9 ใบความรู้เชื้อเพลิงธรรมชาติและพลังงานทดแทน

เชอ้ื เพลงิ ธรรมชาติ และพลงั งานทดแทน บทนำ เชอ้ื เพลิงธรรมชาติ (mineral fuels) เปน็ ทรัพยากรพลงั งานทม่ี ีความสำคัญตอ่ การดำรงชีวติ เชื้อเพลงิ ธรรมชาตใิ หพ้ ลงั งาน ใชก้ บั เคร่ืองยนตแ์ ละเครือ่ งจกั รกลในโรงงานอุตสาหกรรมตา่ งๆ ใชใ้ นการหงุ ตม้ อาหารหรือให้แสงสว่าง เชือ้ เพลิงธรรมชาติ ไดแ้ ก่ ถ่านหิน หินนำ้ มนั นำ้ มันดบิ และแก๊สธรรมชาติ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- เชอ้ื เพลิงธรรมชาติ (mineral fuels) เป็นทรัพยากรพลังงานทม่ี คี วามสำคญั ตอ่ การดำรงชวี ติ เชื้อเพลงิ ธรรมชาตใิ หพ้ ลงั งานใช้กับ เครือ่ งยนต์และเครื่องจักรกลในโรงงานอตุ สาหกรรมต่างๆ ใช้ในการหงุ ตม้ อาหารหรอื ให้แสงสวา่ ง เชอ้ื เพลงิ ธรรมชาติ ไดแ้ ก่ ถ่าน หิน หนิ น้ำมนั นำ้ มนั ดิบ และแกส๊ ธรรมชาติ ซ่ึงเปน็ เชอ้ื เพลิงฟอสซสิ มดี งั น้ี 1. ถ่านหิน (coal) เกิดจากการทับถมกันของซากพืชหรือดินโคลนทีม่ ีซากพืชทับถมอยู่ภายใต้พื้นดินที่มีความดันและ ความร้อนสูงเปน็ เวลานานนับหลายลา้ นปี ทำใหเ้ กดิ การเนา่ เปือ่ ยและถูกบีบอัดเรียงตัวเป็นชนั้ ๆ แปรสภาพเปน็ ชน้ั ของถ่านหนิ มี ธาตุที่เป็นองคป์ ระกอบหลักคอื คาร์บอน ออกซิเจน ไฮโดรเจน และไนโตรเจนอาจมีกำมะถันปนอยูด่ ้วย ยิ่งมีอายุมากจะมเี นื้อ แน่น มสี ีดำสนทิ มธี าตคุ าร์บอนเป็นองคป์ ระกอบอยูม่ าก และให้ความร้อน แบง่ ออกเป็น 4 ชนดิ จากขอ้ มลู ในตารางพบว่าถ่านหนิ ลกิ ไนต์ให้ความร้อนต่ำสุด และแอนทราไซตม์ ีคาร์บอนมากท่ีสุดจึงให้ความร้อนสูงสุด นอกจากนี้ถ่านหินที่มีกำมะถันปนอยู่มาก เมื่อนำไปใช้จะก่อให้เกิดแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ซึ่งละลายน้ำฝนแล้วทำให้ น้ำฝนมีสมบตั ิเป็นกรดทเี่ รียกว่า “ฝนกรด” 2. หินน้ำมนั (oil shale) เปน็ หินดนิ ดานเน้อื ละเอียดเรียงเปน็ ช้ันบางๆ มีสีน้ำตาลออ่ นถงึ นำ้ ตาลแก่มีส่วนประกอบของ สารอินทรยี ์ท่เี รียกว่า เคอโรเจน ติดไฟได้ เมอ่ื นำมากลน่ั จะไดเ้ ปน็ น้ำมนั ใชเ้ ป็นเชือ้ เพลงิ

3. ปิโตรเลียม (petroluem) ได้แก่ น้ำมันดิบ แก๊สธรรมชาติ เกิดจากการทับถมกันของซากพืชซากสัตว์ทะเลขนาด เล็กๆ ทบั ถมอยใู่ นชนั้ กรวด ทราย และโคลนตม เกิดเป็นชั้นตะกอนทบั ถมกันเปน็ เวลานานนบั เปน็ ล้านๆ ปี ความกดดันจากการ ทับถมและความร้อนใต้ผิวโลก รวมทั้งการถูกย่อยสลายโดยแบคทีเรียแบบไม่ใช้ออกซิเจน ทำให้เกิดการย่อ ยสลายเป็นแก๊ส ธรรมชาติและนำ้ มนั ดบิ เรยี กว่า ปิโตรเลยี ม ซ่ึงจดั เป็นเช้อื เพลิงฟอสซิล (fossil fuel) หรือเชื้อเพลิงซากดกึ ดำบรรพ์ โครงสร้างของแหล่งกำเนิดปิโตรเลียม มีลักษณะโค้ง คล้ายรูปกระทะคว่ำ ชั้นบนเป็นหินทราย ต่อไปเป็นหินปูนและ หินดินดาน จากนน้ั จึงพบแกส๊ ธรรมชาติ นำ้ มันดบิ และน้ำ ต่อจากนน้ั จะเป็นชั้นหินดนิ ดาน หนิ ทราย และหนิ ดินดาน น้ำมันดิบ จะแทรกในชน้ั หินท่ีมีรูพรุน การสำรวจปิโตรเลียมต้องใช้ความรู้ทางธรณีวิทยาและธรณีฟิสิกส์ เพื่อศึกษาโครงสร้างของชัน้ หนิ จขอบเขต ความลึก และลกั ษณะแนวหินเพ่ือตดั สินใจขดุ เจาะนำ้ มนั มาใช้ • แกส๊ ธรรมชาติ (natural gas) มสี ่วนประกอบหลัก 2 สว่ น ไดแ้ ก่ 1. สารประกอบไฮโดรคาร์บอนหลายชนดิ ไดแ้ ก่ แกส๊ มีเทน (CH4) แก๊สอีเทน (C2H6) แก๊สโพรเพน (C3H8) แกส๊ บิวเทน (C4H10) และแก๊สเหลว 2. ส่วนทไี่ มใ่ ชส่ ารประกอบไฮโดรคาร์บอน ไดแ้ ก่ แกส๊ คารบ์ อนไดออกไซด์ (CO2) ไฮโดเจนซัลไฟต์ (H2S) ปรอท และไอนำ้ แก๊สธรรมชาติเกิดอยู่ใต้พื้นดินอาจเป็นบนบกหรือในทะเล อาจเกิดตามลำพังในสถานะแก๊สหรืออาจอยู่ชั้นบนของ นำ้ มันดบิ • แกส๊ ธรรมชาติเหลว (liquid natural gas) ได้แก่ เพนเทน (C5H12) และเฮกเซน (C6H14) ใชผ้ ลิตนำ้ มันเบนซนิ และตวั ทำละลาย การนำเชอ้ื เพลงิ ธรรมชาติไปใช้ประโยชน์ เชอ้ื เพลิงธรรมชาตถิ ูกนำไปใช้ประโยชน์ตา่ งกนั ตามสมบัตแิ ละคุณภาพของเช้อื เพลงิ เพือ่ ให้เหมาะสมกับการใช้งาน ดงั นี้

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1. ความหมายของพลังงานทดแทน 1.1 พลงั งานทดแทน หมายถึง พลงั งานที่นำมาใชแ้ ทนน้ำมันเช้ือเพลงิ สามารถแบง่ ตามแหลง่ ทไ่ี ด้มาเป็น 2 ประเภท คือ พลังงานทดแทนจากแหลง่ ที่ใช้แล้วหมดไป อาจเรียกว่า พลังงานสิ้นเปลอื ง ไดแ้ ก่ ถา่ นหิน ก๊าซธรรมชาติ นวิ เคลียร์ หนิ น้ำมัน และทรายนำ้ มัน เป็นตน้ และพลงั งานทดแทนอีกประเภทหนง่ึ เปน็ แหล่งพลงั งานท่ีใช้แล้วสามารถหมนุ เวียนมาใชไ้ ด้อีก เรียกว่า พลังงานหมุนเวียน ได้แก่ แสงอาทิตย์ ลม ชีวมวล น้ำ และไฮโดรเจน เป็นต้น ซึ่งในที่นี้จะขอกล่าวถึงเฉพาะศักยภาพ และ สถานภาพการใช้ประโยชน์ของพลังงานทดแทน การศึกษาและพัฒนาพลังงานทดแทนเป็นการศึกษา ค้นคว้า ทดสอบ พัฒนา และสาธิต ตลอดจนส่งเสรมิ และเผยแพร่พลงั งานทดแทน ซ่งึ เปน็ พลงั งานที่สะอาด ไมม่ ผี ลกระทบตอ่ สง่ิ แวดล้อม และเป็นแหล่ง พลังงานทีม่ ีอยใู่ นท้องถน่ิ เช่น พลังงานลม แสงอาทติ ย์ ชีวมวล และอ่นื ๆ เพอ่ื ใหม้ กี ารผลิต และการใชป้ ระโยชนอ์ ย่างแพร่หลาย มปี ระสิทธภิ าพ และมคี วามเหมาะสมทง้ั ทางดา้ นเทคนิค เศรษฐกจิ และสังคม 1.2 ประเภทของพลังงานทดแทน พลงั งานแสงอาทติ ย์ เกิดจากปฏิกิริยาฟิวชั่นของดวงอาทิตย์ จะปล่อยพลังงานออกมาในรูป คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ที่เรียกว่า รงั สแี สงอาทิตย์ (Solar Radiation) รงั สีน้ีจะแพร่กระจายออกทุกทิศทกุ ทาง โลกของเราก็ได้รับอทิ ธิพลของรงั สีนโ้ี ดยมีความเข้ม ของรังสที ่ตี กลงบนผวิ โลกประมาณ 961-1,191 วัตตต์ ่อตารางเมตร หรือคิดเป็นพลงั งานประมาณ 2,000-2,500 กิโลวัตต์ช่ัวโมง ตอ่ ตารางเมตรต่อปี\"เซลลแ์ สงอาทิตย\"์ เปน็ สง่ิ ประดษิ ฐท์ ส่ี รา้ งขน้ึ เพ่อื เปน็ อุปกรณส์ ำหรับการเปลยี่ นพลังงานแสงให้เป็นพลังงาน ไฟฟา้ โดยการนำสารกึง่ ตัวนำ เชน่ ซิลคิ อน ซ่ึงมรี าคาถูกที่สุดและมีมากที่สดุ บนพนื้ โลก นำมาผ่านกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ ผลิตให้เป็นแผ่นบางบริสุทธ์ิ และในทนั ทีท่มี ีแสงตกกระทบบนแผ่นเซลล์ รงั สีของแสงท่มี ีอนุภาคของพลังงานประกอบ ที่เรียกว่า Proton จะถ่ายเทพลังงานให้กับ Electron ในสารกึ่งตัวนำ จนมีพลังงานมากพอที่จะกระโดดออกมาจากแรงดึงดูดของ Atom และสามารถเคลื่อนทีไ่ ด้อย่างอสิ ระ

การใชเ้ ซลล์แสงอาทติ ยใ์ นประเทศไทย ประเทศไทยได้เริ่มมีการใช้งานจากเซลล์แสงอาทิตย์ เมื่อปี พ.ศ. 2519 โดยหน่วยงานกระทรวงสาธารณสุข และมูลนิธิ แพทย์อาสาฯ มีจำนวนประมาณ 300 แผง แต่ละแผงมีขนาด 15/30 วัตต์ และนับเปน็ ครั้งแรกท่ไี ดม้ นี โยบายและแผน ระดบั ชาติ ด้าน เซลล์แสงอาทิตย์ บรรจุลงใน แผนพัฒนาฯ ฉบับที่ 4 (พ.ศ. 2520-2524) การติดตั้งแผงเซลลแ์ สงอาทิตย์ ได้ติดตั้ง ใช้งาน อย่าง จริงจัง ในปลายปีของ แผนพัฒนาฯ ฉบับที่ 6 (พ.ศ. 2530-2534) โดยมี กรมพัฒนาและส่งเสริมพลงั งาน กรมโยธา การ ไฟฟ้าสว่ นภูมภิ าค และการไฟฟา้ ฝา่ ยผลิตแห่งประเทศไทย ทเ่ี ป็นหน่วยงานหลัก ในการนำเซลลแ์ สงอาทติ ย์ใชผ้ ลติ พลงั งานไฟฟ้า เพ่อื ใช้งานในด้านแสงสวา่ ง ระบบโทรคมนาคม และเครือ่ งสบู นำ้ พลงั งานลม คือ พลงั งานจลน์ชนดิ หนงึ่ เกดิ จากการทีอ่ ากาศเคลื่อนที่ท่ีเรยี กว่า กระแสลม เมอื่ นำกระแสลมมาพัดผ่านใบ กังหัน จะเกิดการถา่ ยทอดพลังงานจลน์ไปสู่ใบกังหนั ทำให้กังหันหมุนรอบแกนซึง่ สามารถนำพลังงานจากการหมุนของกงั หันนี้ ถา่ ยทอดต่อไปใชง้ านได้ เชน่ หมนุ เครอื่ งกำเนดิ ไฟฟา้ พลังงานลมเกิดจากพลังงานจากดวงอาทิตย์ตกกระทบโลกทำให้อากาศรอ้ น และลอยตัวสูงขึ้น อากาศจากบริเวณอื่นซ่ึง เย็นและหนาแน่นมากกว่าจึงเข้ามาแทนที่ การเคลื่อนที่ของอากาศเหล่านี้เป็นสาเหตุให้เกิดลม และมีอิทธิพลต่อสภาพลมฟ้า อากาศในบางพื้นที่ของประเทศไทย โดยเฉพาะอย่างยิ่งแนวฝั่งทะเลอันดามันและด้านทะเลจีน(อ่าวไทย) มีพลังงานลมที่อาจ นำมาใชป้ ระโยชน์ในลักษณะพลงั งานกล (กังหันสบู น้ำกงั หนั ผลติ ไฟฟา้ ) ศักยภาพของพลังงานลมที่สามารถ นำมาใช้ประโยชน์ได้ สำหรับประเทศไทย มีความเร็ว อยู่ระหว่าง 3 - 5 เมตรต่อวินาที และความเข้มพลังงานลมที่ประเมินไว้ได้อยู่ระหว่าง 20 - 50 วัตตต์ อ่ ตารางเมตร พลงั งานนวิ เคลียร์ เปน็ พลงั งานที่เกิดจากการแตกตวั หรอื รวมตัวของนิวเคลียสของอะตอม หรือจากการไม่เสถียรของ ไอโซโทปของธาตุ โดยปฏิกิริยาแตกตวั เรียกว่า ปฏิกิริยาฟิชชัน่ ปฏิกิริยารวมตัว เรียกว่า ปฏิกิริยาฟิวชั่น พลังงานนิวเคลียรน์ ี้ เป็นพลังงานที่มีปริมาณมากเมื่อเทียบกับมวลที่ใช้ สามารถใช้เป็นพลังงานที่สำคัญในการผลิตความร้อนเพื่อใช้ในการผลิต กำลงั ไฟฟ้าได้ สำหรับพลงั งานนวิ เคลียรท์ ีน่ ำมาผลิตเป็นพลังงานไฟฟา้ ในปัจจบุ ันจะเปน็ พลังงานท่เี กิดจากปฏกิ ริ ิยาแตกตัวในเตา ปฏิกรณน์ วิ เคลียร์ พลังงานความร้อนใต้พิภพ คือ พลังงานธรรมชาติที่เกิดจากความร้อนที่ถูกกักเก็บอยู่ภายใต้ผิวโลก โดยปกติแล้ว อณุ หภูมภิ ายใต้ผวิ โลกจะเพม่ิ ขนึ้ ตามความลึก กล่าวคอื ย่งิ ลกึ ลงไปอุณหภมู จิ ะยิ่งสงู ขึน้ และในบริเวณส่วนลา่ งของชั้นเปลือกโลก (Continental Crust) หรือที่ความลึกประมาณ 25-30 กิโลเมตร อุณหภูมิจะมีค่าอยู่ในเกณฑ์เฉลี่ย ประมาณ 250 ถึง 1,000 องศาเซลเซียล ในขณะที่ตรงจุดศูนย์กลางของโลก อุณหภูมิอาจจะสูงถึง 3,500 ถึง 4,500 องศาเซลเซียส พลังงานความร้อนใต้พิภพ มักพบในบริเวณที่เรียกว่า Hot Spots คอื บรเิ วณที่มีการไหล หรอื แผก่ ระจายของความร้อน จากภายใต้ผิวโลกขึ้นมาสู่ผิวดินมากกว่าปกติ และมีค่าการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามความลึก ( Geothermal Gradient) มากกว่าปกติประมาณ 1.5-5 เทา่ เนอ่ื งจากในบริเวณดงั กลา่ ว เปลอื กโลกมกี ารเคลื่อนท่ี ทำใหเ้ กดิ รอยแตกของช้นั หิน ปกติแล้ว ขนาดของแนวรอยแตกที่ผิวดินจะใหญ่และค่อยๆ เล็กลงเมื่อลึกลงไปใต้ผิวดิน และเมื่อมีฝนตกลงมาในบริเวณนั้น ก็จะมีน้ำ บางส่วนไหลซึม ลงไปภายใต้ผิวโลกตามแนวรอยแตกดงั กล่าว น้ำนั้นจะไปสะสมตัวและรับความรอ้ นจากชั้นหินที่มีความร้อน

จนกระทง่ั นำ้ กลายเป็นนำ้ ร้อนและไอนำ้ แล้วจะพยายามแทรกตวั ตามแนวรอยแตกของชั้นหนิ ขึน้ มาบนผวิ ดิน และปรากฏใหเ้ ห็น ในรปู ของบอ่ นำ้ ร้อน, น้ำพรุ อ้ น, ไอน้ำร้อน, บ่อโคลนเดือด เป็นต้น พลังงานชีวมวล เป็นพลังงานเชื้อเพลิงที่มาจากชีวะ หรือสิ่งมีชีวิตเช่น ไม้ฟืน แกลบ กากอ้อย เศษไม้ เศษหญ้า เศษ เหลอื ทิ้งจากการเกษตร เหลา่ นใี้ ช้เผาให้ความร้อนได้ และความรอ้ นนแ้ี หละท่ีเอาไปป่นั ไฟ นอกจากนยี้ งั รวมถึงมูลสัตว์และของ เสียจากโรงงานแปรรปู ทางการเกษตร เช่น เปลือกสับปะรดจากโรงงานสับปะรดกระป๋อง หรือน้ำเสียจากโรงงานแป้งมัน ที่เอา มาหมักและผลิตเปน็ ก๊าซชีวภาพ โดยเหตุที่ประเทศไทยทำการเกษตรอย่างกวา้ งขวาง วสั ดเุ หลือใชจ้ ากการเกษตร เชน่ แกลบ ขี้ เลื่อย ชานอ้อย กากมะพร้าว ซึ่งมีอยู่จำนวนมาก (เทียบได้น้ำมันดิบปีละไม่น้อยกว่า 6,500 ล้านลิตร) ก็ควรจะใช้เป็นเชือ้ เพลิง ผลิตไฟฟ้าในเชิงพาณิชย์ได้ ในกรณีของโรงเลื่อย โรงสี โรงน้ำตาลขนาดใหญ่ อาจจะยินยอมให้จ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับระบบ ไฟฟ้าของการไฟฟ้าต่างๆในประเทศ ในลักษณะของการผลิตร่วม (Co-generation)ซง่ึ มใี ชอ้ ย่แู ล้วหลายแห่งในต่างประเทศโดย วิธดี งั กล่าวแล้วจะช่วยใหส้ ามารถใช้ประโยชนจ์ ากแหล่งพลงั งานในประเทศสำหรับส่วนรวมได้มากยง่ิ ข้นึ ทั้งน้อี าจจะรวมถึงการใช้ ไม้ฟืนจากโครงการปลูกไม้โตเร็วในพื้นที่นับล้านไร่ สำหรับผลิตผลจากชีวมวลในลักษณะอื่นที่ยังใช้เป็นเชื้อ เพลิงได้ เช่น แอลกอฮอล์ จากมันสำปะหลัง ก๊าซจากฟืน(Gasifier) ก๊าซจากการหมักเศษวัสดุเหลือจากการเกษตร(Bio Gas) ขยะ ฯ หากมี ความคมุ้ ค่าในเชิงพาณิชย์กอ็ าจนำมาใช้เป็นเช้อื เพลิงสำหรับผลิตไฟฟา้ ได้เช่นกัน ขอ้ เสยี ของพลังงานชีวมวล แมจ้ ะใช้เยอะแต่ได้ พลังงานนดิ เดยี ว ถา้ จะเอาไมม้ าเป็นเช้อื เพลิงปั่นไฟ กต็ ้องใชป้ า่ เปน็ บริเวณหลายหมื่นหลายแสนไร่ จงึ ไมเ่ หมาะกบั การผลิตไฟฟ้า เยอะๆ แตเ่ หมาะกับการใชใ้ นครวั เรือนและในชนบทหา่ งไกลมากกวา่ พลังงานถ่านหิน ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงทางเลือกที่มีความสำคัญ ข้อเด่นของถ่านหิน คือ มีราคาถูก มีเสถียรภาพ การ ขนสง่ ปลอดภัย และมีปริมาณสำรองมาก เมือ่ เทียบกบั ก๊าซธรรมชาตแิ ละน้ำมนั คือ มปี รมิ าณสำรองถา่ นหนิ โลกถงึ 909 พนั ล้าน ตัน พอใช้ไปได้อีก 155 ปี และพบแหล่งถ่านหินในทุกทวีป กระจายอยู่กว่า 70 ประเทศทั่วโลก ในขณะที่น้ำมันและก๊าช ธรรมชาตมิ ีปริมาณสำรองพอใช้ได้ 40.6 และ 65.1 ปี ตามลำดับ ( BP ,2006 ) แม้ว่าถ่านหินจะเปน็ เชื้อเพลิงที่สะอาดน้อยกว่า กา๊ ชธรรมชาติและนำ้ มัน