IDTechEx ประเมินอนาคตของเซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์แข็ง ทั้งการใช้งานหลักและตลาด

จากความต้องการให้การกำเนิดไฟฟ้ามีการปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ ทำให้เซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์แข็ง (solid oxide fuel cells; SOFC) ถูกนำมากล่าวถึงความเป็นไปได้ในเรื่องนี้ ด้วยความสามารถของ SOFC ในการทำงานกับไฮโดรเจน และมีประสิทธิภาพสูงกว่าเซลล์เชื้อเพลิงทางเลือกอื่นหากมีการจัดเตรียมระบบความร้อนและกำลังไฟฟ้าร่วม (combined heat and power; CHP) ไว้ในภายภาคหน้า ในขณะที่ความยืดหยุ่นของเชื้อเพลิงยังส่งเสริมการเปลี่ยนผ่านจากไฮโดรคาร์บอนไปสู่การกำเนิดไฟฟ้าที่ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเศรษฐกิจไฮโดรเจน อย่างไรก็ตาม มีประเด็นคำถามที่แท้จริงตามมาก็คือ ในเมื่อ SOFC มีโอกาสมากมายสำหรับการใช้เป็นแหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้าแบบอยู่กับที่ แล้วเราจะใช้งานแบบใด ที่จะนำไปสู่ความสำเร็จของอุตสาหกรรมเซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์แข็ง

รายงาน IDTechEx ฉบับใหม่ หัวข้อ “Solid Oxide Fuel Cells 2023-2033: Technology, Applications and Market Forecasts” ได้ให้ภาพรวมครอบคลุมตลาดเซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์แข็ง รวมถึงการประเมินแนวโน้มเทคโนโลยีที่สำคัญ ผู้เล่นหลัก รวมทั้งรายละเอียดของการคาดการณ์ตลาดในช่วง 10 ปี ในประเด็นความต้องการเซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์แข็ง (เมกะวัตต์) และมูลค่าตลาด (ดอลลาร์สหรัฐ) แบ่งตามพื้นที่การใช้งาน โดย IDTechEx ได้ฉายให้เห็นว่ามูลค่าตลาดจะสูงถึง 6.8 พันล้านเหรียญสหรัฐภายในปี พ.ศ. 2576

เนื่องจากเซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์แข็งมีอุณหภูมิการทำงานสูง จึงทำให้ช่วงเปลี่ยนอุณหภูมิขึ้น/ลงต้องใช้เวลานาน และด้วยเหตุที่เกี่ยวข้องกับการแปรเปลี่ยนอุณหภูมิขนาดใหญ่ จึงนำไปสู่การเสื่อมสภาพขององค์ประกอบเซรามิก โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากความไม่สอดคล้องกันของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนระหว่างองค์ประกอบที่อยู่ข้างเคียงกัน ด้วยเหตุนี้ SOFC จึงเหมาะที่สุดสำหรับการใช้งานที่ต้องการกำลังเอาต์พุตแบบต่อเนื่อง รวมทั้งการกำเนิดไฟฟ้าในระดับสาธารณูปโภคก็เป็นหนึ่งในภาคตลาดดังกล่าว นอกจากนี้ การใช้พลังงานความร้อนที่กำเนิดขึ้นเพื่อให้ความร้อนและทำน้ำร้อนสำหรับสาธารณูปโภคในบริเวณใกล้เคียงจะช่วยเพิ่มความน่าสนใจให้กับระบบโดยรวม

คล้ายกับการกำเนิดไฟฟ้าสำหรับบริษัทด้านสาธารณูปโภค โดย SOFC นั้นเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานประเภทพาณิชย์และอุตสาหกรรม (C&I) ที่มักจะมีลักษณะการดำเนินการแบบต่อเนื่อง ความเป็นอิสระของโครงข่ายไฟฟ้ายังช่วยให้บริษัทต่างๆ สามารถดำเนินการผลิตไฟฟ้าได้อย่างน่าเชื่อถือ แม้กระทั่งในช่วงที่เกิดไฟฟ้าดับ ตัวอย่างที่ชัดเจนสำหรับความสามารถนี้เห็นได้จากห้าง Walmart ใช้ SOFC ที่จัดหาโดย Bloom Energy เพื่อให้มั่นใจว่าซูเปอร์มาร์เก็ตจะสามารถเปิดบริการได้ตลอด 24/7

ข้อได้เปรียบสำหรับ SOFC ในการใช้งานประเภท C&I คือ ความสามารถในการทำงานในโหมด CHP โดยมีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นเมื่อคำนึงถึงการแข่งขันกับกับเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงทางเลือก และการจัดหาความร้อนเพื่อป้อนไปยังพื้นที่เชิงพาณิชย์หรืออุตสาหกรรมโดยตรง ในทางกลับกัน งานอย่างอื่นที่มีการใช้พลังงานมากมาย คือ ศูนย์ข้อมูล และเครือข่ายโทรคมนาคม ในกรณีเหล่านี้ ไม่จำเป็นต้องใช้ CHP เนื่องจากความร้อนสูงเกินไปของเซิร์ฟเวอร์ ซึ่งเป็นสาเหตุหลักที่สร้างความกังวลเกี่ยวกับการควบคุมอุณหภูมิ ด้วยเหตุผลนี้ ผู้เล่นในด้านนี้หลายรายได้บอกกับ IDTechEx ว่า พวกเขาจะไม่ดำเนินการเกี่ยวกับการกำเนิดไฟฟ้าสำหรับศูนย์ข้อมูลในฐานะเป็นพื้นที่ใช้งานสำหรับ SOFC ของพวกเขา

สำหรับการใช้ไฟฟ้าประเภทที่อยู่อาศัยแบบต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า (on-grid) ทางเลือกที่เหมาะสมสำหรับกำลังไฟฟ้าสำรอง คือ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ชาร์จได้จากโครงข่ายไฟฟ้า อีกทั้งแบตเตอรี่ยังหาซื้อได้ง่ายกว่า และมีราคาถูกกว่า SOFC แบบกำลังไฟฟ้าต่ำ

ส่วนข้อเสียเปรียบของ SOFC คือ ใช้เวลาเริ่มต้นนานกว่า และจำนวนรอบใช้งานเป็นไปได้ว่าน้อย ในขณะที่ หากมีการเชื่อมต่อเข้ากับเครือข่ายก๊าซแล้ว SOFC จะสามารถเป็นฐานในการจ่ายให้กับ CHP ได้อย่างต่อเนื่อง ส่วนการจับคู่กับแบตเตอรี่ จะทำให้มีบัฟเฟอร์ไว้รองรับผู้ใช้ไฟฟ้าประเภทที่อยู่อาศัยที่มีความต้องการพลังไฟฟ้าไม่ต่อเนื่อง ซึ่งญี่ปุ่นนั้นเป็นตลาดที่เติบโตเต็มที่และใหญ่ที่สุดของ CHP SOFC สำหรับผู้ใช้ไฟฟ้าประเภทที่อยู่อาศัย

สำหรับการทำงานแบบนอกโครงข่ายไฟฟ้า (off-grid) โดยที่มีการกักเก็บก๊าซไว้ในที่ตั้ง (on-site) ควบคู่กับ SOFC จะทำให้สามารถจ่ายกำลังไฟฟ้าได้อย่างต่อเนื่อง ส่วนความเป็นไปได้ในการใช้งานเซลล์เชื้อเพลิงแบบย้อนกลับ (rSOC) ซึ่งได้กำลังไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ และมีการผลิตไฮโดรเจนในที่ตั้งนั้น นับเป็นแนวคิดที่น่าสนใจ ซึ่งจะทำให้เซลล์เชื้อเพลิงสามารถทำงานกับเชื้อเพลิงที่กำเนิดขึ้นจากพลังงานหมุนเวียนนี้ได้ อย่างไรก็ตาม จะต้องมีการกักเก็บไฮโดรเจนไว้ในที่ตั้ง ซึ่งมีความสะดวกน้อยกว่าการกักเก็บเชื้อเพลิงประเภทไฮโดรคาร์บอน ในขณะที่ตลาดของการใช้งานแบบนอกโครงข่ายไฟฟ้า ยังเป็นตลาดขนาดเล็ก มีเพียงผู้ใช้ไฟฟ้าแบบนอกโครงข่ายประมาณ 0.1% ของประชากรที่อยู่ในประเทศที่มีรายได้สูง

มาถึงจุดนี้แล้ว ก็มีคำถามต่อไปว่า แล้วอนาคตของตลาดเซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์แข็งจะเป็นอย่างไร

ตอนนี้มีการประกาศความร่วมมือกันแล้วสำหรับการผลิตที่มีปริมาณมาก และจะมีการเปิดตัวทางออนไลน์ภายในห้าปีข้างหน้าของบริษัทต่างๆ โดยที่มีการกำหนดเป้าหมายในการใช้งานต่างกันไป ส่วนการใช้งานในกรณีอื่น เช่น ยานยนต์ (รวมทั้งเรือเดินทะเล) มีการคาดหมายไว้ว่า SOFC จะประสพความสำเร็จได้ภายในวงจำกัด โดยมีเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงทางเลือก (PEM) ที่จะเข้ามาอยู่เหนือกว่า

ที่มา: IDTechEx