มาศึกษากันต่อในตอนที่ 3 ของเรื่องชีวมวลเชื้อเพลิงลดโลกร้อน  ซึ่งเราจะพูดถึงเทคโนโลยีการแปรรูปชีวมวลหรือของเสียให้เป็นเชื้อเพลิง ในตอนนี้เราจะมาดูกระบวนการกรรมวิธีในการอัดแท่งสารชีวมวลให้เป็นแท่งเชื้อเพลิงและยังมาศึกษากันต่ออีกว่ามีสารชีวมวลชนิดไหนบ้างที่เราสามารถนำมาทำเป็นแท่งเชื้อเพลิงใช้ทั้งในครัวเรือนและในอุตสาหกรรมเล็ก ๆ ในชุมชนเพื่อสร้างรายได้ให้ชุมชน จากขยะชีวภาพเพื่อสร้างมูลค่าให้ขยะที่จะก่อให้เกิดปัญหามลพิษในสิ่งแวดล้อม  เราจะมีวิธีการจัดการกับขยะชีวภาพต่างๆได้อย่างไรบ้าง ตามไปดูกันค่ะ

ภาพที่ 1 การเผาไหม้สารชีวมวลให้เป็นถ่าน
ที่มา https://pixabay.com/ ,bocux

กระบวนการอัดแท่ง (Densification)

         เป็นกระบวนการเปลี่ยนวัสดุที่มีความหนาแน่นต่ำให้เป็นวัสดุที่มีความหนาแน่นสูง และช่วยลด ความชื้นในของเสีย ขณะเดียวกันยังสามารถปรับปรุงขนาดและรูปร่างของของเสียให้เหมาะสมกับอุปกรณ์ที่ จะนําไปใช้งานด้วยกระบวนการอัดแท่ง สามารถแปรรูปของเสียให้เป็นเชื้อเพลิงได้ในหลายรูปแบบ เช่น อัดเป็นเม็ดหรือแท่งเล็กๆ (Pelleting) อัดเป็นก้อนรูปลูกบาศก์ (Cubing) หรืออัดเป็นแท่งฟืน (Extruded Log) ซึ่งประเภทของแท่งเชื้อเพลิงที่มีการผลิตขึ้นในปัจจุบันมี  2 ประเภท คือ ถ่านอัดแท่ง เป็นการนําชีวมวลหรือของเสียที่เผาจนเป็นถ่านแล้วมาอัดเป็นแท่ง หรืออาจนําแท่งเชื้อเพลิงที่อัดเป็นแท่งแล้วมาเผาให้เป็นแท่งถ่านก็ได้  แท่งเชื้อเพลิงเขียว เป็นการนําชีวมวลหรือของเสียมาอัดแท่งแล้วนําไปใช้งานโดยตรง ไม่ต้องมีขั้นตอนการเผาเหมือนเช่นถ่านอัดแท่ง ตัวอย่างของแท่งเชื้อเพลิงเขียวแบบต่าง ๆ ดังภาพที่ 2

ภาพที่  2  เชื้อเพลิงเขียวชนิดอัดเป็นท่อน (ซ้าย) และอัดเป็นเม็ด (ขวา)
ที่มา  กรมโรงงานอุตสาหกรรม: คู่มือแนวทางและเกณฑ์คุณสมบัติของเสีย

เพื่อการแปรรูปเป็นแท่งเชื้อเพลิงและบล็อกประสาน

กรรมวิธีการอัดแท่งเชื้อเพลิง

จําแนกตามกระบวนการขึ้นรูปได้เป็น 2 ลักษณะ คือ กระบวนการอัดร้อน และกระบวนการอัดเย็น 

          กระบวนการอัดร้อน (Hot Press Process) เป็นการอัดวัสดุโดยให้ความร้อนตลอดเวลาที่ทําการอัด โดยใช้อุณหภูมิประมาณ 350 องศาเซลเซียส เหมาะสมกับวัสดุที่เมื่อได้รับความร้อนจะเกิดสารเคมีอินทรีย์ที่ช่วยยึดเนื้อวัสดุเข้าหากัน จึงทําให้สามารถ ยึดเกาะขึ้นรูปเป็นแท่งได้โดยที่ไม่ต้องใช้ตัวประสาน  ตัวอย่างวัสดุที่สามารถนํามาทําเชื้อเพลิงอัดแท่งด้วยกระบวนการอัดร้อน คือ วัสดุเศษเหลือทางการเกษตร (แกลบ ขี้เลื้อย ยอดอ้อย ฟางข้าว เปลือกผลไม้  ซังข้าวโพด ชานอ้อย ฯลฯ) วัชพืชบกและน้ำ และผลผลิตทางการเกษตร โดยเฉพาะพืชที่มีแป้งและน้ำตาล (ข้าวโพด มันสําปะหลัง อ้อย ข้าวฟ่าง ฯลฯ)

          กระบวนการอัดเย็น (Cold Press Process) เหมาะสําหรับวัสดุที่ไม่มีคุณสมบัติในการจับตัวได้ด้วยความร้อน มี 2 วิธี คือ  การอัดเย็นชนิดเติมตัวประสาน เป็นการอัดเย็นที่มีใช้กันอยู่ทั่วไป เนื่องจากเครื่องมือและวิธีการที่ง่ายและใช้พลังงานต่ำใช้วัสดุมาผสมกับตัวประสานโดยทั่วไปจะเป็นแป้งมันสําปะหลัง หากวัสดุใดมีขนาดใหญ่ เช่น กะลามะพร้าว ต้องมีเครื่องบดให้ละเอียดก่อนแล้วจึงนํามาผสมกับแป้งมันและน้ำในอัตราส่วนตามที่ต้องการการอัดเย็นด้วยแรงอัดสูง เป็นการอัดเย็นระบบใหม่ที่ไม่ต้องใช้ตัวประสานแต่จะใช้แรงดันในการอัดสูงกว่าปกติอย่างมากเพื่อให้โมเลกุลของวัสดุเกิดการอัดตัวแน่นจนจับตัวเป็นก้อนได้ ซึ่งการอัดเย็นประเภทนี้จะใช้มอเตอร์ที่มีกําลังค่อนข้างสูงและยังใช้พลังงานไฟฟ้ามาก แต่จะมีขั้นตอนในการอัดเพียงขั้นตอนเดียวเพราะไม่ต้องผสมตัวประสาน และไม่มีความจําเป็นที่จะต้องบดวัสดุก่อนเข้าอัดหากวัสดุไม่ได้มีขนาดใหญ่จนเกินไปนัก

เกณฑ์คุณสมบัติของเสียที่สามารถนํามาแปรรูปเป็นแท่งเชื้อเพลิง

          ของเสียที่เมื่อนํามาผ่านกระบวนการอัดแท่ง แล้ว กลายเป็นแท่งเชื้อเพลิงที่มีคุณสมบัติสูง นอกจากจะมีค่าความร้อนสูงแล้ว ยังจะต้องมีองค์ประกอบที่เป็นส่วนที่เผาไหม้ได้ (Combustible Substance) โดยเฉพาะคาร์บอนคงตัวใน ปริมาณสูง แต่มีองค์ประกอบที่เผาไหม้ไม่ได้หรือเถ้าในปริมาณน้อย เนื่องจากเป็นของเสียที่ต้องกําจัดออกจากห้องเผาไหม้ นอกจากนี้ยังจะต้องมีกํามะถันรวมในปริมาณน้อย เพื่อไม่ให้ปริมาณซัลเฟอร์ไดออกไซด์สูงเกินเกณฑ์มาตรฐานคุณภาพอากาศ สําหรับความชื้นในของเสียแม้ว่าการตากแดดหรืออบแห้งสามารถลดความชื้นในของเสียได้ แต่ก็จะเป็นการเพิ่มขั้นตอนและความยุ่งยากในการดําเนินงานและอาจเพิ่มต้นทุนการผลิตหากต้องใช้วิธีลดความชื้นด้วยการอบแห้ง โดยสรุปคุณสมบัติทางเชื้อเพลิงของของเสียที่เหมาะสมสําหรับนํามาแปรรูปเป็นเชื้อเพลิงแท่ง ได้แก่

• การปนเปื้อนสารอันตราย ไม่ปนเปื้อนสารอันตรายต่อไปนี้ - สารออกซิไดเซอร์ (Oxidizer) - สารที่ก่อให้เกิดการระเบิดเมื่อถูกทําให้ร้อน - สารกัดกร่อนที่เป็น Strong Oxidizer

• ค่าความร้อน  ไม่ควรต่ำกว่า 3,000 กิโลแคลอรี่/กิโลกรัม

• คาร์บอนคงตัว (Fixed Carbon) ไม่ควรต่ำกว่า 15%

• เถ้า (Ash) ไม่ควรเกิน 20%

• กํามะถันรวม (Total Sulfur) ไม่ควรเกิน 2%

ตารางที่ 1 คุณสมบัติทางเชื้อเพลิงของของเสียที่เหมาะสมสําหรับนํามาแปรรูปเป็นเชื้อเพลิงแท่ง

          สําหรับเกณฑ์คุณสมบัติของเสียอุตสาหกรรมที่สามารถนํามาแปรรูปเป็นเชื้อเพลิงแท่งทั้งในด้านการ ปนเปื้อนสารอันตรายและคุณสมบัติขั้นต่ำทางเชื้อเพลิง  โดยพิจารณาจากข้อมูลคุณสมบัติทางเชื้อเพลิงของ ชีวมวลที่นิยมนํามาแปรรูปเป็นแท่งเชื้อเพลิง

ตารางที่ 2  ตัวอย่างคุณสมบัติทางเชื้อเพลิงของชีวมวลที่นิยมนํามาแปรรูปเป็นแท่งเชื้อเพลิง

แหล่งที่มา

สำนักบริหารจัดการกากอุตสาหกรรม กรมโรงงานอุตสาหกรรม. 2555. คู่มือแนวทางและเกณฑ์คุณสมบัติของเสียเพื่อการแปรรูปเป็นแท่งเชื้อเพลิงและบล็อคประสาน. โครงการพัฒนาศักยภาพการใช้ประโยชน์ กากของเสีย ประจําปี 2554. กรุงเทพฯ.

Glaser, B., Lehmann, J. and Zech, W.: 2002, ‘Ameliorating physical and chemical properties of highly weathered soils in the tropics with charcoal – A review’, Biology and Fertility of Soils35, 219–230.

Fischer, G., Prieler, S. and van Velthuizen, H.: 2005, ‘Biomass potentials of miscanthus, willow and poplar: results and policy implications for Eastern Europe, Northern and Central Asia’, Biomass and Bioenergy. 28, 119–132.