ก๊าซซิฟายเออร์ แก๊สเชื้อเพลิงพลังงานสะอาด

เทคโนโลยีก๊าซซิฟายเออร์ ได้ถูกคิดค้นขึ้นเพื่อใช้ทดแทน เชื้อเพลิง LPG ก๊าซซิฟิเคชั่น (Gasification) เป็นขบวนการเปลี่ยนแปลงของสารเชื้อเพลิงในรูป ของแข็งให้กลายเป็นก๊าซที่เรียกว่า ก๊าซโปรดิวเซอร์ (Producer Gas) หรือก๊าซเชื้อเพลิง ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นเชื้อเพลิง และมีค่าพลังงานความร้อนสูงพอที่ จะนำไปใช้ประโยชน์ต่างๆ ได้ โดยอุปกรณ์ที่ใช้ในการผลิตก๊าซมีชื่อว่า เครื่องผลิตก๊าซเชื้อเพลิง (Gasifier)

กระบวนการผลิตก๊าซเชื้อเพลิง (Gasification Process) คือ การเปลี่ยนสถานะของเชื้อ เพลิงแข็งให้กลายเป็นก๊าซที่เชื้อเพลิง ด้วยกระบวนการทางความร้อนโดยก๊าซเชื้อเพลิง จะประกอบด้วย ก๊าซคาร์บอนมอนนอกไซด์ ก๊าซไฮโดรเจน ก๊าซมีเทน ซึ่งเป็นก๊าซที่ สามารถเผาไหม้ได้ ที่เหลือเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ก๊าซไนโตรเจน และไฮโดร คาร์บอน

ขบวนการแก๊ซซิฟิเคชั่น เป็นขบวนการที่ชีวมวลถูกเผาไหม้ในภาชนะ หรือเตาแก๊ซซิฟิ เคชั่น โดยมีอากาศหรือออกซิเจนไม่เพียงพอให้เกิดการเผาไหม้อย่างสมบูรณ์ ดังนั้นแทน ที่จะได้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำ ก๊าซที่ได้จากเตาแก๊ซซิไฟเออร์ จะประกอบ ด้วยก๊าซคาร์บอนมอนนอกไซด์ และไฮโดรเจนเป็นส่วนใหญ่ ก๊าซทั้ง 2 ชนิดสามารถ เผาไหม้ และให้ความร้อนออกมา แต่ในอากาศมีไนโตรเจนเป็นส่วนประกอบอยู่มาก ไนโตรเจนจึงปนออกมากับ Syngas จึงทำให้ Syngas เป็นก๊าซที่มีค่าความร้อนต่ำ แต่ ถ้าเราใช้ออกซิเจน และไอน้ำป้อนเข้าในเตาแก๊ซซิไฟเออร์แทนอากาศ ใช้เตาความดัน และอุณหภูมิสูง เราจะได้ Syngas ที่มีค่าความร้อนสูงขึ้น

ซินแก๊ซนี้สามารถนำไปเผาแทนก๊าซหุงต้ม หรือน้ำมันเตาในหม้อน้ำเพื่อผลิตน้ำร้อน หรือ ไอน้ำสำหรับในโรงงานอุตสาหกรรม หรือนำไปเผาให้เกิดก๊าซร้อนหรืออากาศร้อน เพื่อใช้ ในการอบหรือบ่มสินค้าเกษตรกรรม หรือการอบใน อุตสาหกรรมอื่นๆ

นอกจากนั้นแล้วเรายังสามารถนำศินแก๊ซไปใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับขับเครื่องยนต์แก๊ซ หรือใช้ร่วมกับน้ำมันดีเซลในเครื่องยนต์ดีเซล โดยสามารถทดแทน น้ำมันดีเซลได้สูงถึง 70 80 เปอร์เซ็นต์ เครื่องยนต์ทั้ง 2 ชนิด สามารถนำไปขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตไฟฟ้าต่อไป

ในการใช้ซินแก๊ซเป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์นั้น สิ่งที่ควรระวัง คือ น้ำมันดิน (Tar) ซึ่งปนเปื้อนออกมากับซินแก๊ซด้วย หากขบวนการแก๊ซซิฟิเคชั่น สามารถทำได้อย่างสมบูรณ์ปริมาณน้ำมันดินจะออกมาน้อย เตาแก๊ซซิไฟเออร์ แบ่งออกได้เป็น 3 แบบ คือ แบบที่ซินแก๊ซ ออกด้านล่างของเตา แบบที่ซินแก๊ซออกด้านบน

เตาแก๊สซิไฟเออร์ในปัจจุบันมีอยู่หลายประเภท แต่ที่นิยมใช้คือแบบไหลลง เพราะให้แก๊สเชื้อเพลิงที่มีความสะอาดซึ่งสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในงานอุตสาหกรรมได้อย่างหลากหลาย ในการออกแบบเตาแก๊สซิไฟเออร์นั้นได้คำนึงถึง ชนิดของเชื้อเพลิง ขนาดของเชื้อเพลิง ขนาดของเตา ปริมาณวัตถุดิบที่ป้อน ปริมาณอากาศที่ใช้ในการเผาไหม้ โดยตัวแปรเหล่านี้ได้ถูกปรับแต่งอย่างเหมาะสม และสอดคล้องกันเพื่อให้ได้ปริมาณและคุณภาพของแก๊สเชื้อเพลิงตามต้องการ โดยเตานี้สามารถใช้ได้กับเชื้อเพลิงแข็ง เช่น แกลบ กะลาปาล์ม ไม้สับ และถ่านหิน

เตาเผาชีวมวลแบบใช้ฟืนเทคโนโลยีแก๊สซิฟิเคชั่น (Gasification) เป็นเทคโนโลยีสำหรับการเปลี่ยนรูปเชื้อเพลิงแข็งให้กลายเป็นแก๊สเชื้อเพลิงโดยแก๊สที่ผลิตได้ จะเรียกว่า โปรดิวเซอร์แก๊สซึ่งประกอบด้วย คาร์บอนมอน๊อคไซด์(CO) มีเทน (CH4)และไฮโดรเจน (H2) ที่สามารถจุดติดไฟและให้ความร้อนได้

เทคโนโลยีแก๊สซิฟิเคชั่นสำหรับเตาแก๊สชีวมวล เป็นอีกแนวทางหนึ่งที่เหมาะสมสำหรับการนำไปใช้ในการหุงต้มและการประกอบอาหารในชีวิตประจำวันทำให้สามารถลดค่าใช้จ่ายทางด้านเชื้อเพลิง LPG ในครัวเรือนได้เตาแก๊สชีวมวลใช้ได้กับวัสดุเหลือทิ้งจากการเกษตร เช่น เศษไม้จากการตัดแต่งกิ่งเศษไม้ทั่วไปกะลามะพร้าว ซังข้าวโพด หรือถ่านควรเลือกเชื้อเพลิงที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 2 นิ้ว และตัดเป็นชิ้นๆยาวประมาณ 1-2 นิ้ว หรือถ้าเป็นฟืนมีขนาดใหญ่ ให้ผ่าเป็น 2-4 ชิ้นเพื่อให้ง่ายต่อการเผาไหม้และที่สำคัญเชื้อเพลิงจะต้องมีความชื้นต่ำที่สุด

ประโยชน์ของการใช้เตาแก๊สชีวมวล

• ลดการใช้แก๊สLPG ซึ่งเป็นพลังงานที่ใช้แล้วหมดไป
• ลดค่าใช้จ่ายภายในครัวเรือน
• ลดการเผาไหม้วัสดุเหลือใช้จากการเกษตรช่วย
• แก้ปัญหาด้านหมอกควัน
• ลดปัญหาการเกิดภาวะโลกร้อน

ปัจจัยที่มีผลต่อการเกิดโปรดิวเซอร์แก๊ส
ชนิดเชื้อเพลิง โดยถ้าเป็นไม้ฟืนจะมีค่าความร้อนประมาณ 8,400-17,000 kJ/kg,ถ่านมีค่าความร้อนประมาณ 25,000-32,000kJ/kgความหนาแน่นของเชื้อเพลิงโดยถ้าเชื้อเพลิงมีความหนาแน่นสูงจะทำให้ระยะเวลาการเผาไหม้เพิ่มขึ้นความชื้นโดยถ้าความชื้นต่ำจะทำให้ประสิทธิภาพการเผาไหม้สูงขึ้น

สถาบันวิจัยและพัฒนาพลังงาน มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ได้ดำเนินงานโครงการการสาธิตการใช้แก๊สซิไฟเออร์ผลิตเชื้อเพลิงแก๊สใช้ในด้านความร้อน สำหรับโรงงานอุตสาหกรรมขนาดเล็ก โดยมี ผศ.ดร.ชัชวาลย์ ชัยชนะ เป็นหัวหน้าโครงการฯ และคุณอาศิรา บุญแขม วิศวกรโครงการฯ ได้ให้คำแนะนำและเชิญชวนเข้าร่วมโครงการฯ เพราะมีความเหมาะสมในการนำเทคโนโลยี แก๊สซิไฟเออร์ ที่สามารถนำชีวมวลที่เหลือทิ้งคือ เปลือกเม็ดมะม่วงหิมพานต์ ซึ่งไม่ได้ใช้ประโยชน์ กลับมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในการให้พลังงานความร้อนได้ และยังช่วยลดค่าใช้จ่ายในการใช้ไม้ฟืนได้ด้วย

สถาบันฯ จึงได้ออกแบบและติดตั้งเทคโนโลยีแก๊สซิไฟเออร์แบบเชื้อเพลิงนิ่ง หรือ Fixed bed Gasifier ซึ่งเป็นเตาที่มีขนาดเหมาะสมกับการใช้งาน โดยมีอุปกรณ์หลักๆ 4 ส่วน คือ

1. ระบบเตาผลิตแก๊สชีวมวล
2. ระบบป้อนเชื้อเพลิง
3. ระบบทำความสะอาดแก๊สเบื้องต้น
4. อุปกรณ์อื่นๆ เช่น พัดลมดูดแก๊ส และหัวเผาแก๊ส

มีหลักการทำงานคือ อากาศเย็นจะถูกส่งเข้าตัวคูลลิ่งแก๊ส เพื่อลดอุณหภูมิแก๊ส อากาศ โดยการแลกเปลี่ยนความร้อน อากาศที่ออกมาจะร้อนเพื่อส่งไปช่วยในการเผาไหม้เปลือกเม็ดมะม่วงหิมพานต์ในเตาปฏิกรณ์ ผลที่ได้คือ ให้ความร้อนสูง ลดปัญหาควันและกลิ่นเหม็นลงได้ และยังช่วยประหยัดค่าเชื้อเพลิงได้มากถึงเดือนละประมาณ 7,000 บาท เลยทีเดียว ที่สำคัญสิ่งแวดล้อมที่ดีขึ้นทำให้โรงงานแห่งนี้สามารถอยู่ร่วมกับชุมชนได้อย่างมีความสุข นอกจากนั้น ยังสามารถเป็นโรงงานต้นแบบในการถ่ายทอดเทคโนโลยีประหยัดพลังงาน และเป็นแหล่งเรียนรู้ให้กับโรงงานอื่นๆ ได้ต่อไป

สำหรับผู้ประกอบการโรงงาน SMEs ที่ใช้พลังงานความร้อน สนใจเข้าร่วมโครงการฯ สามารถสอบถามรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่ สถาบันวิจัยและพัฒนาพลังงาน มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ โทรศัพท์ 0-5394-2007 ต่อ 348