ชีวมวลแปรเป็น “แก๊สเชื้อเพลิง” ยั่งยืนและกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อย

ความตื่นตัวจากกระบวนการผลิตพลังงานชีวมวลกลับมาเป็นที่สนใจในระยะ 20 ปีที่ผ่านมา โดยเฉพาะช่วง 4-5 ปีนี้ได้มีการประยุกต์ใช้กับของเหลือทิ้งจากอุตสาหกรรมและเกษตรกรรม ที่เรียกว่า “กระบวนการแปรสภาพชีวมวลเป็นแก๊ส” (biomass gasification) กลายเป็นแก๊สเชื้อเพลิงที่จะให้ความยั่งยืนและยังลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมด้วย
โดยเฉพาะปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมของโลกในปัจจุบัน รวมถึงมีแรงกระตุ้นโดยภาครัฐพยายามที่จะลดปริมาณการปลดปล่อยแก๊สเรือนกระจก ในขณะเดียวกันก็จะช่วยผ่อนคลายโดยไปลดผลกระทบของราคาเชื้อเพลิงฟอสซิลซึ่งไม่มีทีท่าจะลดราคาลง

บทความเกี่ยวกับ ชีวมวลแปรรูปเป็น “แก๊สเชื้อเพลิง” โดย รศ. ดร. วิบูลย์ ศรีเจริญชัยกุล จากภาควิชาวิศวกรรมสิ่งแวดล้อม คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย กล่าวไว้อย่างน่าสนใจว่า
ผลิตภัณฑ์หลักได้จากกระบวนการการแปรสภาพเป็นแก๊สประกอบด้วย แก๊สเชื้อเพลิงพวกไฮโดรเจน และคาร์บอนมอนอกไซด์ (แก๊สสังเคราะห์, syn-gas) รวมทั้งแก๊สเชื้อเพลิงอื่นๆ ในปริมาณน้อยลงมา เช่น มีเทน อย่างไรก็ดี เนื่องจากกระบวนการนี้เกิดขึ้นในสภาวะที่ไม่มีการเผาไหม้โดยสมบูรณ์ ดังนั้น จะเกิดสารประกอบของเหลวที่มีมวลโมเลกุลสูงเรียกว่าทาร์ ซึ่งบางส่วนอาจอยู่ในสภาวะแก๊สขณะที่อุณหภูมิยังสูงอยู่และจะควบแน่นเป็นของเหลวเมื่ออุณหภูมิลดต่ำลง ดังนั้น ในการควบคุมระบบเช่นนี้จะต้องมีการดูแลในเรื่องของแก๊สและทาร์ที่อาจรั่วไหลออกสู่ภายนอกได้
จากกระบวนการนี้มีข้อได้เปรียบตรงที่จะมีการเกิดแก๊สออกไซด์ที่มีพิษเป็นปริมาณน้อย ส่วนประกอบของผลิตภัณฑ์ที่ได้จากกระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของเตาปฏิกรณ์ ที่ใช้ซึ่งมีอยู่หลายรูปแบบ อุณหภูมิเตา, อัตราส่วนออกซิเจนที่ป้อน ฯลฯ กระบวนการการแปรสภาพเป็นแก๊สมีแนวโน้มที่จะได้รับความนิยมสูงขึ้นต่อไปในอนาคต โดยเฉพาะการประยุกต์ใช้กับของเหลือทิ้งจากอุตสาหกรรมและเกษตรกรรม ซึ่งน่าจะมีความเหมาะสมกับสภาพแวดล้อมและกิจกรรมทางเศรษฐกิจของประเทศไทย
นอกจากนี้ แก๊สเชื้อเพลิงที่ได้ยังสามารถนำไปใช้ผ่านระบบคัดแยกไฮโดรเจนเพื่อใช้กับระบบเซลล์เชื้อเพลิงซึ่งกำลังได้รับการพัฒนาเพื่อให้เป็นแหล่งพลังงานสะอาดที่สำคัญต่อไปในอนาคต แก๊สสังเคราะห์ที่ได้ หากสามารถทำให้สะอาดแล้วก็ถือว่าเป็นสารเคมีพื้นฐานที่สำคัญในอุตสาหกรรมการผลิตต่างๆ มากมาย

ก่อผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อย
ถือว่าเป็นค่าใช้จ่ายที่ยากต่อการประเมินในการพิจารณาทางด้านเศรษฐศาสตร์ของกระบวนการการแปรสภาพเป็นแก๊สที่มีการปลดปล่อยสารหลายชนิดออกสู่สภาวะแวดล้อม การปลดปล่อยแก๊สซัลเฟอร์และไนโตรเจนในระบบนี้ จะอยู่ในรูปแบบของสารประกอบรีดิวซ์ และมีปริมาณมากกว่าที่พบในแก๊สจากการเผาไหม้มาก ซึ่งทำให้การดักจับแก๊สเหล่านี้ทำได้ง่ายกว่ามาก ยกตัวอย่างเช่น มีข้อมูลยืนยันว่าระบบ Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) จะปลดปล่อยแก๊สเหล่านี้ออกมาน้อยกว่าการผลิตพลังงานจากการเผาไหม้ถ่านหินในขนาดใกล้เคียงกันที่ใช้เทคโนโลยีการทำความสะอาดแก๊สคล้ายคลึงกัน
อีกทั้งการจัดการกับแก๊สซัลเฟอร์ในแก๊สเชื้อเพลิงผลิตภัณฑ์ซึ่งอยู่ในรูปของ สารประกอบรีดิวซ์ เช่น H2S นั้นง่ายกว่าการดักจับ SO2 ที่เกิดจากการผลิตพลังงานโดยการเผาโดยตรงมาก สารประกอบพวกซัลเฟอร์มักจะได้รับความสนใจเนื่องจากผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของ มันมีมากโดยเฉพาะการเกิดฝนกรด อย่างไรก็ดีเทคโนโลยีในปัจจุบันสามารถดักจับสารประกอบซัลเฟอร์เหล่านี้ได้ มากกว่า 99% ในการการแปรสภาพเป็นแก๊สจะไม่พบสารประกอบไนโตรเจนพวก NOX ส่วนการจัดการสารประกอบไนโตรเจนพวก HCN และ NH3 ที่เกิดขึ้นสามารถทำได้โดยเปลี่ยน HCN เป็น NH3 และจับชะด้วยน้ำ
แน่นอนว่าการปลดปล่อยแก๊สเรือนกระจกโดยเฉพาะ CO2 นั้นไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ แต่ก็มีความเป็นไปได้ว่า CO2 ที่เกิดขึ้นจากการนำแก๊สเชื้อเพลิงผลิตภัณฑ์ไปใช้งาน สามารถถูกดักจับเพื่อนำมาใช้ประโยชน์ได้ เช่น การนำมาผลิตยูเรีย หรือการนำไปใช้ในกระบวนการเพิ่มผลผลิตน้ำมัน (enhanced oil recovery, EOR) ซึ่งก็ถือว่าเป็นการกักเก็บ CO2 ไปในตัว แต่ระบบเหล่านี้ต้องใช้เงินลงทุนสูงและไม่เหมาะกับโครงการขนาดเล็ก สำหรับ CO ซึ่งมีปริมาณสูงในแก๊สเชื้อเพลิงที่ได้ เมื่อถูกนำไปเผาไหม้เป็นเชื้อเพลิงในระบบเครื่องยนต์ย่อมทำให้แก๊สที่ปลดปล่อยออกมาจากส่วนผลิตพลังงานมี CO เจือปนอยู่ ซึ่งปริมาณจะมากหรือน้อยก็ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพและสภาวะการทำงานของเครื่องยนต์ที่ใช้
ในส่วนของสารไฮโดรคาร์บอนพวก polyaromatic (PAH) จากข้อมูลที่มีการรายงานพบว่ามีเจือปนอยู่ในปริมาณต่ำมากเมื่อแก๊สผลิตภัณฑ์ ถูกเผาในระบบเครื่องยนต์ น้ำเสียส่วนใหญ่เกิดจากระบบทำความสะอาดแก๊สผลิตภัณฑ์ น้ำเสียส่วนนี้อาจมีสารอินทรีย์พวกน้ำมันดินเจือปนอยู่มากซึ่งต้องได้รับการ บำบัด และยังอาจมีสารประกอบอัลคาไลด์ละลายอยู่ น้ำเสียจะมีสภาพเป็นกรดหรือด่างก็ขึ้นอยู่กับปริมาณธาตุองค์ประกอบในชีวมวล ซึ่งค่าความเป็นกรดด่างในน้ำเสียนี้สามารถถูกปรับที่หน่วยสร้างฟล็อก (flocculation) ของระบบบำบัดน้ำเสีย ของเสียที่เป็นของแข็งจากแก๊สซิฟิเคชั่นจะมาจากองค์ประกอบเถ้าในชีวมวล มักไม่ค่อยพบสารประกอบที่มีความเป็นพิษ จึงสามารถนำเถ้าที่เกิดขึ้นไปใช้ประโยชน์ได้ เช่น ใช้เป็นมวลสารทดแทนในการผลิตปูนซีเมนต์ หรือหากยังมีปริมาณคาร์บอนเหลืออยู่มากก็สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในด้าน พลังงานได้อีก
ความจริงแล้วการแปรสภาพชีวมวลเป็นแก๊ส(gasification) มีใช้กันมาแล้วกว่า 100 ปี แต่ส่งผลกระทบในวงกว้างน้อยมาก เนื่องมาจากความคุ้มค่าในการลงทุนของเชื้อเพลิงฟอสซิล (Fossil Fuel) ครองแชมป์พลังงานยอดนิยมมาโดยตลอดหลายทศวรรษ ดังนั้น ในแง่ความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ของกระบวนการแปรสภาพชีวมวลเป็นแก๊สจึงขึ้นอยู่กับราคาของชีวมวล และระบบจัดหาชีวมวลที่มีประสิทธิภาพ

ส่วนเรื่องค่าใช้จ่ายในการเก็บรวบรวมและขนส่งชีวมวล ถือว่าเป็นตัวแปรสำคัญ ซึ่งโดยทั่วไประบบขนาดเล็ก-กลาง สำหรับชุมชนเพื่อผลิตแก๊สเชื้อเพลิงไว้ใช้งานโดยตรง หรือนำไปปั่นไฟอาจถือได้ว่าเหมาะสมสำหรับสภาพแวดล้อมของประเทศที่มีชีวมวลกระจัดกระจายอยู่ทั่วไป เพราะนอกจากจะช่วยในการลดปัญหาสิ่งแวดล้อม ยังช่วยให้ชาวบ้าน ชุมชนสามารถพึ่งพาตนเองได้

ชีวมวล แหล่งเชื้อเพลิงราคาถูก
ชีวมวล (Biomass) เป็นสารอินทรีย์ที่ได้จากแหล่งกักเก็บพลังงานโดยธรรมชาติและสามารถนำมาใช้ผลิตพลังงานได้ เช่น เศษวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตร หรือกากจากกระบวนการผลิตในอุตสาหกรรมการเกษตร เช่น แกลบ ได้จากการสีข้าวเปลือกชานอ้อย ได้จากการผลิตน้ำตาลทรายเศษไม้ ได้จากการแปรรูปไม้ยางพาราหรือไม้ยูคาลิปตัสเป็นส่วนใหญ่ และบางส่วนได้จากสวนป่าที่ปลูกไว้กากปาล์ม ได้จากการสกัดน้ำมันปาล์มดิบออกจากผลปาล์มสดกากมันสำปะหลัง ได้จากการผลิตแป้งมันสำปะหลังซังข้าวโพด ได้จากการสีข้าวโพดเพื่อนำเมล็ดออกกาบและกะลามะพร้าว ได้จากการนำมะพร้าวมาปลอกเปลือกออกเพื่อนำเนื้อ มะพร้าวไปผลิตกะทิ และน้ำมันมะพร้าวส่าเหล้า ได้จากการผลิตอัลกอฮอล์เป็นต้น
ชีวมวล สามารถเปลี่ยนรูปเป็นพลังงานได้ เพราะในขั้นตอนของการเจริญเติบโตนั้น พืชใช้คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำแล้วเปลี่ยนพลังงาน จากแสงอาทิตย์โดยผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสงได้ออกมา เป็นแป้งและน้ำตาล แล้วกักเก็บไว้ตามส่วนต่างๆ ของพืช ดังนั้น เมื่อนำพืชมาเป็นเชื้อเพลิง เราก็จะได้พลังงานออกมา การใช้ประโยชน์ จากพลังงานชีวมวล สามารถใช้ได้ ทั้งในรูปของพลังงานความร้อน ไอน้ำ หรือผลิตเป็นกระแสไฟฟ้า โดยจะใช้เชื้อเพลิงชีวมวลชนิดใดชนิดหนึ่งที่กล่าวมาข้างต้น หรือหลายชนิดรวมกันก็ได้
ชีวมวลจึงเป็นแหล่งเชื้อเพลิงราคาถูก หากมีการใช้ประโยชน์ในบริเวณที่ไม่ไกลจากแหล่งเชื้อเพลิงมากนัก เพื่อลดต้นทุนในการขนส่ง ชีวมวล มีอยู่ทั่วไปในประเทศไทย การนำชีวมวลมาใช้จึงช่วยลดการสูญเสียเงินตราต่างประเทศในการนำเข้าเชื้อเพลิงและสร้างรายได้ให้กับคนท้องถิ่น
นอกจากนี้ การผลิตพลังงานจากเชื้อเพลิงชีวมวลด้วยเทคโนโลยีที่เหมาะสม จะไม่ก่อให้เกิดมลภาวะและไม่สร้างสภาวะเรือนกระจก เนื่องจากการปลูกทดแทนทำให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เกิดการหมุนเวียนและไม่มีการปลดปล่อยเพิ่มเติม
ปัจจุบัน มีการพัฒนาโครงการเกี่ยวกับชีวมวลมากมายโดยมีเป้าหมายเพื่อจะสามารถเสริมสร้างความเข้มแข็ง และเกิดการมีส่วนร่วมของชุมชนได้อีกด้วย