EDU Research & Innovation
วว.ตั้งศูนย์สาธิตผลิตพลังงานทดแทนจาก ขยะเป็นต้นแบบโรงไฟฟ้าขยะชุมชน
กรุงเทพฯ-กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (อว.) โดย ศูนย์สาธิตการผลิตพลังงานทดแทนจากชีวมวลและขยะ ในสังกัด ศูนย์เชี่ยวชาญนวัตกรรมพลังงานสะอาดและสิ่งแวดล้อม สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย (วว.)ดำเนินงานด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยีและนวัตกรรม ภายใต้แนวคิด Bio-Circular-Green (BCG) Economy โดยมีเป้าหมายเพื่อช่วยจัดการปัญหาด้านการขาดแคลนพลังงาน ปัญหาสิ่งแวดล้อม บริหารจัดการของเหลือทิ้งทางการเกษตรและขยะชุมชน เพิ่มคุณภาพชีวิตและสร้างรายได้ให้แก่ชุมชนผ่านการใช้เทคโนโลยีการเปลี่ยนชีวมวลและขยะเป็นพลังงานความร้อนและไฟฟ้าในระดับโรงงานสาธิตซึ่งจะช่วยลดผลกระทบต่อคุณภาพชีวิต สิ่งแวดล้อมและก่อให้เกิดรายได้อย่างยั่งยืน
ผศ.ดร.วีรชัย อาจหาญ ผู้ว่าการ วว. กล่าวว่า จากการที่สภาวะเศรษฐกิจเติบโตอย่างต่อเนื่อง ส่งผลต่อความต้องการพลังงานของประเทศไทยโดยเฉพาะเชื้อเพลิงปิโตรเลียมที่มีปริมาณความต้องการเพิ่มสูงขึ้น ซึ่งส่งผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมและคุณภาพชีวิตของประชาชน ดังนั้น วว. จึงจัดตั้ง “ศูนย์สาธิตการผลิตพลังงานทดแทนจากชีวมวลและขยะ” ณ สถานีวิจัยลำตะคอง จ.นครราชสีมา โดยได้รับการสนับสนุนทุนจาก สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย (สกว.) สำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.) หน่วยบริหารและจัดการทุนด้านการเพิ่มความสามารถในการแข่งขันของประเทศ (บพข.) รวมทั้งการสนับสนุนจากภาคีเครือข่ายพันธมิตรต่างประเทศ ได้แก่ องค์การความร่วมมือระหว่างประเทศแห่งญี่ปุ่น(JICA), Japan Science and Technology Agency (JST) และกลุ่มอาเซียน
“....การจัดตั้งศูนย์สาธิตการผลิตพลังงานทดแทนจากชีวมวลและขยะ นอกจากจะช่วยจัดการปัญหาด้านการขาดแคลนพลังงาน ปัญหาสิ่งแวดล้อม บริหารจัดการของเหลือทิ้งทางการเกษตรและขยะชุมชนแล้วยังช่วยส่งเสริมการใช้เทคโนโลยีภายในประเทศเพื่อลดการนำเข้าและสร้างความยั่งยืน โดย วว. พร้อมถ่ายทอดองค์ความรู้และเทคโนโลยีให้แก่ผู้ที่สนใจเพื่อใช้เป็นต้นแบบสำหรับโรงไฟฟ้าขยะชุมชน โดยจะอยู่ในรูปแบบที่ปรึกษา อันจะนำไปสู่การช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ซึ่งเป็นสาเหตุหลักของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ....” ผู้ว่าการ วว. กล่าว
ศูนย์สาธิตการผลิตพลังงานทดแทนจากชีวมวลและขยะ ขับเคลื่อนดำเนินงานผ่านเทคโนโลยีการเปลี่ยนชีวมวลและขยะ เป็นพลังงานความร้อนและไฟฟ้าในระดับโรงงานสาธิต จำนวน 2 เทคโนโลยี ดังนี้
1) เทคโนโลยีการผลิตก๊าซชีวภาพ แบบ 2 - Stage Anaerobic Baffled Reactor โดย เทคโนโลยีการผลิตก๊าชชีวภาพ (Biogas Technology) เป็นกระบวนการย่อยวัตถุดิบอินทรีย์แบบไม่ใช้ออกชิเจน หรือ Anaerobic digestion process มีผลผลิตคือก๊าชชีวภาพ ประกอบด้วย มีเทน (CH4) คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เป็นหลัก และมีก๊าชอื่นๆ อีกเล็กน้อย เช่น ไฮโดรเจนชัลไฟด์ (H2S) และได้ปุ๋ยเป็นผลพลอยได้ ด้วยประสิทธิภาพในการลดปริมาณวัตถุดิบได้อย่างรวดเร็ว กระบวนการนี้จึงถูกนำมาประยุกต์ใช้ในการจัดการขยะอินทรีย์ เช่น เศษอาหาร และน้ำเสีย เป็นตัน และได้ก๊าชชีวภาพเป็นพลังงานในรูปความร้อน เช่น ก๊าซหุงต้ม รวมถึงการใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
โดยเทคโนโลยีการผลิตก๊าชชีวภาพ 2 - Stage Anaerobic Baffled Reactor ประกอบด้วย ระบบหมักแบบถังปฏิกรณ์ไร้อากาศแบบแผ่นกั้นสองขั้นตอน(2 - Stage Anaerobic Baffled Reactor Technology) ซึ่งได้รับการพัฒนาเพื่อเพิ่มเสถียรภาพและประสิทธิภาพของการกระบวนการผลิตก๊าชชีวภาพในระดับโรงงานสาธิต โดยมีบ่อแบบอับอากาศชนิด 2 ขั้นตอน รองรับวัตถุดิบ 10 ตันต่อวัน ดังนี้
ขั้นตอนที่ 1 กระบวนการ Hydrolysis and Acidification Process โดยวัตถุดิบที่ผ่านการเตรียมจะถูกป้อนเข้าสู่ขั้นตอนแรกเพื่อย่อยสลายโมเลกุลของสารประกอบอินทรีย์เชิงช้อนขนาดใหญ่ ให้มีขนาดเล็กลง ละลายน้ำได้หลังจากนั้นจะถูกย่อยสลายต่อด้วยกรดอินทรีย์ เกิดการสะสมของกรดและแอลกอฮอล์ ซึ่งเป็นสารตั้งต้นของจุลินทรีย์อะชิโตเจนิก (Acidogenic) แล้วทำการกรองเพื่อส่งต่อไปยังบ่อ ABR
ขั้นตอนที่ 2 Anaerobic Baffled Reactor (ABR) ประกอบด้วย บ่อ ABR ขนาด 1,600 ลูกบาศก์เมตรผลิตก๊าชชีวภาพ พร้อมบ่อเก็บก๊าชขนาด 2,000 ลูกบาศก์เมตรโดยน้ำจากขั้นตอนแรกถูกส่งเข้าพักในบ่อ ABR เป็นระยะเวลา 2 – 4 สัปดาห์ ผลผลิตของบ่อ ABR ได้แก่ก๊าชชีวภาพ น้ำเสีย และกากตะกอน
จุดเด่นของกระบวนการผลิตก๊าชชีวภาพแบบ 2 - Stage Anaerobic Baffled Digestionที่เหนือกว่าระบบแบบดั้งเดิม คือ เป็นการแยกสภาวะการทำงานที่แตกต่างกัน จึงทำให้ระบบมีเสถียรภาพมากขึ้นสามารถย่อยสลายวัตถุดิบหรือขยะประเภทของแข็งได้ดี (Organic Loading Rate, OLR สูง) จึงทำให้ระยะเวลาในการย่อยต่ำลง และได้ก๊าชชีวภาพสูง จึงทำให้ประสิทธิภาพของระบบดีกว่า
2) เทคโนโลยีแก๊สซิฟิเคชันแบบสามขั้นตอน (3-Stage Gasification)กระบวนการแก๊สชิฟิเคชันเป็นกระบวนการเคมีความร้อน เพื่อเปลี่ยนชีวมวล รวมไปถึงขยะที่สามารถเผาไหม้ได้ เช่น ขยะพลาสติกเป็นต้น ซึ่งเป็นวัตถุดิบที่มีศักยภาพในการผลิตพลังงานทดแทน
ปัจจุบันเทคโนโลยีแก๊สซิฟิเคชันในท้องตลาด โดยส่วนมากเป็นเทคโนโลยีนำเข้าจากต่างประเทศ และส่วนใหญ่ไม่สามารถดำเนินการต่อไปได้ เนื่องจากปัญหาหลายๆ ด้าน เช่น ปริมาณทาร์และของเสียในระบบมีจำนวนมาก ตลอดจนการต่อต้านของชุมชน เนื่องด้วยผลกระทบทางสิ่งแวดล้อมและสุขภาพ นอกจากนี้ในกระบวนการแก๊สซิฟิเคชัน วว. ได้ทำการศึกษาของเหลือทิ้งทางการเกษตร โดยนำมาเปลี่ยนเป็นแก๊สเชื้อเพลิง ได้แก่ เหง้ามัน ซังข้าวโพด และกะลาปาล์ม เป็นต้น
สภาวะการทำงานของกระบวนการแก๊สซิฟิเคชันจะถูกจำกัดปริมาณออกชิเจน ภายใต้อณหภูมิหภูมิที่สูงกว่า700 องศาเซลเซียส ซึ่งสภาวะดังกล่าวจะป้องกันการเกิดสารไดออกชินจากการเผาขยะพลาสติก กระบวนการแก๊สชิฟิเคชันมีประสิทธิภาพสูง และเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีทางเลือกเพื่อการผลิตพลังงานหมุนเวียนจากชีวมวลและขยะ กระบวนการแก๊สซิฟิเคชันเป็นการทำปฏิกิริยาระหว่างเชื้อเพลิงแข็งและสารตัวกลาง เช่น อากาศCO2และไอน้ำ เป็นต้น ภายใต้สกาวะออกชิเดชันบางส่วน (partial oxidation) เพื่อผลิตก๊าชเชื้อเพลิงสังเคราะห์ ซึ่งเป็นก๊าชผสมระหว่าง CO2 H2และ CH4ซึ่งใช้เป็นเชื้อพลิงในการผลิตไฟฟ้าด้วยเครื่องยนต์กังหันก๊าช เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบสันดาปกายใน หรือใช้เป็นเชื้อเพลิงเพื่อผลิตความร้อนรวมทั้งเป็นสารตั้งตันในกระบวนการ Fischer-Tropsch
แก๊สซิฟิเคชันแบบสามขั้นตอนเป็นระบบที่มีประสิทธิภาพสูงและเกิดมลพิษต่ำกว่าการเผาไหม้ทั่วไป มีผลผลิต คือพลังงานทดแทนในรูปพลังงานความร้อนหรือไฟฟ้า เป็นเทคโนโลยีระดับโรงงานต้นแบบ มีศักยภาพรองรับวัตถุดิบ 7 ตันต่อวัน เพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้าจากชีวมวลและของเหลือทิ้ง ถูกออกแบบเพื่อรองรับวัตถุดิบที่หลากหลายมีปริมาณน้ำมันดินต่ำ นอกจากนี้ยังได้ถ่านไบโอชาร์เป็นผลพลอยได้
เทคโนโลยีแก๊สซิฟิเคชันแบบสามขั้นตอน ประกอบด้วย
1. Pyrolysis zoneเป็นขั้นตอนการเผาไหม้สารประกอบอินทรีย์ในวัตถุดิบให้แตกตัวออกอยู่ในรูปของแข็ง ของเหลวและก๊าช ภายใต้สภาวะอับอากาศที่อุณหภูมิ 350–550 องศาเซลเซียส
2. Oxidation zoneของแข็งหรือถ่าน ก๊าซ และน้ำมันดินที่เหลือจาก pyrolysis zone จะถูกทำปฏิกิริยาเพื่อผลิตก๊าชเชื้อเพลิงสังเคราะห์ และแตกน้ำมันดิน ภายใต้อุณหภูมิประมาณ 800– 1,100 องศาเซลเซียส
3. Reduction zoneขั้นตอนสุดท้ายของการผลิตก๊าชเชื้อเพลิงสังเคราะห์ อุณหภูมิอยู่ในช่วงระหว่าง 600-800 องศาเซลเซียส
จุดเด่นของกระบวนการแก๊สซิฟิเคชันแบบสามขั้นตอน คือ การแยกโซนของปฏิกรณ์ทำให้สามารถควบคุมการทำงานในแต่ละโซนได้อย่างเหมาะสม ส่งผลให้ระบบมีประสิทธิภาพสูง และปริมาณน้ำมันดินต่ำ
ปัจจุบัน วว. นำผลงานวิจัยแก๊สซิฟิเคชัน ไปต่อยอดกับภาคเอกชน ได้แก่
1. ร่วมมือกับบริษัทที่ดำเนินการผลิตไฟฟ้าจากแกลบด้วยกระบวนการแก๊สซิฟิเคชัน โดยมีเป้าหมายเพื่อทดสอบการใช้วัตถุดิบที่หลากหลายขึ้น ลดของเสียจากกระบวนการ และปรับปรุงคุณภาพของไบโอชาร์จากกระบวนการ
2. ร่วมมือกับบริษัทที่ดำเนินการจัดการขยะจากสถานพยาบาล โดยการประยุกต์เทคโนโลยีแก๊สซิฟิเคชันเพื่อจัดการขยะปลอดเชื้อจากสถานพยาบาล เพื่อให้ได้พลังงานทดแทนเป็นผลพลอยได้
ศูนย์สาธิตการผลิตพลังงานทดแทนจากชีวมวลและขยะ วว. พร้อมให้บริการด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยีและนวัตกรรม ใน 3 มิติ คือ 1) วิเคราะห์ทดสอบคุณสมบัติด้านความร้อนของชีวมวล เช่น Utimate analysis , proximate analysis เป็นต้น 2) บริการวิจัยและพัฒนาด้านการผลิตพลังงานทดแทนจากเทคโนโลยีก๊าซชีวภาพและแก๊สซิฟิเคชัน และ 3) เป็นศูนย์เรียนรู้ด้านพลังงานทดแทน ถ่ายทอดองค์ความรู้และเทคโนโลยีให้แก่นักวิจัยและผู้สนใจทั่วไป