จังหวัดยามานาชิ พื้นที่ทดลองไฮโดรเจนสีเขียวของญี่ปุ่น

เหตุใดจังหวัดยามานาชิจึงกำลังกลายเป็นห้องทดลองไฮโดรเจนของญี่ปุ่น

บริเวณเชิงภูเขาไฟฟูจิ จังหวัดยามานาชิได้กลายเป็นพื้นที่ทดสอบการใช้งานจริงของไฮโดรเจนสีเขียว ทั่วญี่ปุ่น ไฮโดรเจนกำลังได้รับความสนใจในฐานะทางเลือกแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล และแนวโน้มนี้เห็นได้ชัดเป็นพิเศษในยามานาชิ บริษัทต่าง ๆ ตั้งแต่ผู้ผลิตรถยนต์และเครื่องยนต์ ไปจนถึงผู้ผลิตเครื่องดื่ม ยางรถยนต์ และเครื่องมือกล เริ่มนำก๊าซชนิดนี้มาใช้เป็นส่วนหนึ่งของแหล่งพลังงาน จังหวัดแห่งนี้มีองค์ประกอบที่หาได้ยาก ทั้งทรัพยากรพลังงานหมุนเวียนที่อุดมสมบูรณ์ โครงสร้างพื้นฐานด้านการวิจัย และความร่วมมือระหว่างภาครัฐกับเอกชนที่ขับเคลื่อนอย่างแข็งขัน

ยามานาชิมีจุดเด่นจากปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่สูง แหล่งวิจัยด้านพลังงานที่กระจุกตัวอยู่ในพื้นที่ และนโยบายที่สนับสนุนโครงการตั้งแต่ห้องปฏิบัติการจนถึงโรงงาน พื้นที่โคเมะคุรายามะในเมืองโคฟุเป็นที่ตั้งของกลุ่มโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ที่พัฒนามากที่สุดแห่งหนึ่งของญี่ปุ่น และหมู่บ้านวิจัยระบบพลังงานแห่งใหม่ ผู้นำจังหวัดสนับสนุนโครงการนำร่องด้านไฮโดรเจนที่เชื่อมโยงพลังงานแสงอาทิตย์ในช่วงกลางวันเข้ากับการกักเก็บพลังงานระยะยาวและความร้อนสำหรับภาคอุตสาหกรรม โดยวางตำแหน่งภูมิภาคนี้ให้เป็นพื้นที่พิสูจน์เทคโนโลยีในสภาพการใช้งานจริง ก่อนขยายผล สมาคมพลังงานไฮโดรเจนยามานาชิ (H2-YES) ซึ่งเป็นกิจการร่วมทุนระหว่างจังหวัดกับบริษัทต่าง ๆ ช่วยประสานงานการสาธิตเทคโนโลยีและเชื่อมโยงลูกค้าหลัก

ระบบ Power to Gas ในยามานาชิทำงานอย่างไร

Power to Gas หรือที่เรียกโดยย่อว่า P2G คือการแปลงไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนให้เป็นไฮโดรเจน ด้วยการแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน แนวทางของยามานาชิใช้การแยกน้ำด้วยอิเล็กโทรไลซิสแบบพอลิเมอร์ของแข็ง เมื่อผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ได้มาก พลังงานส่วนเกินจะถูกป้อนเข้าสู่เครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ จากนั้นไฮโดรเจนจะถูกอัดหรือทำให้เป็นของเหลวและจัดเก็บในถัง ต่างจากอิเล็กตรอนในโครงข่ายไฟฟ้า ไฮโดรเจนที่กักเก็บไว้สามารถขนส่งด้วยรถบรรทุก ลำเลียงผ่านท่อในระยะทางสั้น ๆ หรือแปลงกลับเป็นไฟฟ้าและความร้อนเมื่อจำเป็น วิธีนี้เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ที่ผลิตได้ไม่สม่ำเสมอให้เป็นแหล่งพลังงานที่ยืดหยุ่นสำหรับโรงงาน คลังสินค้า และชุมชนในท้องถิ่น

เทคโนโลยี P2G รุ่นยามานาชิได้รับการสนับสนุนจากกองทุนนวัตกรรมสีเขียวของรัฐบาลญี่ปุ่น และงานที่ได้รับมอบหมายจาก NEDO หน่วยงานวิจัยและพัฒนาแห่งชาติ โดยจังหวัดยามานาชิร่วมพัฒนากับ Toray Industries, Tokyo Electric Power Company Holdings และ Takaoka Toko ขณะนี้กำลังก่อสร้างโรงงานขนาด 16 เมกะวัตต์ที่ยึดระบบนี้เป็นต้นแบบ ณ สถานที่ตั้งของ Suntory ในฮาคุชู จังหวัดยามานาชิ โดยมีแผนใช้ไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียนและน้ำในท้องถิ่น เพื่อให้ไฮโดรเจนที่ผลิตได้ไม่ปล่อยก๊าซเรือนกระจกเมื่อนำไปใช้ ดูรายละเอียดโครงการได้จาก Suntory และพันธมิตรระดับจังหวัดผ่านภาพรวมอย่างเป็นทางการ

แผนไฮโดรเจนสีเขียวขนาด 16 เมกะวัตต์ของ Suntory

ในเดือนกันยายน 2022 Suntory Holdings ลงนามข้อตกลงเบื้องต้นกับจังหวัดยามานาชิ เพื่อมุ่งสู่การลดการปล่อยคาร์บอนที่โรงกลั่นฮาคุชูและโรงงานน้ำฮาคุชูในเทือกเขามินามิแอลป์ หัวใจสำคัญของแผนคือโรงงาน P2G ขนาด 16 เมกะวัตต์ ซึ่งจะแยกน้ำด้วยไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนเพื่อผลิตไฮโดรเจนสีเขียวในพื้นที่ บริษัทจะใช้ก๊าซนี้เป็นแหล่งความร้อนสะอาดสำหรับการดำเนินงานของโรงงาน และตั้งใจแบ่งปันการจัดหาพลังงานให้ชุมชนโดยรอบ

คาดว่าจะเริ่มดำเนินงานในปี 2025 ระยะแรกจะใช้ไฮโดรเจนเดินหม้อไอน้ำเพื่อให้ความร้อนสำหรับการฆ่าเชื้อ และสนับสนุนการทดลองกลั่นที่โรงกลั่นฮาคุชู ตั้งแต่ปี 2027 Suntory วางแผนดำเนินธุรกิจตลอดห่วงโซ่คุณค่าไฮโดรเจนสีเขียวในญี่ปุ่น ไม่ใช่เพียงผลิตไฮโดรเจน แต่รวมถึงการจัดจำหน่ายและจำหน่ายด้วย ความร่วมมือด้านโลจิสติกส์กับ Tomoe Shokai จะช่วยให้จัดส่งได้ภายในจังหวัดยามานาชิและไปยังกรุงโตเกียว บริษัทยังศึกษาการใช้งานเพิ่มเติมในสถานประกอบการอื่น เช่น โรงกลั่นชิตะในจังหวัดไอจิ และโรงงานทากาซาโกะในจังหวัดเฮียวโงะ

ความพยายามนี้เกิดขึ้นหลังโครงการไฮโดรเจนที่วางแผนไว้กับโรงกลั่นแห่งหนึ่งในสหราชอาณาจักรไม่คืบหน้า จึงมีการโยกทรัพยากรมามุ่งเน้นการนำไปใช้ในประเทศ ในญี่ปุ่น สภาพแวดล้อมด้านนโยบายและความร่วมมือในท้องถิ่นของยามานาชิเปิดทางให้สามารถสร้าง ดำเนินงาน และพิสูจน์ห่วงโซ่คุณค่าได้อย่างครบวงจร ตั้งแต่พลังงานหมุนเวียนไปจนถึงความร้อนและไฟฟ้าที่ใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง

ความร่วมมือกับ JERA และการทดสอบไฟฟ้าปลอดคาร์บอนตลอด 24 ชั่วโมง

เมื่อวันที่ 22 พฤศจิกายน 2023 จังหวัดยามานาชิลงนามข้อตกลงเบื้องต้นกับ JERA ผู้ผลิตไฟฟ้ารายใหญ่ที่สุดของญี่ปุ่นเมื่อวัดตามสัดส่วนการผลิต เพื่อร่วมมือกันสร้างห่วงโซ่คุณค่าไฮโดรเจนระดับภูมิภาค JERA ตั้งเป้าผสานแหล่งพลังงานหมุนเวียนเข้ากับการผลิตไฟฟ้าพลังความร้อนที่ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์โดยใช้ไฮโดรเจนและแอมโมเนีย และผลิตไฟฟ้าราว 30 เปอร์เซ็นต์ของทั้งประเทศ ความร่วมมือนี้มุ่งสร้างหลักประกันด้านการผลิตและจัดหาไฟฟ้าปลอดคาร์บอนและเชื้อเพลิงที่มีไฮโดรเจนเป็นส่วนประกอบอย่างสม่ำเสมอ โดยผสานระบบ P2G ของจังหวัดเข้ากับห่วงโซ่คุณค่าเชื้อเพลิงและสินทรัพย์ด้านพลังงานของ JERA มีการเผยแพร่ภาพรวมความร่วมมือไว้ที่นี่: ภาพรวมความร่วมมือกับ JERA

มีแผนสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานไฮโดรเจนแห่งใหม่ที่ภูเขาโคเมะคุระ โดยการทดสอบสาธิตจะจ่ายไฟฟ้าให้ธุรกิจในท้องถิ่น เป้าหมายคือพิสูจน์ว่าสามารถจ่ายไฟฟ้าปลอดคาร์บอนได้อย่างต่อเนื่อง ด้วยการผสานการผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์เข้ากับกังหันที่ใช้ไฮโดรเจนหรือเซลล์เชื้อเพลิงในช่วงที่ไม่มีแสงแดดหรือมีเมฆ หากใช้ได้ผลในระดับจังหวัด แนวทางนี้อาจรองรับโรงงานที่ต้องใช้ไฟฟ้าอย่างสม่ำเสมอตลอดทั้งวัน

จากพลังงานแสงอาทิตย์สู่การกักเก็บ เส้นทางการพัฒนาศูนย์โคเมะคุรายามะ

การพัฒนาพลังงานแสงอาทิตย์ของจังหวัดที่โคเมะคุรายามะเริ่มจากการวางแผนในช่วงต้นทศวรรษ 1990 โดยตั้งใจให้พื้นที่นี้ดึงดูดบริษัทต่าง ๆ หลังเศรษฐกิจฟองสบู่แตก ที่ดินแห่งนี้จึงกลายเป็นพื้นที่ติดตั้งแผงพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ โดยร่วมมือกับ Tokyo Electric Power Company ซึ่งนำไปสู่การพัฒนาระยะถัดมา ภายในปี 2021 จังหวัดได้เริ่มโครงการ P2G เพื่อเปลี่ยนไฟฟ้าส่วนเกินจากแสงอาทิตย์เป็นไฮโดรเจนด้วยการแยกน้ำแบบพอลิเมอร์ของแข็ง ระบบในช่วงแรกทำให้ไฮโดรเจนเป็นของเหลว จัดเก็บไว้ในถังเฉพาะในพื้นที่ และขนส่งด้วยรถพ่วงไปยังจุดที่ต้องการ เช่น ร้านค้าที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิงเป็นแหล่งไฟฟ้าสำรองและเพื่อรองรับความต้องการสูงสุด

ขั้นต่อไปคือขยายจากการพึ่งพาพลังงานแสงอาทิตย์เพียงแหล่งเดียว ไปสู่การใช้ไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียนที่ได้รับการรับรองจากโครงข่ายไฟฟ้าทั่วไป ซึ่งรวมถึงพลังน้ำ ลม และความร้อนใต้พิภพ เมื่อผลิตไฮโดรเจนตามความต้องการ ณ จุดใช้งานได้ ความจำเป็นในการจัดเก็บจะลดลง ต้นทุนขนส่งจะต่ำลง และต้นทุนไฮโดรเจนสีเขียวอาจดีขึ้น วิศวกรในยามานาชิยังศึกษาการใช้งานในภาคอุตสาหกรรมที่นอกเหนือจากความร้อนและไฟฟ้า เช่น ใช้ไฮโดรเจนสีเขียวทำความสะอาดในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์แทนฮีเลียม

ใครใช้ไฮโดรเจนในปัจจุบัน

สถานที่ตั้งของ Suntory ในฮาคุชูเป็นลูกค้าหลักของจังหวัด โดยมีแผนใช้ไฮโดรเจนเพื่อฆ่าเชื้อด้วยความร้อนและทดลองกลั่นวิสกี้ด้วยการให้ความร้อนโดยตรง นอกเหนือจากธุรกิจเครื่องดื่ม ภาคอุตสาหกรรมยางรถยนต์เริ่มทดลองผลิตไฮโดรเจนในพื้นที่เพื่อใช้เป็นความร้อนในกระบวนการผลิตและระบบผลิตไฟฟ้าควบคู่กับความร้อน สะท้อนให้เห็นถึงตลาดอุตสาหกรรมที่กว้างขึ้นสำหรับก๊าซชนิดนี้

การขนส่งเป็นอีกด้านที่กำลังมีความคืบหน้า รัฐบาลกลางสนับสนุนการใช้เซลล์เชื้อเพลิงในยานยนต์ขนาดใหญ่ พร้อมจัดสรรเงินทุนแก่ผู้ผลิตรถยนต์เพื่อเพิ่มกำลังการผลิตเซลล์เชื้อเพลิง โครงการหลายโครงการมุ่งพัฒนารถบรรทุกที่ใช้ไฮโดรเจน ซึ่งสามารถเติมเชื้อเพลิงที่ศูนย์กระจายสินค้าในช่วงนอกเวลาเร่งด่วน โดยใช้ไฮโดรเจนสีเขียวที่ผลิตขึ้นเมื่อมีพลังงานหมุนเวียนเหลือเฟือ ความพยายามเหล่านี้สอดคล้องกับคำมั่นของญี่ปุ่นที่จะบรรลุความเป็นกลางทางคาร์บอนภายในปี 2050 และความจำเป็นในการลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลนำเข้า

ต้นทุน ประโยชน์ และข้อจำกัด

การแยกน้ำด้วยไฟฟ้าใช้พลังงานสูง โดยทั่วไปการผลิตไฮโดรเจน 1 กิโลกรัมต้องใช้ไฟฟ้าราว 50 ถึง 55 กิโลวัตต์ชั่วโมง และยังต้องใช้พลังงานเพิ่มเติมในการอัดหรือทำให้เป็นของเหลว เครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ขนาด 16 เมกะวัตต์ที่ทำงานเต็มกำลังตลอดทั้งวันอาจผลิตไฮโดรเจนได้ราว 7 ถึง 8 เมตริกตัน ปริมาณการผลิตจริงขึ้นอยู่กับรอบการทำงาน ช่วงเวลาบำรุงรักษา และปริมาณไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียนที่มีอยู่ ยามานาชิวางกลยุทธ์โดยผสานพลังงานแสงอาทิตย์ในพื้นที่ ไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียนจากโครงข่าย และระบบกักเก็บ เพื่อให้โรงงานเดินเครื่องได้ในช่วงที่ไฟฟ้าสะอาดและมีราคาถูก

ต้นทุนยังคงเป็นความท้าทายสำคัญ ในญี่ปุ่น ราคาขายส่งไฟฟ้าและค่าใช้โครงข่ายอาจสูง ซึ่งเป็นข้อจำกัดของโครงการนำร่องด้านไฮโดรเจนในอดีต การใช้ไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ที่อาจถูกจำกัดการผลิต หรือปรับเวลาเดินเครื่องให้ตรงกับช่วงที่มีความต้องการต่ำ สามารถลดต้นทุนต่อกิโลกรัมได้ การเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์และการผลิตในปริมาณมากขึ้นก็ช่วยลดราคาในระยะยาวเช่นกัน

การจัดหาน้ำและความปลอดภัยเป็นประเด็นในทางปฏิบัติสองข้อ การแยกน้ำด้วยไฟฟ้าใช้น้ำเกือบ 9 ลิตรต่อการผลิตไฮโดรเจน 1 กิโลกรัม และต้องใช้น้ำเพิ่มเติมในการทำให้บริสุทธิ์ พื้นที่ฮาคุชูขึ้นชื่อเรื่องน้ำใต้ดินคุณภาพสูงที่ใช้ในธุรกิจเครื่องดื่ม จึงยิ่งตอกย้ำความจำเป็นในการบริหารจัดการทรัพยากรและการนำน้ำกลับมาใช้ใหม่อย่างรอบคอบ การจัดการไฮโดรเจนต้องปฏิบัติตามมาตรการที่เข้มงวด ทั้งการระบายอากาศ การตรวจจับการรั่วไหล และการฝึกอบรม อาจเกิดความกังวลในชุมชนเกี่ยวกับการติดไฟได้ ดังที่เห็นจากการถกเถียงต่อสาธารณะเกี่ยวกับโครงการที่เสนอในต่างประเทศ การสื่อสารกับชุมชนและมาตรฐานการออกแบบที่เข้มงวดจึงเป็นสิ่งจำเป็น

รูปแบบของยามานาชิจะขยายผลไปนอกจังหวัดได้หรือไม่

กรอบการดำเนินงานที่กำลังพิสูจน์ในยามานาชิออกแบบมาเพื่อใช้ในระดับภูมิภาค โดยเชื่อมโยงทรัพยากรพลังงานหมุนเวียนในท้องถิ่น การแยกน้ำด้วยไฟฟ้า การกักเก็บ และผู้ใช้ปลายทางผ่านห่วงโซ่อุปทานระยะสั้น ระยะต่อไปจะมีการจัดส่งไปยังโตเกียว ซึ่งจะเชื่อมโยงศูนย์กลางความต้องการพลังงานขนาดใหญ่เข้ากับไฮโดรเจนสีเขียวที่ผลิตในภูเขาทางตะวันตกของเมืองหลวง หากการสาธิตของ JERA ประสบความสำเร็จในการจ่ายไฟฟ้าปลอดคาร์บอนตลอด 24 ชั่วโมง ก็จะเป็นต้นแบบให้ภาคอุตสาหกรรมผลิตไฟฟ้าได้อย่างน่าเชื่อถือโดยไม่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล ดูรายละเอียดความร่วมมือได้จากภาพรวมโครงการของ JERA

โครงการนี้กำลังได้รับความสนใจจากนานาชาติแล้ว คณะผู้แทนจากต่างประเทศเดินทางไปเยี่ยมชมศูนย์วิจัยและโครงการนำร่องภาคอุตสาหกรรมของยามานาชิ และบางภูมิภาคกำลังวางแผนจัดตั้งศูนย์ความเป็นเลิศด้านไฮโดรเจนสีเขียว โดยนำบทเรียนจากญี่ปุ่นไปใช้ การเยี่ยมชมครอบคลุมเทคโนโลยีตั้งแต่ยานยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไปจนถึงห้องปฏิบัติการวิจัยและโรงงานผลิตในจังหวัด การถ่ายทอดองค์ความรู้ดังกล่าวควบคู่กับการสนับสนุนนโยบายระดับชาติ แสดงให้เห็นว่าพื้นที่ทดสอบในท้องถิ่นสามารถส่งอิทธิพลต่อโครงการต่าง ๆ ได้ไกลเกินขอบเขตของตน

ประเด็นสำคัญ

• จังหวัดยามานาชิกำลังก้าวขึ้นเป็นพื้นที่ทดสอบไฮโดรเจนสีเขียวของญี่ปุ่น โดยเชื่อมโยงพลังงานแสงอาทิตย์ที่อุดมสมบูรณ์เข้ากับการผลิต การกักเก็บ และการใช้งานไฮโดรเจนในภาคอุตสาหกรรม
• ระบบ Power to Gas รุ่นยามานาชิแปลงไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียนเป็นไฮโดรเจนด้วยการแยกน้ำแบบพอลิเมอร์ของแข็ง เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ที่ผลิตได้ไม่สม่ำเสมอให้เป็นแหล่งพลังงานที่ยืดหยุ่น
• Suntory และจังหวัดกำลังก่อสร้างเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ขนาด 16 เมกะวัตต์ที่โรงกลั่นฮาคุชูและโรงงานน้ำฮาคุชูในเทือกเขามินามิแอลป์ โดยมีแผนเริ่มดำเนินงานในปี 2025
• ตั้งแต่ปี 2027 Suntory ตั้งใจดำเนินธุรกิจตลอดห่วงโซ่คุณค่าไฮโดรเจน รวมถึงการจัดจำหน่ายและจำหน่ายในท้องถิ่นในยามานาชิและโตเกียว โดยร่วมมือด้านโลจิสติกส์กับ Tomoe Shokai
• JERA และยามานาชิลงนามความร่วมมือในปี 2023 เพื่อสร้างห่วงโซ่คุณค่าไฮโดรเจนระดับภูมิภาค และสาธิตการผลิตไฟฟ้าปลอดคาร์บอนตลอด 24 ชั่วโมง ด้วยการผสานพลังงานแสงอาทิตย์กับการผลิตไฟฟ้าที่ใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง
• โคเมะคุรายามะเป็นศูนย์กลางการวิจัยและนำเทคโนโลยีไปใช้ของจังหวัด โดยพัฒนาจากพื้นที่ติดตั้งแผงพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่สู่ระบบ P2G ที่ผลิต กักเก็บ และขนส่งไฮโดรเจน
• ผู้ใช้ในภาคอุตสาหกรรมนอกเหนือจากธุรกิจเครื่องดื่ม รวมถึงผู้ผลิตยางรถยนต์ กำลังทดลองใช้ไฮโดรเจนสีเขียวที่ผลิตในพื้นที่เพื่อลดการปล่อยก๊าซจากความร้อนในกระบวนการผลิต
• โครงการระดับชาติของญี่ปุ่นสนับสนุนการใช้ไฮโดรเจนในยานยนต์ขนาดใหญ่ โดยจัดสรรเงินทุนเพื่อเพิ่มกำลังการผลิตเซลล์เชื้อเพลิง และผลักดันการใช้รถบรรทุกที่ขับเคลื่อนด้วยไฮโดรเจน
• เครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ขนาด 16 เมกะวัตต์อาจผลิตไฮโดรเจนได้ราว 7 ถึง 8 ตันต่อวันเมื่อทำงานเต็มกำลัง แต่ปริมาณจริงขึ้นอยู่กับการใช้งาน
• ความท้าทายสำคัญ ได้แก่ ต้นทุนไฟฟ้าและโครงข่าย การใช้น้ำ การกักเก็บและโลจิสติกส์ ตลอดจนมาตรการความปลอดภัยที่รัดกุมในการจัดการไฮโดรเจน
• แนวทางของยามานาชิออกแบบมาให้ใช้ได้ในระดับภูมิภาคและนำไปปรับใช้ซ้ำได้ โดยมีแผนจัดส่งไปยังโตเกียว และได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นจากคณะผู้แทนต่างประเทศที่เข้ามาศึกษารูปแบบนี้