สิริชนก  จันทร์ใบ
ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

ราคาน้ำมันปัจจุบันนี้มีแนวโน้มที่จะขยับตัวสูงขึ้นทุกขณะ ทำให้หลาย ๆ คนต้องคอยปรับเปลี่ยนวิถีชีวิตเพื่อต่อสู้กับปัญหาที่ต้องเผชิญอยู่ในขณะนี้ ดังจะเห็นได้จากข่าวที่มีผู้คนพยายามทดลองใช้น้ำมันพืช หรือน้ำมันชนิดอื่นกับเครื่องยนต์ ดังนั้นทั่วโลกขณะนี้กำลังทุ่มเทกำลังสมองและกำลังทรัพย์ในการแสวงหาแหล่งพลังงานทดแทนเพื่อทดแทนการนำเข้าน้ำมัน  

นอกจากปัญหาด้านเชื้อเพลิงแล้ว ต้องยอมรับว่าการที่มนุษย์เราใช้น้ำมันเป็นเชื้อเพลิงก่อให้โลกเกิดปัญหาภาวะเรือนกระจก ซึ่งทำให้อุณหภูมิของโลกสูงขึ้นนำไปสู่อัตราการละลายตัวของธารน้ำแข็งที่ขั้วโลกสูงขึ้น รวมทั้งฤดูกาลที่ผิดเพี้ยนแผ่ขยายไปทั่วโลก  

ดังรายงานขององค์กร Bellona (องค์กรด้านสิ่งแวดล้อมระดับโลกตั้งอยู่ที่นอร์เวย์) เกี่ยวกับอนาคตการใช้พลังงานทดแทนที่ต้องตอบสนองทั้งในด้านพลังงานและด้านสิ่งแวดล้อม

องค์กรความร่วมมือระหว่างรัฐบาลระดับนานาชาติด้านการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศของโลก IPCC (The United Nations Intergovernmental Panel on Climate Change) ได้ทำการศึกษาและเรียนรู้ถึงปัญหาโลกร้อนมานานกว่า 13 ปีแล้ว จากสถิติพบว่าต้องได้รับความร่วมมือจากกลุ่มคนหลายกลุ่มไม่ว่าจะเป็น นักวิจัย ผู้นำภาคอุตสาหกรรมการผลิต และนักการเมือง จึงจะช่วยลดปริมาณก๊าซก่อภาวะเรือนกระจกที่เกิดจากน้ำมือมนุษย์ลงได้  

ปริมาณน้ำมันสำรองกว่า 70% อยู่ในดินแดนกลุ่มประเทศ OPEC ซึ่งมีการขุดเจาะน้ำมันออกมาใช้ในปริมาณไม่คงที่ ทั้งนี้จะพบว่าประเทศที่กำลังพัฒนาส่วนมากจะสูญเสียเม็ดเงินในการนำเข้าน้ำมันเป็นเงินรายได้จากการส่งออกเกือบทั้งหมดของประเทศ แต่เป็นที่น่าเสียดายที่กลุ่มประเทศเหล่านี้กลับเป็นดินแดนที่เหมาะแก่การใช้พลังงานแสงอาทิตย์หรือพลังงานลม

ถ้าอนาคตข้างหน้ากลุ่มประเทศเหล่านี้ไม่พยายามลงทุนเพื่อพัฒนาแหล่งพลังงานทดแทนคงต้องพึ่งพาการนำเข้าน้ำมันเพียงอย่างเดียว นอกจากนี้องค์กร Bellona ยังเล็งเห็นว่าเทคโนโลยีไฮโดรเจน น่าจะเป็นอนาคตที่สดใสที่จะตอบสนองความต้องการด้านพลังงาน รวมทั้งยังเป็นคำตอบของปัญหาสภาวะอากาศที่โลกกำลังเผชิญอยู่ในขณะนี้ได้

การเปิดตัวของเทคโนโลยีไฮโดรเจนและเซลล์เชื้อเพลิงนั้นยังเป็นเพียงก้าวแรกของการเดินทาง แต่ถือว่าอุปสรรคในการที่จะนำเทคโนโลยีไฮโดรเจนมาใช้แทบไม่มีเลย ไม่ว่าจะเป็นในแง่ของเทคโนโลยีเองหรือในแง่ของความปลอดภัย ถ้าพูดกันตามจริงแล้วไฮโดรเจนมีการนำมาใช้ในเชิงอุตสาหกรรมนานกว่าร้อยปีแล้ว

การผลิตไฮโดรเจนสามารถผลิตได้หลายวิธีและจากหลายแหล่งวัตถุดิบ ถ้าเป็นการผลิตไฮโดรเจนจาก ถ่านหิน  น้ำมัน หรือก๊าซธรรมชาติ จะก่อให้เกิดสารพิษต่อสิ่งแวดล้อม ถ้าไม่มีวิธีการจัดการที่ดี

การผลิตไฮโดรเจนแบบไร้มลภาวะสู่สิ่งแวดล้อมคงจะช่วยให้นอร์เวย์กลายเป็นผู้ส่งออกไฮโดรเจนที่สำคัญได้อย่างไม่ยากเย็น ดังจะเห็นได้จากโรงกลั่นก๊าซธรรมชาติที่มีอยู่แล้วภายในประเทศ ผลผลิตของการแปรรูปก๊าซธรรมชาติเป็นไฮโดรเจนและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นอีกช่องทางหนึ่งที่จะทำให้เกิดการส่งออกไฮโดรเจนในระดับสเกลใหญ่ได้      

ซึ่งนอร์เวย์ถือว่ามีศักยภาพที่น่าจับตามอง โดยทาง Bellona เองก็ต้องการเห็นการก่อตั้งและการสร้างงานวิจัยระดับชาติในนอร์เวย์ ไม่ว่าจะเป็นการวิจัยพัฒนาและผลิตเทคโนโลยีไฮโดรเจน ซึ่งมีหลายประเทศนำร่องการพัฒนาไปแล้ว

ส่วนเซลล์เชื้อเพลิงก็เป็นเทคโนโลยีที่ถือว่ามีอนาคตและกำลังก้าวเข้าสู่ขั้นตอนการผลิตจริง โดยดูได้จากเม็ดเงินนับล้านที่ป้อนให้กับงานวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีด้านนี้ ซึ่งปัจจุบันเซลล์เชื้อเพลิงที่อยู่ในขั้นพัฒนาแล้วได้แก่ PEM (Proton Exchange Membrane Fuel Cells) และ SOFC (Solid Oxide Fuel Cells)

ในส่วนของระบบขนส่งในสหภาพยุโรป EU (European Union) ส่วนใหญ่ยังอาศัยน้ำมันเป็นเชื้อเพลิงหลักในการขับเคลื่อน และจะพบว่ากว่าหนึ่งในสามส่วนของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยสู่บรรยากาศเป็นผลผลิตจากระบบขนส่งนั่นเอง

ในนอร์เวย์ไฮโดรเจนถือเป็นแหล่งพลังงานที่สามารถนำกลับมาใช้ได้ใหม่ด้วยการใช้กระบวนการอิเล็กโตรไลซิสของน้ำ ทั้งยังมีราคาที่สู้กับน้ำมันดีเซลได้สบาย แต่พิเศษกว่าน้ำมันเชื้อเพลิงตรงที่การใช้ไฮโดรเจนไม่สร้างก๊าซก่อภาวะเรือนกระจก  

สำหรับการใช้เมธานอลและก๊าซธรรมชาติที่เป็นเชื้อเพลิงในรูปของคาร์โบไนเฟอรัส (Carboniferous) อาจเรียกได้ว่าเป็นเพียงสะพานเชื่อมระหว่างการเปลี่ยนแปลงจากการใช้น้ำมันสู่การใช้พลังงานหมุนเวียน (Renewable Energy) ซึ่งถือเป็นปลายทางท้ายสุดที่จะแก้ปัญหาทุกอย่างได้

การใช้ก๊าซธรรมชาตินั้นดูเหมือนมีข้อดีในแง่ของไอเสียที่มีอนุภาคและก๊าซพิษลดลง แต่เป็นไอเสียที่ไม่ได้ช่วยลดปริมาณก๊าซก่อภาวะเรือนกระจก ดังนั้นจำเป็นอย่างยิ่งที่ต้องมีการเริ่มพัฒนาโครงสร้างระบบการผลิตไฮโดรเจนและพลังงานที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้

ยานพาหนะที่ขับเคลื่อนด้วยเซลล์เชื้อเพลิงน่าจะมีราคาแข่งขันได้กับราคารถยนต์ปัจจุบัน ถ้าการผลิตเซลล์เชื้อเพลิงสามารถผลิตได้แบบ Mass Production ดังในช่วงปี ค.ศ. 2003 - 2004 ที่มีการเปิดตัว รถยนต์ รถบัส รถมอเตอร์ไซด์ ที่ขับเคลื่อนด้วยเซลล์เชื้อเพลิง

ส่วนของพลังงานคงไม่แตกต่างจากส่วนของระบบขนส่งมากนักเพราะยังคงอาศัยแหล่งพลังงานจากเชื้อเพลิงธรรมชาติ (Fossil Fuel) เป็นหลัก ประมาณการณ์ได้ถึง 85% ของยอดขายด้านพลังงานยังเป็นการผลิตบนฐานวัตถุดิบหลักที่ใช้เชื้อเพลิงธรรมชาติ

การใช้พลังงานอย่างคุ้มค่านำไปสู่การเปลี่ยนจากการใช้พลังงานถ่านหินสู่การใช้น้ำมันเชื้อเพลิง และการใช้ก๊าซธรรมชาติถือว่ายังไม่เพียงพอที่จะแก้ปัญหาด้านสิ่งแวดล้อม ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงที่ทางองค์กร IPCC ชี้ว่าจำเป็นจะต้องเกิดขึ้นคือการเปลี่ยนไปใช้พลังงานทดแทน แต่การเปลี่ยนไปใช้พลังงานทดแทนยังต้องการการผลักดันอย่างมาก           

ทั้งนี้จะเกี่ยวข้องโดยตรงกับเซลล์แสงอาทิตย์และกังหันลม ดังนั้นในช่วงการเปลี่ยนแปลงนี้จำเป็นอย่างยิ่งที่ต้องมีวิธีการกำจัดก๊าซก่อภาวะเรือนกระจก

ในช่วงเปลี่ยนแปลงนี้การใช้เชื้อเพลิงธรรมชาติ (Fossil Fuel) ผลิตพลังงานต้องมีวิธีที่ดีในการกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และต้องไม่ปล่อยทิ้งสู่บรรยากาศ การใช้พลังงานที่ได้จากเชื้อเพลิงธรรมชาติแบบไร้ก๊าซ CO2 ดังกล่าวเพื่อไปสร้างกังหันลมและผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ ถือว่าเป็นการใช้แหล่งเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนธรรมชาติอย่างรู้ค่า

ทั้งนี้เซลล์เชื้อเพลิงมีข้อดีตรงที่ไม่สร้างมลภาวะทางเสียง ดังนั้นจึงเหมาะแก่การใช้ผลิตไฟฟ้าหน่วยย่อย นอกจากนี้ความร้อนส่วนเกินยังสามารถใช้ในการให้ความร้อนแก่บ้านเรือน การผลิตน้ำร้อน และในขณะเดียวกันโรงไฟฟ้าหน่วยย่อยยังช่วยลดการขยายการสร้างเสาไฟฟ้าลง หรืออีกนัยหนึ่งเป็นการลดการสูญเสียพลังงานจากการส่งไฟฟ้าระยะไกล ดังนั้นการผลิตไฟฟ้าหน่วยย่อยแบบนี้ให้ประสิทธิภาพที่สูงแม้ว่าจะเป็นหน่วยพลังงานย่อยที่มีกำลังการผลิตต่ำ

หนึ่งในตลาดรายแรก ๆ ของโรงไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงได้แก่ระบบไฟฟ้าสำรอง ซึ่งเป็นระบบที่ใช้สำรองไฟฟ้าเพื่อรองรับเหตุไฟฟ้าขัดข้อง โดยเฉพาะในสถานที่อย่าง โรงพยาบาล โรงแรมใหญ่ ๆ ระบบคอมพิวเตอร์หลักและภาคอุตสาหกรรม ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับความปลอดภัยของชีวิตคนและอาจนำไปสู่การสูญเสียทางเศรษฐกิจที่ร้ายแรงได้ถ้าเกิดเหตุไฟฟ้าขัดข้อง

แหล่งพลังงานทดแทนมีอยู่หลายรูปแบบด้วยกัน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานน้ำขึ้นน้ำลง และพลังงานลม แต่แหล่งพลังงานเหล่านี้มีกำลังการผลิตที่ไม่มีเสถียรภาพ ทั้งยังไม่ตอบสนองความต้องการการใช้พลังงานในเวลาอันควร  เช่นเซลล์แสงอาทิตย์ผลิตไฟฟ้าได้เฉพาะในเวลากลางวันแต่ความต้องการการใช้พลังงานในเวลากลางคืนมีสูงกว่า 

ดังนั้นแหล่งพลังงานในลักษณะนี้ต้องมีระบบกักเก็บพลังงานที่ใช้ไฮโดรเจนเป็นตัวกลาง ซึ่ง ณ ขณะนี้ระบบพลังงานทดแทนดังกล่าวมีใช้งานให้เห็นอยู่บ้างแล้ว

ความสำเร็จของเซลล์เชื้อเพลิงนี้อาจนำไปสู่การทดแทนการใช้แบตเตอรี่ทั้งในโทรศัพท์มือถือและคอมพิวเตอร์แบบพกพา ซึ่งทำให้หลายคนเชื่อว่าเซลล์เชื้อเพลิงจะมาแทนที่แบตเตอรี่ภายในอีกสี่ห้าปีข้างหน้านี้ ทั้งนี้ตลาดมือถือและคอมพิวเตอร์แบบพกพาถือว่าเป็นตลาดที่ใหญ่ และมีความต้องการจากผู้บริโภคสูงกว่าตลาดของรถยนต์หรือระบบขนส่งอื่น ๆ รวมทั้งยังสูงกว่าตลาดด้านพลังงานด้วยซ้ำไป โดยคิดเป็นราคาต่อหน่วยพลังงาน (วัตต์ชั่วโมง) ที่ผู้บริโภคยินดีจ่าย   ด้วยอุปทานที่สูงและตลาดรองรับที่ดีจะช่วยให้การนำเซลล์เชื้อเพลิงมาใช้งานเป็นจริงได้

ไฮโดรเจนถือว่ามีอันตรายน้อยกว่าเชื้อเพลิงชนิดอื่นมาก ด้วยคุณสมบัติของไฮโดรเจนที่ไม่เป็นพิษ เผาไหม้เร็วมากและมีการแผ่รังสีความร้อนในระดับต่ำ รวมทั้งยังมีความหนาแน่นต่ำเมื่อเทียบกับอากาศ ทำให้สามารถกระจายตัวได้อย่างรวดเร็วเมื่อปล่อยสู่บรรยากาศ ถ้าเทียบกับเชื้อเพลิงชนิดอื่น สามารถออกแบบให้ระบบการใช้พลังงานไฮโดรเจนมีความปลอดภัยมากกว่าหรืออย่างน้อยเท่ากับระบบเครื่องยนต์แก๊สโซลีน

บรรยากาศที่บรรจุก๊าซก่อภาวะเรือนกระจกในระดับต้น ๆ ได้แก่ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂), มีเธน (CH₄), ไดไนโตรเจนออกไซด์ (N₂O) และน้ำ (H₂O)

ก๊าซเหล่านี้ยอมให้แสงอาทิตย์แผ่รังสีสู่ผิวโลกได้แต่กลับกักเก็บความร้อนไม่ให้แผ่ออกจากชั้นบรรยากาศและผิวโลก ซึ่งเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า ภาวะเรือนกระจก เสมือนเป็นการใช้แก้วกักเก็บความร้อน แต่สิ่งที่กักความร้อนไม่ใช่แก้วแต่เป็นก๊าซก่อภาวะเรือนกระจก ถ้าไม่มีก๊าซดังกล่าวโลกปัจจุบันจะมีอุณหภูมิต่ำกว่านี้ประมาณ 35 องศาเซลเซียส (หรืออาจประมาณอุณหภูมิเฉลี่ยได้ที่ -20 องศาเซลเซียส)

ปริมาณก๊าซในบรรยากาศมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดในช่วงอดีตที่ผ่านมา ไม่ว่าจะเป็นผลจากการระเบิดของภูเขาไฟ หรือปรากฏการณ์ธรรมชาติอื่น ๆ แต่ในช่วงสองร้อยปีที่ผ่านมา ก๊าซพิษพวกนี้ถูกผลิตจากน้ำมือมนุษย์ในปริมาณมากอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน ซึ่งเกิดจากหลายสาเหตุด้วยกัน เช่น วงจรการหมุนเวียนของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในธรรมชาติเองที่ยังคงเป็นสาเหตุของการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิอย่างต่อเนื่อง

แต่ในช่วงสองศตวรรษล่าสุด มนุษย์เราทั้งขุดเจาะ กลั่น และบริโภคเชื้อเพลิงธรรมชาติที่โลกต้องใช้เวลากว่าล้านปีในการผลิต และที่สำคัญการใช้เชื้อเพลิงเหล่านี้เป็นการสร้างก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนมากสู่ชั้นบรรยากาศ ซึ่งธรรมชาติเองแม้จะมีกระบวนการกำจัดและดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ทั้งลงในทะเลและในต้นไม้ผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสง แต่ก็ยังมีก๊าซที่เหลือจำนวนมากตกค้างอยู่ในชั้นบรรยากาศ

รูปที่ 1 ข้อมูลอุณหภูมิเฉลี่ยที่ได้จากการวัดในช่วงปี 1961 - 1990 (WG1, 2001) โดยวัดในหน่วยองศาเซลเซียส โดยที่เส้นทึบแสดงถึงอัตราการเปลี่ยนแปลงเฉลี่ยของอุณหภูมิในแต่ละช่วงปี ส่วนแทบสีเทาแสดงถึงค่าเบี่ยงเบนทางสถิติของข้อมูล

ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากเชื้อเพลิงธรรมชาติเหล่านั้นทำให้ธรรมชาติเสียสมดุล บวกกับการตัดไม้ทำลายป่า การเผาป่าของมนุษย์ ที่เป็นอีกสาเหตุให้ธรรมชาติเสียสมดุล และที่สำคัญปริมาณต้นไม้ที่ถูกตัดไปมีมากกว่าปริมาณการปลูกทดแทน ทำให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มีปริมาณมากเกินกว่าต้นไม้จะสามารถดูดซับไว้ได้    

นอกจากนี้ซากพืชซากสัตว์  จำพวกกระดาษ เศษอาหาร และเศษผ้า ถูกปล่อยทิ้งให้เน่าเสียในภาวะขาดออกซิเจน ซึ่งก่อให้เกิดก๊าซมีเทนในปริมาณมาก ซึ่งก๊าซมีเทนเองมีความสามารถในการกักเก็บความร้อนจากภาวะเรือนกระจกได้สูงถึง 21 เท่าของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ อีกทั้งสารเคมีชนิดใหม่อย่างเช่นก๊าซคลอโรฟูออโรคาร์บอน (CFC) ที่ตกค้างในชั้นบรรยากาศยังส่งผลให้ภาวะเรือนกระจกรุนแรงขึ้นไปอีก

ในปี ค.ศ. 1988 องค์กรอุตุนิยมวิทยาโลก WMO (World Meteorological Organization) ร่วมกับองค์กรความร่วมมือด้านสิ่งแวดล้อม UNEP (United Nations Environmental Program) ทำการก่อตั้งกลุ่มความร่วมมือเฉพาะเรื่องการเปลี่ยนแปลงของบรรยากาศโลก (IPCC) [สามารถดูรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่เว็บไซต์ www.ipcc.ch] เพื่อเป็นการจุดประเด็นปัญหาภาวะเรือนกระจก และเป็นการค้นหาสาเหตุด้วยกระบวนการทางวิยาศาสตร์ การศึกษาผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงสภาวะอากาศต่อสภาพสังคมและสภาพเศรษฐกิจของสังคมมนุษย์

ในปี ค.ศ. 1996 องค์กร IPCC ได้แสดงรายงานฉบับที่สอง (SAR: Second Assessment Report) ที่มีเนื้อหาโดยสรุปแสดงถึงข้อมูลอุณหภูมิของโลกที่ได้จากการวัดและการวิเคราะห์ทางสถิติในรูปของค่าการเบี่ยงเบนทางสถิติ แต่ข้อมูลดังกล่าวเปิดเผยไม่ได้ ทั้งนี้ IPCC ได้ทำงานต่อยอดความรู้เพื่อสร้างความเข้าใจอย่างถ่องแท้ในกลไก และกระบวนการการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศ ด้วยการพิสูจน์ด้วยวิธีการทางวิทยาศาสตร์

ต่อมาในรายงานฉบับที่สาม (TAR: Third Assessment Report) ได้มีการตีพิมพ์ข้อสรุปใน IPCC’s Working Group 1 (WG1, 2001) โดยมีใจความยืนยันสมมุติฐานที่ว่ามนุษย์มีส่วนในการรบกวนสมดุลของสภาพอากาศจริง ทั้งนี้ในรายงานมีการวิเคราะห์เพื่อพยายามลดความคลาดเคลื่อนของข้อมูล 

เช่น อุณหภูมิพื้นผิวโลก ที่วัดมีค่าคลาดเคลื่อนเกิดจากความร้อนในเขตชุมชนรอบ ๆ สถานีวัด นอกจากนี้ยังมีการใช้ดาวเทียมทำการเก็บข้อมูลเพื่อเปรียบเทียบและปรับแก้ไขค่าให้ถูกต้องอีกครั้ง ตั้งแต่การวัดอุณหภูมิที่ระดับน้ำทะเลจนถึงชั้นบรรยากาศในระดับสูง ที่ยิ่งมีระดับสูงเท่าไหร่ก็ยิ่งได้รับผลจากรังสีของดวงอาทิตย์มากเท่านั้น โดยที่ผลจากการวัดและการคำนวณมีความสอดคล้องกันมากในรายงานฉบับนี้

ทำให้ขณะนี้สามารถอธิบายการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่เกิดขึ้นตั้งแต่ปี ค.ศ. 1861 ได้ว่ามีการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิตลอดช่วงศตวรรษที่ 20 โดยเฉลี่ยสูงขึ้น 0.6 ^oC (ด้วยแฟกเตอร์เบี่ยงเบน 0.2 ^oC) โดยการเพิ่มขึ้นนี้สูงกว่าที่ได้ทำการคาดการณ์ไว้ในรายงานฉบับที่สองถึง 0.15 ^oC ซึ่งการเพิ่มสูงขึ้นของอุณหภูมิแบ่งได้เป็นสองช่วง       

โดยในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษเป็นผลมาจากปรากฏการณ์ธรรมชาติ เช่น จากแสงอาทิตย์เอง การะเบิดของภูเขาไฟ และปรากฏการณ์เอลนีโน่ (El Nino) โดยในครึ่งหลังของศตวรรษการเพิ่มสูงขึ้นของอุณหภูมิเป็นผลชัดเจนจากการปล่อยก๊าซก่อภาวะเรือนกระจกจากกิจกรรมของมนุษย์ ทั้งนี้ในทศวรรษที่ 1990 อาจเรียกได้ว่าเป็นช่วงสิบปีที่โลกร้อนที่สุด และปี ค.ศ. 1998 ถือเป็นปีที่โลกมีอุณหภูมิเฉลี่ยสูงสุดในรอบ 1,000 ปีที่ผ่านมา

จากการใช้ดาวเทียมเก็บข้อมูลตั้งแต่ปี ค.ศ. 1979 แสดงให้เห็นถึงการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในชั้นบรรยากาศในระดับไม่เกิน 8 กิโลเมตรจากระดับน้ำทะเล ที่เพิ่มสูงขึ้นเฉลี่ยในช่วงสิบปี 0.05 องศา ส่วนที่ระดับน้ำทะเลมีอัตราการเพิ่มสูงขึ้นของอุณหภูมิเฉลี่ยในช่วงสิบปีที่  0.075 องศา และที่ผิวโลกเฉลี่ยเพิ่มขึ้น 0.15 องศา ซึ่งจะพบว่าในแต่ละระดับความสูงมีอัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิแตกต่างกัน ซึ่งอาจส่งผลสำคัญต่อกลไกการเปลี่ยนแปลงของระบบสภาพอากาศ

รูปที่ 2 การเปรียบเทียบค่าอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงตั้งแต่ ปี ค.ศ. 1861 ถึงปัจจุบัน ระหว่างการเฝ้าสังเกตกับการคำนวณจากแบบจำลอง โดยในการจำลองแบบนั้นมีการคำนึงถึงเหตุของการสร้างก๊าซก่อภาวะเรือนกระจกทั้งจากธรรมชาติเอง และจากสังคมมนุษย์ ไม่ว่าจะเป็นผลจากแสงอาทิตย์ การระเบิดของภูเขาไฟ และปรากฏการณ์เอลนีโน่ (El Nino)

นอกจากนี้ภาพถ่ายจากดาวเทียมยังแสดงให้เห็นถึงปริมาณหิมะและน้ำแข็งที่ปกคลุมผิวโลกปัจจุบันที่ลดลงถึง 10 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับปริมาณที่เคยพบในปี 1960 และช่วงเวลาการแข็งตัวของน้ำในใจกลางทะเลสาบแถบลัตติจูดทางเหนือสั้นลงโดยประมาณสองสัปดาห์     

นอกจากนี้ระดับน้ำทะเลยังยกระดับสูงขึ้นถึง 0.1 - 0.2 เมตร ในรอบศตวรรษที่ผ่านมา โดยดูได้จากการวัดระดับน้ำขึ้นน้ำลงของระดับน้ำทะเล ทั้งหมดนี้อธิบายได้ด้วยผลของรังสีความร้อนที่แผ่กระจายในชั้นบรรยากาศและการละลายของธารน้ำแข็งบนพื้นผิวโลก

แต่ยังมีกลไกการเปลี่ยนแปลงของระบบสภาพอากาศที่ยังมีความคลุมเครืออยู่ เช่นเรายังไม่สามารถโยงใยหาสาเหตุการก่อตัวของเมฆได้ กลไกการทำงานของดวงอาทิตย์ และอิทธิพลของรังสีคอสมิก (ข้อมูลจาก: Thjell and Lassen 1999)     

ในขณะเดียวกันความสามารถในการวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิถือว่ามีพัฒนาการก้าวไปอีกขั้น ด้วยความเข้าใจที่เพิ่มขึ้นในระบบกลไกการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพของสภาพอากาศ ประกอบกับศักยภาพการคำนวณของคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ที่สูงขึ้นมาก

ขณะนี้ประมาณได้ว่ามีปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศเข้มข้นถึง 363 ppm (parts per million) โดยคิดเป็น 31% เพิ่มขึ้นจากปริมาณในปี ค.ศ. 1750 ซึ่งเป็นยุคเริ่มต้นของอุตสาหกรรม โดยสองในสามส่วนของปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์นี้เกิดขึ้นภายในช่วง 50 ปีหลังเท่านั้น

คิดเป็นอัตราความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นเฉลี่ยต่อปีที่ 1.5 ppm/annum ซึ่งเป็นอัตราการเพิ่มที่สูงมากถ้าคิดย้อนไปในช่วง 20,000 ปี ทั้งนี้ค่าความเข้มข้นนี้เป็นค่าที่สูงที่สุดในรอบ 420,000 ปี หรืออาจจะเป็นในรอบ 20 ล้านปี ด้วยซ้ำไป    

จากข้อมูลรายงานฉบับที่สามมีผลผลักดันให้องค์กร  IPCC คิดแผนพัฒนากว่า 40 แผนเพื่อมุ่งไปในสี่เส้นทางหลักเพื่อเป็นการเตรียมความพร้อมรองรับศตวรรษหน้าที่กำลังจะมาถึง ซึ่งแผนพัฒนาดังกล่าวเป็นการผสมผสานระหว่างการพัฒนา ด้านสถิติประชากรศาสตร์ ด้านเศรษฐกิจและสังคม ด้านเทคโนโลยี และการสร้างกลุ่มความร่วมมือ    

ทั้งนี้ยังมีรายงานสนับสนุน SRES (Special Report on Emission Secenarios) ที่นำเสนอแผนพัฒนาเศรษฐกิจในอนาคตที่ต้องตั้งอยู่บนพื้นฐานการพัฒนา “สีเขียว” ไม่ว่าจะเกิดจากความร่วมมือด้านสิ่งแวดล้อมในระดับนานาชาติ หรือการออกกฎข้อบังคับที่จำเป็นในด้านสิ่งแวดล้อม [IPCC, 2001]

รูปที่ 3 ค่าความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ CO2 ในชั้นบรรยากาศที่เพิ่มขึ้นในช่วงสามร้อยปีที่ผ่านมา (แหล่งข้อมูล: IPCC, 2001)

สำหรับการประมาณการณ์ปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในก๊าซไอเสียที่จะถูกผลิตขึ้นในอนาคตคิดเป็นหน่วย กิกะตัน (Gigaton) จำแนกได้เป็นสามแผนคือ A1F1, A1B, และ A1T ดังรูปที่ 4 โดยสถานการณ์ปัจจุบันนี้จัดอยู่ระหว่างช่องของ A1F1 และ A1B ซึ่งแสดงแนวโน้มว่าภายในอีก 60 ปีข้างหน้าจะมีอัตราการเพิ่มขึ้นของก๊าซเสียเป็นสามเท่าต่อปี หรือดูเหมือนว่าปัญหาสิ่งแวดล้อมนี้คงไม่มีทางหายไปได้เอง ถ้าเราไม่พยายามร่วมมือกันหาหนทางแก้ไข

รูปที่ 4 แนวโน้มการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ CO2 ตามแผนสามแบบ (แหล่งข้อมูล: IPCC, 2001)

ซึ่งทางองค์กร IPCC ประมาณการณ์ว่าถ้าเราไม่ลดการผลิตก๊าซก่อภาวะเรือนกระจกในอัตราอย่างน้อย 50% หรือ อาจถึง 60 – 80 % จากปริมาณที่ผลิตอยู่ในปัจจุบัน จะก่อให้เกิดภาวะโลกร้อนอย่างรุนแรง ยิ่งเราเริ่มช้าเท่าไหร่ยิ่งต้องลดอัตราการปล่อยก๊าซก่อภาวะเรือนกระจกลงมากเท่านั้น ซึ่งอาจส่งผลต่อการขยายตัวทางเศรษฐกิจของประเทศกำลังพัฒนา               

โดยเฉพาะถ้าต้องมีการลดปริมาณการปล่อยก๊าซเสียดังกล่าวลงมาก ๆ ดังนั้นประเทศที่ร่ำรวยจากการส่งออกน้ำมันอย่างเช่น นอร์เวย์ ต้องนำร่องในการช่วยลดปริมาณการปล่อยก๊าซเสียดังกล่าวที่ระดับ 90%

พิธีสารเกียวโต (Kyoto Protocol) เรียกร้องให้กลุ่มประเทศผู้นำทางอุตสาหกรรมช่วยกันลดปริมาณการปล่อยก๊าซก่อภาวะเรือนกระจกลงให้ได้ 5% ในปี ค.ศ.2010 จากปริมาณที่วัดได้ในปี 1990 ข้อเรียกร้องดังกล่าวมีความแตกต่างกันขึ้นอยู่กับความเหมาะสมต่อประเทศนั้น ๆ แต่ทุกประเทศต้องช่วยกันลดปริมาณการปล่อยก๊าซพิษให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้

พิธีสารเกียวโตนี้มีจุดประสงค์สำคัญที่มุ่งผลักดันให้ปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมนี้มีผลต่อการทำข้อตกลงระดับชาติในอนาคต ถึงแม้ว่าการลงนามในข้อตกลงเพื่อสร้างความร่วมมือในการลดการปล่อยก๊าซเสียนี้จะไม่เพียงพอในการแก้ปัญหา แต่มันก็เป็นก้าวย่างบนเส้นทางที่ถูกต้อง

เมื่อร้อยปีที่แล้วการเปลี่ยนจากการใช้ระบบพลังงานถ่านหินสู่การใช้น้ำมันมีข้อดีที่เห็นได้ชัดเจน ซึ่งนำเราเข้าสู่ยุคเครื่องยนต์สันดาปภายใน แต่ตอนนี้ยังเป็นที่กังขาถึงความจำเป็นที่เราต้องลดปริมาณการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สู่ชั้นบรรยากาศ และการใช้พลังงานหมุนเวียนที่ใช้ไฮโดรเจนเป็นตัวกลางผลิตไฟฟ้า ที่คาดว่าจะเป็นคำตอบที่ลงตัวที่สุดในขณะนี้

รูปที่ 5 ข้อมูลแสดงอัตราการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในอดีต (เส้นสีเหลือง) และปริมาณความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ CO2 (เส้นสีแดง) (แหล่งข้อมูล: IPCC, 2001)

1. www.bellona.no: Energy: Hydrogen
2. Azar, C., Lindgren, K. og Anderson, B.A., (1998). Hydrogen or Methanol in the Transportation Sector?, Rapport, Department of Physical Resource Theory, Chalmer University of Technology, G?teborg, Sweden
3. Amos, W., (1998). Costs of Storing and Transporting Hydrogen, Rapport NREL/TP-570-25106, National Renewable Energy Laboratory, (220 pp., $47.00, NTIS Order No. DE 00006574)
4. Asada et al., (2000). IEA Agreement Task 15, Hydrogen ProgressxIII IAHE