ตอนที่ 3
2.1 ชนิดของเชื้อเพลิงชีวภาพ ( 3 kinds of biofuel )
เชื้อเพลิงชีวภาพ เป็นเชื้อเพลิงที่ได้จาก สารชีวมวล (biomass) จำพวกพืช เป็นส่วนของ กิ่ง ก้าน ลำต้น เปลือก และส่วนต่างๆที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงโดยตรงในเตาเผา เพื่อให้พลังงานความร้อนออกมา จำพวกสัตว์หรือผลิตผลจากสัตว์ส่วนใหญ่จะต้องผ่านกระบวนการ แปรรูป กระบวนการย่อยสลาย (digestion process) ก่อน จึงจะได้ผลผลิตที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ ถือได้ว่าเป็นแหล่ง พลังงานทดแทน (renewable energy) ซึ่งสามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภท คือเชื้อเพลิงที่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซ ดังมีรายละเอียดดังนี้:-
1. เชื้อเพลิงแข็ง (solid fuel) เป็นเชื้อเพลิงที่มนุษย์รู้จักใช้กันมานานแล้วได้แก่ ไม้ เศษไม้ หรือฟืน ถ่าน ฟางข้าว ชานอ้อย ขี้เลื่อย ทะลายปาล์ม ซังข้าวโพด มูลสัตว์ เขาสัตว์ ขนสัตว์ เปลือกไม้ เปลือกเมล็ดพืช เช่น กะลาปาล์ม เปลือกถั่ว แกลบข้าว รวมถึงเศษของพืชแห้งที่เก็บเกี่ยวผลผลิตแล้ว จำพวกต้นข้าวโพด ข้าวฟ่าง ฝ้าย ต้นหญ้า จะประกอบด้วยเซลลูโลส (Cellulose) ที่เป็นส่วนประกอบหลักประมาณ 40 - 60 % ส่วนประกอบเหล่านี้ ที่สภาพมีความชื้นต่ำเมื่อถูกเผาไหม้จะให้ความร้อนแตกต่างกันไปตามสภาพความชื้นและประเภทของพืชแต่ละชนิด
2. เชื้อเพลิงเหลว (liquid fuel) เชื้อเพลิงชีวภาพที่เป็นของเหลวพอสรุปได้เป็น 3 ประเภท คือ 1. เชื้อเพลิงที่ได้จากสารอินทรีย์ ที่ผ่านกระบวนการ หมัก การสังเคราะห์ โดยในกระบวนการจะ เกิดปฏิกิริยาทางเคมี อินทรีย์เคมี และนำไปกลั่นเพื่อทำให้บริสุทธิ์ขึ้น เชื้อเพลิงประเภทนี้ได้แก่ เอทานอล* เมทานอล** และ บิวทานอล***
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
*เอทานอล (ethanol) คือ เอทิลแอลกอฮอล์เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีหมู่ ไฮดรอกซิล (OH) ต่ออยู่กับสายโซ่ของไฮโดรคาร์บอน มีสูตรทางเคมีคือ C2H5OH เกิดจากการหมักพืชที่มีสารประเภทแป้งและน้ำตาล เช่น อ้อย มัน สำปะหลัง และข้าว โดยการเปลี่ยนแป้งให้เป็นน้ำตาลแล้วเปลี่ยนจากน้ำตาลเป็นแอลกอฮอล์อีกครั้งหนึ่ง เราใช้เอทานอลเป็นเชื้อเพลิง โดยผสมกับน้ำมันเบนซินเรียกว่า แก๊สโซฮอลล์( gasohol)
**เมทานอล (Methanol) หรือเมทิลแอลกอฮอล์ ( CH3OH ) ได้จากการหมักสลายสารอาหารแบบไม่ใช้ออกซิเจนของแบคทีเรียหลายชนิด หรือจากการสังเคราะห์ระหว่าง คาร์บอนมอนอกไซด์และไฮโดรเจนภายใต้อุณหภูมิและความดันสูง เป็นของเหลวใส ระเหยง่าย เป็นพิษ นิยมใช้เป็นตัวทำละลาย เช่น สีทาไม้และน้ำมันเคลือบเงา หมึกพิมพ์และใช้เป็นเชื้อเพลิง
2. เชื้อเพลิงจำพวก น้ำมันพืชและน้ำมันหรือไขมัน จากสัตว์ ที่ผ่านกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ ก็สามารนำมาใช้จุดตะเกียงน้ำมันเพื่อให้แสงสว่างและความร้อนได้โดยตรง แต่ถ้าเราต้องการที่จะใช้น้ำมันพืชมาเดินเครื่องยนต์ดีเซล เราจะนำมาผ่านกระบวบการ ทรานสเอสเตอริฟิเคชัน (transesterification) เพื่อดึงเอากลีเซอรีน (Glycerin) ออกก่อนจะได้เป็นเมทิลเอสเตอร์ (methylester) หรือ เอทิลเอสเตอร์ (ethyl ester) หรือที่เรียกว่าไบโอดีเซล (Biodiesel) การผลิตไบโอดีเซลเราสามารถใช้น้ำมันพืชบริสุทธิ์ (Straight vegetable oilSVO) หรือน้ำมันพืชที่ใช้แล้ว (Waste Vegetable Oil) มาใช้เป็นวัตถุดิบหลักในการผลิตก็ได้ 3. น้ำมันจากขยะจำพวก ยางและพลาสติก มีคุณลักษณะทางเคมีและกายภาพคล้ายกับปิโตรเลียมเราเรียกว่าน้ำมันไพโร(Pyro oil ) ได้จากการเผายาง หรือพลาสติกในเตาเผา เป็นการเผาไหม้แบบกระบวนการไพโรไลซิส (Pyrolysis) จะได้น้ำมันเชื้อเพลิง (Fuel oil or Pyro oil ) , Carbon Black , Pyro-gas และอื่นๆ
3. ก๊าซชีวภาพ (Biogas) เป็นก๊าซที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ หรือเกิดจากการสร้างสภาวะแวดล้อมที่ไม่มีออกซิเจน เพื่อให้เกิดการย่อยสลายสารอินทรีย์ โดยจุลินทรีย์ กลุ่มสร้างมีเทน (methane-producing bacteria)
ภายใต้การย่อยสลายจะเกิดก๊าซหลายชนิดคือ ก๊าซมีเทน (CH₄) ประมาณ 50-65% และก๊าซคาร์บอนไดออก ไซด์ (CO₂) ประมาณ 33-45% ส่วนที่เหลือเป็นก๊าซไฮโดรเจน(H₂) ออกซิเจน(O₂) ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H₂S) ไนโตรเจน(N₂) และไอน้ำ(H₂O) ในการย่อยสลายสารอินทรีย์ในสภาวะที่ไม่มีออกซิเจน มี 2 กระบวนการ คือ กระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์โมเลกุลใหญ่ จำพวก โปรตีน แป้ง และ ไขมัน ให้อยู่ในรูปของสารล ลายของกรดอินทรีย์ ซึ่งระเหย ได้ง่าย (volatile acids) โดยการทำงานของจุลินทรีย์ กลุ่มที่สร้างกรด (acid-producing bacteria) และกระบวนการเปลี่ยนกรดอินทรีย์ให้เป็นแก๊สมีเทน แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ โดยการทำงานของ จุลินทรีย์กลุ่มสร้างมีเทน (methane-producing bacteria)
การผลิตก๊าซชีวภาพ ส่วนใหญ่ ได้จากการหมักมูลสัตว์หรือของเสียจากโรงผลิตอาหาร น้ำเสียจากฟาร์มเลี้ยงสัตว์ เช่น ไก่ และสุกร น้ำเสียและการหมักขยะสารอินทรีย์ โดยรวบรวมของเสียเหล่านี้ใส่ในบ่อหมักที่มีเชื้อจุลินทรีย์ เมื่อทิ้งไว้ให้เกิดปฏิกิริยาในสภาพที่ไม่มีอากาศ จุลินทรีย์จะใช้สารอินทรีย์ในของเสียผ่าน 2 กระบวนการ จนเกิดก๊าซมีเทน เราสามารถนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงในการ ในการเดินเครื่องยนต์ เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า หรือนำมาใช้ในการให้ความร้อนหุงต้มอาหารได้เป็นอย่างดี
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
***บิวทานอล (Butanol) มีชื่อทางเคมีว่า 1-บิวทานอล (1-Butanol) มีการผลิตโดยผ่านกระบวนการหมัก เช่นเดียวกับการผลิตเอทานอล ใช้วัตถุดิบพวก ผลทางการเกษตร เช่น ข้าวโพด ข้าวฟ่าง และ น้ำตาล ปัจจุบันมีการวิจัยเพื่อใช้ เซลลูโลส ( Cellulose-based-crops ) มาเป็นวัตถุดิบในการผลิต เช่น ฟางข้าวโพด และ หญ้าจำพวก Switchgrass เราใช้ บิวทานอล มาผสมกับน้ำมันแก๊สโซลีนในปริมาณความเข้มข้นที่สูงกว่าเอทานอลโดยปราศจากการต้องปรับปรุงเครื่องยนต์นอกจากนี้ยังมีความประหยัด (Fuel economy) กว่าการที่ใช้เอทานอล
กากของสารอินทรีย์ ที่เหลือจากในบ่อหมัก เมื่อนำมาตากแห้งแล้ว สามารถใช้เป็นปุ๋ยอินทรีย์ได้ เมื่อเราเทียบการให้พลังงานความร้อนของก๊าซชีวภาพกล่าวคือ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
*ปริมาณความร้อน 1 แคลอรี่ (1 Cal) คือ ปริมาณความร้อนที่ทำให้น้ำมวล 1 กรัมมีอุณหภูมิสูงขึ้น 1 องศาเซลเซียส (°C)
ปริมาณความร้อน 1 กิโลแคลอรี่ (1 Kcal) คือ ปริมาณความร้อนที่ทำให้น้ำมวล 1 กิโลกรัม มีอุณหภูมิสูงขึ้น 1 องศาเซลเซียส
ปริมาณความร้อน 1 กิโลแคลอรี่ = 1000 แคลอรี่
ปริมาณความร้อน 1 บีทียู (1 Btu) คือ ปริมาณความร้อนที่ทำให้น้ำมวล 1 ปอนด์มีอุณหภูมิสูงขึ้น 1 องศาฟาเรนไฮด์ (°F)
ปริมาณความร้อน 1 จูล (1 J) คือ ปริมาณความร้อนที่มีขนาดเท่ากับงานที่เกิดจากแรง 1 นิวตัน (N) กระทำต่อวัตถุแล้วมีผลให้วัตถุนั้นเคลื่อนที่ไปตามทิศทางของแรงกระทำเป็นระยะทาง 1 เมตร (m)
เจมส์ เพรสคอต จูล นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษพบว่า พลังงานความร้อน 1 Cal เกิดจากการทำงาน 4.2 J และใช้ในการคำนวณเพื่อเปลี่ยนค่าพลังงานความร้อน - 1 Btu = 252 Cal , 1 Cal = 4.2 J , 1 Kcal = 4200 J
แสดงค่าความร้อนตามประเภทเชื้อเพลิง
ประเภทเชื้อเพลิง ค่าพลังงานความร้อน
เมกะจูล/ลิตร(MJ/l) BTU/ US Gallon
1. น้ำมันเบนซิน (91 และ 95) 34.83 125,000
2. น้ำมันแก๊สโซฮอล์ (E-10) 33.70 120,900
3. เอทานอล 23.50 84,600
4. เมทานอล 17.90 64,600
5. น้ำมันดีเซล 38.60 138,700
6. ไบโอดีเซล 35.10 126,200
7. LPG* 25.50-28.70 -
9. LNG** 25.30 90,800
8. ไฮโดรเจนเหลว 9.36 33,696
เมกะจูล/กิโลกรัม(MJ/kg) BTU/lb
10. ถ่านไม้ 32.60 -
11.ไม้เนื้อแข็ง 1.28 1.68 -
13. ไม้เนื้ออ่อน 1.05 1.28 -
12. มีเทน - 21,500
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
*LPG (Liquefied Petroleum Gas: LPG) คือ ก๊าซปิโตรเลียมเหลว เป็นเชื้อเพลิงธรรมชาติเป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการแยกในโรงกลั่นน้ำมัน หรือในโรงแยกก๊าซธรรมชาติ ก๊าซปิโตรเลียมเหลวประกอบด้วย ส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอน 2 ชนิด คือ โพรเพนและบิวเทน เป็นก๊าซที่ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น เบากว่าน้ำแต่หนักกว่าอากาศจึงลอยอยู่ในระดับต่ำ มีการสะสมและลุกไหม้ได้ง่าย ดังนั้น เมื่อนำมาใช้จึงต้องเติมสารมีกลิ่น เพื่อเตือนภัย ส่วนใหญ่มักจะเรียกว่า ก๊าซหุงต้ม
**LNG (Liquefied Natural Gas) คือ ก๊าซธรรมชาติเหลว ที่ทำให้เป็นของเหลวที่อุณหภูมิ -160 ̊C ปริมาตรจะลดลงประมาณ 600 เท่า สะดวกแก่การขนส่งไปได้ไกลและได้ปริมาณมากๆ โดยขนส่งทางเรือชนิดพิเศษ มาถึงสถานีปลายทาง เรากล่าวได้ว่า NGV เป็นคำเรียกกว้างๆ ซึ่งทั้ง CNG และ LNG ต่างก็เป็น NGV เหมือนกัน แตกต่างกันที่รูปแบบและองค์ประกอบของก๊าซ จะมีกระบวนการทำให้ LNG กลับกลายเป็นก๊าซธรรมชาติ ก่อนส่งเข้าท่อเพื่อจ่ายไปใช้ต่อไป ส่วนประกอบของ LNG จะมีก๊าซมีเทน (methane) มากกว่า 90 % และมี ethane, propane, butane alkane ที่มีความหนัก ปนอยู่บางส่วน
บทความนี้เกิดจากการเขียนและส่งขึ้นมาสู่ระบบแบบอัตโนมัติ สมาคมฯไม่รับผิดชอบต่อบทความหรือข้อความใดๆ ทั้งสิ้น เพราะไม่สามารถระบุได้ว่าเป็นความจริงหรือไม่ ผู้อ่านจึงควรใช้วิจารณญาณในการกลั่นกรอง และหากท่านพบเห็นข้อความใดที่ขัดต่อกฎหมายและศีลธรรม หรือทำให้เกิดความเสียหาย หรือละเมิดสิทธิใดๆ กรุณาแจ้งมาที่ ht.ro.apt@ecivres-bew เพื่อทีมงานจะได้ดำเนินการลบออกจากระบบในทันที
