นักวิจัย JGSEE พัฒนา “เครื่องผลิตชีวมวลทอริฟายด์แบบหมุนเกลียวแนวตั้ง” หวังตอบโจทย์ภาคอุตสาหกรรมลดการใช้ถ่านหิน

ถ่านหิน” แม้จะมีจุดเด่นที่เป็นเชื้อเพลิงฟอสซิลที่มีราคาไม่แพง ให้ค่าความร้อนที่สูง จนถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงเตาเผาหรือหม้อไอน้ำของโรงงานอุตสาหกรรมทั่วโลกมานับร้อยปี แต่การใช้ถ่านหินก็ทำให้เกิดของก๊าซเรือนกระจกที่เป็นตัวการของภาวะโลกร้อน ทำให้ปัจจุบันมีหลายประเทศออกมาตรการเพื่อควบคุมการเกิดก๊าซเรือนกระจกในกระบวนการผลิต ที่กลายเป็นอุปสรรคในการส่งออกสินค้าของไทย ไปขายยังประเทศเหล่านี้

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

รศ. ดร.สุนีรัตน์ ฟูกุดะ

“การใช้ชีวมวลจำพวกเศษไม้หรือของเหลือทางการเกษตรสามารถนำมาเป็นเชื้อเพลิงทดแทนถ่านหินในการผลิตไฟฟ้าได้ แต่ก็มีข้อจำกัด คือ หนี่ง การนำชีวมวลมาบดเป็นผงขนาดเล็กขนาดไม่เกิน 30 ไมครอน เพื่อให้สามารถเผาร่วมกับถ่านหินผงได้ มีต้นทุนด้านพลังงานในการบดหรือสับที่สูงมาก สอง ชีวมวลโดยทั่วไปมีค่าความร้อนต่ำทำให้ต้องใช้ในปริมาณที่มาก อีกทั้งความหนาแน่นต่ำจึงอาจไม่คุ้มค่าในการผลิตและขนส่ง และ สาม ชีวมวลเป็นวัสดุที่มีความชื้นค่อนข้างสูง ทำให้เกิดความเสียหายและการด้อยคุณภาพได้ง่าย อายุการใช้งานสั้นและมีต้นทุนในการจัดเก็บที่สูง” รศ. ดร.สุนีรัตน์ ฟูกุดะ อาจารย์ประจำบัณฑิตวิทยาลัยร่วมด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อม (JGSEE) มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) กล่าวถึงข้อจำกัดของการใช้ชีวมวลมาทดแทนถ่านหินในเตาเผาหรือหม้อไอน้ำ

และสิ่งที่มาแก้ปัญหาทั้ง 3 ข้อของชีวมวล ก็คือ การนำวัตถุดิบที่เป็นชีวมวลเหล่านี้ไปผ่านกระบวนการ ทอร์รีแฟคชั่น (Torrefaction)  ที่เป็นกระบวนการให้ความร้อนในสภาวะไร้ออกซิเจนที่อุณหภูมิในช่วง 220-300 องศาเซลเซียส และระยะเวลาที่กำหนดเพื่อให้โครงสร้างของชีวมวลเปลี่ยนไปจากเดิมเสียก่อน โดย รศ.ดร. สุนีรัตน์ กล่าวว่า ชีวมวลทอริฟายด์ที่ผ่านกระบวนการนี้ จะมีจุดเด่นที่สำคัญ 3 ข้อคือ หนึ่ง วิธีการนี้สามารถช่วยไล่แก๊สที่ไม่ก่อให้เกิดความร้อนออกไปจากวัตถุดิบได้ ทำให้ผลิตภัณฑ์ที่ได้มีค่าความร้อนเพิ่มขึ้นประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์  สอง  ใช้พลังงานน้อยลงในการบดย่อยให้เป็นผงขนาด 30 ไมครอน ซึ่งทำให้สามารถใช้ทดแทนถ่านหินในสัดส่วนที่มากขึ้นได้  และ สาม 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”

ดังนั้น สิ่งที่ รศ. ดร.สุนีรัตน์ และทีมวิจัยของ 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 กล่าวว่า แม้ปัจจุบันเครื่องผลิตชีวมวลทอริฟายด์ นี้ยังเป็นตัวต้นแบบ ที่จะต้องมีพัฒนาต่ออีกพอสมควร  แต่ก็ได้รบความสนใจจากภาคเอกชนในประเทศหลายราย ทั้งเอกชนที่ต้องการผลิต Torrefied pellet และผู้ที่ต้องการนำเชื้อเพลิงชนิดนี้ มาทดแทนถ่านหินในโรงงานผลิตสินค้าเพื่อการส่งออกของตนเอง  ซึ่งหากงานวิจัยสำเร็จและมีการนำไปใช้ผลิตได้จริง นอกจากจะเป็นการช่วยภาคอุตสาหกรรมของไทยแล้ว ยังมีส่วนช่วยประเทศไทยในการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้อีกทางหนึ่ง

ผู้ที่สนใจองค์ความรู้การผลิตชีวมวลทอริฟายด์ หรือ เครื่องผลิตชีวมวลทอริฟายด์ สามารถติดต่อสอบถามข้อมูลเพิ่มเติม ได้ที่ รศ. ดร.สุนีรัตน์ ฟูกุดะ อาจารย์ประจำบัณฑิตวิทยาลัยร่วมด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อม (JGSEE) มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) อีเมล : [email protected] โทรศัพท์ 0 2470 8309-10 ต่อ 4148