงขึ้นมาได้

 

 

ที่มาภาพปก : Matthias Zomer

เนื้อหาอื่นๆ ที่น่าสนใจ  :  วว. พัฒนาสารเคลือบผิวบริโภคได้ นวัตกรรมใหม่ช่วยยืดอายุผลไม้สดตัดแต่ง พร้อมลดขยะพลาสติก

อ้างอิง : พอล คาร์เตอร์ และคิตตี้ โนลส์ 

https://www.bbc.com/future/article/20250314-how-japan-is-turning-cow-manure-into-hydrogen