Research

พลังงานทางเลือกที่ไม่มองข้าม แต่ไม่นิยม


อาจารย์วิชชุลดา ชัยพร  
อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมเคมี ​ 
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร  
26 เมษายน 2558  

       "พลังงานทางเลือก" คำนี้ (เฮ้ย! ไม่ใช่สิ) ประโยคนี้ (น่าจะถูกต้องกว่า) หลายคนอาจจะได้ยินบ่อยครั้งและทราบความหมายของมันเป็นอย่างดี แต่ก็น่าจะมีอีกหลายๆ คน ที่ยังไม่รู้ว่ามันหมายถึงอะไร ถ้าเราลองใช้เทคโนโลยีถาม Mr. Google (เป็นสิ่งที่เราสามารถหาคำตอบจากมันได้ทุกเรื่อง จริงมั๊ย อิอิ) เราก็จะได้คำตอบว่า "พลังงานทางเลือก หมายถึง พลังงานจากแหล่งอื่นๆ ที่นำมาใช้ทดแทนพลังงานจากแหล่งเชื้อเพลิงฟอสซิล จำพวก น้ำมันปิโตรเลียม ถ่านหิน และก๊าซธรรมชาติ" ก็ยังงงอยู่ดี ลองยกตัวอย่างพลังงานทางเลือกให้ดูหน่อยสิ เผื่อจะเข้าใจมากขึ้น ตั้งใจอ่านดีดีนะ 
       นับตั้งแต่มนุษย์เริ่มรู้จักไฟฟ้าและมีเครื่องใช้ไฟฟ้าให้เลือกใช้มากมาย มนุษย์ก็เริ่มใช้พลังงานฟอสซิลอย่างสิ้นเปลือง พลังงานฟอสซิลถูกเปลี่ยนให้เป็นพลังงานความร้อนก่อน โดยการเผาไหม้แล้วจึงนำความร้อนที่ได้ไปผลิตกระแสไฟฟ้า (รายละเอียดมันเยอะอ่ะ เอาไว้ฉบับหน้าจะมาเล่าให้ฟังแล้วกันนะ ปล. ถ้าอยากรู้นะ 555) แต่เนื่องจากพลังงานฟอสซิลเป็นพลังงานที่ใช้แล้วหมดไป มันจึงมีปริมาณลดลงอย่างต่อเนื่องและกำลังจะหมดจากโลกไปในไม่ช้านี้ แต่มนุษย์ได้ขึ้นชื่อว่าเป็นสัตว์ที่ประเสริฐที่สุด มนุษย์จึงได้ค้นหาแหล่งพลังงานทางเลือกมาใช้แทนพลังงานฟอสซิลที่กำลังจะหมดไป ซึ่งก็มีให้เลือกใช้มากมาย เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม พลังงานน้ำ พลังงานความร้อนจากใต้พิภพ หรือแม้แต่พลังงานจากชีวมวล พลังงานเหล่านี้เป็นพลังงานที่ใช้แล้วไม่หมดไป สามารถหมุนเวียนใช้มันได้ตลอด ดังนั้นบางคนจึงอาจเรียกพลังงานเหล่านี้ว่า พลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน หรือพลังงานหมุนเวียน ก็ได้ พอจะเข้าใจมากขึ้นหรือยังคะ งั้นเรามาเข้าเรื่องกันต่อเลยดีกว่า 
       ประเทศไทยเป็นประเทศเกษตรกรรม จึงมีพืชเศรษฐกิจหลายอย่าง เช่น ข้าว ข้าวโพด อ้อย  มันสำปะหลัง ปาล์มน้ำมัน และยางพารา เป็นต้น โดยหลังจากเก็บเกี่ยวพืชเหล่านี้ พืชบางประเภทจะเหลือเศษวัสดุเหลือทิ้งในพื้นที่เก็บเกี่ยว เช่น หลังเก็บเกี่ยวข้าวจะเหลือฟางข้าว หรือหลังเก็บเกี่ยวมันสำปะหลังจะเหลือเหง้ามัน (ส่วนโคนของลำต้น) แต่พืชบางประเภทหลังเก็บเกี่ยวแล้วจะถูกส่งต่อไปยังโรงงานเพื่อเข้าสู่กระบวนการผลิตต่อไป เช่น อ้อยเข้าสู่กระบวนการผลิตน้ำตาล และปาล์มน้ำมันเข้าสู่กระบวนการผลิตน้ำมันปาล์ม เป็นต้น แต่ทุกคนทราบหรือไม่ว่าอ้อยและปาล์มน้ำมันเมื่อเข้าสู่กระบวนการผลิตแล้วจะเหลือวัสดุเหลือทิ้งจากกระบวนการผลิตอีกมาก นั่นคือกากอ้อยจากโรงงานน้ำตาล หรือ กะลาปาล์มและทะลายปาล์มเปล่าจากโรงงานผลิตน้ำมันปาล์ม โดยจากรายงานพลังงานทดแทนของประเทศ พบว่า เศษวัสดุเหลือทิ้งเหล่านี้ หรือเรียกง่ายๆ ว่า พลังงานชีวมวลเหล่านี้มีศักยภาพเพียงพอที่จะนำมาใช้เป็นพลังงานทางเลือกได้ ทั้งในด้านปริมาณและพลังงานที่ได้รับจากการนำมาเผาไหม้ ดังแสดงในตารางที่ 1  

ตารางที่ 1 ปริมาณเหลือใช้และศักยภาพพลังงานชีวมวล

    ที่มา : รายงานพลังงานทดแทนของประเทศไทย ๒๕๕๓ กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กระทรวงพลังงาน 

       จากตารางที่ 1 จะเห็นว่าใน 1 ปีเรามีพลังงานชีวมวลที่สามารถผลิตพลังงานได้ประมาณ 31,784 ktoe (พันตันน้ำมันดิบเทียบเท่า) ซึ่งถ้าคิดเป็นปริมาณน้ำมันดิบที่เราต้องสั่งซื้อจากต่างประเทศก็ประมาณ 230 ล้านบาร์เรลต่อปี (ปี 2556 ประเทศไทยนำเข้าน้ำมันดิบประมาณ 18,400 ล้านบาร์เรล) ยิ่งไปกว่านั้น ถ้าเราคิดเป็นมูลค่าการนำเข้าน้ำมัน เราจะสามารถลดการนำเข้านำมันดิบได้ประมาณ 800,000 ล้านบาทต่อปี (โอ้โห! เยอะเหมือนกันนะเนี่ย) ถ้ามันเป็นอย่างนั้นจริงๆ ทำไมเราถึงไม่นำพลังงานชีวมวลเหล่านี้มาใช้เป็นแหล่งพลังงานทางเลือกล่ะ อืมมมมม มันต้องมีเหตุผลสินะ อยากรู้กันแล้วใช่มั๊ยล่ะ 555
       พืชแต่ละชนิดกว่าจะเจริญเติบโต ผลิดอก ออกผลมาให้เรารับประทานได้ จะต้องมีการรดน้ำ (น้ำประปามีคลอรีน) ใส่ปุ๋ย (ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และโพแทสเซียม) และผ่านการดูแลมาเป็นอย่างดี ดังนั้นพลังงานชีวมวลที่กล่าวมาข้างต้น ถึงแม้จะเป็นเศษวัสดุที่เหลือทิ้งแต่มันก็เคยผ่านการบำรุงมาอย่างดี มันก็จะมีแร่ธาตุต่างๆ เป็นองค์ประกอบด้วย จากงานวิจัยทางด้านพลังงานชีวมวลในต่างประเทศพบว่า การเผาไหม้เชื้อเพลิงชีวมวลที่มีธาตุกลุ่มโลหะอัลคาไลน์ (Na และ K) โลหะอัลคาไลน์เอิร์ท (Ca และ  Mg) และคลอรีน (Cl) เป็นองค์ประกอบสูงจะก่อให้เกิดปัญหาระหว่างการเผาไหม้ ดังนี้ ปัญหาการหลอมตัวและรวมตัวของเถ้า (Sintering และ Slagging) และปัญหาจากการที่มีอนุภาคเกาะติดบริเวณพื้นผิวแลกเปลี่ยนความร้อน (Deposit) ทำให้มีประสิทธิภาพในการถ่ายเทความร้อนลดลง ปัญหาเหล่านี้เกิดจากเมื่อชีวมวลเกิดการเผาไหม้ ธาตุ K และ Cl จะสลายตัวเกิดเป็นแก๊สซึ่งเมื่อทำปฏิกิริยากันจะเกิดเป็นก๊าซโพแทสเซียมคลอไรด์ (KCl) แล้วลอยออกมากับแก๊สเผาไหม้ เมื่อลอยมากระทบกับพื้นผิวแลกเปลี่ยนความร้อนซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าแก๊ส KCl จะเกิดการควบแน่นเกาะติดบริเวณพื้นผิวแลกเปลี่ยนความร้อน ในขณะเดียวกันธาตุ K บางตัวที่ไม่สามารถระเหยออกมาอยู่ในสถานะก๊าซได้จะทำปฏิกิริยากับธาตุอื่นๆ ที่เป็นองค์ประกอบในเถ้าเกิดเป็นสารประกอบยูเทคติก (Eutectic compounds) ที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ ทำให้เกิดการหลอมเมื่ออยู่ในสภาวะที่มีอุณหภูมิสูง ดังรูปที่ 1 

รูปที่ 1 กลไกการเกิดปัญหาต่างๆ จากการเผาไหม้ชีวมวล

       เฮ้อ! มาถึงตรงนี้ ที่พูดมาเป็นศัพท์เฉพาะทางของวิศวกรรมเคมีทั้งนั้น อาจจะเข้าใจยากหน่อยนะคะ เอาเป็นว่าจากที่พูดมาทั้งหมดผู้เขียนกำลังจะบอกว่า พลังงานชีวมวลที่มาจากวัสดุเหลือทิ้งจากการเกษตรส่วนใหญ่จะมีธาตุ K และ Cl เป็นองค์ประกอบจากการใส่ปุ๋ยและรดน้ำของเกษตรกร จึงเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้เกิดปัญหาต่างๆ จากการเผาไหม้ ดังนั้นภาคอุตสาหกรรมจึงยังไม่นิยมนำชีวมวลประเภทนี้มาใช้เป็นพลังงานทางเลือกนั่นเอง นี่แหละค่ะ ที่มาของชื่อเรื่อง "พลังงานทางเลือกที่ไม่มองข้าม แต่ไม่นิยม" พอจะเข้าใจมากขึ้นหรือยังคะ
       แต่ใช่ว่ามนุษย์อย่างเราจะไม่สามารถแก้ปัญหาเหล่านี้ได้ ปัจจุบันมีงานวิจัยที่ทำการแก้ไขปัญหาดังกล่าวมากมาย โดยสามารถกล่าวโดยสรุปแนวทางการลดปัญหาต่างๆ ได้ ดังนี้
       1. การเผาไหม้ร่วม (Co-firing) โดยอาจจะทำการเผาไหม้ชีวมวลที่มีปัญหาร่วมกับชีวมวลที่ไม่ก่อให้เกิดปัญหา เช่น แกลบหรือไม้ชิพ หรือไม่ก็อาจจะทำการเผาไหม้ชีวมวลที่มีปัญหาร่วมกับถ่านหิน ซึ่งกรณีหลังนอกจากจะช่วยลดปัญหาได้แล้วยังช่วยเพิ่มค่าความร้อนจากการเผาไหม้ได้อีกด้วย
       2. การเผาไหม้ชีวมวลที่มีปัญหาร่วมกับสารเติมแต่ง โดยสารเติมแต่งที่เลือกใช้จะต้องมีธาตุอะลูมินียม (Al) เป็นองค์ประกอบในรูปของออกไซด์ในปริมาณสูง เช่น เกาลิน โดยธาตุ Al ในเกาลินจะไปทำปฏิกิริยากับก๊าซ KCl เกิดเป็นสารประกอบใหม่ที่มีจุดหลอมเหลวสูงขึ้น ดังสมการ (1) และ (2)

        (1)
        (2)

       เมื่อ M คือ K หรือ Na

       แต่ถึงแม้ว่าเราจะมีแนวทางในการลดปัญหาจากการเผาไหม้ชีวมวลที่มี K และ Cl เป็นองค์ประกอบสูง แต่ปัญหาที่สำคัญกว่านั้นคือ ข้อจำกัดของการใช้ชีวมวลเป็นเชื้อเพลิง และเป็นเหตุผลที่ทำให้การผลิตไฟฟ้าโดยใช้พลังงานหมุนเวียน ประเภทพลังงานจากชีวมวลจึงยังไม่เป็นที่นิยมมากนัก คือ  ชีวมวลมีปริมาณที่ไม่แน่นอน เนื่องจากชีวมวลแต่ละชนิดปลูกเพียงตามฤดูกาลเท่านั้น และผลผลิตที่ได้ขึ้นอยู่กับสภาพภูมิอากาศ เกษตรกรเปลี่ยนชนิดของผลผลิตไปตามความต้องการของตลาด นอกจากนี้พื้นที่ในการทำการเกษตรก็ลดลงอย่างต่อเนื่อง จากการเปลี่ยนแปลงสภาพไปสู่เมือง ที่สำคัญชีวมวลที่มีอยู่ในปริมาณมากอยู่อย่างกระจัดกระจาย ทำให้สามารถรวบรวมนำมาใช้งานได้ยาก และมีค่าใช้จ่ายในการขนส่งสูง
       สุดท้ายนี้ ภาควิชาวิศวกรรมเคมีและวิศวกรรมเครื่องกล มหาวิทยาลัยเทคโนยีมหานคร กำลังเร่งพัฒนาและทำงานวิจัยอย่างจริงจัง เพื่อหาแนวทางในการนำศักยภาพของพลังงานชีวมวลของประเทศที่มีอยู่มากมาย มาใช้ให้เกิดประโยชน์ โดยการนำมาใช้เป็นพลังงานทางเลือกที่สามารถใช้งานได้จริงในระดับอุตสาหกรรม ซึ่งพวกเราจะต้องทำการหาแนวทางในการลดปัญหาและข้อจำกัดต่างๆ ของการใช้ชีวมวลให้ได้ (โดยเฉพาะชีวมวลประเภทที่เป็นวัสดุเหลือทิ้งจากการเกษตร) และอีกไม่นาน พวกเราหวังเป็นอย่างยิ่งว่า งานวิจัยของพวกเราจะสามารถช่วยลดปริมาณการนำเข้าเชื้อเพลิงฟอสซิลจากต่างประเทศ นอกจากนี้ยังเป็นการส่งเริมอาชีพและเพิ่มรายได้ให้กับเกษตรกรได้อีกทางหนึ่งด้วย 
       (อ่านแล้วดูดีจังเลยเนอะ งานวิจัยเพื่อพัฒนาประเทศจริงๆ นะคะเนี่ย 5555) 

<< ย้อนกลับ