“ถ่านหิน” เป็นเชื้อเพลิงฟอสซิลราคาไม่แพง ให้ค่าความร้อนสูง มักถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงเตาเผา หรือ หม้อไอน้ำของโรงงานอุตสาหกรรมทั่วโลก แต่การใช้ถ่านหินส่งผลให้เกิดก๊าซเรือนกระจกที่เป็นตัวการของภาวะโลกร้อน ปัจจุบันมีหลายประเทศออกมาตรการเพื่อควบคุมการเกิดก๊าซเรือนกระจกในกระบวนการผลิต กลายเป็นอุปสรรคในการส่งออกสินค้าของไทย ไปขายยังประเทศเหล่านี้

ดังนั้น การมีเชื้อเพลิงทางเลือกใหม่ ๆ ที่สามารถนำมาใช้กับเตาเผา หรือ หม้อไอน้ำที่มีอยู่เดิม เพื่อทดแทนหรือลดการใช้ถ่านหิน และด้วยค่าพลังงานความร้อนกับต้นทุนที่ใกล้เคียงกับการใช้ถ่านหิน โดยไม่ต้องลงทุนใหม่ทั้งระบบ จึงเป็นหนึ่งในคำตอบที่สามารถช่วยได้ทั้งภาคอุตสาหกรรมและสิ่งแวดล้อมไปพร้อมกัน ซึ่งหนึ่งในคำตอบนี้ คือ “ชีวมวลทอริฟายด์” (Torrefied biomass)

“การใช้ชีวมวลจำพวกเศษไม้ หรือ ของเหลือทางการเกษตร สามารถนำมาเป็นเชื้อเพลิงทดแทนถ่านหินในการผลิตไฟฟ้าได้ แต่ก็มีข้อจำกัด คือ 1. การนำชีวมวลมาบดเป็นผงขนาดเล็ก ขนาดไม่เกิน 30 ไมครอน เพื่อให้สามารถเผาร่วมกับถ่านหินผงได้ มีต้นทุนด้านพลังงานในการบดหรือสับที่สูงมาก 2. ชีวมวลโดยทั่วไปมีค่าความร้อนต่ำ ทำให้ต้องใช้ในปริมาณมาก อีกทั้งความหนาแน่นต่ำ จึงอาจไม่คุ้มค่าในการผลิตและขนส่ง และ 3. ชีวมวลเป็นวัสดุที่มีความชื้นค่อนข้างสูง ทำให้เกิดความเสียหาย และการด้อยคุณภาพได้ง่าย อายุการใช้งานสั้น และมีต้นทุนในการจัดเก็บที่สูง” รศ. ดร.สุนีรัตน์ ฟูกุดะ อาจารย์ประจำบัณฑิตวิทยาลัยร่วมด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อม (JGSEE) มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) กล่าวถึงข้อจำกัดของการใช้ชีวมวลมาทดแทนถ่านหินในเตาเผา หรือ หม้อไอน้ำ

ตัวอย่างชีวมวลทอริฟายด์

และสิ่งที่จะมาแก้ปัญหาทั้ง 3 ข้อ ของชีวมวล ก็คือ การนำวัตถุดิบที่เป็นชีวมวลเหล่านี้ ไปผ่านกระบวนการทอร์รีแฟคชั่น (Torrefaction) ที่เป็นกระบวนการให้ความร้อนในสภาวะไร้ออกซิเจน ที่อุณหภูมิในช่วง 220-300 องศาเซลเซียส และระยะเวลาที่กำหนด เพื่อให้โครงสร้างของชีวมวลเปลี่ยนไปจากเดิม

รศ.ดร. สุนีรัตน์ กล่าวต่อว่า ชีวมวลทอริฟายด์ที่ผ่านกระบวนการนี้ จะมีจุดเด่นที่สำคัญ 3 ข้อ คือ 1. วิธีการนี้สามารถช่วยไล่แก๊สที่ไม่ก่อให้เกิดความร้อนออกไปจากวัตถุดิบได้ ทำให้ผลิตภัณฑ์ที่ได้มีค่าความร้อนเพิ่มขึ้นประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์ 2. ใช้พลังงานน้อยลงในการบดย่อยให้เป็นผงขนาด 30 ไมครอน ซึ่งทำให้สามารถใช้ทดแทนถ่านหินในสัดส่วนที่มากขึ้นได้ และ 3. มีคุณสมบัติไม่ดูดซับความชื้น และเก็บไว้ได้นานขึ้น ผลิตภัณฑ์ชีวมวลทอริฟายด์สามารถอยู่ในรูปแบบของชีวมวลอัดเม็ดทอริฟายด์ (Torrefied biomass pellet) เพื่อเพิ่มความหนาแน่นเชิงพลังงาน ให้ง่ายต่อการขนส่ง Torrefied biomass pellet มีชื่อเรียกอีกอย่างว่า Black pellet เพราะมีสีค่อนข้างดำ และแตกต่างจาก biomass pellet หรือ white pellet ที่มีสีขาวปนน้ำตาล

นอกจากนี้ ทีมวิจัย พบว่า เทคโนโลยีทอร์รีแฟคชั่นที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน ซึ่งดัดแปลงมาจากกระบวนการอบแห้งแบบเตาหมุน (Rotary kiln) โดยเป็นหลักการการลำเลียงวัตถุดิบในท่ออย่างช้า ๆ พร้อมกับให้ความร้อนโดยการป้อนลมร้อนให้สัมผัสกับชีวมวล ซึ่งแม้จะเป็นวิธีการที่อาจดูแล้วไม่ซับซ้อน แต่ก็มีข้อจำกัดหลายอย่าง คือ 1. ระบบมีขนาดใหญ่ และต้องใช้พื้นที่ติดตั้งระบบมาก ทำให้มูลค่าการลงทุนสูง 2. ผลิตภัณฑ์อาจมีคุณสมบัติที่ไม่สม่ำเสมอ เนื่องจากวัตถุดิบได้รับความร้อนไม่ทั่วถึง และ 3. ความเสี่ยงด้านความปลอดภัยจากการรั่วไหลหรือระเบิด

เครื่อง Torrefaction

ดังนั้น สิ่งที่ รศ. ดร.สุนีรัตน์ และทีมวิจัยของ JGSEE สนใจ คือ การพัฒนาเทคโนโลยี Torrefaction แบบใหม่ที่สามารถผลิต Torrefied biomass pellet ที่ได้มาตรฐาน มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับถ่านหิน และในต้นทุนที่เหมาะสม อันเป็นที่มาของโครงการวิจัย การพัฒนาเครื่องต้นแบบเทคโนโลยีการผลิตชีวมวลทอร์รีไฟด์อัดเม็ดเชิงพาณิชย์จากเศษวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรในประเทศไทยด้วยเตาปฏิกรณ์ทอร์รีแฟคชั่นแบบสั่น โดยมี หน่วยบริหารและจัดการทุนด้านการเพิ่มความสามารถในการแข่งขันของประเทศ (บพข.) สนับสนุนทุนวิจัย

งานวิจัยครั้งนี้ เป็นการพัฒนาเทคนิคการผลิต Torrefied pellet ที่ออกแบบให้วัตถุดิบ pellet เคลื่อนที่แบบหมุนวน (Spiral) ในท่อที่วางตัวในแนวตั้ง โดยอาศัยการสั่น ซึ่งจะช่วยลดขนาดของเครื่องจักร และพื้นที่ติดตั้ง และใช้ไฟฟ้ามาเป็นตัวทำให้ท่อเกิดความร้อน และส่งผ่านผิวท่อด้านในไปยังวัตถุดิบที่เคลื่อนที่ผ่าน ซึ่งทำให้สามารถควบคุมอุณหภูมิในแต่ละจุดได้แม่นยำ และทำให้ผลิตภัณฑ์มีคุณสมบัติสม่ำเสมอ 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 ซึ่งจะทำให้วัสดุชีวมวลที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมนี้ มีราคาที่สามารถแข่งขันกับถ่านหินได้ อันหมายถึงโอกาสในการผลิตเพื่อส่งออกไปยังตลาดผู้ใช้ทั้งในและต่างประเทศ เช่น ญี่ปุ่น ต่อไป”

แม้ปัจจุบันเครื่องผลิตชีวมวลทอริฟายด์นี้ยังเป็นตัวต้นแบบ ที่จะต้องมีพัฒนาต่ออีกพอสมควร แต่ก็ได้รบความสนใจจากภาคเอกชนในประเทศหลายราย ทั้งเอกชนที่ต้องการผลิต Torrefied pellet และผู้ที่ต้องการนำเชื้อเพลิงชนิดนี้ มาทดแทนถ่านหินในโรงงานผลิตสินค้าเพื่อการส่งออกของตนเอง ซึ่งหากงานวิจัยสำเร็จและมีการนำไปใช้ผลิตได้จริง นอกจากจะเป็นการช่วยภาคอุตสาหกรรมของไทยแล้ว ยังมีส่วนช่วยประเทศไทยในการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้อีกทางหนึ่งด้วย

ผู้สนใจองค์ความรู้การผลิตชีวมวลทอริฟายด์ หรือ เครื่องผลิตชีวมวลทอริฟายด์ สามารถติดต่อสอบถามข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่ รศ. ดร.สุนีรัตน์ ฟูกุดะ อาจารย์ประจำบัณฑิตวิทยาลัยร่วมด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อม (JGSEE) มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) อีเมล : suneerat.pip@kmutt.ac.th โทร. 02-470-8309-10 ต่อ 4148