ก๊าซชีวภาพ ผลิตก๊าซชีวภาพด้วยถังหมัก

เชื้อเพลิงที่เราใช้ประกอบอาหารส่วนใหญ่ก็คือ ก๊าซหุงต้ม หรือก๊าซแอลพีจี เป็นก๊าซที่ได้จากธรรมชาติ เป็นผลผลิตจากปิโตรเคมี ที่เราทราบกันดีแล้วว่าเริ่มขาดแคลนและมีราคาสูงขึ้นเรื่อยๆ ถึงแม้ประเทศไทยจะมีแหล่งก๊าซธรรมชาติของเราเอง แต่ก็มีอยู่ไม่มาก ทุกวันนี้เราเองต้องสั่งซื้อก๊าซจากต่างประเทศเข้ามาใช้กันแล้ว สภาวการณ์เช่นนี้ ก๊าซชีวภาพน่าจะเป็นทางเลือกที่น่าสนใจทางหนึ่ง ที่เราน่าจะเริ่มนำมาใช้กันอย่างจริงจัง นับแต่วันนี้ เพราะสามารถนำมาเป็นเชื้อเพลิงที่ใช้ในการหุงต้มแทนก๊าซแอลพีจี ได้อย่างสบาย

ก๊าซชีวภาพที่ผลิตขึ้นจากการหมักมูลสัตว์ มูลคน และขยะเหลือทิ้งที่ย่อยสลายได้จากครัวเรือนและชุมชน โดยการหมักในสภาพแวดล้อม เช่น ถังหมักหรือบ่อที่ไร้อากาศ จุลินทรีย์ที่มีอยู่ตามธรรมชาติจะเปลี่ยนอินทรียวัตถุเหล่านี้ให้กลายเป็น ก๊าซชีวภาพที่มีคุณสมบัติติดไฟ สามารถนำไปใช้เป็นพลังงานให้ความร้อน ใช้หุงต้ม ให้แสงสว่าง หรือใช้เดินเครื่องจักรเครื่องยนต์ได้

ส่วนใหญ่การทำบ่อหมักก๊าซชีวภาพของฟาร์มเลี้ยงสัตว์ ก็เพื่อแก้ปัญหามูลสัตว์ที่มีอยู่เป็นจำนวนมาก ส่งกลิ่นเหม็น และส่งผลเสียต่อสภาพแวดล้อม ได้ก๊าซชีวภาพเป็นผลพลอยได้ ในปัจจุบันก๊าซธรรมชาติกำลังขาดแคลนและมีราคาสูง ก๊าซชีวภาพจึงน่าจะกลับมามีบทบาทที่สำคัญในการแก้ปัญหาในเรื่องพลังงาน ถังหมักหรือบ่อหมักก๊าซชีวภาพมีหลายรูปแบบ และหลายขนาด ตั้งแต่ถังขนาดเล็กที่สามารถทำใช้เองในครัวเรือน ไปจนถึงบ่อถาวรขนาดใหญ่ที่สร้างขึ้นใช้ในชุมชน แต่ที่สำคัญเทคโนโลยีก๊าซชีวภาพนี้มีข้อดีที่ทุกคนสามารถทำขึ้นใช้เอง ทำให้สามารถพึ่งพาตนเองได้มากขึ้น รวมทั้งแก้ไขปัญหาขยะที่มีมากขึ้นจนเป็นปัญหาให้ลดลง จึงช่วยแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อมไปในตัว รวมทั้งได้ผลพลอยได้ที่เป็นปุ๋ยหมักและน้ำหมักชีวภาพที่สามารถนำไปใช้เป็น ปุ๋ยปลูกพืชปลอดสารเคมีได้เป็นอย่างดี

ส่วนประกอบของถังหมักและถังเก็บก๊าซชีวภาพ

• ถังพลาสติคปิดฝา ขนาด 200 ลิตร จำนวน 1 ใบ ทำหน้าที่ในการบรรจุมูลสัตว์และเศษอาหารเพื่อย่อยสลายจนเกิดก๊าซ โดยมีช่องใส่วัตถุดิบ ท่อน้ำล้นเพื่อควบคุมปริมาตรภายใน และท่อระบาย ด้านบนจะมีสายยางต่อเพื่อลำเลียงก๊าซที่ผลิตได้ไปสู่ถังเก็บ
• ถังพลาสติคเปิดฝาบน ขนาด 200 ลิตร จำนวน 1 ใบ เป็นถังเก็บก๊าซถังหงาย โดยจะตั้งหงายเพื่อบรรจุน้ำสำหรับเป็นตัวกันไม่ให้ก๊าซรั่วออกนอกถังเก็บ ถังจะตั้งหงายเพื่อให้ถังใบเล็กอีกถังครอบ ในส่วนของคุณลุงเสาร์แก้ว ดัดแปลงใช้วงบ่อซีเมนต์ ขนาด 80 เซนติเมตร 2 วง ฉาบปูนแทน
• ถังพลาสติคเปิดฝาบน ขนาด 120 ลิตร จำนวน 1 ใบ เป็นถังเก็บก๊าซถังคว่ำ โดยจะตั้งคว่ำลงภายในถังเก็บก๊าซ ขนาด 200 ลิตร หรือวงบ่อที่ใส่น้ำ ทำหน้าที่เป็นตัวกักก๊าซไว้โดยตัวถังจะลอยขึ้นเมื่อก๊าซถูกลำเลียงมาจากถัง หมัก ด้านบนจะมีท่อลำเลียงก๊าซไปจุดใช้งานต่อไป ก่อนจะเริ่มใช้งานให้ใส่น้ำลงไปในถังใบที่ 2 ถังเก็บก๊าซถังหงายให้เต็ม แล้วสวมถังใบที่ 3 หรือถังเก็บก๊าซถังคว่ำลงในถังใบที่ 2 ให้จมลงไปในน้ำพอดีก้นถัง ต่อสายยางจากถังหมักมายังถังเก็บก๊าซ และต่อสายยางจากถังเก็บก๊าซไปยังเตาแก๊สเพื่อไว้ใช้งานต่อไป

ส่วนประกอบสำหรับท่อน้ำล้นและท่อระบายของถังหมักก๊าชชีวภาพ

• ข้อต่อเกลียวนอก ขนาด 1 นิ้ว 1 อัน
• ข้องอเกลียวใน ขนาด 1 นิ้ว
• ท่อพีวีซี ขนาด 1 นิ้ว ตัดยาว 2 นิ้ว 1 อัน
• 3 ทาง ขนาด 1 นิ้ว 2 อัน
• ฝาปิดพีวีซี ขนาด 1 นิ้ว 1 อัน
• ท่อพีวีซี ขนาด 1 นิ้ว ตัดประมาณ 40 เซนติเมตร 1 อัน
• ท่อพีวีซี ขนาด 1 นิ้ว ตัดประมาณ 30 เซนติเมตร 1 อัน
• ส่วนประกอบสำหรับช่องเติมและท่อส่งก๊าซของถังหมัก
• ท่อพีวีซี ขนาดยาว 1 เมตร เจาะช่องกลางท่อ ขนาดกว้าง 0.5 ของท่อ และยาว 15 เซนติเมตร ตัดให้ช่องห่างจากปากท่อ 32 เซนติเมตร
• ข้องอเกลียวนอก ขนาด 4 หุน 1 อัน
• หัวต่อสายยางเกลียวนอก ขนาด 4 หุน 1 อัน
• ส่วนประกอบสำหรับท่อนำก๊าซของถังเก็บก๊าซ
• 3 ทาง ขนาด 4 หุน 1 ตัว
• หัวต่อสายยางเกลียวนอก ขนาด 4 หุน 2 อัน

ส่วนประกอบปลีกย่อยอื่นๆ

• กิ๊บยึดท่อ ขนาด 1 นิ้ว 1-2 อัน
• กาวซีเมนต์ (กาวแห้งเร็ว 2 หลอดคู่) 1 ชุด
• กาวซิลิโคลน ชนิดใส 1 หลอด
• สายยาง 3 หุน ยาว 5 เมตร 1 เส้น

วิธีการประกอบถังหมักก๊าซชีวภาพ
นำ ถังใบที่ปิดสนิทเจาะรูขนาดเท่ากับเกลียวของข้อต่อเกลียวนอก 4 หุน บริเวณที่เรียบๆ บนฝาถัง เจาะรูถังขนาดเท่าเกลียวนอกของข้อต่อตรงขนาด 1 นิ้ว เจาะบริเวณข้างถังสูงจากก้นถังประมาณ 3 นิ้ว เนื่องจากฝาถังหมักปิดสนิทต้องใช้แท่งพีวีซี ติดข้อต่อเกลียวนอก ขนาด 1 นิ้ว ไว้ที่ปลาย แล้วแยงจากช่องเติมอาหารผ่านไปติดที่ข้างถังด้านใน โดยให้ปลายเกลียวพ้นรูถังออกมา ทากาวบริเวณที่พ้นผ่านรูออกมา และทากาวที่ปากท่อข้องอเกลียวใน 1 นิ้ว จึงนำมาประกอบกัน ในส่วนของส่วนประกอบท่อน้ำล้น โดย 3 ทางตัวบน ต้องสูงได้ 75 เปอร์เซ็นต์ของตัวถัง จากนั้นยึดด้วยกิ๊บยึดท่อก็เป็นอันเสร็จในส่วนท่อน้ำล้น จากนั้นนำข้องอเกลียว ขนาด 4 หุน มาทากาวที่ปากท่อหมุนเกลียวเข้ารูที่ใช้ลำเลียงก๊าซด้านบนของถังหมัก และติดหัวต่อสายเกลียวนอก ขนาด 4 หุน ที่ข้องอเพื่อจะใช้ต่อสายยางต่อไป ประกอบท่อพีวีซี 3 นิ้ว ส่วนที่เป็นที่เติมวัตถุดิบด้านบนของถัง โดยหย่อนลงในถังด้านบนที่เจาะรูไว้ หันช่องเติมที่เจาะเข้าด้านในถัง ทากาวขอบท่อให้ทั่วเพื่อกันอากาศเข้า

วิธีการประกอบถังเก็บก๊าซชีวภาพ
เจาะ รูที่ก้นถังพลาสติคขนาด 120 ลิตร 1 รู ขนาดเท่ากับเกลียวของข้องอเกลียวนอก ขนาด 4 หุน ติด 3 ทาง ขนาด 4 หุน ที่ก้นถังด้านนอกอัดกาวให้ทั่ว ใช้เกลียวหมุนให้แน่น ต่อหัวต่อสายยางเกลียวนอก ขนาด 4 หุน ทั้ง 2 ด้าน ของรู 3 ทาง จากนั้นต่อสายยาง ขนาด 3 หุน เข้าหาถังหมัก และถังเก็บก๊าซความยาวตามต้องการ

การใช้งานถังหมักก๊าซชีวภาพ
วัตถุดิบ

1. มูลสัตว์
2. น้ำ
3. เศษอาหาร

ขั้นตอนการหมักก๊าซชีวภาพ
นำมูลสัตว์แห้งหรือเปียกผสมกับน้ำแล้วใส่ลงไปในถังหมักปริมาตร 25 เปอร์เซ็นต์ของตัวถัง ใช้ท่อพีวีซี กระทุ้งให้มูลสัตว์กระจายตัวให้ทั่วถึง หมักมูลสัตว์ที่เป็นวัตถุดิบตั้งต้นในถังประมาณ 10-15 วัน หลังจากนั้น เติมน้ำลงไปให้ถึงระดับ 75 เปอร์เซ็นต์ของถัง ซึ่งจะอยู่ที่ระดับน้ำล้นของถัง แล้วจึงสามารถเติมเศษอาหารหรือมูลสัตว์เพื่อผลิตก๊าซต่อไปได้ ในระยะแรกเติมวัตถุดิบแต่น้อยทุกวันที่มีการใช้ก๊าซประมาณ 1-2 กิโลกรัม แต่ไม่ควรเกิน 4 กิโลกรัม ต่อวัน เมื่อใช้ไปนานๆ สามารถเติมได้มากขึ้น แต่ไม่เกิน 10 กิโลกรัม เมื่อเติมลงช่องให้ใช้ท่อพีวีซี กระทุ้งขึ้น-ลงให้เศษอาหารกระจายตัว กระบวนการย่อยเพื่อผลิตก๊าซจะใช้เวลาประมาณ 24 ชั่วโมง เมื่อมีก๊าซเกิดขึ้น ชุดถังเก็บก๊าซที่คว่ำอยู่จะเริ่มลอย ก๊าซที่เกิดมาชุดแรกให้ปล่อยทิ้งก่อนเพราะจะจุดไฟไม่ติดหรือติดยาก เพราะมีปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์มาก เมื่อหมักจนเกิดก๊าซตั้งแต่ถังที่ 2 ต่อไปจึงสามารถจุดไฟใช้งานได้

การดูแลรักษา
เมื่อ ใช้งานจนถึงช่วง 7 เดือน ถึง 1 ปี ให้ปล่อยกากออกทางช่องระบาย ซึ่งสามารถสังเกตได้จากเมื่อเติมมูลสัตว์หรือเศษอาหารเข้าไปแล้วไม่ค่อยล้น แสดงว่ามีเศษไปตกตะกอนอุดตัน หรือดูได้จากอัตราการเกิดก๊าซน้อยลง แสดงว่ามีการอุดตันเช่นเดียวกัน ไม่ควรใส่เศษอาหารเปรี้ยวในถังหมักเพราะจะทำให้แบคทีเรียไม่ทำงาน เนื่องจากค่าความเป็นกรดด่างไม่เหมาะสม ในถังเมื่อมีค่ากรดเกินไปจะสังเกตได้จากการเกิดก๊าซน้อย และพยายามอย่าให้ถังกระทบกระเทือนมากเพราะกาวจะกะเทาะออกได้จนเกิดการรั่ว เมื่อเกิดก๊าซให้ตรวจสอบรอยรั่วและสามารถใช้กาวทาซ่อมได้

ข้อเด่นของ ก๊าซแอลพีจี ที่เราใช้กันอยู่จนเคยชินคือ เรื่องแรงดันของก๊าซ ความร้อนของไฟ และการที่สามารถบรรจุในถังก๊าซได้ ซึ่งก๊าซชีวภาพที่เราผลิตจากมูลสัตว์และเศษอาหารในชุดถังหมักนี้จะมีแรงดัน ต่ำกว่าก๊าซแอลพีจี จึงต้องมีการปรับรูเตาแก๊สให้มีขนาดใหญ่ขึ้น หรือใช้วิธีเพิ่มน้ำหนักกดทับด้านบนของถังเก็บก๊าซหรือทำโครงเหล็กกดถังเก็บ ก๊าซ ทั้งนี้เพื่อให้เกิดแรงดันก๊าซชีวภาพที่มากขึ้น

แก๊สชีวภาพ หรือไบโอแก๊ส คือ แก๊สที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ จากการย่อยสลายอินทรีย์ โดยจุลินทรีย์ภายใต้สภาวะ ที่ปราศจากออกซิเจน แก๊สชีวภาพประกอบด้วยแก๊สหลายชนิด ส่วนใหญ่เป็นแก๊สมีเทน (CH4) ประมาณ 50-70% และแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ประมาณ 30-50% ส่วนที่เหลือเป็นแก๊สชนิดอื่น ๆ เช่น ไฮโดรเจน (H2) ออกซิเจน (O2) ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) ไนโตรเจน (N2) และไอน้ำ

ขบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์สภาวะปราศจากออกซิเจน
ขบวนการย่อยสลายประกอบด้วย 2 ขั้นตอน คือ ขั้นตอนการย่อยสลายสารอินทรีย์โมเลกุลใหญ่ เช่น ไขมัน แป้ง และโปรตีน ซึ่งอยู่ในรูปสารละลายจนกลายเป็นกรดอินทรีย์ระเหย ง่าย (volatile acids) โดยจุลินทรีย์กลุ่มสร้างกรด (acid-producing bacteria) และขั้นตอนการเปลี่ยนกรดอินทรีย์ให้เป็นแก๊สมีเทน แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ โดย จุลินทรีย์กลุ่มสร้างมีเทน (methane-producing bacteria)

ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการผลิตแก๊สชีวภาพ
การย่อยสลายสารอินทรีย์และการผลิตแก๊สมีปัจจัยต่าง ๆ เกี่ยวข้องดังต่อไปนี้

1. อุณหภูมิ (Temperature) การย่อยสลายอินทรีย์และการผลิตแก๊สในสภาพปราศจากออกซิเจน สามารถเกิดขึ้นในช่วงอุณหภูมิที่กว้างมากตั้งแต่ 4-60 องศาเซลเซียสขึ้นอยู่กับชนิดของกลุ่มจุลินทรีย์
2. ความเป็นกรด-ด่าง (pH) ความเป็นกรด-ด่าง มีความสำคัญต่อการหมักมาก ช่วง pH ที่เหมาะสมอยู่ในระดับ 6.6-7.5 ถ้า pH ต่ำเกินไปจะเป็นอันตรายต่อแบคทีเรียที่สร้างแก๊สมีเทน
3. อับคาลินิตี้ (Alkalinity) ค่าอัลคาลินิตี้ หมายถึง ความสามารถในการรักษาระดับความเป็นกรด-ด่าง ค่าอัลคาลินิตี้ที่เหมาะสมต่อการหมักมีค่าประมาณ 1,000 5,000 มิลลิกรัม/ลิตร ในรูปของแคลเซียมคาร์บอร์เนต (CaCO3)
4. สารอาหาร (Nutrients) สารอินทรีย์ซึ่งมีความเหมาะสมสำหรับการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ มีรายงานการศึกษาพบว่า มีสารอาหารในสัดส่วน C:N และ C:P ในอัตรา 25:1 และ 20:1 ตามลำดับ
5. สารยับยั้งและสารพิษ (Inhibiting and Toxic Materials) เช่น กรดไขมันระเหยได้ ไฮโดรเจน หรือแอมโมเนีย สามารถทำให้ขบวนการ ย่อยสลาย ในสภาพไร้ออกซิเจนหยุดชะงักได้
6. สารอินทรีย์และลักษณะของสารอินทรีย์สำหรับขบวนการย่อยสลาย ซึ่งมีความแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ ที่เข้าเกี่ยวข้อง
7. ชนิดและแบบของบ่อแก๊สชีวภาพ (Biogas Plant) บ่อแก๊สชีวภาพ แบ่งตามลักษณะการทำงาน ลักษณะของของเสียที่เป็นวัตถุดิบ และประสิทธิภาพ การทำงานได้เป็น 2 ชนิดใหญ่ ดังนี้
   7.1 บ่อหมักช้าหรือบ่อหมักของแข็ง บ่อหมักช้าที่มีการสร้างใช้ประโยชน์กันและเป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไป มี 3 แบบหลักคือ
   (1) แบบยอดโดม (fixed dome digester)
   (2) แบบฝาครอบลอย (floating drum digester) หรือแบบอินเดีย (Indian digester)
   (3) แบบพลาสติกคลุมราง (plastic covered ditch) หรือแบบปลั๊กโฟลว์ (plug flow digester)
   7.2 บ่อหมักเร็วหรือบ่อบำบัดน้ำเสีย แบ่งได้เป็น 2 แบบหลัก คือ
   7.2.1 แบบบรรจุตัวกลางในสภาพไร้ออกซิเจน (Anaerobic Filter) หรืออาจเรียกตามชื่อย่อว่า แบบเอเอฟ (AF) ตัวกลางที่ทำได้จากวัสดุหลายชนิด เช่น ก้อนหิน กรวด พลาสติก เส้นใยสังเคราะห์ ไม้ไผ่ตัดเป็นท่อน เป็นต้น ในลักษณะของบ่อหมักเร็วแบบนี้ จุลินทรีย์จะเจริญเติบโตและเพิ่มจำนวนบนตัวกลาง ที่ถูกตรึงอยู่กับที่แก๊สถูกเก็บอยู่ภายในพลาสติกที่คลุมอยู่เหนือราง มักใช้ไม้แผ่นทับเพื่อป้องกันแสงแดดและเพิ่มความดันแก๊ส
   7.2.2 แบบยูเอเอสบี (UASB หรือ Upflow Anaerobic Sludge Blanket) บ่อหมัก เร็วแบบนี้ ใช้ตะกอนของสารอินทรีย์ (sludge) ที่เคลื่อนไหวภายในบ่อหมักเป็น ตัวกลางให้จุลินทรีย์เกาะ ลักษณะการทำงานของบ่อหมักเกิดขึ้น โดยการควบคุมความเร็วของน้ำเสียให้ไหลเข้าบ่อหมักจากด้านล่างขึ้นสู่ด้านบน ตะกอนส่วนที่เบาะจะลอยตัว ไปพร้อมกับน้ำเสียที่ไหลล้นออกนอกบ่อ ตะกอนส่วนที่หนักจะจมลงก้นบ่อ

องค์ประกอบของแก๊สชีวภาพ

• มีเทน ประมาณ 50-70% คาร์บอนไดออกไซด์ ประมาณ 2.5-4.5%
• ไนโตรเจน ประมาณ 0.5-3.0% คาร์บอนมอนออกไซด์ ประมาณ 0.5-1.5%
• ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ประมาณ .01-0.5%

เอกสารประกอบ : ผลิตก๊าซชีวภาพด้วยถังหมัก 200l

แหล่งความรู้
กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน (พพ.) กระทรวงพลังงาน