ดูหนังออนไลน์
Environmental Sustainability

เทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าจากเชื้อเพลิงชีวมวล

การก่อสร้างโรงไฟฟ้าไม่ว่าจะเป็นจากเชื้อเพลิงชีวมวลประเภทใด หรือมีการจัดตั้งโรงไฟฟ้าในพื้นที่ใดก็ตาม มักนำมาซึ่งความกังวลของชุมชนในพื้นที่ ซึ่งผู้ประกอบการโรงไฟฟ้านอกจากจะต้องเข้าไปให้ความรู้ และทำความเข้าใจกับชุมชนในพื้นที่แล้ว การเลือกใช้เทคโนโลยีผลิตไฟฟ้าจากเชื้อเพลิงชีวมวล ที่มีประสิทธิภาพนับว่ามีความสำคัญมาก

การเลือกใช้เทคโนโลยีผลิตไฟฟ้าชีวมวลที่มีประสิทธิภาพ และมีความปลอดภัยสูงสุด รวมถึงสามารถกำจัดมลพิษ หรือ ของเสียที่ออกมาจากกระบวนการเผาไหม้ หรือ กระบวนการผลิตไฟฟ้าได้ถูกต้องตามหลักมาตรฐานสากล ก็เป็นอีกวิธีการที่จะสร้างความเชื่อมั่นให้กับชุมชนในพื้นที่จัดตั้งโรงไฟฟ้าคลายความกังวลและลดปัญหาต่อต้านการก่อสร้างโรงไฟฟ้าได้เช่นกัน

การคิดค้นเทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าจากเชื้อเพลิงมีมานาน และมีการพัฒนามากขึ้นเรื่อย ๆ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้า แต่หลักการพื้นฐานไม่มีการเปลี่ยนแปลงมากนัก

ปัจจุบันพลังงานชีวมวลที่เราใช้กันอยู่นั้นมาจาก เทคโนโลยีผลิตไฟฟ้าชีวมวลที่หลากหลาย ที่มีทั้งการเผาไหม้ในเตาเผาเพื่อให้ได้พลังงานความร้อน หรือเผาไหม้ในอุปกรณ์ที่จำกัดอากาศเพื่อให้ได้ก๊าซเชื้อเพลิง การหมักด้วยแบคทีเรียเพื่อให้ได้ก๊าซชีวภาพ และการผ่านกระบวนการผลิตเพื่อให้ได้เชื้อเพลิงเหลว เช่น เอทานอลและ ไบโอดีเซล

กระบวนการเปลี่ยนเชื้อเพลิงชีวมวลให้เป็นพลังงานที่ง่ายที่สุด คือ การนำชีวมวลมาผ่านกระบวนการสันดาป หรือการเผาไหม้ในเตาเผาเพื่อให้ได้พลังงานความร้อน ชีวมวลที่เหมาะสำหรับนำมาเผาไหม้ ได้แก่ เศษวัสดุทางการเกษตร และเศษไม้ เช่น ซังข้าวโพด ฟางข้าว ชานอ้อย เหง้ามันสำปะหลัง ขี้เลื่อย แกลบ กะลาปาล์ม เส้นใยปาล์ม เปลือกไม้ และขี้เลื่อย เป็นต้น

กระบวนการการเผาไหม้ที่ซับซ้อนขึ้นมาอีก กระบวนการหนึ่ง คือ การเผาไหม้แบบไม่สมบูรณ์ซึ่ง จะต้องทำในอุปกรณ์ที่จำกัดอากาศ และจะได้พลังงานชีวมวลในรูปของก๊าซสังเคราะห์

เทคโนโลยีผลิตไฟฟ้าชีวมวล

เทคโนโลยีผลิตไฟฟ้าชีวมวล หรือเชื้อเพลิงชีวมวล

1. ระบบการผลิตไฟฟ้าแบบแก๊สซิฟิเคชั่น (Gasification)

กระบวนการเปลี่ยนวัตถุดิบชีวมวลของแข็งเป็นก๊าซเชื้อเพลิง หรือก๊าซวัตถุดิบตั้งต้นทางเคมี (Syngas) ซึ่งเป็นระบบการเผาไหม้ใน เครื่องแก๊สซิไฟเออร์ (Gasifier) โดยควบคุมอากาศไหลเข้าไปในปริมาณจำกัด ทำให้เกิดการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ เพื่อผลิตก๊าซ ก๊าซคาร์บอนมอนออกไซด์ (CO) ก๊าซไฮโดรเจน (H2) และก๊าซมีเทน (CH₄) เรียกว่า ก๊าซสังเคราะห์ (Synthesis Gas) ในกรณีที่ใช้อากาศเป็นตัวทำปฏิกิริยา

ก๊าซที่ได้เรียกว่าก๊าซสังเคราะห์ สามารถนำไปเป็นเชื้อเพลิงให้ความร้อนโดยตรง แต่จะมีค่าความร้อนต่ำ หากมีการเติมไอน้ำด้วย จะทำให้ได้ก๊าซที่มีค่าความร้อนเพิ่มขึ้น แต่ถ้าใช้ออกซิเจนเป็นตัวทำปฏิกิริยา ก๊าซที่ได้จะมีค่าความร้อนสูงขึ้นกว่า ก๊าซที่ได้นี้สามารถนำไปใช้ในรูปของเชื้อเพลิง เพื่อผลิตพลังงานหรือนำไปใช้ผลิตเชื้อเพลิงในรูปแบบอื่นได้

แต่ถ้าจะนำไปผลิตไฟฟ้าโดยใช้เครื่องยนต์ดีเซล ต้องนำมาผ่านชุดกรองเพื่อกำจัดน้ำมันดิน (Tar) ออกก่อน จากนั้นให้ก๊าซชีวมวลผ่านทางท่อไอดี ซึ่งลดการใช้น้ำมันดีเซลลงได้ 75% หรือจะไม่ใช้น้ำมันดีเซลเลยก็ได้ แต่กำลังการผลิตจะลดลงมาก

ประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าของระบบนี้ ขึ้นอยู่กับการพัฒนาเทคโนโลยีที่นำมาใช้ การออกแบบและอุปกรณ์ที่นำมาใช้ ซึ่งประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าอยู่ที่ประมาณ 20-30%

แต่ข้อดีของเทคโนโลยีผลิตไฟฟ้าชีวมวลนี้สามารถรองรับวัตถุดิบได้หลากหลายชนิด บางกระบวนการได้รับการพัฒนาและปรับปรุง ให้สามารถใช้กับกากตะกอนน้ำเสีย (Sewage Sludge) เตาปฏิกรณ์แก๊สซิฟิเคชั่นได้
โดยระบบนี้เป็นเทคโนโลยีที่เหมาะสำหรับการผลิตไฟฟ้าขนาดไม่เกิน 1 เมกะวัตต์ จึงไม่เป็นที่แพร่หลาย เนื่องจากปัญหาการทำความสะอาดน้ำมันดิน (Tar) ที่อยู่ในก๊าซ ซึ่งเป็นสาเหตุของการกัดกร่อนเครื่องยนต์

ดังนั้นหากจะนำไปใช้ต้องหาทางกำจัดหรือทำให้น้อยลง เพื่อไม่ให้เกิดปัญหากับเครื่องยนต์ ชีวมวลที่เหมาะสมที่จะนำมาเป็นเชื้อเพลิง เช่น แกลบ เศษไม้ที่ย่อยแล้ว กะลาปาล์ม และชานอ้อย ที่ต้องมีขนาดที่พอเหมาะ และความชื้นไม่ควรเกิน 20% หากเชื้อเพลิงมีขนาดเล็กเกินไป เช่น ขี้เลื่อย จะทำให้อากาศไหลผ่านไม่ได้ หรือหากใหญ่เกินไป เช่น เปลือกไม้ที่มีชิ้นใหญ่ จะเกิดการเผาไหม้เชื้อเพลิงไม่ทั่วถึง

ระบบการเผาไหม้ของแก๊สซิฟิเคชั่น แบ่งออกเป็น

1. แบบอากาศไหลลง (Down Draft)
2. แบบอากาศไหลขึ้น (Up Draft)
3. แบบฟลูอิดไดซ์เบด (Fluidized Bed)

เทคโนโลยีผลิตไฟฟ้าชีวมวล

2. ระบบการผลิตไฟฟ้าแบบระบบหม้อน้ำ (Boiler) และกังหันไอน้ำ (Steam Turbine)

หลักการของเทคโนโลยีประเภทนี้ ถือว่าเป็นพื้นฐานของ โรงไฟฟ้าชีวมวล ทั่วไป ใช้ได้กับโรงไฟฟ้าทุกขนาด แต่ถ้ามีขนาดเล็ก จะทำให้ราคาค่าก่อสร้างต่อเมกะวัตต์สูงกว่าโรงไฟฟ้าชีวมวลขนาดใหญ่ การผลิตไฟฟ้าชีวมวลด้วยเทคโนโลยีนี้ มี 2 แบบ แบ่งตามลักษณะของกังหันไอน้ำ

2.1 แบบ Condensing Turbine

การทำงานของโรงไฟฟ้าชีวมวลแบบนี้ จะทำงานเริ่มจากการนำน้ำดิบมาบำบัดให้ได้คุณภาพน้ำตามที่กำหนด จากนั้นใช้ปั๊มน้ำ (Boiler feed pump) ส่งน้ำที่บำบัดแล้วเข้าไปในหม้อผลิตไอน้ำ (Boiler) ซึ่งจะต้มให้ร้อนด้วยเชื้อเพลิงชีวมวล

น้ำที่ร้อนจะเปลี่ยนสภาพกลายเป็นไอน้ำ ผ่านไปยังกังหันไอน้ำแบบควบแน่น (Condensing ธTurbine) เพื่อให้เกิดการหมุนได้กระแสไฟฟ้า

ไอน้ำที่ออกจากกังหันไอน้ำจะมีความดันต่ำมาก แต่ยังคงมีสภาพเป็นไอน้ำ ดังนั้นจะต้องทำให้กลับคืนเป็นน้ำโดยผ่านเครื่องควบแน่น (Condenser) และหอหล่อเย็น (Cooling tower) จากนั้น น้ำที่ได้จะถูกปั๊มกลับเข้าในหม้อผลิตไอน้ำอีกครั้ง หมุนเวียนเช่นนี้ไปเรื่อย ๆ โดยระบบนี้จะมีประสิทธิภาพการผลิตรวมอยู่ที่ประมาณ 15-20%

2.2 แบบ Back Pressure Turbine

หลักการทำงานจะต่างจากระบบแบบ Condensing Turbine คือ ไม่มีเครื่องควบแน่น และ หอหอหล่อเย็น และไอน้ำที่ออกจากกังหันไอน้ำ จะมีความดันสูงเพื่อนำไปใช้ในกระบวนการผลิต เนื่องจากกังหันไอน้ำจะเป็นแบบ Back pressure ซึ่งสามารถควบคุมความดันของไอน้ำ ที่ออกมาตามกระบวนการผลิตต้องการได้ แต่การผลิตกระแสไฟฟ้าที่ได้จะลดลง
เทคโนโลยีแบบนี้มีการนำมาใช้ในโรงงานหรือกิจการที่ต้องการใช้ไอน้ำจำนวนมากในกระบวนการผลิต เช่น โรงงานผลิตน้ำตาล โรงงานสกัดน้ำมันปาล์ม ดังนั้นจึงต้องมีการคำนวณปริมาณไอน้ำที่ต้องการใช้และไฟฟ้าที่ใช้ให้เหมาะสม

เทคโนโลยีการแก้ปัญหามลพิษทางอากาศ

มลพิษทางอากาศทางโรงไฟฟ้าชีวมวล มาจากกระบวนการผลิตจากการเผาไหม้ ที่ก่อให้เกิดฝุ่น ควัน และก๊าซ ที่มีผลกระทบต่อร่างกาย คือ ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ และก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์ ซึ่งก๊าซเหล่านี้จะส่งผลกระทบต่อระบบทางเดินหายใจ ระคายเคืองในจมูก และอาจทำให้ลำคออักเสบ หากมีปริมาณมากจะส่งผลต่อหัวใจและปอด ทำให้ภูมิต้านทานของร่างกายลดลงและติดเชื้อง่าย

ในกรณีที่มีปริมาณสูง ยังส่งผลกระทบต่อสภาพแวดล้อม เพราะเป็นสารที่ก่อให้เกิดฝนกรด ทำลายพันธุ์พืช

เทคโนโลยีผลิตไฟฟ้าชีวมวล

เทคโนโลยีการดักจับฝุ่นแบบไฟฟ้าสถิตย์ (Electrostatic Precipitator: ESP) เป็นการดักจับฝุ่นด้วยการใช้ไฟฟ้าสถิตย์ดักจับเถ้าลอย โดยให้ฝุ่นละอองมีประจุไฟฟ้าขั้วหนึ่ง และถังเก็บละอองมีประจุไฟฟ้าอีกขั้วหนึ่ง ระบบนี้มีประสิทธิภาพสูงในการดักจับฝุ่น แต่เมื่อนำมาใช้กับขี้เถ้าอื่น ๆ โดยเฉพาะซิลิกาในขี้เถ้าแกลบซึ่งมีคุณสมบัติต้านทานการถูกดูด ทำให้ประสิทธิภาพในการจับฝุ่นลดลง ดังนั้นต้องออกแบบเผื่อไว้ให้ใหญ่ขึ้น หรือมีระบบอื่นเข้ามาเสริมด้วย

เทคโนโลยีถุงกรอง (Bag Filter) ระบบนี้จะประกอบด้วยเส้นใยเล็ก ๆ ในลักษณะที่เป็นหลอดยาว และสานเชื่อมต่อกันแน่น เพื่อกั้นทางไหลของก๊าซ ซึ่งกลไกทำงานที่สำคัญ คือ การชนกันระหว่างฝุ่นและถุงกรอง จะทำให้ฝุ่นตกลงมา แต่ระบบนี้ต้องใช้พื้นที่การติดตั้งที่กว้างใหญ่

เทคโนโลยีการจับดักฝุ่นด้วยหยดน้ำ (Wet Collector) อาศัยหลักการใช้ของเหลวดักจับฝุ่น ภายในหอจะมีการพ่นของเหลวจากด้านบน เพื่อให้เกิดการจับมวลก๊าซ และฝุ่นที่ลอยมาจากด้านล่าง น้ำที่ดักฝุ่นจะไหลลงด้านล่าง ซึ่งต้องนำไปบำบัด ส่วนอากาศดีจะออกสู่ด้านบน

ระบบไซโคลน (Cyclone) ใช้หลักการ “หนีศูนย์กลาง” ในการแยกฝุ่นออกจากอากาศ เมื่ออากาศจากการเผาไหม้ไหลเข้าไปในถังไซโคลน จะทำให้เกิดอากาศหมุนวน จนอนุภาคฝุ่นเคลื่อนตัวลงด้านล่าง ส่วนอากาศดีจะออกทางด้านบนไซโคลน

นอกจากฝุ่นและก๊าซแล้ว โรงไฟฟ้าชีวมวลยังต้องมีการบำบัดน้ำเสียที่เกิดขึ้น จากกระบวนการผลิตกระแสไฟฟ้า ซึ่งจำเป็นต้องมีระบบการบำบัดที่ถูกต้องตามมาตรฐาน

เทคโนโลยีผลิตไฟฟ้าชีวมวลและระบบการกำจัดของเสียที่เกิดขึ้น มีการพัฒนาไปเป็นอย่างมาก แต่โดยหลักการพื้นฐานไม่ต่างจากเดิมมากนัก ซึ่งความแตกต่างของเทคโนโลยีส่วนหนึ่งมาจากเรื่องประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้า และอีกส่วนหนึ่งมาจากลักษณะเชื้อเพลิงชีวมวลที่นำมาใช้

ดังนั้นการเลือกใช้เทคโนโลยีสำหรับผลิตไฟฟ้าชีวมวล โดยทั่วไปเชื้อเพลิงชีวมวลสามารถนำมาใช้กับเทคโนโลยีการเผาไหม้แบบต่าง ๆ ได้ แต่ต้องมีการนำเชื้อเพลิงชีวมวลมาวิเคราะห์อย่างถูกต้อง เพื่อใช้ในการออกแบบเทคโนโลยี ให้เข้ากับเชื้อเพลิงชีวมวลที่ใช้ เพื่อให้เกิดการเผาไหม้ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุด

อ่านข่าวเพิ่มเติม:

ทีมบรรณาธิการข่าว The Bangkok Insight