อย่างไรก็ตาม เมื่อยุคของพลังงานสะอาด Green Economy ที่ขับเคลื่อนด้วยแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy มาถึง (พลังงานลม พลังงานแสงอาทิตย์ และเชื้อเพลิงชีวมวล) เครื่องยนต์สันดาปภายในสำหรับงานหนักเหล่านี้ จะยังคงอยู่ต่อไปได้ การได้ไปต่อของเครื่องยนต์สันดาปภายใน จำเป็นที่จะต้องตัดการปล่อย Co2 ออกไป ด้วยแนวคิดดังกล่าว จึงมีความจำเป็นที่จะต้องนำ Green Hydrogen และ Synthetic Fuels & Gas มาดัดแปลง โดยปรับระบบจ่ายเชื้อเพลิง และระบบจุดระเบิดในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ใหม่ทั้งหมด เพื่อให้เครื่องยนต์ยังคงมีประสิทธิภาพและมีฟีลลิ่งในการขับเหมือนเดิม แต่ที่ไม่เหมือนเดิมก็คือ เครื่องยนต์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนจะไม่ปล่อยมลพิษออกมาแม้แต่กรัมเดียว
เมื่อปี 2021 ผู้เข้าร่วมประชุมด้านสภาพอากาศของ UN ได้พิจารณาถึงวิธีการกอบกู้โลกให้รอดพ้นจากหายนะสภาวะภูมิอากาศโลกเปลี่ยนแปลง ในขณะเดียวกัน ประธานบริษัท Toyota Motor Corporation กำลังแข่งรถไฮโดรเจนรุ่นทดลอง ซึ่งเป็นยานพาหนะที่สามารถพยุงรักษาตำแหน่งงานของเจ้าหน้าที่และบริษัทซัพพลายเออร์ทั่วโลกได้หลายล้านตำแหน่ง!
Toyota Corolla Sport สีสันสดใสที่นายใหญ่ Akio Toyoda ขับแข่งรอบสนาม Okayama International Circuit ที่ตั้งอยู่ทางตะวันตกของญี่ปุ่นนั้นขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ GR Yaris ที่ได้รับการดัดแปลงไปใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจน การคิดค้นระบบเชื้อเพลิงที่ไม่ปล่อยมลพิษดังกล่าว ทำให้เครื่องยนต์สันดาปภายในอยู่รอดปลอดภัยในโลกที่ปราศจากคาร์บอนได้อีกอย่างน้อยๆ 20 ปี
“ศัตรูของมนุษยชาติคือคาร์บอน ไม่ใช่เครื่องยนต์สันดาปภายใน เราไม่ควรมุ่งเน้นไปที่เทคโนโลยีเพียงอย่างเดียว แต่ควรใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีที่เรามีอยู่แล้วให้เกิดประโยชน์สูงสุด” ท่านประธาน Toyoda กล่าวในรายการแข่งรถเอนดูลานซ์ระยะไกล ที่สนามแข่งความเร็วสูงบนเกาะญี่ปุ่น “ความเป็นกลางของคาร์บอนไม่ได้เกี่ยวกับการมีทางเลือกเพียงแค่ทางเดียว แต่เกี่ยวกับการรักษาทางเลือกที่เปิดกว้างไว้”
การผลักดันเทคโนโลยีไฮโดรเจนครั้งล่าสุดของ Toyota เกิดขึ้นในขณะที่ผู้ผลิตรถยนต์ทั่วไปกำลังชิงส่วนแบ่งทางการตลาดที่กำลังเติบโต สำหรับการผลิตรถยนต์ไฟฟ้า EV ที่ใช้แบตเตอรี่ ในขณะที่โลกกระชับกฎเกณฑ์การปล่อยมลพิษ เพื่อให้เป็นไปตามคำมั่นสัญญาในการลดการปล่อยคาร์บอน
ไฮโดรเจนสีเขียว Green Hydrogen กำลังกลายเป็นหัวใจสำคัญของพลังงานในอนาคต เพราะไฮโดรเจนสีเขียว จะไม่มีการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกไปสู่บรรยากาศรอบตัว สามารถนำไปใช้โดยตรง หรือดัดแปลงรูปเพิ่มเติมในระบบจ่ายเชื้อเพลิงและระบบจุดระเบิด ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน ตัวอย่างเช่น eFuels, เชื้อเพลิงสังเคราะห์ Synthetic Fuels & Gas หรือ Green Ammonia: NH3 เป็นต้น ที่สามารถให้พลังงานแก่เครื่องยนต์เหล่านี้ได้ด้วยการปรับแต่งเพื่อความเป็นกลางทางคาร์บอนต่อสภาพแวดล้อม
Toyota พัฒนาเชื้อเพลิงไฮโดรเจนสำหรับใช้ในยานยนต์ที่จะออกขายในอนาคตมานานแล้ว นอกจากกลยุทธ์การปรับเปลี่ยนมาใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนแทนน้ำมัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แหล่งพลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานลมที่มีต้นทุนพลังงานต่ำ สามารถนำมาผลิตไฮโดรเจนเพื่อใช้เติมให้กับยานพาหนะ จากการค้นคว้าและวิจัยของ Toyota พบว่า ไฮโดรเจน ให้พลังงานสูงกว่าแบตเตอรี่ลิเทียม หรือ Lithium Ion Battery ถึง 236 เท่าเลยทีเดียว และเนื่องจากญี่ปุ่น เป็นประเทศที่ไม่มีแร่ธาตุในการผลิตแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า และต้องพึ่งพาวัตถุดิบจากนอกประเทศแต่เพียงอย่างเดียว ทำให้ต้นทุนการผลิตแบตเตอรี่ในอนาคตสูงขึ้นเรื่อยๆ และอาจไม่มีหนทางที่จะทำให้แบตฯมีราคาถูกลง แม้จะผลิตในปริมาณมากๆ ก็ตาม
ตัวเลขอัตราเปรียบเทียบพลังงานจำเพาะของก๊าซไฮโดรเจน Specific Energy of Hydrogen : 142 MJ/kg หรือเท่ากับ 39.4444 W·h/kg .. พลังงานจำเพาะของไฮโดรเจนเหลว Specific Energy of Liquid Hydrogen : 32.4 MJ/kg หรือเท่ากับ 8.9 W·h/kg .. พลังงานจำเพาะของแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน Specific Energy of Lithium Ion Battery : 0.100-0.265 W·h/kg หรือเท่ากับ 0.36-0.875 MJ/kg
แบตเตอรี่ลิเทียมไอออน ในยานยนต์พลังงานไฟฟ้า ไม่ได้มีพลังงานจำเพาะน้อยเกินไป ทุกวันนี้แบตเตอรี่ของรถยนต์ EV มีประสิทธิภาพสูงขึ้น สามารถเก็บและจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับมอเตอร์ขับเคลื่อน เพื่อตอบสนองความต้องการอย่างเพียงพอ สำหรับการขับเคลื่อนยานพาหนะไฟฟ้าที่มีความหลากหลาย แบตเตอรี่ถูกนำมาใช้งานทั่วไปไม่เฉพาะในรถยนต์ไฟฟ้าเท่านั้น แต่เมื่อเทียบกับพลังงานจำเพาะของไฮโดรเจนแล้ว แบตเตอรี่ยังคงมีพลังงานน้อยกว่าอย่างเทียบกันไม่ติด
ก๊าซไฮโดรเจน H2 หรือ Green Hydrogen ที่ถูกผลิตขึ้นจากการแยกน้ำด้วยกำลังไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียนนั้น สามารถจัดเก็บไว้ในรูปแบบก๊าซไฮโดรเจนความดันสูง ประมาณ 700 เท่าของความดันบรรยากาศ หรือจัดเก็บไว้ในรูปของไฮโดรเจนเหลว Liquid Hydrogen เพื่อลดปริมาตรลงให้เหมาะสมต่อการใช้งาน Toyota ทำการวิจัยเพื่อทำให้ก๊าซไฮโดรเจนสามารถฉีดเข้าไปจุดระเบิดในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์สันดาปภายในที่มีใช้งานในปัจจุบันอยู่แล้วได้เกือบทุกแบบ จากการปรับแต่งเครื่องยนต์ดั้งเดิม ทั้งระบบฉีดเชื้อเพลิงและระบบจุดระเบิด รวมถึงท่อทางเดินต่างๆ เพื่อรองรับพลังงานไฮโดรเจนที่กำลังเข้ามาแทนที่น้ำมันเชื้อเพลิง
ดังนั้น Hydrogen Technology จึงถือเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีหลักที่สำคัญสำหรับภาคพลังงาน และภาคอุตสาหกรรมสู่การเปลี่ยนผ่านพลังงาน Energy Transition ในระบบเศรษฐกิจ และสังคมของมนุษยชาติจากการใช้แหล่งพลังงานเชื้อเพลิงฟอสซิลจากแหล่งน้ำมันดิบลึกลงไปใต้เปลือกโลก ก๊าซธรรมชาติ ถ่านหิน หรือ Shale Gas & Oil จากหินภูเขาเป็นหลัก ไปเป็นการใช้แหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน เป็นหลัก ให้สำเร็จได้โดยมิได้สร้างปัญหายุ่งยากให้เกิดขึ้นในช่วงการเปลี่ยนผ่านแต่อย่างไร ประเด็นสำคัญที่เป็นกุญแจไปสู่ความสำเร็จ ได้แก่ ระบบจัดเก็บไฮโดรเจน Hydrogen Storage System ต้นทุนต่ำที่ปลอดภัย ทั้งนี้ พวกมันมิได้มีปัญหาทางเทคนิคใดๆ ประเด็นหลักที่เป็นอุปสรรคจริงๆ ยังคงเป็นเรื่องของราคา และการได้มาของเชื้อเพลิงไฮโดรเจน
ทุกวันนี้ Toyota มีตัวอย่างของเครื่องยนต์สันดาปภายใน ที่ทำการทดสอบการขับเคลื่อนด้วยการจุดระเบิดจากเชื้อเพลิงไฮโดรเจนในห้องเผาไหม้ได้สำเร็จอยู่มากมาย แต่เครื่องยนต์สันดาปภายใน ICE ที่จะมีความพร้อมสำหรับไฮโดรเจนเชิงพาณิชย์เมื่อไหร่นั้น ยังคงเป็นคำถามที่ต้องใช้เวลาในการพัฒนา วิศวกร และผู้เชี่ยวชาญของ Toyota พยายามชี้ให้เห็นว่า ไฮโดรเจนนั้นมีความพร้อม และไม่มีปัญหาทางเทคนิคใดๆ ในการนำไฮโดรเจนไปจุดระเบิดในเครื่องยนต์สันดาปภายใน ทั้งรถยนต์ เรือเดินสมุทร และอากาศยานพาณิชย์ขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม รูปแบบของการจัดเก็บไฮโดรเจน Hydrogen Storage System และประเด็นเรื่องของราคา คือ ปัญหาและอุปสรรคสำคัญที่ Toyota ต้องพยายามฟันฝ่าให้สำเร็จลุล่วงเพื่อเพิ่มทางเลือกให้กับยานพาหนะที่ไม่จำเป็นจะต้องมีเพียงแค่รถยนต์พลังงานไฟฟ้าแต่เพียงอย่างเดียว
เมื่อสภาพอากาศของโลกเกิดการเปลี่ยนแปลงไปในทางที่เลวร้ายขึ้น จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล ก๊าซธรรมชาติและถ่านหินมานานนับร้อยปี การกระทำดังกล่าวทำให้โลกมีอุณหภูมิที่สูงขึ้น อุณหภูมิเฉลี่ยในช่วงสามทศวรรษที่ผ่านมานั้นสูงกว่าในอดีต ตั้งแต่เริ่มมีการบันทึกไว้ตั้งแต่ ปี พ.ศ. 2393 ข้อเท็จจริงเหล่านี้เป็นเรื่องที่น่าตกใจต่อผลกระทบด้านลบของภาวะโลกร้อนที่กำลังเกิดขึ้น ในฐานะวิกฤติสภาพภูมิอากาศ Climate Crisis ซึ่งคุกคามความอยู่รอดของมนุษยชาติ
ประเด็นการจัดเก็บ และการขนส่ง Hydrogen เนื่องจากก๊าซไฮโดรเจนเป็นก๊าซที่ขนส่งผ่านทางระบบท่อ Pipeline ได้ดีที่สุด การพิจารณาขั้นตอนการแปลงเชื้อเพลิงไฮโดรเจน เป็นเชื้อเพลิงแบบอื่น ตัวอย่างเช่น แอมโมเนีย หรือการพิจารณาการใช้ eFuels ไม่ว่าในกรณีใดๆ นวัตกรรมเทคโนโลยีที่ใช้ไฮโดรเจน มีศักยภาพในการลดการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลในภาคพลังงาน และภาคอุตสาหกรรม
ไม่เฉพาะการใช้ไฮโดรเจนไหลผ่านเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cell เพื่อผลิตกำลังไฟฟ้าเท่านั้น ปัจจุบันเครื่องยนต์สันดาปภายใน ที่ขับเคลื่อนด้วยไฮโดรเจน ซึ่งถูกคิดค้น วิจัยและพัฒนาโดยวิศวกรของ Toyota ได้กลายเป็นทางเลือกที่น่าสนใจมากขึ้น อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์เผาไหม้ภายใน Internal Combustion Engines : ICE จะพร้อมสำหรับเชื้อเพลิงไฮโดรเจนในเชิงพาณิชย์เมื่อใด ในท้ายที่สุดแล้ว ไฮโดรเจนยังต้องการการร่วมมือระหว่างภาครัฐและเอกชนเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะในประเด็นโครงสร้างพื้นฐาน ที่เป็นระบบจัดเก็บไฮโดรเจน แต่ในอนาคตอันใกล้นี้ ด้วยต้นทุนที่ลดลง เชื้อเพลิงไฮโดรเจนจะกลายเป็นสิ่งสำคัญที่ขาดไม่ได้ ควบคู่ไปกับยานยนต์พลังงานไฟฟ้า ที่ยังไม่ได้มีความสะอาดอย่างแท้จริง เนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่ได้มา แล้วนำมาชาร์จให้กับรถยนต์พลังงานไฟฟ้า ยังคงมีการเผาไหม้ก๊าซธรรมชาติและถ่านหินเพื่อให้ได้ไฟมาใช้งาน นั่นกลายเป็นวงจรที่ทำให้รถยนต์พลังงานไฟฟ้าไม่ได้สะอาด 100% เราแค่ย้ายความสกปรกโสโครกออกไปจากเมืองใหญ่ แต่ในบริเวณที่มีโรงงานผลิตกระแสไฟฟ้าที่ใช้ถ่านหินและก๊าซธรรมชาติ อากาศและสภาพแวดล้อมก็ยังสกปรกและปนเปื้อนอยู่อีกมาก
เครื่องยนต์สันดาปภายใน Internal Combustion Engines : ICE เหล่านั้นที่เริ่มมีการใช้งานด้วยเชื้อเพลิงไฮโดรเจน Hydrogen Fuel ในสนามแข่งรถ เช่น Toyota Corolla / Yaris GR รวมไปถึงรถบรรทุกเล็กสำหรับส่งของ รถยก Forklift หรือแม้แต่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อป้อนกระแสไฟให้กับโรงแรม บ้านพักอาศัยและโรงงานขนาดเล็ก
ทุกวันนี้ เครื่องยนต์สันดาปภายใน ได้แหล่งพลังงานจากเชื้อเพลิงฟอสซิล แต่การปรับเปลี่ยนมาใช้ไฮโดรเจน จำเป็นจะต้องปรับแต่งระบบจุดระเบิด ระบบฉีดจ่ายเชื้อเพลิงไฮโดรเจน และท่อทางเดินต่างๆ ให้เข้ากับข้อกำหนดของความปลอดภัยและการจัดหาพลังงานที่เป็นมิตรต่อสภาพอากาศ การจัดเก็บถังเชื้อเพลิงไฮโดรเจนมีความปลอดภัยมากยิ่งขึ้น โดยได้รับการทดสอบเพื่อให้มั่นใจว่า ถังเก็บไฮโดรเจนนั้น แม้จะเกิดอุบัติเหตุอย่างรุนแรงจนรถพังยับเยินก็ไม่มีการรั่วไหลแต่อย่างใดทั้งสิ้น
ถังเชื้อเพลิงไฮโดรเจน มีความหนาและแข็งแกร่งมากกว่าถังเชื้อเพลิงทุกแบบ ถังชั้นในสุด ผลิตจากวัสดุพวกเรซิน วัสดุที่ห่อหุ้มเรซินอีกชั้นที่มีความหนาอย่างมากก็คือ เส้นใยคาบอนไฟเบอร์ ส่วนวัสดุชั้นนอกสุด เป็นเส้นใยไฟเบอร์กลาสที่มีความแข็งแรงสูง สิ่งนี้สร้างความมั่นคงให้กับการใช้งานเชื้อเพลิงไฮโดรเจน ความปลอดภัยจากการจัดเก็บและการเติม ทำให้มองเห็นถึงความเป็นไปได้สำหรับการลงทุนที่คุ้มค่าของอุตสาหกรรมยานยนต์ในอนาคต แทนที่จะเปลี่ยนไปเป็นรถยนต์พลังงานไฟฟ้าทั้งหมดซึ่งยังไม่ได้มีความสะอาดอย่างแท้จริง นอกจากนี้ ความมั่นคงในอนาคตยังเป็นส่วนสำคัญต่อความยั่งยืน หากเครื่องยนต์รูปแบบเดิม ยังคงสามารถใช้งานได้ต่อไปโดยไม่มีปัญหาใดๆ ก็ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนเครื่องยนต์ใหม่ ช่วยให้สามารถประหยัดทรัพยากร และไม่สร้างมลพิษมหาศาล จากการทำเหมืองเพื่อขุดหาแร่ธาตุสำคัญเพื่อนำมาทำแบตเตอรี่
โดยรวมแล้ว เครื่องยนต์สันดาปภายในเชื้อเพลิงโดรเจน มีประสิทธิภาพไม่ต่างจากเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้น้ำมันเชื้อเพลิง แต่สิ่งที่เหนือกว่าก็คือ การที่เครื่องยนต์ไฮโดรเจนไม่ปล่อยมลพิษขณะเผาไหม้ เป็นไปตามหลักการการแปลงพลังงาน ซึ่งได้รับการทดสอบซ้ำแล้วซ้ำเล่าจาก Toyota อย่างไรก็ตาม วิศวกรได้เผชิญหน้ากับความท้าทายนับไม่ถ้วนที่ต้องเอาชนะเพื่อรับประกันความน่าเชื่อถือ และประสิทธิภาพที่โดดเด่น เมื่อนำไฮโดรเจนเข้าไปจุดระเบิดในเครื่องยนต์เผาไหม้ภายในรูปแบบเดิม เพื่อขับเคลื่อนยานยนต์ได้อย่างมีประสิทธิภาพพร้อมกับความปลอดภัย
ส่วนประกอบทั้งหมดของเครื่องยนต์ ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านการรั่วซึมที่เข้มงวดเป็นพิเศษ เนื่องจากโมเลกุลของไฮโดรเจนมีขนาดเล็กมาก นั่นเป็นสาเหตุที่ทำให้กระจายตัวได้ง่าย นอกจากนี้ H2 ยังมีคุณสมบัติในการหล่อลื่นที่ต่ำมาก จึงต้องค้นหาวิธีแก้ปัญหาเฉพาะสำหรับการหล่อลื่น การเรียนรู้ของ Toyota เกี่ยวกับการพัฒนาเครื่องยนต์สันดาปภายในพลังงานไฮโดรเจน ภายในปี 2568 สำหรับภาคอุตสาหกรรมยานยนต์ ทั้งรถยนต์ อากาศยานและเรือ หลังจากการอัปเดตข้อมูล และการปรับปรุงแนวทางปฏิบัติเพิ่มเติมทางเทคนิค เครื่องยนต์สันดาปภายในรุ่นใหม่ๆ จะสามารถขับเคลื่อนด้วยไฮโดรเจนสีเขียว สำหรับการผลิตพลังงาน และความร้อน ด้วยการเผาไหม้ไฮโดรเจนโดยตรงได้ 100% เครื่องยนต์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนจะทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ โดยไม่มีการปล่อย CO และ CO2 ออกสู่ชั้นบรรยากาศอีกต่อไป
Toyota กำลังอยู่ในขั้นตอนสุดท้ายของการพัฒนาเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจน หรือ Hydrogen Combustion Engines โดยใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีที่มีอยู่แล้วซึ่งมีการนำมาดัดแปลงใหม่เพื่อให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุด และได้กลายเป็นหนึ่งในตัวเลือกสำคัญสำหรับแนวคิดการปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ หรือ Zero – Emissions สำหรับกรณีการนำไปใช้งานอย่างแพร่หลาย ควบคู่ไปกับการสนับสนุนการเติบโตของโครงสร้างพื้นฐานพลังงานไฮโดรเจน ที่มีศักยภาพมากกว่าเชื้อเพลิงหรือพลังงานทางเลือกแบบอื่น ในอนาคตอันใกล้ เชื้อเพลิงไฮโดรเจนจะกลายเป็นความจำเป็นเร่งด่วนที่ขาดไม่ได้ควบคู่ไปกับแหล่งพลังงานใหม่ๆ ที่ช่วยทำให้โลกของเรานั้นสะอาดขึ้น.