นักวิจัย มจธ. พัฒนา “เครื่องผลิตชีวมวลทอริฟายด์” หวังตอบโจทย์ลดใช้ถ่านหิน และมาตรการคาร์บอนเครดิต

“ถ่านหิน” แม้จะมีจุดเด่นที่เป็นเชื้อเพลิงฟอสซิลที่มีราคาไม่แพง ให้ค่าความร้อนที่สูง จนถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงเตาเผาหรือหม้อไอน้ำของโรงงานอุตสาหกรรมทั่วโลกมานับร้อยปี แต่การใช้ถ่านหินก็ทำให้เกิดของก๊าซเรือนกระจกที่เป็นตัวการของภาวะโลกร้อน ทำให้ปัจจุบันมีหลายประเทศออกมาตรการเพื่อควบคุมการเกิดก๊าซเรือนกระจกในกระบวนการผลิต ที่กลายเป็นอุปสรรคในการส่งออกสินค้าของไทย ไปขายยังประเทศเหล่านี้

ดังนั้นการมีเชื้อเพลิงทางเลือกใหม่ๆ ที่สามารถนำมาใช้กับเตาเผาหรือหม้อไอน้ำที่มีอยู่เดิมเพื่อทดแทนหรือลดการใช้ถ่านหิน และด้วยค่าพลังงานความร้อนกับต้นทุนที่ใกล้เคียงกับการใช้ถ่านหิน โดยไม่ต้องลงทุนใหม่ทั้งระบบ จึงเป็นหนึ่งในคำตอบที่สามารถช่วยได้ทั้งภาคอุตสาหกรรมและสิ่งแวดล้อมไปพร้อมกัน ซึ่งหนึ่งในคำตอบนี้คือ “ชีวมวลทอริฟายด์” (Torrefied biomass)


รศ. ดร.สุนีรัตน์ ฟูกุดะ อาจารย์ประจำบัณฑิตวิทยาลัยร่วมด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อม (JGSEE) มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) กล่าวถึงข้อจำกัดของการใช้ชีวมวลมาทดแทนถ่านหินในเตาเผาหรือหม้อไอน้ำ

การใช้ชีวมวลจำพวกเศษไม้หรือของเหลือทางการเกษตรสามารถนำมาเป็นเชื้อเพลิงทดแทนถ่านหินในการผลิตไฟฟ้าได้ แต่ก็มีข้อจำกัด คือ หนี่ง การนำชีวมวลมาบดเป็นผงขนาดเล็กขนาดไม่เกิน 30 ไมครอน เพื่อให้สามารถเผาร่วมกับถ่านหินผงได้ มีต้นทุนด้านพลังงานในการบดหรือสับที่สูงมาก สอง ชีวมวลโดยทั่วไปมีค่าความร้อนต่ำทำให้ต้องใช้ในปริมาณที่มาก อีกทั้งความหนาแน่นต่ำจึงอาจไม่คุ้มค่าในการผลิตและขนส่ง และ สาม ชีวมวลเป็นวัสดุที่มีความชื้นค่อนข้างสูง ทำให้เกิดความเสียหายและการด้อยคุณภาพได้ง่าย อายุการใช้งานสั้นและมีต้นทุนในการจัดเก็บที่สูง

และสิ่งที่มาแก้ปัญหาทั้ง 3 ข้อของชีวมวล ก็คือ การนำวัตถุดิบที่เป็นชีวมวลเหล่านี้ไปผ่านกระบวนการ ทอร์รีแฟคชั่น (Torrefaction) ที่เป็นกระบวนการให้ความร้อนในสภาวะไร้ออกซิเจนที่อุณหภูมิในช่วง 220-300 องศาเซลเซียส และระยะเวลาที่กำหนดเพื่อให้โครงสร้างของชีวมวลเปลี่ยนไปจากเดิมเสียก่อน 


รศ.ดร. สุนีรัตน์ กล่าวเพิ่มเติมว่า ชีวมวลทอริฟายด์ที่ผ่านกระบวนการนี้ จะมีจุดเด่นที่สำคัญ 3 ข้อคือ 

1. วิธีการนี้สามารถช่วยไล่แก๊สที่ไม่ก่อให้เกิดความร้อนออกไปจากวัตถุดิบได้ ทำให้ผลิตภัณฑ์ที่ได้มีค่าความร้อนเพิ่มขึ้นประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์ 

2. ใช้พลังงานน้อยลงในการบดย่อยให้เป็นผงขนาด 30 ไมครอน ซึ่งทำให้สามารถใช้ทดแทนถ่านหินในสัดส่วนที่มากขึ้นได้ 

3. มีคุณสมบัติไม่ดูดซับความชื้น และเก็บไว้ได้นานขึ้น ผลิตภัณฑ์ชีวมวลทอริฟายด์สามารถอยู่ในรูปแบบของชีวมวลอัดเม็ดทอริฟายด์ (Torrefied biomass pellet) เพื่อเพิ่มความหนาแน่นเชิงพลังงาน ให้ง่ายต่อการขนส่ง Torrefied biomass pellet มีชื่อเรียกอีกอย่างว่า Black pellet เพราะมีสีค่อนข้างดำ และแตกต่างจาก biomass pellet หรือ white pellet ที่มีสีขาวปนน้ำตาล

“แต่เราพบว่าเทคโนโลยีทอร์รีแฟคชั่นที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน ซึ่งดัดแปลงมาจากกระบวนการอบแห้งแบบเตาหมุน (Rotary kiln) โดยเป็นหลักการการลำเลียงวัตถุดิบในท่ออย่างช้า ๆ พร้อมกับให้ความร้อนโดยการป้อนลมร้อนให้สัมผัสกับชีวมวล ซึ่งแม้จะเป็นวิธีการที่อาจดูแล้วไม่ซับซ้อน แต่ก็มีข้อจำกัดหลายอย่าง คือ หนึ่ง ระบบมีขนาดใหญ่และต้องใช้พื้นที่ติดตั้งระบบมาก ทำให้มูลค่าการลงทุนสูง สอง ผลิตภัณฑ์อาจมีคุณสมบัติที่ไม่สม่ำเสมอ เนื่องจากวัตถุดิบได้รับความร้อนไม่ทั่วถึง และ สาม ความเสี่ยงด้านความปลอดภัยจากการรั่วไหลหรือระเบิด"


สิ่งที่ทีมวิจัยของ JGSEE สนใจคือ การพัฒนาเทคโนโลยี Torrefaction แบบใหม่ที่สามารถผลิต Torrefied biomass pellet ที่ได้มาตรฐาน มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับถ่านหิน และในต้นทุนที่เหมาะสม อันเป็นที่มาของโครงการวิจัย การพัฒนาเครื่องต้นแบบเทคโนโลยีการผลิตชีวมวลทอร์รีไฟด์อัดเม็ดเชิงพาณิชย์จากเศษวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรในประเทศไทยด้วยเตาปฏิกรณ์ทอร์รีแฟคชั่นแบบสั่น โดยมีหน่วยบริหารและจัดการทุนด้านการเพิ่มความสามารถในการแข่งขันของประเทศ (บพข.) สนับสนุนทุนวิจัย

รศ. ดร.สุนีรัตน์ กล่าวอีกว่า งานวิจัยครั้งนี้เป็นการพัฒนาเทคนิคการผลิต Torrefied pellet ที่ออกแบบให้วัตถุดิบ pellet เคลื่อนที่แบบหมุนวน (Spiral) ในท่อที่วางตัวในแนวตั้งโดยอาศัยการสั่น ซึ่งจะช่วยลดขนาดของเครื่องจักรและพื้นที่ติดตั้ง และใช้ไฟฟ้ามาเป็นตัวทำให้ท่อเกิดความร้อนและส่งผ่านผิวท่อด้านในไปยังวัตถุดิบที่เคลื่อนที่ผ่าน ซึ่งทำให้สามารถควบคุมอุณหภูมิในแต่ละจุดได้แม่นยำ และทำให้ผลิตภัณฑ์มีสมบัติสม่ำเสมอ รวมถึงมีความปลอดภัยมากขึ้น


“เครื่องต้นแบบที่สร้างและติดตั้งอยู่ที่ มจธ.บางขุนเทียน ใช้ biomass pellet เป็นวัตถุดิบ มีกำลังการผลิต Torrefied biomass pellet สูงสุด 2 ตันต่อวัน และมีขนาดพื้นที่ติดตั้งประมาณ 4 ตารางเมตร ซึ่งน้อยกว่าเทคโนโลยีทอร์รีแฟคชั่นชนิด Rotary kiln หรือ Belt conveyor หากเทียบที่กำลังการผลิตเท่ากัน โดยการศึกษาในระยะต่อไปจะเป็นการหาวิธีเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานในการผลิตให้มากขึ้น โดยมีเป้าหมายการลดการใช้ไฟฟ้าให้น้อยกว่า 250 kWh ต่อตันผลิตภัณฑ์ torrefied pellet ซึ่งเป็นจุดที่จะทำให้วัสดุชีวมวลที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมนี้ มีราคาที่สามารถแข่งขันกับถ่านหินได้ อันหมายถึงโอกาสในการผลิตเพื่อส่งออกไปตลาดผู้ใช้ทั้งในและต่างประเทศ เช่น ญี่ปุ่น ต่อไป” ... รศ.ดร.สุนีรัตน์ กล่าว

แม้ปัจจุบันเครื่องผลิตชีวมวลทอริฟายด์ นี้ยังเป็นตัวต้นแบบ ที่จะต้องมีพัฒนาต่ออีกพอสมควร แต่ก็ได้รบความสนใจจากภาคเอกชนในประเทศหลายราย ทั้งเอกชนที่ต้องการผลิต Torrefied pellet และผู้ที่ต้องการนำเชื้อเพลิงชนิดนี้ มาทดแทนถ่านหินในโรงงานผลิตสินค้าเพื่อการส่งออกของตนเอง ซึ่งหากงานวิจัยสำเร็จและมีการนำไปใช้ผลิตได้จริง นอกจากจะเป็นการช่วยภาคอุตสาหกรรมของไทยแล้ว ยังมีส่วนช่วยประเทศไทยในการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้อีกทางหนึ่ง