รถไฮบริดและรถยนต์ไฟฟ้า (Hybrid and Electric Cars)

ที่มา : ประชาคมวิจัย ฉบับพิเศษที่ 12

 

          ผลกระทบจากสภาวะโลกร้อนได้สร้างแรงกดดันให้ทุกประเทศในโลกต้องมีมาตรการลดการใช้พลังงานฟอสซิล

นอกจากนี้ความจำเป็นที่ต้องสร้างความมั่นคงด้านพลังงานเป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่เป็นแรงกดดันให้ประเทศต่างๆ ลดการใช้น้ำมันลงโดยการ

(1) จัดหาพลังงานอื่นๆ เพื่อทดแทนน้ำมันในการขนส่ง

(2) พัฒนาเทคโนโลยียานยนต์ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นและเทคโนโลยีที่ใช้พลังงานรูปแบบอื่นๆ ในการขนส่ง

รถไฮบริดและรถยนต์ไฟฟ้าเป็นเทคโนโลยีที่ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา พัฒนาการของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่ทำให้แบตเตอรี่สามารถเก็บพลังงานไฟฟ้าได้มากขึ้น มีส่วนช่วยเร่งพัฒนาการของรถไฮบริดและรถยนต์ไฟฟ้ารุ่นใหม่ ซึ่งมีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์แล้ว

จากแนวโน้มของพัฒนาการทางเทคโนโลยีและยอดขายรถไฮบริดและรถยนต์ไฟฟ้ามีศักยภาพที่จะมีบทบาทสำคัญนอกจากจะแก้ปัญหาสภาวะโลกร้อนแล้ว ยังจะทำให้สิ่งแวดล้อมดีขึ้นเพราะลดการปล่อยไอเสียออกสู่บรรยากาศอย่างมาก

 แหล่งพลังงานที่สามารถทดแทนน้ำมันได้ในการขนส่ง

แหล่งพลังงานที่สามารถใช้ทดแทนน้ำมันเบนซินและดีเซลในการขนส่งทางถนนมีหลายประเภท ดังต่อไปนี้

(1) ก๊าซธรรมชาติ (CNG)
ก๊าซธรรมชาติถือว่าเป็นเชื้อเพลิงสะอาด เพราะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ลดลงประมาณ 50% แต่ต้องใช้ถังบรรจุก๊าซที่ใหญ่และหนักขึ้น


(2) เชื้อเพลิงชีวภาพ (Biofuels)
เชื้อเพลิงชีวภาพที่สำคัญคือ เอทานอล และไบโอดีเซล สำหรับเอทานอลนั้นหากมีการใช้ในสัดส่วนที่สูง
จะต้องมีการปรับเครื่องยนต์ที่จะใช้ด้วย

(3) พลังงานไฟฟ้า

พลังงานไฟฟ้าสามารถใช้ทดแทนน้ำมันได้ใน 2 แนวทางคือ

แนวทางแรก คือใช้ทั้งพลังงานไฟฟ้าและน้ำมันในรถลูกผสมหรือรถไฮบริด โดยรถไฮบริดต้องใช้ทั้ง
เครื่องยนต์และมอเตอร์ไฟฟ้า

แนวทางที่สอง คือใช้พลังงานไฟฟ้าอย่างเดียวโดยผ่านมอเตอร์ไฟฟ้าซึ่งขับเคลื่อนโดยแบตเตอรี่ในรถยนต์
ไฟฟ้า ซึ่งได้มีการใช้มานานแล้ว แต่รถยนต์ไฟฟ้ารุ่นเก่ามีข้อจำกัดด้านระยะทางที่ขับเคลื่อนได้จากการชาร์จไฟฟ้าแต่ละครั้ง และใช้เวลาชาร์จนาน นอกจากนี้ยังบรรทุกน้ำหนักอื่นได้น้อย เพราะต้องบรรทุกแบตเตอรี่ที่หนักมาก รถยนต์ไฟฟ้ารุ่นใหม่มีแบตเตอรี่ที่ใช้เทคโนโลยีใหม่เก็บพลังงานได้มากขึ้นมาก และแก้ปัญหาของรถยนต์ไฟฟ้าแบบเก่าได้หมด

(4) ก๊าซไฮโดรเจน (H2)
ก๊าซไฮโดรเจนมีจุดเด่นอยู่ที่เป็นเชื้อเพลิงสะอาดที่เผาไหม้แล้วได้ไอน้ำ แต่ไฮโดรเจนไม่มีอยู่ด้วยตัวเองใน
ธรรมชาติ แต่จะรวมตัวกับสารอื่นเป็นสารประกอบ เช่น น้ำ (H2O), ก๊าซธรรมดา, เมทานอล (CH3OH) เป็นต้น ดังนั้นหากจะใช้ก๊าซไฮโดรเจนจะต้องผลิตจากสารประกอบที่มีก๊าซไฮโดรเจนผสมอยู่

การที่จะใช้ก๊าซไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงในการผลิตพลังงานไฟฟ้าและพลังงานกล จะต้องใช้เซลล์เชื้อเพลิง
(Fuel Cell) (ซึ่งเป็นเทคโนโลยีพลังงานใหม่) เป็นเครื่องต้นกำลัง และรถที่มีเซลล์เชื้อเพลิงเป็นเครื่องต้นกำลังเรียกว่า รถเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cell Vehicles)


รถไฮบริด (Hybrid Cars)

รถไฮบริดหรือรถลูกผสมจะใช้ทั้งเครื่องยนต์และมอเตอร์ไฟฟ้าในการทำงานของระบบ ทั้งนี้พลังงานที่ต้องสูญเสียของเครื่องยนต์ เช่น ขณะเบรกเพื่อชะลอความเร็ว จะถูกนำมาผลิตพลังงานไฟฟ้าเก็บไว้ในแบตเตอรี่ และถูกนำออกมาช่วยในการขับเคลื่อนรถยนต์เพื่อลดการใช้น้ำมันลง นอกจากนี้การลดการใช้น้ำมันเกิดขึ้นจากการเดินเครื่องยนต์ที่ระดับความเร็วรอบที่ให้ประสิทธิภาพสูงสุดเสมอ พลังงานจากเครื่องยนต์ที่เกินความต้องการจะถูกนำไปผลิตพลังงานไฟฟ้า และในกรณีที่ความต้องการใช้พลังงานของรถมากกว่าที่เครื่องยนต์ผลิตได้ รถจะใช้พลังงานจากแบตเตอรี่เสริม


รถไฮบริดมีหลายแบบ ขึ้นอยู่กับเครื่องยนต์และมอเตอร์ไฟฟ้า โดยหลักการทำงานของรถไฮบริดปรากฏดังรูป



แสดงส่วนประกอบหลักของรถยนต์ Hybrid ของรถ Toyota Prius รุ่นปี 2003

 


รถยนต์ไฮบริดต้องมีแบตเตอรี่ที่ใหญ่กว่าแบตเตอรี่รถยนต์ธรรมดาและใช้แบตเตอรี่แบบใหม่ที่เก็บพลังงานไฟฟ้า
ได้มาก และมีระบบควบคุมทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อน รถไฮบริดจะประหยัดพลังงานได้ระหว่าง 10-50% แล้วแต่ประเภทของไฮบริดและลักษณะของการขับว่าเป็นการขับในเมืองหรือระหว่างเมือง ซึ่งรถไฮบริดจะประหยัดน้ำมันได้มากเมื่อขับในเมือง

การพัฒนารถไฮบริดของโตโยต้าทำให้บริษัทรถยนต์ยักษ์ใหญ่ของชาติตะวันตกแปลกใจมาก เนื่องจากเห็นว่าไม่มีความจำเป็น รถไฮบริดรุ่นแรกของโตโยต้าชื่อ พริอุส (Prius) มีราคาแพงกว่ารถธรรมดาขนาดเท่ากันกว่า 200,000 บาท รถพริอุส ถือว่าเป็น Ecocar และได้รับความนิยมมากเกินความคาดหมายในอเมริกาเหนือ ญี่ปุ่น และยุโรปตะวันตก และได้รับความนิยมมากขึ้นอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากกระแสของสภาวะโลกร้อนและราคาน้ำมันที่สูงขึ้น


รถพริอุสมียอดขายสะสมจนถึงปัจจุบันกว่า 1 ล้านคัน และปัจจุบันมียอดขายปีละกว่า 1 แสนคัน ยอดขายรถไฮบริดทั้งหมดของโตโยต้า (พริอุส แคมรี่ เล็กซัส และไฮแลนเดอร์) สูงถึงประมาณ 1,600,000 คัน

บริษัทฮอนด้าได้ให้ความสำคัญต่อรถไฮบริดโดยพัฒนารถไฮบริดรุ่นแรกชื่อ อินไซท์ (Insight) เมื่อปี 2001 และต้องเลิกผลิตใน 2-3 ปีต่อมาเนื่องจากความต้องการไม่สูงพอ แต่ปัจจุบันบริษัทฮอนด้าได้หันกลับมาผลิตรถไฮบริดแอคคอร์ด, ซิวิค และอินไซท์ และเริ่มได้รับความนิยมสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว รถไฮบริดของฮอนด้าได้ประกาศว่ามีราคาสูงกว่ารถธรรมดาไม่เกินคันละ 65,000 บาท

Insight-รถยนต์ไฮบริดรุ่นแรกของ บริษัทฮอนด้า

จากความนิยมรถไฮบริดที่มีเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และจากมาตรการส่งเสริมต่างๆ ที่เกิดจากแรงกดดันที่ต้องการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในภาคขนส่ง เช่น การลดภาษี ทำให้บริษัทรถยนต์ขนาดใหญ่ทั่วโลกหลายแห่งได้หันมาพัฒนาและผลิตรถไฮบริด โดยมีเป้าหมายที่จะพัฒนารถไฮบริดที่ประหยัดน้ำมันได้มากขึ้นและราคาถูกลง

รถปลั๊กอินไฮบริด (Plug-In Hybrid Cars)

รถปลั๊กอินไฮบริด คือรถไฮบริดที่เก็บพลังงานไฟฟ้าในแบตเตอรี่ได้มากขึ้น (ซึ่งต้องจุพลังงานได้มากขึ้นกว่าเดิม) ก่อนออก

เดินทาง เพื่อให้สามารถขับเคลื่อนโดยพลังงานไฟฟ้าอย่างเดียวเป็นระยะทางมากขึ้นถึง 20-80 กม. เพื่อให้การใช้น้ำมันลดลงเมื่อเทียบกับรถไฮบริดในภาพรวม รถปลั๊กอินไฮบริดสะสมพลังงานตอนกลางคืนขณะที่พลังงานไฟฟ้ามีราคาถูกโดยชาร์จไฟฟ้าบ้าน

รถปลั๊กอินไฮบริดมีศักยภาพที่จะลดการใช้น้ำมันลงถึง 70% และคาดว่าจะออกสู่ตลาดภายใน 2 ปี พัฒนาการของรถปลั๊กอินไฮบริดขึ้นอยู่กับพัฒนาการของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่จะต้องสามารถเก็บพลังงานไฟฟ้าได้มากขึ้นและราคาถูกลง บริษัทโตโยต้าและ GM ประกาศว่าจะเริ่มขายรถปลั๊กอินไฮบริดในปี 2009

องค์การพลังงานระหว่างประเทศ (IEA) จะมีส่วนแบ่งของตลาดรถยนต์กว่า 25% ในปี 2030 และประมาณ 60% ในปี 2050 ซึ่งคาดว่าจะมีตลาดใหม่ถึงปีละ 200 ล้านคัน

รถยนต์ไฟฟ้า (Electric Cars)

การเกิดสภาวะโลกร้อนทำให้ต้องมีมาตรการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในภาคการขนส่ง จากพัฒนาการของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ทำให้รถยนต์ไฟฟ้ามีศักยภาพที่จะขับเคลื่อนได้มากขึ้นกว่าเดิม เมื่อเทียบกับรถยนต์ไฟฟ้าในอดีต ซึ่งส่วนใหญ่ขับเคลื่อนได้ไม่เกิน 25 กม.ต่อการชาร์จ 1 ครั้ง

จากพัฒนาการของเทคโนโลยีลิเทียมไอออนทำให้สามารถเก็บพลังงานไฟฟ้าเพิ่มขึ้นค่อนข้างมาก โดยแบตเตอรี่ที่มีน้ำหนักเท่ากัน ทำให้มีความเป็นไปได้ที่จะมีรถยนต์ไฟฟ้าที่มีระยะขับเคลื่อนถึง 500 กม.

แบตเตอรี่ลิเทียมไอออนยังมีราคาแพงมาก คือมีราคาถึง USD 1000 ต่อ กิโลวัตต์-ชั่วโมง (kWh) ดังนั้นรถยนต์ไฟฟ้าที่มีระยะขับเคลื่อนมากจะมีราคาแพงมาก แต่เป็นที่คาดกันว่าราคาของลิเทียมไอออนแบตเตอรี่จะลดลงเหลือเพียง USD 300 ต่อ kWh ภายใน 15 ปี จากการวิจัยและพัฒนาและการผลิตจำนวนมาก ดังนั้นรถยนต์ไฟฟ้ารุ่นแรกน่าจะมีระยะขับเคลื่อนระดับปานกลาง 100-150 กม. เพื่อรักษาระดับราคารถไม่ให้สูง ในระยะนี้การเพิ่มระยะขับเคลื่อนอาจทำได้โดยการตั้งสถานีชาร์จแบตเตอรี่ขึ้นเพื่อให้บริการผู้ใช้รถยนต์ไฟฟ้า มีรายงานว่าประเทศอิสราเอลและเดนมาร์ก เริ่มวางแผนที่จะจัดตั้งสถานีชาร์จแบตเตอรี่จำนวนมาก เพื่อรองรับการใช้รถยนต์ไฟฟ้าทดแทนรถยนต์ที่ใช้น้ำมัน

บริษัทรถยนต์หลายแห่งกำลังผลิตรถยนต์ไฟฟ้ารุ่นใหม่ รถยนต์ไฟฟ้าของบริษัทมิตซูบิชิ ซึ่งใช้ลิเทียมไอออนแบตเตอรี่และขับเคลื่อนได้ 130 กม.ต่อการชาร์จ 1 ครั้งจะออกสู่ตลาดในปี 2009 ด้วยราคา USD 25,000-USD 30,000 การชาร์จแบตเตอรี่แต่ละครั้งให้เต็มต้องใช้เวลากว่า 10 ชม. แต่ขณะนี้บริษัทมิตซูบิชิได้พัฒนาเทคโนโลยีชาร์จแบตเตอรี่ที่ชาร์จได้เร็วขึ้นมาก โดยสามารถชาร์จไฟฟ้าได้ 80% ของความจุสูงสุดของแบตเตอรี่ภายใน 30 นาที


รถยนต์ไฟฟ้าของมิตซูบิชิ (IMiEV) ซึ่งใช้ลิเทียมไอออนแบตเตอรี่



ข้อได้เปรียบในเชิงประสิทธิภาพของรถยนต์ไฟฟ้า

ข้อได้เปรียบของรถยนต์ไฟฟ้าก็คือ ระบบแบตเตอรี่-มอเตอร์ไฟฟ้า มีประสิทธิภาพสูงกว่า ระบบน้ำมัน-เครื่องยนต์แบบสันดาปภายในถึงประมาณ 3 เท่า รถยนต์ไฟฟ้าขนาดมาตรฐานจะใช้พลังไฟฟ้าประมาณ 0.16 กิโลวัตต์-ชม. ต่อ 1 กม. หรือประมาณ 0.50 บาท/กม. ซึ่งต่ำกว่าการใช้น้ำมันมาก และหากชาร์จไฟฟ้าในเวลากลางคืน ราคาพลังงานไฟฟ้าจะต่ำกว่านี้



กรอบเวลาที่รถไฮบริดและรถยนต์ไฟฟ้าจะเข้าสู่ตลาด ซึ่งจะเห็นได้ว่าในระยะยาวรถยนต์ไฟฟ้าจะมีระยะขับเคลื่อนเท่ากับรถใช้น้ำมันในปัจจุบันเนื่องจากแบตเตอรี่จะถูกปรับปรุงให้ดีขึ้นอย่างต่อเนื่อง

แนวโน้มของรถยนต์ในอนาคต

ผลกระทบจากสภาวะโลกร้อน และราคาน้ำมันที่สูงขึ้นอย่างรวดเร็วจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงประเภทของรถยนต์ที่ใช้ในการขนส่ง รถยนต์ที่มีประสิทธิภาพสูงและใช้น้ำมันเบนซินและดีเซลน้อยลงจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ประเทศต่างๆ ในยุโรปได้เริ่มกำหนดมาตรฐานการปล่อยก๊าซ CO2 ของรถยนต์ที่เข้มงวดขึ้นอย่างต่อเนื่อง เช่น EU ได้กำหนดค่าสูงสุดของการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ของรถยนต์ใน EU ในปี 2012 ไว้ที่ 130 กรัม/กม. ในขณะที่ค่าเฉลี่ยในปัจจุบันคือ 158 กรัม/กม. ข้อกำหนดเช่นนี้มีส่วนผลักดันให้บริษัทรถยนต์ต้องพัฒนารถไฮบริดและรถยนต์ไฟฟ้า

ผู้เชี่ยวชาญด้านพลังงานเชื่อว่ารถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์เบนซินและดีเซลแบบธรรมดาจะลดลงและหายไปใน 20 ปีข้างหน้า โดยถูกแทนที่ด้วย รถไฮบริด รถปลั๊กอินไฮบริด รถยนต์ไฟฟ้า(หรือรถเซลล์เชื้อเพลิง) รถยนต์ประสิทธิภาพสูง (ใช้เครื่องยนต์เบนซินและดีเซลขั้นสูง และส่วนประกอบอื่นๆ ที่ได้รับการปรับปรุงประสิทธิภาพให้สูงขึ้น)

ผู้เชี่ยวชาญด้านพลังงานเชื่อกันว่าในระยะยาวรถยนต์ส่วนใหญ่ที่ใช้ในเมืองใหญ่จะเป็นรถยนต์ไฟฟ้า


ขอบคุณข้อมูลภายใต้ความร่วมมือของงานสื่อสารสังคม (สกว.) กับวิชาการดอทคอม
ที่มา : ประชาคมวิจัย ฉบับพิเศษที่ 12
www.trf.or.th

ขอขอบคุณผู้เขียน : ศาสตราจารย์ นักสิทธ์ คูวัฒนาชัย
ผู้อำนวยการโครงการปริญญาเอกกาญจนาภิเษก
สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย

ที่มา : http://www.vcharkarn.com/varticle/38425