PEM Fuel Cell

เซลล์เชื้อเพลิงเป็นอุปกรณ์ทดแทนเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าแบบเก่าๆ มีข้อดีทั้งในเรื่องของประสิทธิภาพและการไม่ปล่อยของเสียให้เป็นภาวะมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม เสียแต่ปัจจุบันยังมีราคาค่อนข้างแพง และต้องสั่งซื้อชิ้นส่วนจากต่างประเทศเข้ามาเกือบทั้งหมด แม้ว่าได้มีการผลิตชุดสำเร็จรูปขายกันในเชิงพานิชย์แล้ว แต่ก็ยังไม่เป็นที่แพร่หลายมากนัก จะมีก็แต่เฉพาะในวงการอุตสาหกรรมยานยนต์ ที่หลายบริษัทในต่างประเทศกำลังพัฒนาออกมาขายแข่งกัน 

รูปข้างบนแสดงหลังการทำงานอย่างง่าย ของเซลล์เชื้อเพลิงชนิด Proton Exchange Membrane (PEM) อาศัยเชื้อเพลิงคือก๊าซไฮโดรเจน และก๊าซออกซิเจนจากอากาศเป็นแหล่งกำเนิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าจากปฏิกริยาเคมี ที่เรียกว่าออกซิเดชั่นของก๊าซไฮโดรเจน ได้เป็นโปรตอนไหลผ่านแผ่นพอลิเมอร์ (สีฟ้า) และอิเล็กตรอนไหลผ่านวงจรไฟฟ้าภายนอก ดังนี้ 

2H₂ --> 4H⁺ + 4e^-

ทั้งโปรตอนและอิเล็กตรอนก็ไหลไปเจอกับก๊าซออกซิเจน โดยอาศัยตัวเร่งปฏิกริยาหรือ Catalyst ซึ่งทำด้วยแพลทินั่ม ก็จะเกิดปฏิกริยารีดักชั่นจนได้น้ำบริสุทธิ์ออกมา

4H⁺ + O₂ +4e^- --> 2H₂O

แรงดันไฟฟ้าที่ได้ต่อหนึ่งเซลล์มีค่าประมาณหนึ่งโวลต์และได้กระแสออกมามากถึงหลายสิบแอมแปร์ ซึ่งถ้านำมาต่ออนุกรมกัน (Fuel Cell Stack) หลายๆเซลล์ ก็จะได้แรงดันไฟฟ้า เช่น 12 โวลต์ เหมือนกับแบตเตอรีได้่ 

ขณะนี้กำลังจะมีการร่วมมือกันทำโครงการระดับชาติ จากหลายมหาวิทยาลัยดังๆ ทั่วประเทศ รวมทั้งจากหน่วยงานของกรมการพลังงานทหาร ด้วยงบประมาณหลายล้านบาท เพื่อวิจัยและพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิง ให้สามารถนำไปมาใช้ในทางปฏิบัติได้จริงด้วยเทคโนโลยีของเราเอง ภายในระยะเวลาไม่เกิน 5 ปี

ส่วนที่ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ นำโดย รองศาสตราจารย์ ดร. ถิรพัฒน์ วิลัยทอง ก็เป็นหนึ่งในโครงการนี้  ที่กำลังพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงแบบ PEM คาดว่าอีกไม่กี่ปีข้างหน้า เราจะสามารถผลิตแหล่งกำเนิดพลังงานไร้มลพิษนี้ได้ด้วยมันสมองของนักวิจัยไทย กับเทคโนโลยีที่เราพัฒนาขึ้นเอง และใช้วัตถุดิบภายในประเทศ

ภาพเคลื่อนไหวประกอบจาก: http://www.humboldt.edu/~serc/fuelcell.html