นาโนเทค สวทช. เปลี่ยนวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรเป็น “ถ่านชีวภาพ”ทดแทนถ่านหิน ลดต้นตอ PM2.5 ตอบ BCG เพื่อความยั่งยืน
วัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรที่มีจำนวนมาก และยังหาทางใช้ประโยชน์ได้ไม่หมด กลายเป็นวัตถุดิบชั้นดีที่ นักวิจัยนาโนเทค สวทช. นำมาต่อยอดเป็น “ถ่านชีวภาพ (BioCoal)” เชื้อเพลิงชีวภาพ ทางเลือก-ทางรอดสำหรับโรงไฟฟ้าชีวมวลและอุตสาหกรรมที่ใช้ถ่านหิน ด้วยประสิทธิภาพเทียบเคียงถ่านหิน แต่หาได้ง่ายกว่า ที่สำคัญ ยังช่วยลดของเหลือใช้ทางการเกษตร ลดเลี่ยงการกำจัดทิ้งด้วยการเผาที่อาจก่อให้เกิดฝุ่น PM2.5 รวมถึงเป็นช่องทางสร้างงาน สร้างรายได้ ตอบโมเดลเศรษฐกิจ BCG เพื่อความยั่งยืนทางพลังงานของไทย
ดร. สัญชัย คูบูรณ์ ทีมวิจัยตัวเร่งปฏิกิริยา กลุ่มวิจัยการเร่งปฏิกิริยาและการคำนวณระดับนาโน ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (นาโนเทค) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์เทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) กล่าวว่า โรงไฟฟ้าชีวมวลมักประสบปัญหาจากการใช้ชีวมวลเป็นเชื้อเพลิงโดยตรงในการผลิตกระแสไฟฟ้า เช่น ชีวมวลมีค่าความชื้นสูง ค่าความร้อนต่ำ ประสิทธิภาพการเผาไหม้ต่ำ เกิดการเสื่อมสภาพระหว่างการจัดเก็บจากการย่อยสลายของจุลินทรีย์ การเก็บรวบรวมและการขนส่งมีต้นทุนสูง ตลอดจนวัตถุดิบมีไม่เพียงพอตลอดทั้งปี เป็นต้น
“เราต้องการส่งเสริมการใช้ประโยชน์จากชีวมวลที่มีในประเทศให้เกิดการใช้ประโยชน์สูงสุด รวมถึงอยากที่จะพัฒนาเชื้อเพลิงที่สามารถใช้ทดแทนถ่านหินที่กำลังจะถูกจำกัดการใช้งานในอนาคตอันใกล้ จึงมองว่า การพัฒนาถ่านชีวภาพ จะเข้ามาตอบความต้องการ ลดข้อจำกัดของผู้ใช้ชีวมวลในปัจจุบัน” ดร. สัญชัยชี้
“ถ่านชีวภาพ” หรือ “BioCoal” คือ เชื้อเพลิงแข็งชีวภาพ ที่มีสมบัติต่างๆ ใกล้เคียงกับถ่านหิน ผลิตโดยกระบวนการที่เรียกว่า ทอร์รีแฟคชัน (Torrefaction) ซึ่งเป็นการปรับปรุงคุณภาพและเปลี่ยนรูปชีวมวลผ่านกระบวนการทางเคมีความร้อน โดยให้ความร้อนแก่ชีวมวลในสภาวะไร้ออกซิเจนหรือจำกัดออกซิเจน (อากาศ) ในช่วงอุณหภูมิ 200-300 องศาเซลเซียส ถ่านชีวภาพสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงร่วม (Co-firing) หรือทดแทน (Replacement) เชื้อเพลิงชีวมวลและถ่านหินสำหรับการผลิตกระแสไฟฟ้าหรือความร้อนได้
ทีมวิจัยนาโนเทค สวทช. นำของเหลือใช้ทางการเกษตร ไม่ว่าจะเป็นใบอ้อย ใบข้าวโพด เหง้ามันสำปะหลัง ทะลายปาล์ม ไม้โตไวตระกูลกระถิน เปลือกไม้ยูคาลิบตัส เป็นต้น มาพัฒนาโดยมีการหาสภาวะที่เหมาะสมของกระบวนการทอร์รีแฟคชันในการผลิตถ่านชีวภาพจากชีวมวลแต่ละชนิด และวิเคราะห์ทดสอบสมบัติของถ่านชีวภาพที่ผลิตได้ รวมถึงพัฒนาเทคโนโลยีระบบผลิตถ่านชีวภาพที่สามารถต่อยอดสู่การใช้งานจริงในระดับอุตสาหกรรม
ดร. สัญชัยเผยว่า ถ่านชีวภาพที่พัฒนาขึ้นมานั้น มีค่าความร้อนขั้นต่ำ 18-24 MJ/kg ความหนาแน่น 0.65-0.75 kg/l และความชื้น 1-5 wt% เมื่อเทียบคุณสมบัติถ่านชีวภาพกับสินค้าคู่แข่ง เช่น ชีวมวล ไม้สับ (Wood chips) และเชื้อเพลิงไม้อัดแท่ง (Wood pellets) ถ่านชีวภาพจะมีค่าความร้อนสูงกว่า ในขณะที่ความชื้นของถ่านชีวภาพต่ำกว่า และสามารถจัดเก็บได้นานกว่า นั่นหมายถึง ถ่านชีวภาพมีคุณสมบัติที่สำคัญดีกว่า ชีวมวล ไม้สับ และเชื้อเพลิงไม้อัดแท่ง อีกทั้งถ่านชีวภาพยังสามารถใช้แทนถ่านหินได้ เนื่องจากถ่านชีวภาพมีค่าความร้อนสูงใกล้เคียงกับถ่านหิน
“ถ่านชีวภาพนี้ มีโอกาสทางการตลาดที่น่าสนใจ ด้วยสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงสะอาดเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าหรือความร้อน เช่นใน โรงไฟฟ้าชีวมวล โรงไฟฟ้าถ่านหิน หรืออุตสาหกรรมอื่นๆที่ใช้ความร้อนในกระบวนการผลิต ซึ่งมีความต้องการทางการตลาดสูงในประเทศไทย” นักวิจัยนาโนเทคกล่าว
ในขณะเดียวกัน ก็ยังตอบโจทย์เชิงสังคมและสิ่งแวดล้อม การใช้ถ่านชีวภาพสามารถส่งเสริมให้เกิดอุตสาหกรรมการผลิตเชื้อเพลิงถ่านชีวภาพขึ้นในประเทศไทย ทำให้เกิดการลงทุน และการจ้างงานที่เพิ่มมากขึ้น นอกจากนี้ยังส่งเสริมให้เกษตรกรนำชีวมวลมาใช้ให้เกิดประโยชน์สูงสุด ลดการเผาชีวมวลทิ้งในที่โล่งแจ้ง ซึ่งเป็นสาเหตุของการเกิดฝุ่น PM2.5 อีกทั้ง การใช้ถ่านชีวภาพทดแทนถ่านหินยังสามารถลดปัญหาการเกิดสภาวะโลกร้อนและมลพิษทางอากาศได้อีกด้วย
“งานวิจัยพัฒนากระบวนการผลิตถ่านชีวภาพ สอดคล้องกับแนวทางของโมเดลเศรษฐกิจ BCG ด้านการส่งเสริมการใช้ประโยชน์จากชีวมวลเหลือทิ้งทางการเกษตรให้มากที่สุด เพื่อนำมาเป็นพลังงานหมุนเวียนในการผลิตกระแสไฟฟ้าและความร้อน สามารถลดปัญหาการเกิดสภาวะโลกร้อน และสร้างความมั่นคงทางด้านพลังงานของประเทศ” ดร. สัญชัยกล่าว พร้อมชี้ว่า สำหรับการวิจัยต่อยอด ทีมวิจัยต้องการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตถ่านชีวภาพที่มีกำลังการผลิตสูงให้สามารถใช้งานได้จริงในเชิงพาณิชย์ ควบคู่กับการพัฒนาฐานข้อมูลเชื้อเพลิงถ่านชีวภาพจากชีวมวลที่มีศักยภาพในประเทศไทย เพื่อตอบโจทย์การใช้งานในระดับอุตสาหกรรม
นวัตกรรมถ่านชีวภาพนี้ ถูกนำเสนอและร่วมจัดแสดงในงาน NanoThailand 2023 หรือการประชุมวิชาการและนิทรรศการนานาชาติทางนาโนเทคโนโลยี ครั้งที่ 8 ที่นาโนเทค สวทช. ร่วมกับสมาคมนาโนเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย สถาบันวิทยสิริเมธี (VISTEC) จัดขึ้นภายใต้กรอบแนวคิด “Nanotechnology for Sustainable World” ระหว่างวันที่ 29 พ.ย. -1 ธันวาคม 2566 ณ โรงแรมดุสิตธานี พัทยา โดยได้รับความสนใจและขยายความร่วมมือกับพันธมิตรที่เข้าร่วมงาน โดยเฉพาะเกาหลีและญี่ปุ่น
