แบตเตอรี่กับการเปลี่ยนผ่านของพลังงานโลก

คอลัมน์ Everlasting Economy จากหนังสือพิมพ์กรุงเทพธุรกิจ ฉบับเดือน กรกฎาคม 2563
โดย ชัยวัฒน์ โควาวิสารัช

ท่านผู้อ่านคงจำได้ในบทความ "ประชาธิปไตยพลังงาน: พลังงาน 4.0" (พฤษภาคม 2561) ที่ผมได้เขียนถึงวิวัฒนาการของมนุษยชาติในด้านพลังงาน โดยเริ่มจากการรู้จักการใช้ไฟในการหุงต้มเมื่อแสนกว่าปีที่แล้ว ซึ่งคงเป็นครั้งแรกที่มนุษย์เรารู้จักพลังงาน ต่อมาเรารู้จักกับการดักน้ำไหลหรือกระแสลมเพื่อนำพลังงานมาใช้ เช่นกังหันน้ำ กังหันลม เมื่อสัก 2,000 ปีที่ผ่านมาโดยชาวกรีก จนกระทั่งถึงการเผาถ่านหิน เมื่อโลกเริ่มพัฒนาเข้าสู่เศรษฐกิจอุตสาหกรรมหรือ industrialization ในช่วงศตวรรษ 1800 การค้นพบไฟฟ้าโดยเอดิสันในช่วงทศวรรษ 1880 และล่าสุดเมื่อต้นศตวรรษ 1900 ที่เริ่มมีการขุดเจาะเชิงพาณิชย์และนำน้ำมันมาเป็นแหล่งพลังงานหลักของโลก ซึ่งส่งผลให้เป็นปัจจัยหลักที่ขับเคลื่อนให้เศรษฐกิจโลกเติบโตอย่างต่อเนื่องมาตลอดศตวรรษและสร้างความมั่งคั่งให้ประเทศชาติที่เกี่ยวข้อง จนเกิด geopolitics (ภูมิรัฐศาสตร์) และยังทำให้เกิดพลวัตรต่างๆ มากมายรวมถึงการเติบใหญ่ของกิจการพลังงานที่เกี่ยวข้อง และประชากรโลกในฐานะผู้บริโภค ล้วนได้รับประโยชน์ไม่มากก็น้อย

นักวิจัยพบว่าในศตวรรษที่ผ่านมา การใช้พลังงานแบบดั้งเดิม กล่าวคือ การเผาไม้ (biomass) พลังงานน้ำ เป็นต้น ไม่ได้ลดลงเลยเมื่อเทียบกับก่อนที่จะมีการค้นพบพลังงานฟอสซิลทั้งถ่านหินและน้ำมัน เพียงแต่แหล่งพลังงานใหม่มีการเติบโตอย่างรวดเร็วเพื่อตอบโจทย์ของประเทศที่พัฒนาแล้ว ขณะที่พลังงานแบบดั้งเดิมก็ยังถูกใช้อยู่ในประเทศที่ยากจน เช่น แอฟริกา หรืออีกนัยหนึ่ง ปริมาณการใช้พลังงานเติบใหญ่ขึ้นอย่างรวดเร็ว เพื่อรองรับการเพิ่มขึ้นของประชากรโลกและการอยู่ดีกินดี โดยมีการเติบโตของพลังงานฟอสซิลอย่างก้าวกระโดดเป็นคำตอบ ขณะที่พลังงานดั้งเดิมยังคงมีการใช้งานในปริมาณที่ไม่ได้ลดลง แต่เมื่อคิดเป็นสัดส่วนแล้วจะลดลงมาก และผลจากการใช้พลังงานฟอสซิลคือ ภาวะโลกร้อน ที่ส่งผลกระทบต่างๆ อย่างมากมาย จนกระทั่ง เกิดความตกลงปารีส (Paris Accord) หรือ -2C ที่ต้องการให้โลกมีอุณหภูมิใกล้เคียงก่อนที่จะมีการนำถ่านหินมาใช้ หรือ pre-industrialization

ก่อนอื่นต้องเข้าใจว่า เครื่องจักรต่างๆ ที่พัฒนามาในศตวรรษนี้ไม่ว่าจะเป็นรถยนต์ เครื่องบิน เรือเดินสมุทร เครื่องจักรกล หรือแม้กระทั่งเครื่องปั่นไฟ ส่วนใหญ่ถูกออกแบบให้ใช้กับน้ำมัน ซึ่งน่าจะเกิดจากน้ำมันเป็นแหล่งพลังงานที่นอกจากมีพลังแรงสูง (high power density) แล้ว ยังสามารถที่จะถูกขนย้ายได้สะดวก จึงทำให้เกิดปรากฏการณ์ดังที่กล่าวโดยข้อมูลจาก ourworldindata.org ได้แสดงให้เห็นว่าพลังงานฟอสซิลเติบโตกว่า 1,300 เท่าตั้งแต่ปี 1800 กล่าวคือ จากที่โลกบริโภคประมาณ 100 TWh ต่อปีในปี 1800 เป็น 130,000 TWh (TeraWatt-hour, ล้านล้านหน่วยชั่วโมง) ต่อปีในปี 2016 โดยถ่านหินมีสัดส่วนกว่า 95% ในปี 1800 ลดลงเหลือประมาณ 30% ในปี 2000 ขณะที่น้ำมันดิบมีสัดส่วน 39% และก๊าซธรรมชาติ 28% ก็เหมือนที่อธิบายข้างต้นคือ ปริมาณการใช้ถ่านหินเพิ่มขึ้นแต่สัดส่วนลดลง สิ่งที่ตามมาคือการปลดปล่อยคาร์บอนได ออกไซด์ที่มากมาย ข้อมูลจาก IEA ระบุว่า ถ้าเราเปลี่ยนรถยนต์ให้เป็นรถ BEV (Battery Electric Vehicle) ที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าทั้งหมด เราจะลดการปล่อยคาร์บอนเข้าสู่ชั้นบรรยากาศได้กว่า 3 พันล้านตันต่อปี คิดเป็น 7% ของคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยสู่โลกในหนึ่งปี จะเห็นว่าเป็นตัวเลขที่ไม่น้อยเลย

แต่ปัญหาหลักของเครื่องปั่นไฟใหญ่ที่สุดในจักรวาลคือ ในวันที่เมฆหนา ฝนตก และกลางคืน เราไม่มีแสงอาทิตย์เพื่อให้กำเนิดไฟ หรือเวลาที่ไม่มีลม จึงมีความจำเป็นที่จะต้องหาวิธีกักเก็บอิเล็กตรอนในวันที่แดดจ้าหรือลมแรง วิธีการกักเก็บก็มีตั้งแต่ 1) การใช้พลังงานน้ำสูบกลับ หรือ pump storage แบบลำตะคอง ซึ่งผมเคยได้เขียนถึงเมื่อเดือนกันยายน และตุลาคม 2559 เกี่ยวกับการจัดการโรงไฟฟ้าถ่านหินแม่เมาะ 2) การใช้อิเล็กตรอนสีเขียวหรือใช้พลังงานหมุนเวียนแยกโมเลกุลของไฮโดรเจนออกจากน้ำ แล้วนำไฮโดรเจนดังกล่าวในการปั่นไฟฟ้าหรือที่เรารู้จักกันในนามของ fuel cell 3) การจับเก็บคาร์บอน (carbon capture and storage) จากอุตสาหกรรมหนักเช่นการผลิตซีเมนต์ และเมื่อเทคโนโลยีก้าวหน้าพอ จะนำเอาคาร์บอนดังกล่าวจับตัวกับ ไฮโดรเจนจากข้อ 2) มาเป็น green hydrocarbon เพื่อทำเป็นเชื้อเพลิงต่อไป (เชื้อเพลิงฟอสซิลก็คือไฮโดรคาร์บอน) และ 4) ลิเธียมไอออนแบตเตอรี่ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่มีการพัฒนามากที่สุดใน 5 ปีที่ผ่านมาและน่าจะเป็นคำตอบในระยะอันใกล้นี้

การเปลี่ยนผ่านพลังงาน หรือ energy transition เป็นสิ่งที่เร่งด่วน และเมื่อเทคโนโลยีสามารถพัฒนาทั้งในส่วนของอุปทานคือสร้างอิเล็กตรอนสีเขียว จากพลังงานหมุนเวียน และส่วนของอุปสงค์คือใช้อิเล็กตรอนสีเขียวในการขับเคลื่อน เช่นรถยนต์ รถมอเตอร์ไซค์ BEV หรือ เตาไฟฟ้าในอุตสาหกรรม พาณิชย์ และครัวเรือน ล้วนแล้วแต่ช่วยให้การเปลี่ยนผ่านเกิดได้เร็วขึ้น และความหวังที่จะสามารถเข้าไปทดแทนสัดส่วนของการใช้พลังงานฟอสซิล คงจะไม่ไกลเกินความจริง ซึ่งทั้งภาครัฐและเอกชนต้องทำงานร่วมกัน แต่สมการที่สำคัญที่สุดคือการกักเก็บพลังงานเพื่อความต่อเนื่อง ซึ่งในคราวหน้าผมจะเล่าถึงวิวัฒนาการของลิเธียมไอออนแบตเตอรี่ที่จะเป็นการตอบโจทย์ของการเปลี่ยนผ่านครับ