ไฮโดรเจนเป็นตัวเลือกพลังงานสีเขียวในอุดมคติสำหรับศูนย์ข้อมูล
ไฮโดรเจนมีศักยภาพที่จะเป็นแหล่งพลังงานสะอาดที่เราจำเป็นต้องใช้ในการขับเคลื่อนศูนย์ข้อมูลของเรา
ด้วยองค์ประกอบที่พบมากที่สุดในจักรวาล ไฮโดรเจนยังเป็นธาตุที่เบาที่สุดและเรียบง่ายที่สุดด้วย โดยมีโปรตอนเพียงตัวเดียวและอิเล็กตรอนหนึ่งตัว ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่มีรส และปลอดสารพิษ แต่ก็มีโอกาสติดไฟได้สูงเช่นกัน มันมีมากจนเป็นเชื้อเพลิงแก่ดวงดาวทั้งหมดในจักรวาลที่รู้จัก ดวงอาทิตย์ของเราเองแปลงไฮโดรเจน 600 ล้านตันต่อวินาทีให้เป็น Helium ในปฏิกิริยา Fusion
และสิ่งที่เหลืออยู่จากกระบวนการดังกล่าวจะจุดไฟจากแสงอาทิตย์ที่ทำให้สิ่งมีชีวิตบนโลกอยู่ได้ ไฮโดรเจนเป็นสิ่งที่ค่อนข้างมีประโยชน์ แต่เมื่อพูดถึงการควบคุมไฮโดรเจนสำหรับความต้องการด้านพลังงานของเรา รวมถึงการให้พลังงานแก่ศูนย์ข้อมูลของเรา ซึ่งใช้พลังงานมากขึ้นเรื่อย ๆ ก็เป็นเรื่องที่ไม่ง่ายเลย
แม้จะมีไฮโดรเจนประมาณ 75% ของสสารทั้งหมดในจักรวาลที่มนุษย์เรารู้จัก ไฮโดรเจนถูกสร้างขึ้นเพียงประมาณ 0.000055% ของชั้นบรรยากาศของเรา แต่ไฮโดรเจนเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบอื่น ๆ นับล้านอย่างแท้จริง บางทีการรวมกันของไฮโดรเจนที่พบมากที่สุดบนโลกก็คือออกซิเจนในรูปของน้ำ ซึ่งเป็นทรัพยากรที่มีเพียงพอและง่ายต่อการเสาะหาบนโลกของเรา
เมื่อพูดถึงทางเลือกด้านพลังงานมันมีอยู่ทุกที่ อย่างไรก็ตาม มันจำเป็นต้องดึงออกมาจากรูปแบบปัจจุบัน ซึ่งต้องใช้อุปกรณ์และพลังงาน Electrolysis ของน้ำอาจเป็นกระบวนการที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม แต่ประสิทธิภาพอาจขึ้นอยู่กับการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยโลหะมีค่า เช่น Platinum หรือ Iridium
โดยทั่วไปจะมีการใช้ไฮโดรเจนเป็นก๊าซ แต่เนื่องจากความหนาแน่นตามธรรมชาติต่ำ จึงต้องมีการอัดจำนวนมากที่ใดก็ได้ตั้งแต่ 3,000 ถึง 10,000 PSI เพื่อให้ก๊าซมีปริมาณเพียงพอต่อเวลาการทำงานที่เพียงพอ ก๊าซไฮโดรเจนไม่เป็นพิษและไม่กัดกร่อน แต่อะตอมของไฮโดรเจนมีขนาดเล็กมากจนสามารถแทรกซึมโลหะส่วนใหญ่ได้ ทำให้เกิดการแตกตัวของไฮโดรเจนที่ต้องพิจารณาอย่างรอบคอบในการออกแบบระบบจัดเก็บที่ไม่ต้องการให้เกิดระเบิด
และไฮโดรเจนสามารถทำให้เป็นของเหลวได้ในอัตราส่วนสูงสุดของก๊าซทั้งหมดที่ 848 ต่อ 1 แต่ไฮโดรเจนเหลวจะต้องได้รับการบำรุงรักษาที่อุณหภูมิต่ำกว่า -423°F ภายใต้แรงกดดันเพื่อป้องกันไม่ให้เดือด ฟังดูซับซ้อน แต่การกลั่นปิโตรเลียมก็เป็นเช่นกัน
การเปลี่ยนไฮโดรเจนให้เป็นแหล่งพลังงานสีเขียว
ในขณะที่ไฮโดรเจนดูเหมือนจะเป็นแหล่งพลังงานสีเขียวในอุดมคติ แต่การผลิตยังคงเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างซับซ้อนซึ่งเกี่ยวข้องกับการแยกไฮโดรเจนบริสุทธิ์ออกจากโมเลกุลคู่กัน บางทีที่รู้จักกันดีที่สุดคือ Electrolysis ซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้ไฟฟ้าเพื่อดึงโมเลกุลของน้ำออกจากกันเพื่อสร้างไฮโดรเจนและออกซิเจนบริสุทธิ์ที่เป็นต้นแบบ
สิ่งนี้แสดงให้เห็นครั้งแรกเมื่อ 222 ปีที่แล้วโดยทีมนักวิทยาศาสตร์หลายทีมที่ใช้เทคโนโลยีแบตเตอรี่แบบหยาบ ซึ่งทำให้เกิดคำถามขึ้นอย่างแน่นอนว่า ทำไมไฮโดรเจนถึงไม่กลายเป็นเชื้อเพลิงธรรมดาๆ ในตอนนี้ แต่ไฮโดรเจนยังเป็นปัญหาเล็กน้อยเมื่อพูดถึงเศรษฐศาสตร์ในการสร้างระบบนิเวศที่มีไฮโดรเจนเป็นพื้นฐาน
มีหลายวิธีในการแยกไฮโดรเจนออกจากสารประกอบอื่นๆ โดยส่วนใหญ่สร้างสิ่งที่เรียกว่าไฮโดรเจน "สีเทา" หรือไฮโดรเจนซึ่งเป็นผลมาจากกระบวนการทางอุตสาหกรรมอื่นๆ ที่ยังคงสร้างก๊าซเรือนกระจก (GHG) หรือไฮโดรเจน "สีน้ำเงิน" ที่คาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 70% นั้นถูกจับและ "กักเก็บ" ใต้ดินแทนที่จะปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ
แบบจำลองทั่วไปที่สุดสำหรับการผลิตไฮโดรเจนเชิงอุตสาหกรรมมาจากกระบวนการของก๊าซธรรมชาติในการปฏิรูปก๊าซ Methane ด้วยไอน้ำ (Stream Methane Reforming) เช่นเดียวกับกระบวนการที่ใช้ไฮโดรคาร์บอนอื่น ๆ นี่เป็นกระบวนการที่เหมาะสม แต่ไม่ได้คำนึงถึงระบบนิเวศโดยเฉพาะอย่างยิ่ง จะเปลี่ยนก๊าซมีเทน 2.2 ตัน น้ำ 4.9 ตัน และไฟฟ้า 5.7 เมกะวัตต์ชั่วโมง เป็นไฮโดรเจน 1.1 ตันและ CO2 6.0 ตัน
ในการเปรียบเทียบ กระบวนการ Electrolytic ตามแบบจำลอง แบบจำลองการแลกเปลี่ยน Membrane และโปรตอน (Proton Exchange Membrane) ที่ได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อย ๆ จะใช้น้ำและไฟฟ้าเท่านั้น และผลิตไฮโดรเจนและออกซิเจนบริสุทธิ์ และจะกลายเป็นสีเขียวมากขึ้นหากไฟฟ้าที่ต้องการผลิตจากแหล่งสีเขียว น่าเสียดายที่ปัจจุบันมีไฮโดรเจนเพียง 5% เท่านั้นที่มาจาก Electrolysis
พลังสีเขียวของเซลล์เชื้อเพลิง
การผสมผสานระหว่างเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงและไฮโดรเจนอาจเป็นแบบจำลองในอุดมคติสำหรับการผลิตกระแสไฟฟ้าที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมโดยมีการผลิตก๊าซเรือนกระจกเกือบเป็นศูนย์
ในขณะที่หลายคนอาจคิดว่าเซลล์เชื้อเพลิงเป็นเทคโนโลยีล่าสุด เซลล์เชื้อเพลิงไฟฟ้าเคมีแรกถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี 1838 โดย Sir William Grove และการออกแบบเซลล์เชื้อเพลิง Hydrogen-Oxygen-Alkaline ของ Francis Thomas Bacon ในปี 1932 ได้ขับเคลื่อนยานอวกาศส่วนใหญ่ของ NASA
เซลล์เชื้อเพลิงโดยพื้นฐานแล้วเหมือนกับการออกแบบ Redox Battery อื่นๆ ยกเว้นว่าได้รับการออกแบบให้ทำงานอย่างต่อเนื่อง ตราบใดที่เชื้อเพลิงยังคงมีอยู่ ความงดงามที่แท้จริงของเซลล์เชื้อเพลิงคือไฮโดรเจนและออกซิเจนเข้าไป ไฟฟ้าและไอน้ำออกมา อันที่จริงน้ำที่ผลิตโดยเซลล์เชื้อเพลิงในยานอวกาศ Apollo นั้นสะอาดพอที่จะดื่มได้
ปัจจุบันมีเซลล์เชื้อเพลิงหลายแบบที่พร้อมใช้เพื่อวัตถุประสงค์หลายประการและทำงานโดยใช้เชื้อเพลิงที่หลากหลาย ตัวเลือกมีตั้งแต่เซลล์เชื้อเพลิงที่มีอุณหภูมิสูง เช่น Moten Carbonate และเซลล์เชื้อเพลิง Solid Oxide ที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 องศาฟาเรนไฮต์ ไปจนถึงกรด Phosphoric ระดับกลางหรือเซลล์เชื้อเพลิง Alkaline
แต่สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือการมุ่งเน้นไปที่เซลล์เชื้อเพลิงแบบการแลกเปลี่ยน Membrane และโปรตอน (Proton Exchange Membrane) หรือที่เรียกว่าเซลล์เชื้อเพลิง Polymer Electrolyte Membrane
ความงดงามของการใช้แบบจำลองเซลล์เชื้อเพลิงแบบพลิกกลับได้สำหรับพลังงานสีเขียวคือสามารถใช้สร้างพลังงานได้ตามต้องการโดยใช้ไฮโดรเจนและออกซิเจน แต่เมื่อไม่ต้องการสร้างพลังงาน ก็สามารถสกัดและเก็บพลังงานในรูปของไฮโดรเจนได้
กังหันก๊าซสร้างพลังงานสีเขียวได้อย่างไร
กังหันก๊าซเป็นอีกวิธีหนึ่งในการใช้ไฮโดรเจนเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่เทคโนโลยีเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันก๊าซ (GTG) ก็มีให้ใช้งานเช่นกันซึ่งปกติแล้วจะใช้ก๊าซมีเทนในรูปแบบต่างๆ การมุ่งเน้นไปที่ไฮโดรเจนนั้นค่อนข้างเร็ว มีผู้ผลิตระบบ GTG มากกว่าสิบรายทั่วโลกที่นำเสนอผลิตภัณฑ์ที่แข่งขันกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลในช่วง 5 MW ถึง 18 MW
แม้ว่าผู้นำปัจจุบันคือ General Electric 7HA.03 ซึ่งผลิตพลังงานได้ 430 MW ด้วยตัวเอง และสามารถทำงานได้สูงถึง 640 MW ที่ประสิทธิภาพ 6.1% ในโหมดวงจรรวมเมื่อจับคู่กับระบบดึงความร้อนจากไอเสียและเครื่องกำเนิดกังหันไอน้ำเสริม
ที่น่าสนใจกว่าคือข้อเท็จจริงที่ว่ากังหัน GE นั้นสามารถเผาไหม้ก๊าซจากชั้นหิน ก๊าซธรรมชาติเหลว, อีเทนสูง, เชื้อเพลิงดีเซล, และน้ำมันดิบได้ แต่สำหรับการลด GHG สูงสุด สามารถใช้เชื้อเพลิงผสมไฮโดรเจนได้มากถึง 50% โดยมีเป้าหมายที่จะบรรลุไฮโดรเจน 100% ในอนาคตอันใกล้ แม้แต่เชื้อเพลิงจากก๊าซธรรมชาติในสถานการณ์การทดสอบที่ GE 7HA.01 เผาไหม้ผ่านส่วนผสมของอากาศ/ก๊าซธรรมชาติ 3.3 ตัน การทดสอบสร้างมลพิษเพียง 6.2 ออนซ์ของเหลวโดยประมาณเท่านั้น
สิ่งที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพสัมพัทธ์ของเครื่องกำเนิดกังหันก๊าซคือความจริงที่ว่ามันสร้างไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้ระบบ Inverter กังหันสมัยใหม่สามารถหมุนจนเต็มพิกัดได้ในเวลาน้อยกว่า 20 นาที และลดลงเหลือต่ำกว่า 30% ของความจุที่กำหนดโดยอยู่ในมาตรฐานการปล่อยมลพิษ ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในการสร้างสมดุลกับความผันผวนของอุปสงค์ตลอดทั้งวัน
บทสรุป
ความก้าวหน้าเช่นนี้ทำให้ไฮโดรเจนเข้าใกล้การเป็นแหล่งพลังงานทางเลือกที่สะอาดกว่ามาก ไม่เพียงแต่ให้พลังงานแก่ระบบสำรองข้อมูลของศูนย์ข้อมูลเท่านั้น แต่ยังอาจแทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิลเพื่อเป็นพลังงานให้กับศูนย์ข้อมูลแห่งอนาคตอีกด้วย
เรียบเรียงจากข้อเขียนของ Steven Hill ใน Data Center Knowledge
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
