ในปัจจุบันมีธุรกิจการผลิตอิเลคโตรไลเซอร์และการสร้างโรงงานผลิตไฮโดรเจนด้วยการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าอยู่ทั่วโลก เนื่องมาจากประเด็นความท้าทายในการใช้พลังงานงานไฮโดรเจนนั้นคือ การขนส่งไฮโดรเจน ซึ่งถือได้ว่าเป็นประเด็นที่มีผลต่อราคาของไฮโดรเจนโดยรวม ทำให้มีการศึกษาและทำความเข้าใจในโลจิสติกส์และเศรษฐศาสตร์ที่แตกต่างระหว่างการผลิตไฮโดรเจนแบบรวมศูนย์ขนาดใหญ่กับการผลิตแบบกระจายตัวใกล้กับผู้ใช้ โดยจะมีกระบวนการขนส่งที่แตกต่างกัน
หากพิจารณาที่ประสิทธิภาพการผลิต 100 เปอร์เซ็นต์ การผลิตไฮโดรเจน 1 กิโลกรัมต้องใช้พลังงานไฟฟ้า 39 หน่วย (kWh) หากพิจารณาราคาหน่วยไฟฟ้าที่ 2.50 บาท จะพบว่าราคาค่าไฟฟ้าในการผลิตไฮโดรเจน 1 กิโลกรัมประมาณ 100 บาท ดังนั้นจะพบว่าหากพิจารณาเปรียบเทียบกับน้ำมัน 3.8 ลิตรซึ่งให้พลังงานความร้อนเท่ากับไฮโดรเจนประมาณ 1 กิโลกรัมนั้น ในปัจจุบันจะพบว่าน้ำมันเชื้อเพลิงมีราคาเท่ากับ 110 บาท (กำหนดให้ราคา 1 ลิตรเท่ากับ 30 บาท) ดังนั้นจะเห็นได้ว่า ไฮโดรเจนมีแนวโน้มที่เป็นไปได้อย่างมากที่จะเป็นทางเลือกของพลังงานในอนาคตอันใกล้นี้ได้ อย่างไรก็ตามปัจจัยที่จะมีผลต่อราคาของไฮโดรเจนจากแยกน้ำด้วยไฟฟ้าคือ เทคโนโลยีของการผลิต
ประเด็นที่จะต้องคำนึงถึงอย่างมากในการนำเทคนิคการแยกน้ำด้วยไฟฟ้ามาใช้ผลิตไฮโดรเจนเพื่อนำไปใช้เป็นพลังงานคือ พลังงานไฟฟ้าที่จะต้องใช้ หากยังมีการผลิตไฟฟ้าด้วยเชื้อเพลิงฟอสซิลอย่างในปัจจุบันเป็นส่วนใหญ่นั้น การแยกน้ำด้วยไฟฟ้าคงจะไม่ใช้ทางเลือกที่เป็นไปได้ การวิจัยและพัฒนาการผลิตไฟฟ้าด้วยแหล่งพลังงานทดแทนจึงเข้ามามีบทบาทมากยิ่งขึ้น ตัวอย่างเช่น กรณีการผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานลมในประเทศสหรัฐอเมริกามีการประมาณไว้ว่าสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ 2,800 GW (ในปัจจุบัน ประเทศสหรัฐอเมริกามีความกำลังการผลิตกระแสไฟฟ้ารวมประมาณ 1,100 GW) ซึ่งเพียงพอที่จะใช้ในการผลิตไฮโดรเจนได้มากกว่า 150,000 ล้านกิโลกรัมต่อปี ซึ่งมากกว่าปริมาณน้ำมันเชื้อเพลิงที่มีการอุปโภคต่อปี ณ เวลานี้
ในปัจจุบัน ได้มีโครงการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าเพื่อผลิตไฮโดรเจน โดยอาศัยพลังงานไฟฟ้าที่ได้จากการแปลงผันพลังงานทดแทนอยู่ทั่วโลก ยกตัวอย่างเช่น ในประเทศสหรัฐอเมริกา ศูนย์ปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติ (National Renewable Energy Laboratory) ในรัฐโคโลราโด ร่วมกับ การไฟฟ้าท้องถิ่น บริษัท Xcel Energy ได้ดำเนินโครงการนำร่องในการใช้พลังงานลมและแสงอาทิตย์ในการผลิตไฮโดรเจนเพื่อเป็นเชื้อเพลิงให้กับรถยนต์เซล์เชื้อเพลิง ในขณะที่รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงสามารถจ่ายพลังงานไฟฟ้าที่ได้จากไฮโดรเจนกลับคืนสู่ระบบไฟฟ้ากำลังในเวลาที่มีการใช้ไฟฟ้าสูง
การแยกน้ำด้วยไฟฟ้าได้มีการดำเนินการมาตั้งแต่ช่วง ปี ค.ศ. 1920 ถึง 1930 มีการสร้างระบบแยกน้ำด้วยไฟฟ้าแบบอัลคาไลน์โดยใช้พลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้จากเขื่อน และเป็นเทคโนโลยีที่มีใช้กันทั่วโลก ดังนั้นการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าเพื่อใช้ในการผลิตไฮโดรเจนเป็นสิ่งที่หลายฝ่ายมีประสบการณ์มาเป็นระยะเวลานานพอสมควร
ไฮโดรเจนที่ผลิตด้วยวิธีแยกน้ำด้วยอิเล็กทรอไลซิสนั้น อาศัยหลักการส่งผ่านกระแสไฟฟ้าในน้ำด้วยสองอิเลคโตรดคือ แอโนด (Anode) และแคโทด (Cathode) โดย โมเลกุลของน้ำถูกแยกออกเป็นไฮโดรเจนที่ขั้วแคโทดและออกซิเจนที่ขั้วแอโนด ในปัจจุบันกระบวนการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าที่มีใช้ในระดับอุตสาหกรรมมี 2 ประเภทด้วยกัน คือ
1. กระบวนการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าแบบแอลคาไลน์ (Alkaline Electrolyzers) แบ่งได้เป็น
1.1 แบบขั้วเดียว (Unipolar)
1.2 แบบขั้วคู่ (Bipolar)
2. อิเลคโตรไลต์โพลีเมอร์ของแข็ง (Solid Polymer Electrolyte (SPE))
• กระบวนการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าแบบแอลคาไลน์
ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น การแยกน้ำด้วยไฟฟ้าแบบแอลคาไลน์เป็นกระบวนการที่มีการใช้งานในเชิงพาณิชย์มาเป็นเวลากว่า 70 ปีแล้ว จึงทำให้มีการพัฒนาระบบถึงจุดที่มีความคุ้มค่าทางเศรษฐศาตร์เป็นอย่างดี กระบวนการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าแบบแอลคาไลน์นั้นจะอาศัยสารละลายที่เป็นด่าง เช่น สารละลายโปแตสเซียมไฮดรอกไซด์ 30 เปอร์เซ็นต์ (Potassium Hydroxide (KOH)) เป็นต้น เพื่อเพิ่มความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้าของน้ำ อุปกรณ์ผลิตไฮโดรเจนสำหรับเทคโนโลยีนี้มีด้วยกันอยู่ 2 ประเภทคือ แบบขั้วเดียวและแบบขั้วคู่ ดังแสดงในรูปที่ 1 (ก) และ (ข) ตามลำดับ
สำหรับวัสดุที่ใช้ทำขั้วอิเลคโตรดนั้นจะเป็น นิกเกิล (Nickel) เนื่องจากมีคุณสมบัติของตัวเร่งปฎิกิริยาไฟฟ้าเคมี (Electrochemical Catalytic Properties) ผลจากงานวิจัยได้ชี้ให้เห็นว่า โลหะเจือนิกเกิล (Nickel-based Alloys) นั้นมีข้อดีหลายประการ เช่น อิเลคโตรดที่ใช้โลหะผสม Nickel-Cobalt-Molybdenum นั้น จะทนการกัดกร่อนของสารละลายได้ดี มีพื้นผิวในการทำปฎิกิริยามาก ทำให้อัตราการทำปฎิกิริยาดีขึ้น
แบบขั้วคู่
อุปกรณ์แยกน้ำด้วยไฟฟ้าแบบขั้วคู่อาจเลือกให้ผลิตไฮโดรเจนโดยไม่ผสมกับออกซิเจนได้ หรือเป็นก๊าซผสมก็ได้ โดยขึ้นอยู่การออกแบบ ขั้วที่ใช้รับกระแสไฟฟ้าจากภายนอก (End Plate) จะเป็นแบบขั้วเดียว ในขณะที่ขั้วที่อยู่ระหว่างเซลล์จะเป็นแบบขั้วคู่ อิเลคโตรดที่เป็นขั้วแคโทดที่ติดอยู่ที่ด้านหนึ่งของแผ่นโลหะระหว่างเซลล์จะเป็นขั้วที่โมเลกุลของไฮโดรเจนและอิออนไฮดรอกซีถูกผลิตขึ้น โดยอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ทะลุผ่านอิเลคโตรดมาจากอีกด้านหนึ่งซึ่งเป็นด้านแอโนด ที่ด้านแอโนดจะเป็นส่วนที่โมเลกุลของออกซิเจนถูกผลิตขึ้น โดยปกติในอุปกรณ์แยกน้ำด้วยไฟฟ้าที่มีขนาดใหญ่จะมีหลายอิเลคโตรดต่อขนานกันทางไฟฟ้าและมีตัวแยก (Insulator) สำหรับก๊าซที่เป็นการผสมกันของไฮโดรเจนและออกซิเจนจะถูกเรียกว่า “HHO” หรือ “Brown Gas”
แบบขั้วเดียว
สำหรับแบบขั้วเดียวนั้นจะไม่มีการใช้อิเลคโตรดร่วมกันเหมือนในกรณีของขั้วคู่ ดังนั้นอัตราการผลิตไฮโดรเจนจึงสูงกว่า
