เซลล์เชื้อเพลิง(Fuel cells)

เซลล์เชื้อเพลิง เป็นอุปกรณ์ชนิดหนึ่งที่ใช้ในการเปลี่ยนพลังงานเคมีของเชื้อเพลิงไปเป็นพลังงานไฟฟ้าและความร้อนได้โดยตรงโดยไม่ผ่านกระบวนการเผาไหม้ ประสิทธิภาพของเซลล์เชื้อเพลิงค่อนข้างสูงและไม่สร้างมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม เซลล์เชื้อเพลิงมีหลักการทำงานคล้ายกับแบตเตอรี่คือมีขั้วไฟฟ้า 2 ขั้ว ที่ขั้วแอโนดหรือขั้วลบแก๊สไฮโดรเจนจะเกิดการแตกตัวเป็นโปรตอนและอิเล็กตรอน ส่วนที่ขั้วแคโทดหรือขั้วบวกแก๊สออกซิเจนจะรวมตัวกับโปรตอนและอิเล็กตรอนที่มาจากขั้วแอโนดได้ผลิตภัณฑ์เป็นน้ำและความร้อน ในอนาคตเซลล์เชื้อเพลิงจะเข้ามาเติมเต็มความต้องการของการใช้พลังงานไฮโดรเจน เนื่องจากไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานที่หาง่ายและพบมากที่สุดในโลกเพราะไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดในโลก เซลล์เชื้อเพลิงในปัจจุบันมีหลายประเภทแต่ชนิดที่นิยมสำหรับอุปกรณ์พกพาและยานพาหนะคือเซลล์เชื้อเพลิงชนิดพีอีเอ็มหรือ Proton Exchange

map

เนื่องจากมีค่ากำลังไฟฟ้าสูงเมื่อเทียบกับน้ำหนัก ใช้อุณหภูมิและความดันต่ำในการทำงานเพียงแค่ 60-100 องศาเซลเซียสที่ความดันบรรยากาศโดยปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นแสดงดังนี้

ขั้วแอโนด H2 2H++2e-
ขั้วแคโทด ?O2+2e- ?O2
ปฏิกิริยารวม H2+?O2 H2O

จะเห็นว่าผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่ได้มีเพียงน้ำและความร้อนเท่านั้น จึงทำให้เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ไม่ก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม และหากแก๊สไฮโดรเจนที่เรานำมาใช้นั้นแยกมาจากน้ำด้วยปฏิกิริยาอิเล็คโตรไลซิส (Electrolysis) หรือปฏิกิริยาการแตกตัวน้ำด้วยไฟฟ้า จะเห็นได้ว่าตลอดทั้งปฏิกิริยาการผลิตไฟฟ้าผ่านเซลล์เชื้อเพลิงจึงถือเป็นพลังงานสะอาดอย่างแท้จริง แต่ในปัจจุบันยังมีการพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงอีกชนิดซึ่งเหมาะสมกับประเทศเกษตรกรรมคือเซลล์เชื้อเพลิงชนิดเอทานอลเหลวโดยตรง (Direct Ethanol Fuel Cell) หลักการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงคือการใช้สารละลายเอทานอลผสมกับน้ำในอัตราส่วนเอทานอล 1 ส่วนต่อน้ำ 9 ส่วน ผ่านเมมเบรนที่ทำหน้าพิเศษในการแยกไฮโดรเจนจากสารละลายเอทานอลเพื่อไปเกิดปฏิกิริยาผลิตเป็นกระแสไฟฟ้า ซึ่งในหลายบริษัทยักใหญ่เช่น SONY NEC Toshiba ได้ประยุกต์เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้กับเครื่องเล่น MP3 โทรศัพท์มือถือ และอื่น ๆ อีกมากมาย ดังนั้นในอนาคตต่อไปเราคงจะเห็นอุปกรณ์ใช้งานหลากหลายประเภทของเซลล์เชื้อเพลิงออกมามากขึ้น