I. คำนิยามของรถยนต์ไฟฟ้าเมทานอล-ไฮโดรเจน
รถยนต์ไฟฟ้าเมทานอล-ไฮโดรเจน (Methanol-Hydrogen Electric Vehicles หรือ MHEVs) เป็นประเภทหนึ่งของยานพาหนะพลังงานใหม่ (New Energy Vehicles หรือ NEVs) ที่ใช้เมทานอล (CH₃OH) เป็นตัวพาไฮโดรเจน ผ่านระบบปฏิรูปเมทานอลบนรถ เมทานอลจะถูกเปลี่ยนเป็นไฮโดรเจน ซึ่งจะถูกใช้เพื่อขับเคลื่อนเซลล์เชื้อเพลิงในการผลิตไฟฟ้า ไม่เหมือนกับรถยนต์เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบดั้งเดิม (Internal Combustion Engine Vehicles หรือ ICEVs) MHEVs ไม่ใช้เชื้อเพลิงที่มาจากปิโตรเลียม เมื่อเทียบกับรถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรี่ (Battery Electric Vehicles หรือ BEVs) MHEVs สามารถแก้ปัญหาเรื่องระยะทางที่วิ่งได้และความยากลำบากในการชาร์จได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อเทียบกับรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน (Hydrogen Fuel Cell Vehicles หรือ HFCVs) ที่พึ่งพาการจัดเก็บไฮโดรเจนความดันสูง MHEVs ช่วยลดความซับซ้อนในการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐาน วิธีการทางเทคโนโลยีนี้ผสมผสานความสะดวกในการจัดเก็บและขนส่งเมทานอลเข้ากับประสิทธิภาพและความสะอาดของเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน เปิดโอกาสใหม่ ๆ ในการใช้ประโยชน์จากพลังงานไฮโดรเจน
II. หลักการทางเทคนิค
-
การปฏิรูปเมทานอลเพื่อผลิตไฮโดรเจน
เมทานอลจะเกิดปฏิกิริยาทางเคมีภายในตัวปฏิรูป โดยมีสูตรปฏิกิริยาทั่วไปดังนี้:
CH₃OH + H₂O → 3H₂ + CO₂
ด้วยการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เลือกได้ (เช่น ตัวเร่งที่มีพื้นฐานเป็นทองแดงหรือตัวเร่งโลหะมีค่า) เมทานอลจะทำปฏิกิริยากับไอน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำ (200-300°C) เพื่อผลิตก๊าซที่อุดมไปด้วยไฮโดรเจน ความท้าทายในกระบวนการนี้อยู่ที่การหาสมดุลระหว่างความสามารถในการทำงาน ความทนทาน และต้นทุนของตัวเร่งปฏิกิริยา ในขณะที่หลีกเลี่ยงผลกระทบจากการเป็นพิษของผลิตภัณฑ์ข้างเคียง (เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์) ต่อเซลล์เชื้อเพลิง -
การผลิตไฟฟ้าจากเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน
ไฮโดรเจนที่ผลิตได้จะเข้าสู่เซลล์เชื้อเพลิงเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (Proton Exchange Membrane Fuel Cell หรือ PEMFC) ซึ่งจะเกิดปฏิกิริยาทางไฟฟ้าเคมีกับออกซิเจน:
2H₂ + O₂ → 2H₂O + พลังงานไฟฟ้า
ที่ขั้วแอนโอด ไฮโดรเจนจะแยกตัวเป็นโปรตอน (H⁺) และอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนจะไหลผ่านวงจรภายนอกเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้า ในขณะที่โปรตอนจะทะลุผ่านเมมเบรนอิเล็กโตรไลต์และรวมตัวกับออกซิเจนที่ขั้วแคโทดเพื่อผลิตน้ำ ประสิทธิภาพหลักของระบบนี้ขึ้นอยู่กับการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของชุดเมมเบรนอิเล็กโทรด (Membrane Electrode Assembly หรือ MEA) ปัจจุบัน อุตสาหกรรมกำลังบรรลุความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีโดยการลดการใช้แพลทินัม (ปริมาณแพลทินัมต่อเซลล์เดี่ยวลดลงเหลือ 0.2-0.3 กรัม/กิโลวัตต์) และการปรับปรุงความทนทานของวัสดุเมมเบรน
III. ต้นทุนการผลิต
(1) สถานะปัจจุบันของต้นทุนการผลิต
ยกตัวอย่างรถบรรทุกหนักเมทานอล-ไฮโดรเจน Yuancheng Xinghan H ของ Geely ราคาต่อหน่วยจะสูงกว่ารถยนต์ ICEV ที่เทียบเท่าประมาณ 8%-12% โดยส่วนใหญ่จะเน้นไปที่ด้านต่อไปนี้:
• ระบบปฏิรูปและเซลล์เชื้อเพลิง: ราคาต่อหน่วยของหน่วยปฏิรูปเมทานอลในประเทศปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ 150,000-200,000 หยวน ราคาของแถวเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนลดลงเหลือ 3,000-4,000 หยวน/กิโลวัตต์ เนื่องจากการพัฒนาทางเทคโนโลยี (ข้อมูลปี 2023) แต่ยังคงคิดเป็น 25%-30% ของต้นทุนทั้งหมด
• ขนาดการผลิตที่ไม่เพียงพอ: ความสามารถในการผลิตประจำปีของระบบปฏิรูปเมทานอลเพื่อผลิตไฮโดรเจนทั่วประเทศมีน้อยกว่า 50,000 หน่วย และยังไม่สามารถบรรลุเศรษฐกิจจากขนาดการผลิต ทำให้ต้นทุนการจัดซื้อชิ้นส่วนสูง
• การพึ่งพาวัสดุจากต่างประเทศ: ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพสูง (เช่น ตัวเร่งที่มีพื้นฐานเป็นรูเทเนียม) และชุดเมมเบรนอิเล็กโทรดระดับสูงต้องพึ่งพาการนำเข้า ซึ่งทำให้ต้นทุนโดยรวมเพิ่มขึ้น
(2) โอกาสในการลดต้นทุน
• การผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาในประเทศอย่างรวดเร็ว: คาดว่าต้นทุนของตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีพื้นฐานเป็นทองแดงที่ผลิตในประเทศจะลดลง 40% ภายในปี 2025
• การผลิตแบบโมดูลาร์เพื่อลดต้นทุนการรวมระบบ: ราคาต่อหน่วยของอุปกรณ์ปฏิรูปเดี่ยวคาดว่าจะลดลงต่ำกว่า 100,000 หยวน
• การผลิตในขนาดใหญ่และความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน: ต้นทุนอาจลดลงเหลือ 1,500 หยวน/กิโลวัตต์ ภายในปี 2025
IV. ต้นทุนการใช้งาน
(1) การเปรียบเทียบต้นทุนเชื้อเพลิง
ราคาตลาดเฉลี่ยของเมทานอลอยู่ที่ประมาณ 3,000 หยวน/ตัน (2024) ในขณะที่ดีเซลอยู่ที่ประมาณ 7,500 หยวน/ตัน ต้นทุนเชื้อเพลิงเทียบเท่าพลังงานของเมทานอลคือ 40%-50% ของดีเซล
• สถานการณ์รถบรรทุกหนัก: การบริโภคเมทานอลต่อ 100 กิโลเมตรอยู่ที่ประมาณ 15-20 กิโลกรัม ในขณะที่การบริโภคดีเซลอยู่ที่ประมาณ 35 ลิตร ส่งผลให้มีความแตกต่างในต้นทุนเชื้อเพลิงมากกว่า 1 หยวนต่อกิโลเมตร
• ประหยัดต้นทุนในเชิงเศรษฐกิจของรถเพื่อการพาณิชย์: สมมติว่าระยะทางวิ่งต่อวันอยู่ที่ 300 กิโลเมตร ความแตกต่างในต้นทุนเชื้อเพลิงต่อปีสามารถสูงถึง 80,000-100,000 หยวน
(2) ข้อได้เปรียบในต้นทุนการบำรุงรักษา
ระบบปฏิรูปเมทานอลมีโครงสร้างที่ค่อนข้างง่าย ไม่มีถังจัดเก็บไฮโดรเจนความดันสูงและระบบจัดการความร้อนที่ซับซ้อน ซึ่งช่วยยืดอายุการบำรุงรักษาได้ถึง 30% อย่างไรก็ตาม แถวเซลล์เชื้อเพลิงต้องเปลี่ยนเป็นระยะ ๆ โดยมีต้นทุนประมาณ 50,000-80,000 หยวน ในช่วงอายุการใช้งาน 5 ปี
V. การวิเคราะห์ความท้าทายทางเทคนิค
-
ความท้าทายในการเริ่มต้นที่อุณหภูมิต่ำ
ระบบปฏิรูปเมทานอลที่มีอยู่ประสบปัญหาประสิทธิภาพลดลงอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิแวดล้อมลดลงต่ำกว่า -20°C จำเป็นต้องติดตั้งโมดูลความร้อน PTC เพิ่มเติม ซึ่งเพิ่มการใช้พลังงานประมาณ 15% Geely ได้ลดเวลาในการเริ่มต้นที่อุณหภูมิต่ำลงเหลือ 10 นาที โดยการปรับปรุงฉนวนกันความร้อนของท่อปฏิรูปและกลยุทธ์การควบคุมอุณหภูมิอัจฉริยะ แต่ปัญหาขีดจำกัดในการทำงานที่เชื่อถือได้ที่ -30°C ยังคงต้องได้รับการแก้ไข -
ปัญหาความทนทานของระบบ
ภายใต้สภาพอุณหภูมิและความดันสูง ตัวเร่งปฏิกิริยาปฏิรูปมีแนวโน้มที่จะเกิดการเผาไหม้และการสะสมคาร์บอน ซึ่งนำไปสู่การเสื่อมสภาพของความสามารถในการทำงาน ข้อมูลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าหลังจากการทำงานต่อเนื่อง 8,000 ชั่วโมง ความสามารถในการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาลดลงประมาณ 18% จำเป็นต้องขยายอายุการใช้งานของตัวเร่งปฏิกิริยาผ่านเทคโนโลยีเคลือบและการควบคุมสภาพปฏิกิริยาอย่างแม่นยำ -
การรับประกันความบริสุทธิ์ของไฮโดรเจน
ไฮโดรเจนที่ผลิตจากการย่อยสลายเมทานอลมีน้ำประมาณ 30%-40% จำเป็นต้องมีโมดูลอบแห้งที่มีประสิทธิภาพเพื่อให้แน่ใจว่าความบริสุทธิ์ของไฮโดรเจนที่เข้าสู่เซลล์เชื้อเพลิงเกิน 99.95% มิฉะนั้นอาจทำให้เกิดการแข็งตัวของเมมเบรนอิเล็กโทรดหรือการเสื่อมสภาพของประสิทธิภาพ เทคโนโลยีการกำจัดน้ำในปัจจุบันส่งผลให้เกิดการสูญเสียพลังงานประมาณ 8% ในระบบ ซึ่งบ่งชี้ถึงช่องว่างที่สำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพทางเทคโนโลยี
VI. การปฏิบัติการดำเนินงานของ Geely Yuancheng
(1) ความก้าวหน้าในเชิงพาณิชย์
รถยนต์ไฟฟ้าเมทานอล-ไฮโดรเจนของ Geely Yuancheng ได้สร้างเมทริกซ์ผลิตภัณฑ์ของ "รถบรรทุกหนัก + รถบรรทุกเล็ก + รถโดยสาร" โดยมีการติดตั้งในตลาดเกือบ 1,000 หน่วย ในจำนวนนี้ รถบรรทุกหนัก Yuancheng Xinghan H ได้ดำเนินการในขนาดใหญ่ในพื้นที่เหมืองแร่ Ordos และทางเดินโลจิสติกส์ Hebei สะสมระยะทางการดำเนินงานมากกว่า 20 ล้านกิโลเมตร และยืนยันความน่าเชื่อถือทางเทคนิค
(2) การสร้างเครือข่ายการจัดหาพลังงาน
ผ่านความร่วมมือกับ China Energy Investment Corporation และ Baosteel Group ได้มีการสร้างสถานีเติมเมทานอล 27 แห่งในพื้นที่ที่อุดมไปด้วยเมทานอล เช่น Inner Mongolia และ Shanxi นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาโซลูชันการเปลี่ยนโมดูลเมทานอลอย่างรวดเร็ว ซึ่งลดเวลาในการเติมเชื้อเพลิงครั้งเดียวให้อยู่ภายใน 10 นาที และแก้ไขปัญหาความเจ็บปวดในเรื่องประสิทธิภาพการเติมเชื้อเพลิง
(3) จุดเด่นของข้อมูลการดำเนินงาน
ข้อมูลการทดสอบจริงแสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพในการแปลงเมทานอลของรถบรรทุกหนักของ Geely Yuancheng ถึง 78% โดยมีน้ำหนักรถที่เบากว่าเวอร์ชันดีเซล 300 กิโลกรัม ระยะทางการดำเนินงานต่อปีถึง 150,000 กิโลเมตร และการลดการปล่อยคาร์บอนต่อการหมุนเวียนหน่วยลดลง 65% ผ่านการรับรอง "ข้อกำหนดการใช้เชื้อเพลิงสำหรับรถเพื่อการพาณิชย์หนัก" อย่างประสบความสำเร็จ
VII. โอกาสในการใช้งานในอนาคต
-
ทางเดินโลจิสติกส์การขนส่ง
เหมาะสำหรับเส้นทางโลจิสติกส์ที่มีปริมาณการขนส่งต่อปีเกิน 100,000 ตัน สามารถสร้างเส้นทางการขนส่งสีเขียวในภูมิภาคผ่านเครือข่ายสถานีเติมเมทานอลและระบบการจัดส่งอัจฉริยะ ตัวอย่างเช่น เส้นทางการขนส่งคอนเทนเนอร์จากมณฑล Shandong ไปยังแม่น้ำแยงซี เดลต้า สามารถลดต้นทุนเชื้อเพลิงต่อปีได้ 90,000 หยวนต่อเที่ยว -
สถานการณ์การก่อสร้างเหมืองแร่
ในพื้นที่เหมืองแร่ เช่น Shanxi และ Inner Mongolia รถบรรทุกหนักเมทานอล-ไฮโดรเจนสามารถบรรลุ "การเปลี่ยนจากน้ำมันเป็นไฟฟ้า" หลังจากการดำเนินงานในเวลากลางวัน พวกเขาสามารถใช้ประโยชน์จากราคาไฟฟ้าที่ต่ำในการผลิตไฮโดรเจนและการจัดเก็บไฮโดรเจนจากการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า และดำเนินการในวงจรปิดในเวลากลางคืน การประเมินการลดการปล่อยคาร์บอนต่อปีคือ 1,500 ตัน -
การขนส่งผู้โดยสารระหว่างเมือง
รถโดยสารระหว่างเมือง 35 ที่นั่งที่ออกแบบเป็นโมดูล สามารถตอบสนองความต้องการระยะทางไกลของพื้นที่ชานเมืองในขณะที่สามารถสลับระหว่างโหมดพลังงานไฮโดรเจน/เมทานอลได้อย่างยืดหยุ่นผ่านสถานีเติมเมทานอล แก้ไขความท้าทายในการสร้างเส้นทางคู่สำหรับพลังงานไฟฟ้าบริสุทธิ์/ไฮโดรเจน -
การจ่ายไฟฉุกเฉิน
ระบบปฏิรูปเมทานอลบนรถ + เซลล์เชื้อเพลิงสามารถนำไปใช้ได้อย่างรวดเร็วเพื่อให้การสนับสนุนการผลิตไฟฟ้าเคลื่อนที่ระดับ 50-200 กิโลวัตต์ สำหรับการบรรเทาภัยพิบัติและการปฏิบัติการภาคสนาม ได้มีการตรวจสอบการใช้งานการจ่ายไฟฉุกเฉินระดับ 1 เมกะวัตต์แล้วในพื้นที่เหมืองแร่ Lvliang ของมณฑล Shanxi
บทสรุป
รถยนต์ไฟฟ้าเมทานอล-ไฮโดรเจนกำลังขับเคลื่อนการพัฒนาด้วยวิธีการ "เครื่องยนต์คู่" ของ "ตัวพาไฮโดรเจนที่ยืดหยุ่น + การพาณิชย์ในราคาประหยัด" การปฏิบัติของ Geely Yuancheng แสดงให้เห็นว่าผ่านการสร้างสรรค์นวัตกรรมทางเทคโนโลยีและการสำรวจสถานการณ์อย่างลึกซึ้ง เส้นทางทางเทคโนโลยีนี้มีศักยภาพที่จะทะลุขีดจำกัดของการส่งเสริมพลังงานไฮโดรเจนและบรรลุการปิดการค้าในด้านต่าง ๆ เช่น โลจิสติกส์หนักและการขนส่งเหมืองแร่ ด้วยการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาในประเทศ การสร้างสรรค์นวัตกรรมวัสดุจัดเก็บไฮโดรเจน และการสนับสนุนนโยบายที่เพิ่มขึ้น คาดว่ารถยนต์ไฟฟ้าเมทานอล-ไฮโดรเจนจะกลายเป็นหนึ่งในตัวพาพลังงานหลักสำหรับจีนในการบรรลุเป้าหมายความเป็นกลางทางคาร์บอน ปรับโครงสร้างระบบนิเวศอุตสาหกรรมพลังงานไฮโดรเจน
