Wärtsilä กับก้าวกระโดดครั้งประวัติศาสตร์: ทดสอบเดินเครื่องยนต์ไฮโดรเจนบริสุทธิ์ 100% ขนาดยักษ์ ป้อนไฟฟ้าเข้าระบบกริดของสเปนเป็นครั้งแรกของโลก

เปิดกลไกเครื่องยนต์ Wärtsilä 31H2 สุดยอดเครื่องยนต์“หายใจด้วยไฮโดรเจน”

Wärtsilä 31H2 ไม่ใช่เครื่องยนต์ต้นแบบขนาดเล็ก แต่เป็นเครื่องยนต์ลูกสูบอุตสาหกรรมสี่จังหวะความเร็วปานกลาง สร้างบนแพลตฟอร์ม Wärtsilä 31 ที่เครื่องยนต์ดีเซลในตระกูลเดียวกันเคยครองสถิติโลกของกินเนสส์บุ๊คว่าเป็นเครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดมาแล้ว

หากเทียบกับรถยนต์ เครื่องยนต์นี้คือยักษ์ใหญ่ที่มีความสูงราว 15 ฟุต (4.5 เมตร) และความยาวเกือบ 29 ฟุต (8.8 เมตร) ในรุ่นปกติของมันให้กำลังมหาศาลถึง 13,000 แรงม้า (ประมาณ 9.8 เมกะวัตต์) ถึงแม้กำลังจะเปลี่ยนไปตามชนิดของเชื้อเพลิงก็ตาม

หัวใจสำคัญที่ทำให้เครื่องยนต์สันดาปภายในใช้ไฮโดรเจนบริสุทธิ์ได้คือ ระบบควบคุมการเผาไหม้ เนื่องจากไฮโดรเจนมีความเร็วในการเผาไหม้สูงมากและต้องการพลังงานในการจุดระเบิดเพียงเล็กน้อย จึงเพิ่มความเสี่ยงต่อการจุดระเบิดก่อนเวลาอันควร (Klopfen หรือ Knock) และเปลวไฟย้อนกลับ (Backflash) แต่เครื่องยนต์ 31H2 จัดการความเสี่ยงเหล่านี้ด้วยระบบควบคุมที่ปรับแต่งค่าต่างๆ แบบเรียลไทม์ เพื่อให้การเผาไหม้มีเสถียรภาพตลอดช่วงการทำงานที่ยืดหยุ่นกับเชื้อเพลิง

สเป็ก และ กลยุทธ์สองเครื่องยนต์

Wärtsilä ใช้กลยุทธ์ “เครื่องยนต์คู่” สำหรับการเปลี่ยนผ่านสู่พลังงานไฮโดรเจน โดยทั้งสองรุ่นใช้แพลตฟอร์ม V31 ร่วมกัน แต่ตอบโจทย์ต่างกัน:

• Wärtsilä 31SG-H2 (Hydrogen-Ready รุ่นรองรับไฮโดรเจน): เป็นวิวัฒนาการจากเครื่องยนต์ก๊าซธรรมชาติที่มีอยู่เดิม สามารถใช้ก๊าซธรรมชาติหรือผสมไฮโดรเจนในอัตราส่วนไม่เกิน 25% โดยปริมาตร โดยไม่ต้องปรับเปลี่ยนฮาร์ดแวร์ใดๆ เลย แค่ปรับแต่งระบบควบคุมก็พอ และเมื่อลูกค้ามีแหล่งจ่ายไฮโดรเจนที่แน่นอน ก็สามารถอัปเกรดหน้างานให้ใช้ไฮโดรเจน 100% ได้
• Wärtsilä 31H2 (Pure Hydrogen Engine เครื่องยนต์ไฮโดรเจนล้วน): เป็นเครื่องยนต์ที่ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อจุดประสงค์นี้โดยเฉพาะ รองรับการใช้เชื้อเพลิงได้อย่างยืดหยุ่นตั้งแต่ 0% ไปจนถึง 100% ไม่ว่าจะเป็นก๊าซธรรมชาติหรือไฮโดรเจน และการทดสอบที่เบร์เมโอคือการพิสูจน์ว่าเครื่องรุ่นนี้เดินเครื่องด้วยไฮโดรเจนบริสุทธิ์ได้จริง

สำหรับรายละเอียดสมรรถนะหลักที่รวบรวมจากเอกสารและคำแถลงของ Wärtsilä มีดังนี้:

• กำลังขับเมื่อใช้ก๊าซธรรมชาติ: ~12 MW จากการยืนยันของโฆษกบริษัทสำหรับเครื่องยนต์ขนาดกระบอกสูบกลาง (Medium-bore)
• กำลังขับเมื่อใช้ไฮโดรเจน 100%: จะลดลงจากอัตราที่ใช้ก๊าซธรรมชาติ โดยก่อนหน้านี้ Wärtsilä เคยสาธิตการเดินเครื่องด้วยไฮโดรเจนบริสุทธิ์ได้ที่ประมาณ 70% ของโหลดของเครื่องยนต์ทางทะเลทั่วไป และโฆษกระบุว่ากำลังขับจะลดลงเมื่อเทียบกับก๊าซธรรมชาติ แต่ไม่ได้ระบุสัดส่วนที่แน่นอนของการทดสอบบนกริดครั้งนี้
• สมรรถนะการผสมไฮโดรเจน: การทดสอบเชิงพาณิชย์ก่อนหน้าพบว่า การผสมไฮโดรเจน 25% เครื่องยนต์ทำได้ถึง 95% ของโหลด และหากผสมเพียง 17% จะสามารถขึ้นไปถึง 100% ของโหลดได้
• เวลาเร่งกำลัง (Ramp Time): เครื่องยนต์สามารถเร่งจากศูนย์จนถึงกำลังผลิตสูงสุดได้ในเวลาเพียง เพียงสองนาที ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบเด็ดขาดเหนือโรงไฟฟ้าพลังความร้อนแบบดั้งเดิม และทำให้มันมีค่าอย่างยิ่งในการรักษาเสถียรภาพให้กับพลังงานหมุนเวียนที่ไม่แน่นอนอย่างโซลาร์และลม
• การประสานเข้ากับกริด: จากการสั่งสตาร์ทจนเชื่อมต่อกริดเสร็จภายใน 30 วินาที

บทบาทของอิเล็กโทรไลเซอร์จาก Air Liquide

ไฮโดรเจนที่ใช้ในการทดสอบที่เบร์เมโอ ไม่ใช่ “ไฮโดรเจนสีเทา” ที่ผลิตจากก๊าซธรรมชาติ แต่เป็น “ไฮโดรเจนสีเขียว” ที่ผลิตโดย Air Liquide บริษัทก๊าซอุตสาหกรรมยักษ์ใหญ่จากฝรั่งเศส ผ่านกระบวนการ อิเล็กโทรลิซิสของน้ำ ซึ่งไม่ก่อให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เมื่อใช้ไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียน ทางบริษัทมีประสบการณ์โชกโชน โดยมีโรงงาน HyBalance ในยุโรปที่เป็นหนึ่งในโรงงานผลิตไฮโดรเจนด้วยเทคโนโลยี PEM อิเล็กโทรลิซิสในระดับอุตสาหกรรมแห่งแรกๆ

ไฮโดรเจนสำหรับการทดสอบครั้งนี้เป็นไปตามข้อกำหนดของ EU’s Renewable Energy Directive (RED) ซึ่งหมายถึงการผ่านเกณฑ์ความยั่งยืนอย่างเข้มงวด และ Air Liquide เองก็กำลังขยายกำลังผลิตครั้งใหญ่ โดยกำลังสร้างโครงการ ELYgator ในเนเธอร์แลนด์ ที่เป็นอิเล็กโทรไลเซอร์ขนาด 200 MW สามารถผลิตไฮโดรเจนหมุนเวียนและคาร์บอนต่ำได้มากถึง 23,000 ตันต่อปี

บทพิสูจน์เชิงพาณิชย์: การทดสอบที่เบร์เมโอยืนยันอะไรได้บ้าง?

การทดสอบที่เบร์เมโอในเดือนมิถุนายน 2026 ซึ่งมีลูกค้าเข้าร่วมชม ไม่ใช่การทดลองทางวิทยาศาสตร์ในกรอบแคบๆ ตามข่าวประชาสัมพันธ์ของ Wärtsilä เรียกมันว่าเป็นจุดเริ่มต้นของ “ขั้นตอนการตรวจสอบ” เครื่องยนต์ ที่บริษัทนำมาเดินเครื่องบนกริดของสเปนเพื่อแสดงให้ผู้ผลิตไฟฟ้าและผู้ใช้ในภาคอุตสาหกรรมเห็นว่าเทคโนโลยีนี้สามารถส่งมอบพลังงานที่เสถียร ยืดหยุ่น และไร้คาร์บอนได้จริงในโลกแห่งความเป็นจริง

การตรวจสอบนี้คือก้าวสุดท้ายก่อนเปิดรับออเดอร์เชิงพาณิชย์ Wärtsilä คาดว่าปริมาณการผลิตเชิงพาณิชย์จะเริ่มพุ่งขึ้นตั้งแต่ปี 2027 โดยเป้าหมายคือการสร้างโรงไฟฟ้าระดับสาธารณูปโภคขนาดหลายร้อยเมกะวัตต์ ที่ประกอบขึ้นจากเครื่องยนต์หลายๆ โมดูล คล้ายกับที่ศูนย์ข้อมูล (Data Centers) และอุตสาหกรรมในพื้นที่ห่างไกลสร้างโครงข่ายไฟฟ้าของตัวเองในปัจจุบัน

เส้นทางการพัฒนา 6 ปี (2020-2026): จากก๊าซธรรมชาติสู่ไฮโดรเจนบริสุทธิ์

Wärtsilä ไม่ได้กระโดดจากก๊าซธรรมชาติไปหาไฮโดรเจนบริสุทธิ์ในชั่วข้ามคืน พวกเขามีโปรแกรมทดสอบที่ต่อเนื่องยาวนานหลายปี:

• 2020: Wärtsilä และ WEC Energy Group ประสบความสำเร็จในการทดสอบผสมไฮโดรเจน 25% โดยปริมาตรกับเครื่องยนต์ 50SG ที่ไม่ได้ดัดแปลงใดๆ เป็นครั้งแรกของโลก โดยเครื่องยนต์เดินต่อเนื่องสามวันบนกริดในรัฐมิชิแกน สหรัฐอเมริกา และทำโหลดได้ถึง 95%
• 2022: การทดสอบผสมเชื้อเพลิงขยายวงกว้างไปยังห้องแล็บในเมืองวาซา (ฟินแลนด์) และเบร์เมโอ (สเปน) รวมถึงมีการทดสอบเชิงพาณิชย์ที่โรงไฟฟ้าของ WEC Energy Group
• 2023: การทดสอบร่วมกับ EPRI และ WEC Energy Group บนเครื่องยนต์ 20 MW พบว่าการผสมไฮโดรเจน 25% ให้ประสิทธิภาพที่ดีเกินคาดและปล่อยก๊าซ NOx ต่ำกว่าที่คาดการณ์ไว้ โดยไม่มีการปรับแต่งฮาร์ดแวร์เครื่องยนต์เลย
• 2024: Wärtsilä เปิดตัวแนวคิดโรงไฟฟ้าเครื่องยนต์ที่พร้อมใช้ไฮโดรเจน 100% เป็นครั้งแรกของโลกในระดับขนาดใหญ่ และได้รับใบรับรอง H2-Readiness ระยะที่ 1 จาก TÜV SÜD
• 2025: เปิดตัวเครื่องยนต์สองรุ่นคือ 31SG-H2 และ 31H2 พร้อมทั้งประสบความสำเร็จในการเดินเครื่องด้วยไฮโดรเจนบริสุทธิ์ต่อเนื่องที่ประมาณ 70% ของโหลดเครื่องยนต์ทางทะเลทั่วไป
• มิถุนายน 2026: การทดสอบครั้งประวัติศาสตร์ที่เบร์เมโอ เป็นครั้งแรกที่เครื่องยนต์ขนาดใหญ่ทำงานด้วยไฮโดรเจน 100% และจ่ายไฟเข้าระบบกริดของประเทศ

ปมปัญหาเรื่องราคา: ทำไม €6.29/กก. จึงเป็นตัวเลขที่ต้องจับตามอง

การทำข่าวถึงการทดสอบที่เบร์เมโอ มีการอ้างถึงราคาไฮโดรเจนสีเขียวที่ 6.29 ยูโรต่อกิโลกรัม (ประมาณ 240 บาท) ในสเปน ตัวเลขนี้สอดคล้องกับการประเมินต้นทุนไฮโดรเจนสีเขียวในยุโรปซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 5-8 ยูโร/กก. ขึ้นอยู่กับต้นทุนไฟฟ้าหมุนเวียนและชั่วโมงการทำงานของโรงงานอิเล็กโทรลิซิส

ด้วยราคาระดับนี้ แน่นอนว่าต้นทุนค่าเชื้อเพลิงเพื่อผลิตไฟฟ้าจากไฮโดรเจนบริสุทธิ์นั้นสูงกว่าการเผาก๊าซธรรมชาติอย่างเห็นได้ชัด ดังนั้นคุณค่าของเครื่องยนต์นี้จึงไม่ได้อยู่ที่ความถูก แต่อยู่ที่การเป็นแหล่งพลังงานที่มั่นคง ไร้คาร์บอน และตอบสนองเร็ว ซึ่งกังหันก๊าซหรือแบตเตอรี่เพียงอย่างเดียวให้ไม่ได้ และสำหรับภาคอุตสาหกรรมที่มีพันธกิจในการลดคาร์บอน หรืออยู่ในพื้นที่ที่ไฟฟ้าจากกริดไม่น่าเชื่อถือ การลงทุนนี้ก็อาจเปลี่ยนสมการทางธุรกิจได้

เครื่องยนต์นี้จะไปอยู่ที่ไหนบ้าง?

Wärtsilä กำลังนำเสนอแพลตฟอร์ม 31H2 ให้กับภาคส่วนที่ต้องการคุณสมบัติสองอย่างนี้ร่วมกัน: ความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และความเชื่อถือได้สูงสุด

• ศูนย์ข้อมูล (Data Centers): ต้องการแหล่งจ่ายไฟสำรองและไฟหลักที่เสถียรและสามารถจ่ายไฟได้ทันที เครื่องยนต์ไฮโดรเจนที่เร่งเครื่องได้ภายในสองนาทีสามารถตอบสนองความผันผวนของกริดได้ทันที พร้อมๆ กับบรรลุเป้าหมายการปล่อยคาร์บอนเป็นศูนย์
• เหมืองแร่: เหมืองในพื้นที่ห่างไกลมักพึ่งพาไฟฟ้าจากดีเซล เครื่องยนต์ไฮโดรเจน 100% ที่ผลิตจากไฮโดรเจนสีเขียวในพื้นที่จากพลังงานหมุนเวียน เป็นหนทางสู่พลังงานพื้นฐานที่ไร้คาร์บอน โดยไม่ต้องพึ่งพาการเชื่อมต่อกริดระยะไกล
• โรงงานปูนซีเมนต์และอุตสาหกรรมหนัก: ภาคส่วนเหล่านี้มีการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากกระบวนการผลิตที่ลดได้ยาก เครื่องยนต์ไฮโดรเจนที่ยืดหยุ่นนี้สามารถให้ทั้งไฟฟ้าและความร้อนอุณหภูมิสูงที่จำเป็นต่อกระบวนการผลิตบางประเภท
• โรงงานสิ่งทอ: ในภูมิภาคที่กำลังสร้างโครงสร้างพื้นฐานไฮโดรเจนหมุนเวียน เครื่องยนต์นี้นำเสนอเส้นทางสู่การลดคาร์บอน สำหรับโรงงานทอผ้าที่ต้องการทั้งไฟฟ้าและความร้อนปริมาณมาก

นี่เป็นเพียงจิ๊กซอว์ชิ้นหนึ่งในเดิมพันครั้งใหญ่ของ Wärtsilä: การเชื่อว่าไฮโดรเจนสีเขียวจะกลายเป็นตัวเชื่อมระหว่างพลังงานหมุนเวียนที่ไม่สม่ำเสมอ กับภาคอุตสาหกรรมที่ต้องการไฟฟ้าตลอด 24 ชั่วโมง ไม่ว่าฟ้าฝนจะเป็นเช่นไร