แนวคิดการผลิตไฮโดรเจนจากมูลวัวที่เมืองชิกาโออิบนเกาะฮอกไกโด ประเทศญี่ปุ่น ถือเป็นตัวอย่างที่น่าสนใจของการเปลี่ยนของเสียให้เป็นพลังงานสะอาดที่มีศักยภาพ การนำมูลวัวมาใช้แทนที่จะปล่อยให้เป็นขยะที่ก่อมลพิษ เป็นแนวทางที่สะท้อนถึงเศรษฐกิจหมุนเวียนและการพัฒนาที่ยั่งยืน
ฮอกไกโดเกาะที่มีขนาดใหญ่เป็นอันดับสองของญี่ปุ่น และเป็นแหล่งผลิตผลิตภัณฑ์นมที่สำคัญที่สุดของประเทศ ด้วยจำนวนโคนมมากกว่าหนึ่งล้านตัว ส่งผลให้มีมูลวัวถูกผลิตขึ้นถึง 20 ล้านตันต่อปี หากของเสียเหล่านี้ไม่ได้รับการจัดการอย่างเหมาะสม อาจทำให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อม ทั้งการปล่อยก๊าซมีเทน ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีศักยภาพทำให้เกิดภาวะโลกร้อนมากกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ถึง 25 เท่า และการปนเปื้อนของแหล่งน้ำจากการไหลของของเสีย
ด้วยเหตุนี้ รัฐบาลญี่ปุ่นจึงได้สนับสนุนโครงการที่สามารถใช้ของเสียเหล่านี้ให้เกิดประโยชน์สูงสุด หนึ่งในนั้นคือฟาร์มไฮโดรเจนชิกาโออิ ซึ่งเปิดตัวในปี 2015 ภายใต้การกำกับดูแลของกระทรวงสิ่งแวดล้อมญี่ปุ่น
กระบวนการเปลี่ยนมูลวัวให้เป็นไฮโดรเจน
มูลวัวและปัสสาวะจากฟาร์มโคนมในพื้นที่จะถูกส่งไปยังศูนย์กลางของฟาร์ม ซึ่งมีกระบวนการที่ซับซ้อนในการเปลี่ยนของเสียให้เป็นพลังงานสะอาด
- การย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน (Anaerobic Digestion)
- ของเสียจะถูกนำเข้าเครื่องย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน ซึ่งภายในถังนี้จะมีแบคทีเรียที่ช่วยย่อยสลายสารอินทรีย์ และเปลี่ยนเป็นก๊าซชีวภาพ
- ก๊าซชีวภาพที่ได้จะประกอบไปด้วยก๊าซมีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์
- การทำให้ก๊าซชีวภาพบริสุทธิ์
- ก๊าซชีวภาพที่ได้จะถูกกรองและแยกเอาก๊าซมีเทนออกมาเพื่อใช้ในกระบวนการผลิตไฮโดรเจน
- 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
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
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
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
