รูปเล่มเตาชีวมวลประหยัดพลังงาน

ก

ก บทคัดย่อ โครงงานฉบับนี้ มีวัตถุประสงค์ เพ่ือจัดทาเตาประหยัดพลังงานและศึกษาประสิทธิภาพในการ ทางานเตาชีวมวลแบบมีฉนวน และแบบไม่มีฉนวน เพื่อนาวัสดุเหลือใช้มาทาให้เกิดประโยชน์ ลดต้นทุน คา่ ใชจ้ า่ ยในการหงุ ตม้ ในครัวเรือน เพอื่ ลดมลพษิ ทเ่ี กดิ จากการเผาไม้ ลดภาวะโลกร้อน จากการศึกษาการเปรียบเทียบของการเผาไม้ของเตาชีวมวล พบว่า จากผลการประดิษฐ์ เตาประหยัดพลังงานและศึกษาประสิทธิภาพในการเผาไหม้ของเตาชีวมวล นาวัสดุเหลือใช้มาทาให้เกิด ประโยชน์ ลดตน้ ทนุ คา่ ใชจ้ า่ ยในการหงุ ตม้ ในครัวเรือน และยังสามารถลดมลพษิ ท่ีเกิดจากการเผาไม้ ซึ่งเป็น สาเหตุของการเกิดภาวะโลกร้อนอกี ดว้ ย โดยการศึกษาประสทิ ธิภาพของเตาชวี มวล พบว่า ครั้งที่ 1 เช้อื เพลิงจากใบไมแ้ หง้ มีอัตราการเผาไหมร้ วดเรว็ และดบั เรว็ ครั้งท่ี 2 เชอ้ื เพลงิ จากชานอ้อยมอี ัตราการเผาไหม้รวดเรว็ และดบั ชา้ กว่าใบไม้แห้ง ครั้งท่ี 3 เชอื้ เพลงิ จากถ่าน มีอตั ราการเผาไหม้ชา้ และมีเชือ้ เพลงิ สาหรับหุงตม้ ได้นานที่สุด ซึ่งจากการทดสอบ ถา้ ใชใ้ นการหุงต้มควรใชถ้ า่ น ดีกวา่ ชานออ้ ยและใบไมแ้ ห้ง

ข กิตติกรรมประกาศ “โครงงานเตาชีวมวลประหยัดพลังงานไร้ควัน” เป็นการนาเอาวิทยาศาสตร์มาประยุกต์ใช้และ นานวตั กรรมทางด้านวทิ ยาศาสตรไ์ ปใช้ประโยชนใ์ นการจัดทาเตาประหยัดพลังงานและศึกษาประสิทธิภาพ ในการทางานเตาชีวมวล ส่งเสริมให้ชุมชนนาวัสดุเหลือใช้มาทาให้เกิดประโยชน์ ลดต้นทุนค่าใช้จ่ายในการ หุงตม้ ในครัวเรือน อกี ท้งั ยังสามารถลดมลพิษทเี่ กดิ จากการเผาไม้ดว้ ย ขอกราบขอบพระคณุ ผู้อานวยการศูนย์การศึกษานอกระบบการศึกษาตามอัธยาศัยอาเภอนาโพธ์ิ และคณะครูบุคลากรศูนย์การศึกษานอกระบบการศึกษาตามอัธยาศัยอาเภอนาโพธ์ิ ท่ีได้ให้การสนับสนุน โครงงานเตาชีวมวลประหยดั พลังงานไร้ควนั ขอขอบคุณ ครทู ่ีปรึกษาโครงงานทุกท่าน ขอขอบคุณผู้ท่ีมีส่วน เกีย่ วข้องทุกทา่ น ทส่ี นับสนนุ โครงงานในคร้ังนเ้ี ป็นอยา่ งสูง รวมทั้งคนท่รี ่วมกันจนโครงงานนี้จนสาเร็จลุล่วง ไปด้วยดี

สารบัญ ค บทคัดย่อ หนา้ กติ ติกรรมประกาศ ก สารบญั ข บทที่ 1 บทนา ค บทที่ 2 ทฤษฎแี ละงานวิจยั ท่ีเก่ยี วข้อง 1 บทท่ี 3 อปุ กรณแ์ ละวิธกี ารศึกษา 3 บทท่ี 4 ผลการดาเนินการและอภปิ รายผล 10 บทที่ 5 สรปุ ผลการดาเนนิ การและข้อเสนอแนะ 12 เอกสารอา้ งองิ 14 ภาคผนวก 15

1 บทท่ี 1 บทนา ทีม่ าและความสาคัญของโครงงาน เนื่องจากประเทศไทยไม่มีแหล่งพลังงานเชิงพาณิชย์ท่ีมากเพียงพอกับความต้องการที่จะใช้ใน ประเทศ โดยเฉพาะภาวะปจั จบุ ันท่ีความตอ้ งการใช้พลังงานมอี ตั ราสงู ขึ้นทุกปี ทาให้ประเทศไทยต้องนาเข้า พลงั งานเชงิ พาณิชย์มากขน้ึ ถงึ ประมาณปีละ 3 แสนลา้ นบาท จึงเป็นเร่ืองจาเป็นเร่งด่วนท่ีต้องมีการรณรงค์ ให้มีการอนุรักษ์ พัฒนา จัดหาและส่งเสริมการใช้พลังงานอย่างประหยัดและมีประสิทธิภาพ พร้อมทั้ง สนับสนุนเทคโนโลยีด้านพลังงานทดแทน เพื่อลดการใช้น้ามันเช้ือเพลิงซึ่งต้องนาเข้าจากต่างประเทศ เป็นการลดปัญหาการขาดแคลนพลังงานในอนาคตและช่วยลดปัญหาด้านสิ่งแวดล้อม ท่ีเกิดจากการ ใช้พลงั งานในปจั จบุ ัน เตาชีวมวล เป็นเทคโนโลยีภูมิปัญญาชาวบ้าน ท่ีนาวัสดุเหลือใช้มาประดิษฐ์เพ่ือใช้ประโยชน์ ทดแทนการใช้แก๊ส LPG ในการหุงต้มในครัวเรือน และพัฒนาใช้ในกลุ่มอุตสาหกรรมครัวเรือนได้ดี ดังน้ัน จึงเห็นควรที่จะนาเทคโนโลยีดังกล่าว มาพัฒนาเพ่ิมประสิทธิภาพและสามารถนามาใช้การหุงต้มใน ครัวเรือน มาทดแทนการใช้แก๊สมีเทนเป็นเช้ือเพลิงหุงต้ม ลดปริมาณควัน ไม่ก่อมลพิษ มีประสิทธิภาพใน การเผาไหมส้ ูงกว่าเตาทั่วไป โดยใช้เช้ือเพลิงที่ได้จากการใช้เตาชีวมวลจะเปลี่ยนเช้ือเพลิงเป็นก๊าซคาร์บอน มอนออกไซด์ ก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซมีเทน จากกปฏิกิริยาการเผาไหม้อย่างต่อเนื่อง สามารถนาไปใช้ ทดแทนพลงั งานเชอื้ เพลิง ซ่ึงเป็นพลงั งานที่อาจจะใช้แล้วหมดไปในอนาคตได้ ผู้จัดทาโครงงานจึงสนใจที่จะนาวัสดุทหี่ าง่ายในชมุ ชนมาทาเตาชวี มวล เพื่อศึกษาประสิทธิภาพของ เตาชีวมวล โดยการทดสอบจากวัสดุเช้ือเพลิง เช่น ถ่าน ชานอ้อย และใบไม้แห้ง ท้ังน้ีเพื่อจะได้นาไป ประยุกตใ์ ชใ้ นครวั เรือนและพัฒนาตอ่ ไป วตั ถปุ ระสงค์ของการศึกษาค้นคว้า 1. เพ่ือจัดทาเตาประหยดั พลังงานและศึกษาประสิทธิภาพในการเผาไหม้ของเตาชีวมวล 2. เพอ่ื นาวสั ดเุ หลอื ใชม้ าทาให้เกิดประโยชน์ ลดตน้ ทนุ ค่าใช้จ่ายในการหงุ ต้มในครัวเรอื น 3. เพ่อื ลดมลพษิ ทีเ่ กดิ จากการเผาไม้ ประโยชน์ทคี่ าดวา่ จะไดร้ ับ 1. ลดการใชแ้ กส๊ LPG ซึ่งเป็นพลงั งานที่ใชแ้ ลว้ หมดไป 2. ลดค่าใชจ้ ่ายในครัวเรือน 3. แก้ปญั หาด้านหมอกควัน ลดปญั หาการเกดิ ภาวะโลกร้อน

2 บทท่ี 2 ทฤษฎแี ละงานวจิ ัยทีเ่ กี่ยวข้อง ทฤษฎีและงานวิจัยท่ีเก่ียวข้อง จะกล่าวถึงเช้ือเพลิงชีวมวลและคุณสมบัติของเชื้อเพลิงชีวมวล กระบวนการแก๊สซิฟิเคชัน ส่วนงานวิจัยที่เก่ียวข้องจานาเสนอในส่วนของการทดสอบเตาชีวมวล และเตาธรรมดาตามท้องตลาดทัว่ ไปเพื่อศึกษาประสิทธิภาพของเตาชีวมวล พัฒนาตอ่ ยอดตอ่ ไป ทฤษฎีทีเ่ กย่ี วข้อง 1. เช้อื เพลงิ ชีวมวล เชอ้ื เพลิงชวี มวล หมายถึง เชื้อเพลงิ ทไ่ี ดจ้ ากส่งิ มชี วี ิต ซ่งึ สะสมพลังงานเคมีสามารถนาไปเปล่ียน รูปเป็นพลังงานเช้ือเพลิงและสามารถผลิตข้ึนมาใหม่ได้ ชีวมวลและเช้ือเพลิงฟอสซิลมีท่ีมาจากแหล่ง เดยี วกัน คือ พชื และสัตว์ แต่มีความแตกต่างกันด้านเวลา น่ันคือการเกิดเชื้อเพลิงฟอสซิลต้องใช้ระยะเวลา ยาวนานในการแปรสภาพซากพืช ซากสัตว์ ภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความดันท่ีแตกต่างกันชีวมวล ประกอบด้วยวสั ดหุ ลายประเภท แต่มักจะหมายถึงวัสดุจากพืชเป็นหลัก เช่น วัสดุที่เหลือจากผลิตภัณฑ์ทาง การเกษตร เศษไมจ้ ากการทาป่าไม้หรือแปรรูปไม้ เป็นต้น ชีวมวลจึงกาเนิดจากปฏิกิริยาทางชีวเคมีของพืช ในการเปล่ียนรูปพลังงานแสงอาทิตย์ เรียกว่า การสังเคราะห์แสง (Photosynthesis) ซึ่งเป็นกระบวนการ เปลี่ยนรูป CO2 ในอากาศและ H2O เกิดเป็นโมเลกุลคาร์โบไฮเดรต ซ่ึงสะสมพลังงานศักย์ทางเคมี ดังสมการด้านล่าง โดยแหล่งพลังงานท่ีมีอยู่ในชีวมวลคือคาร์บอนซ่ึงได้มาจาก CO2 และไฮโดรเจน ได้มาจาก H2O nCO2 + mH2O → Cn (H2)m Om + nO2 เช้ือเพลิงชีวมวลเป็นแหล่งให้ความร้อนและแสงสว่างที่สาคัญแหล่งแรก ที่มนุษยชาติได้ใช้ปัจจุบัน เป็นแหล่งพลังงานที่สาคัญในลาดับต้นๆ ของประเทศเกษตรกรรมและประเทศกาลังพัฒนา ล้วนต้องใช้ พ้ืนฐานในการเผาไหม้ จนถึงการยกระดับการใช้ด้วยการแปลงสภาพเป็นเชื้อเพลิงท่ีมีคุณภาพดีข้ึนชีวมวล ประกอบด้วยธาตุหลักๆ คือ คาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน รวมท้ังมีปริมาณของไนโตรเจนและธาตุอ่ืนๆ อกี เลก็ น้อยในรปู แบบของคาร์โบไฮเดรตหรือเซลลูโลส ชีวมวลน้ันมีอยู่มากมายท้ังที่ได้จากสิ่งมีชีวิต และยัง รวมไปถึงสง่ิ ต่างๆ ทมี่ ธี าตุคารบ์ อน ไฮโดรเจน ออกซิเจนเป็นองคป์ ระกอบ หลกั รูปแบบอื่นๆ โดยท่ัวไปชีวมวล จาแนกออกเปน็ 2 ประเภทหลักๆ คือ ชีวมวลชนิดไม้ (woody biomass) และชวี มวลชนิดไมใ่ ชไ่ ม้ (nonwoody biomass) ชีวมวลชนดิ ไม้ (ทงั้ ไมเ้ น้ือแข็งและไม้เน้อื อ่อน) ได้แก่ กง่ิ ไม้ (limb wood) เศษไม้ (wood chips) ขี้เลอื่ ย (sawdust) ถา่ นไม้ (charcoal) เศษเยื่อกระดาษ (pulp waste) เป็นต้น ส่วนชวี มวลที่ไม่ใช่ไม้ไดแ้ ก่ แกลบ (husks) ชานอ้อย (bagasse) ฟางข้าว (straws) เปลอื กเมลด็ (pits) และมูลสัตว์แหง้ (manure) เปน็ ต้น

3 2. สมบตั ขิ องเชื้อเพลิงชีวมวล 2.1 ค่าความร้อน ค่าความร้อน (heating value) คือ พลังงานความร้อนต่อหน่วยน้าหนักท่ีปล่อยออกมา จากการเผาไหม้เช้ือเพลิงที่มีจุดเร่ิมอยู่ท่ีอุณหภูมิอ้างอิง แล้วผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้มีอุณหภูมิสุดท้าย เท่ากับอุณหภูมินี้ ค่าความร้อนที่ใช้มีทั้งค่าความร้อนสูงและค่าความร้อนต่า ซ่ึงขึ้นอยู่กับสถานะของน้าที่ เป็นผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้คา่ ความรอ้ นตา่ คอื คา่ ความร้อนทใี่ ห้ออกมาหลังการเผาไหม้สมบูรณ์ เมื่อน้า ท่ีอยู่ในเช้ือเพลิงและท่ีเกิดจากผลผลิตการเผาไหม้อยู่ในสถานะไอ ส่วนค่าความร้อนสูง คือ ค่าความร้อนท่ี ให้ออกมาหลังการเผาไหม้สมบูรณ์ เม่ือน้าที่อยู่ในเชื้อเพลิงและที่เกิดจากผลผลิตการเผาไหม้อยู่ในสถานะ ของเหลว โดยคา่ ความร้อนมคี วามสัมพันธ์กบั คา่ ความร้อนตา่ ดังนี้ HHV (MJ/kg) = LHV (MJ/kg) + 0.02395 (9 H + MCt) ในการหาค่าความร้อน มักจะหาจากการทดลอง โดยใช้บอมบ์แคลอรีมิเตอร์ ค่าความร้อนของ ชีวมวล มีค่าประมาณกลางๆ คือ 10-20 MJ/kg โดยค่าความร้อนของชีวมวลกลุ่มไม้จะมีค่าสูงกว่ากลุ่ม ไม่ใช่ไม้เล็กน้อย ค่าความร้อนขึ้นอยู่กับองค์ประกอบและคุณสมบัติของเชื้อเพลิงในรูปของสัดส่วน คาร์บอน (C) ไฮโดรเจน (H) ออกซิเจน (O) ไนโตรเจน (N) และกามะถัน (S) หรือในรูปของสัดส่วน คารบ์ อนคงตวั (FC) สารระเหย (VM) ความชื้น (MCt) และเศษเถา้ หรือไดจ้ ากการใช้สูตรอย่างง่าย คานวณ เช่น สูตรของดูลอง (Dulong formula) โดยใช้ค่าสดั ส่วนโดยมวลของแตล่ ะธาตทุ เี่ กย่ี วข้อง HHV (MJ/kg) = 33.585 C + 141.924 H + 12.908 S – 15.327 O – 3.538 O2 สูตรของเดเมียบาส (Demirbas,1997) HHV (MJ/kg) = 33.5 C + 142.3 H – 15.4 O – 24.5 N HHV (MJ/kg) = 31.2 FC + 15.34 VM 2.2 ปรมิ าณความชน้ื ปริมาณความชื้น (moisture content) เป็นตัวบ่งชี้ถึงปริมาณของน้าที่มีอยู่ในวัสดุ เม่ือเทียบกับมวลของวัสดุชื้นหรือแห้ง ซึ่งสามารถแบ่งได้ 2 ลักษณะ ได้แก่ ความชื้นมาตรฐานเปียก คานวณไดจ้ ากสมการ

4 และความช้ืนมาตรฐานแหง้ คานวณไดจ้ าก 2.3 การวิเคราะหแ์ ละทดสอบสมบัตเิ ช้ือเพลิงชวี มวล โดยประมาณคา่ การวเิ คราะหโ์ ดยประมาณคา่ (proximate analysis) ใชส้ าหรบั การเปรยี บเทียบเช้ือเพลิง การวิเคราะห์แบบประมาณตามมาตรฐาน ASTM D3172 จะระบุปริมาณความช้ืน ปริมาณสารระเหย ท่ีเผาไหม้ได้ (volatile combustible matter) ปริมาณคาร์บอนคงตัว และปริมาณเถ้า ในการทดสอบ ดังกลา่ วมขี น้ั ตอนดังน้ี - ทาการบดชีวมวลให้เป็นผง และนาไปอบให้แห้งในเตาอบภายใต้อุณหภูมิประมาณ 105-110 °C จนได้น้าหนักคงที่ น้าหนักส่วนที่หายไปเมื่อเทียบกับน้าหนักเดิมคือปริมาณ ความชื้น - นาชวี มวลทีแ่ หง้ แล้วไปใหค้ วามร้อนในภาชนะปิด (เพื่อป้องกนั การเกิดออกซิเดชัน) ภายใต้อณุ หภูมิ 900 °C เพอ่ื ไล่สารระเหยท่เี ผาไหมไ้ ด้จนกระทั่งน้าหนักคงที่ น้าหนกั สว่ นท่ี หายไปคือ ปรมิ าณสารระเหยท่เี ผาไหม้ได้ - นาชวี มวลไปให้ความรอ้ นในภาชนะเปดิ ภายใต้อุณหภูมิ 750 °C เพ่ือให้เกิดการเผาไหม้ จนได้น้าหนักท่ีเหลือคงที่ น้าหนักที่เหลือคือน้าหนักของเถ้าและส่วนที่หายไปคือปริมาณ ของคารบ์ อนคงตวั 2.4 การเผาไหมช้ ีวมวล การเผาไหม้ชีวมวลเป็นกระบวนการในการเปล่ียนรูปชีวมวลเพ่ือการใช้ประโยชน์ด้าน พลังงานหรือเป็นเชื้อเพลิง ซ่ึงมีหลายวิธีข้ึนอยู่กับคุณสมบัติและประเภทของชีวมวล โดยท่ัวไป แบ่งเป็น 2 กระบวนการ คือ การเปล่ียนรูปทางชีวเคมี (Bio-chemical conversion) และการเปล่ียนรูป โดยความร้อน (Thermo-chemical conversion) การเปล่ียนรูปโดยความร้อน (Thermo-chemical conversion) เป็นการสลายพันธะเคมีของชีวมวลไปเป็นแหล่งพลังงานที่อยู่ในรูปของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ วิธีการเปล่ียนรูปโดยความร้อน ข้ึนอยู่กับชนิดหรือประเภทชีวมวลและเป้าหมายในการใช้งาน มีหลายวิธี เช่น การเผาไหม้โดยตรง (Combustion Process) เป็นปฏิกิริยาเคมีระหว่างออกซิเจนกับ คาร์บอนแล้วปลดปล่อยพลังงานความร้อนออกมา สามารถนาไปใช้ประโยชน์ได้ตามต้องการผลิตภัณฑ์ที่ได้ จากการเผาไหม้คือ CO2 และ H2O ซ่ึงการเผาไหม้ชีวมวลน้ัน มีกระบวนการการเกิดปฏิกิริยาเคมี ที่มีความซับซ้อน โดยการเผาไหม้น้ันจะเกิดกระบวนการทาให้เชื้อเพลิงแข็ง เกิดการเปลี่ยนรูปเป็นก๊าซ กอ่ นและค่อยเกิดการเผาไหม้ก๊าซ ซึ่งจะได้ความร้อนในลักษณะเปลวไฟ และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และ ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ และนา้ โดยสัดส่วนของก๊าซ CO และ CO2 ข้ึนอยู่กับประสิทธิภาพในการเผาไหม้ และปรมิ าณอากาศท่ใี ชใ้ นการเผาไหม้ โดยมีกลไกการเผาไหม้ ดังรูปท่ี 1

5 รูปท่ี 1 กลไกการเผาไหม้ชวี มวลและชน้ั อุณหภูมิ 2.5 การเผาไหมช้ ีวมวลในเตาทรงกระบอก เตาชีวมวลทรงกระบอกท่ีบรรจุเชื้อเพลิงเรียบร้อยแล้วจะมีลักษณะโครงสร้าง ดังรูปท่ี 2 ในการเริ่มต้นใช้งานจะใช้เปลวไฟ (จากไม้ฟืนติดไฟหรือกระดาษติดไฟ) จุดที่บริเวณปล่องอากาศเข้า ดา้ นลา่ ง เปลวไฟจะวิ่งเขา้ ไปตามช่องทางเดินอากาศภายในเตา ตามกระแสของอากาศร้อน ทาให้เชื้อเพลิง ในเตาเกิดการติดไฟ การสันดาปในช่วงแรกจะเกิดข้ึนบริเวณผิวแกนกลางของเชื้อเพลิงซึ่งจะเป็นลักษณะ การเผาไหม้แบบตรง (direct combustion) จนกระทั่งใช้งานไประยะหน่ึงเมื่ออุณหภูมิภายในเตาสูงข้ึน ประมาณ 1,000-1,200 องศาเซลเซียส จะเกิดกระบวนการแก๊สซิฟิเคชัน(gasification) ข้ึนภายในก้อน เช้อื เพลงิ ดงั แสดงในรูปท่ี 3 ซงึ่ กา๊ ซท่เี กดิ จากกระบวนการแกส๊ ซิฟิเคชันนี้ จะถูกเผาไหม้โดยเปลวไฟบริเวณ แกนกลางของก้อนเช้ือเพลิง ซ่ึงจะส่งผลให้เปลวไฟมีอุณหภูมิสูงข้ึนและมีมลพิษต่าเนื่องจาก คารบ์ อนมอนอกไซดถ์ กู เผาไหมซ้ ้าจนหมด รปู ท่ี 2 การเรม่ิ จดุ เตาและเกิดการเผาไหม้ในชว่ งเริ่มต้น

6 รปู ที่ 3 การเกดิ กระบวนการแก๊สซิฟิเคชนั (gasification) ขน้ึ ภายในก้อนเชอ้ื เพลงิ ในโซนเผาไหมช้ ีวมวลซ่งึ มอี งค์ประกอบหลักคือ คาร์บอน ไฮโดรเจนและออกซเิ จน ถูกเผาไหม้และ ได้ผลิตภัณฑ์คือ คาร์บอนไดออกไซด์และน้า และปลดปล่อยความร้อนสูงถึง 1,000-1,200 องศา เซลเซียส ในโซนรีดักชันก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้าจากกระบวนการเผาไหม้จะทาปฏิกิริยากับถ่าน (คาร์บอน) ที่อุณหภูมิ 700 – 900 องศาเซลเซียส ได้ก๊าซผลิตภัณฑ์เป็น ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ ก๊าซไฮโดรเจน และก๊าซมีเทน ซ่ึงเป็นก๊าซท่ีติดไฟได้ ในโซนไพโรไลซิส ความร้อนที่เหลือจาก กระบวนการรีดักชัน จะไปกลั่นสลายสารระเหยท่ีอยู่ใน เน้ือไม้จนหมด ทาให้ไม้กลายเป็นถ่าน (คารบ์ อน) กอ่ นจะเขา้ ไปสู่กระบวนการรีดักชันต่อไป ซ่ึงในโซนไพโรไลซิส นี้มีอุณหภูมิ 200 – 700 องศา เซลเซียส ความร้อนท่ีเหลือจากกระบวนการไพโรไลซีสประมาณ 100 – 200 องศาเซลเซียส จะทาให้ไอ น้าท่ีอยู่ในชีวมวลเกิดการระเหยออก ทาให้ชีวมวลแห้ง ซ่ึงเรียกว่ากระบวนการอบแห้ง โดยสรุป การเผา ไหมใ้ นเตาชวี มวลทรงกระบอกจงึ เปน็ การเผาไหม้ของชีวมวล (คาร์บอน) โดยตรงร่วมกับการเผาไหม้ก๊าซชีว มวล หรือ ก๊าซผลิตภัณฑ์ (producer gas) ที่เกิดจากชั้นเช้ือเพลิงที่อัดแน่น ทาให้ได้เปลวไฟท่ีสะอาดและ อุณหภูมเิ ปลวไฟสูงกว่าปกติ (เทียบกบั การเผาชีวมวลโดยทว่ั ไป งานวิจยั ท่เี กี่ยวข้อง กฤษฎางค์ ศกุ ระมูลและคณะ (2562) พลังงานชีวมวลเป็นหนึ่งในพลังงานทางเลือกท่ีช่วยลดการ ใช้เชื้อเพลงิ ฟอสซิลมีความน่าสนใจท่ี สามารถนาวัสดุที่เหลือทิ้งจากการเกษตรมาใช้เป็นเช้ือเพลิงชีวมวลได้ ประเทศไทยเป็นประเทศเกษตรกรรมมีเชื้อเพลิงจากชีวมวลเป็นจานวนมากจึงเหมาะสมท่ีจะศึกษาการ นาชีวมวลมาใช้ให้มีประสิทธิภาพต่อไป เตาผลิตก๊าชชีวมวลชนิดไหลขึ้น ท่ีออกแบบข้ึนนี้มีห้องเผาไหม้ เป็นทรงกระบอก ก๊าซชีวมวลท่ีได้จากการเผาในเตาชีวมวล ได้แก่ ก๊าซไฮโดรเจน และคาร์บอนมอนนอกไซด์ ถูกใช้เป็นเช้ือเพลิงในการเผาชิ้นงานในเตาเผาเซรามิกส์โดยมี ขนาดห้องเผา กว้าง 0.77 เมตร ยาว 0.8 เมตร สูง 0.78 เมตร ทาการเผาผลิตภัณฑ์เม็ดมะยมดินเผาจานวน 100 กิโลกรัม/วัน ความจุของถัง เชื้อเพลิงชีวมวลเท่ากับ 0.086 ลูกบาศก์เมตร ความจุของถังเติมเชื้อเพลิงชีวมวลทรง ส่ีเหลี่ยมคางหมู เท่ากบั 0.287 ลูกบาศก์เมตร ฐิติพร เจาะจง (2559) การศึกษาวิจัยน้ีเป็นการเปรียบเทียบฉนวนของเตาชีวมวล โดยใช้วัตถุดิบ ที่หาง่ายในชุมชน คือแกลบดา ดินร่วน และทราย การทดสอบประสิทธิภาพของเตาแก๊สและมวลที่ทาได้ โดยการต้มน้าเดือด (WBT) เตาแก๊สชีวมวลที่ใช้หลักการอินเวอร์สดาว์นดราฟแก๊สซิไฟเออร์ โดยใช้เวลา ในการทดสอบ 5 ช่ัวโมง ผลจากการทดสอบประสิทธิภาพของเตาชีวมวลพบว่า ในช่วง 5 นาทีแรกของ

7 การทดสอบยงั ไมม่ กี ารเผาไหม้เช้อื เพลงิ เนอื่ งจากเปน็ ช่วงท่ีเตาเร่ิมกระบวนการเผาไหม้จึงทาให้อุณหภูมิน้า เริ่มต้นเกิดการเปลี่ยนแปลงน้อยมาก แต่หลังจาก 5 นาทีไปจนถึง 30 นาที เป็นช่วงที่มีการเผาไหม้ ค่อนข้างสมบูรณ์ จึงทาให้อุณหภูมิน้าเดือดสูงสุด 100 องศาเซลเซียส เน่ืองจากเกิดการถ่ายเทพลังงาน ความร้อนในน้า หลังจาก 50 นาทีไปแล้ว อุณหภูมิของน้าค่อยๆลดลงตามลาดับจนเท่าอุณหภูมิน้าเร่ิมต้น จากการทดสอบพบวา่ เตาแกส๊ ชีวมวลทมี่ ีฉนวนเปน็ แกลบดามีประสิทธิภาพในการต้มน้าดีท่ีสุด รองลงมาคือ ดนิ รว่ น ทราย มีค่าเทา่ กับ 14.13% 11.70% และ 10.59% ตามลาดับ จากผลการทดลองพบว่าเตา แก๊สชีวมวล ท่ีมีฉนวนเป็นแกลบดาช่วยสะสมความร้อนให้กับเตาชีวมวล ทาให้เตาแก๊สชีวมวลมี ประสิทธิภาพมากกวา่ เตาแก๊สชีวมวลจากฉนวนชนิดอืน่ ๆ ชนธกานต์ และคณะ (2560) ทางผู้วิจัยทาการออกแบบและพัฒนาเตาชีวมวลเพื่อให้มี ประสิทธิภาพสูงสามารถใช้กับเช้ือเพลิงได้หลากหลายขนาด และลดต้นทุนการผลิต โดยทาการออกแบบ และพัฒนาหาขนาดอัตราส่วนห้องเผาไหม้ท่ีเหมาะสม ทดสอบวัสดุฉนวน โดยใช้ปูนซีเมนต์ผสมทราย ในอัตราส่วน 1 : 5 และออกแบบเตาก๊าซชีวมวลที่สามารถใช้กับเชื้อเพลิงขนาดยาว ผลการทดสอบด้วย การต้มน้าพบว่าเตาก๊าซชีวมวลอัตราส่วนห้องเผาไหม้หลักกับห้องเผาไหม้ซ้าขนาดที่เหมาะสมที่สุดคือ อตั ราส่วนเส้นผ่าศนู ย์กลาง 2.17 อตั ราความสูง 1.67 โดยใช้ปูนซีเมนต์กรุห้องเผาไหม้ให้ประสิทธิภาพ9สูง ท่ีสดุ ท่ี 33.58% โดยมอี ตั ราการเผาไหมป้ ระมาณ 40-60 นาที ตอ่ ปรมิ าณถ่าน 1 กิโลกรมั ตอ่ ครง้ั มูลนิธิพลังงานและส่ิงแวดล้อม (มพส.) (2559) ได้นาเอาเตาแก๊สชีวมวลแบบใช้แกลบจาก มหาวิทยาลัยแม่โจ้มาส่งเสริมการใช้งานให้กับชุมชนในจังหวัดพื้นที่แม่ฮ่องสอน เตาชีวมวลแกลบที่ใช้เป็น แบบเติมเช้ือเพลิงได้ 1.5 kg./ ครั้ง ใช้งานอยู่ได้ในช่วงเวลา 30-40 นาที มีพัดลมไฟฟ้ากระแสตรงเป่า อากาศขนาด 12V/1.5A เป่าอากาศเข้าเตาชีวมวลช่วยประหยัดฟืนและก๊าซหุงต้มได้ ประมาณ 20-30% หรอื เทยี บเท่าการใชฟ้ ืนในครวั เรือนละ 30-40 kg./ปี และทีส่ าคัญยังสามารถช่วยลดปัญหาหมอกควันจาก การเผาแกลบ มีประสิทธิภาพความรอ้ น 14% (จติ าภรณ์, 2556)

8 บทที่ 3 อปุ กรณแ์ ละวิธีการดาเนินงาน โครงงานฉบบั น้ีจดั ทาเพ่อื ประดิษฐ์เตาประหยัดพลังงานและศึกษาประสิทธิภาพในการเผาไหม้ของ เตาชีวมวล นาวัสดุเหลือใช้มาทาให้เกิดประโยชน์ ลดต้นทุนค่าใช้จ่ายในการหุงต้มในครัวเรือน และยัง สามารถลดมลพษิ ท่ีเกดิ จากการเผาไม้ ซ่ึงเป็นสาเหตขุ องการเกดิ ภาวะโลกรอ้ นอีกด้วย วสั ดุ/ อุปกรณ์ 1. ถังน้ายาแอร์รถยนต์ 2. ถังเหล็ก 3. ฐานรองเตา 4. สกนู ๊อต สาหรบั ยึดฐานรองเตา 5. สวา่ น 6. ค้อน ตะปู 7. ถ่าน ชานอ้อย ใบไม้แหง้ สาหรับใช้เป็นเชอ้ื เพลงิ 8. ตูเ้ ชือ่ มไฟฟา้ 9. เจียรตัดเหลก็ 10. สเปรยส์ ีขาว ขนั้ ตอนการผลติ เตาชีวมวล 1. นาถงั นา้ ยาแอรม์ าตัดบรเิ วรปากถงั เพื่อใช้สาหรบั ทาเป็นเตาชีวมวล 2. เจาะชอ่ งลมบริเวณดา้ นล่างของถงั เพ่ือให้ลมเขา้ ออก 3. ทาขาต้ังฐานของเตา เพ่ือให้เตาทรงตัวได้ 4. นาถงั เหลก็ (ถงั ส)ี มาเจาะรูบรเิ วณกน้ กระป๋อง และข้างกระป๋องเพ่ือเป็นช่องรับลม 5. การประกอบเตาชีวมวล ให้นากระปอ๋ งใบเล็กใส่เขา้ ไปในปากถงั นา้ ยาแอร์ที่ตัดไว้ ให้ปากของ กระปอ๋ งถังสตี รงกับปากถังนา้ ยาแอร์พอดี ๖. เจาะรูยดึ กระป๋องและถงั น้ายาแอร์ 7. นาฐานรองหมอ้ มาวางดา้ นบน ใช้สกนู ๊อตยึดฐานรองหม้อ ภาพตัวอยา่ งเตาชีวมวล ทม่ี า : ชนธกานต์ และคณะ (2560)

9 บทท่ี 4 ผลการดาเนินการและอภปิ รายผล จากการทาโครงงานในคร้ังนี้ มีวัตถุประสงค์การดาเนินการจัดทาโครงงานเพ่ือประดิษฐ์เตา ประหยัดพลังงานและศึกษาประสิทธิภาพในการเผาไหม้ของเตาชีวมวล นาวัสดุเหลือใช้มาทาให้เกิด ประโยชน์ ลดต้นทนุ คา่ ใช้จา่ ยในการหุงตม้ ในครัวเรอื น และยังสามารถลดมลพิษท่ีเกิดจากการเผาไม้ ซึ่งเป็น สาเหตุของการเกิดภาวะโลกรอ้ นอกี ดว้ ย ลาดบั ท่ี ขน้ั ตอนการดาเนนิ งาน ปัญหาอุปสรรค/แนวทางแก้ไข 1 ข้นั วางแผน ปญั หา/อุปสรรค 1. ศึกษาและหาข้อมูล สมาชิกในกลมุ่ ตกลงทจ่ี ะทาโครงงานอะไร 2. นาเสนอหวั ข้อโครงงาน แนวทางแก้ไข 3. ส่งแบบรา่ งโครงงาน เสนอความคิดเหน็ แนวทางการดาเนินการ และลง มตกิ ันไดว้ า่ จะทาโครงงานอะไร 2 ข้ันเตรยี ม ปญั หา/อุปสรรค 1. จัดหาวัสดุ/อปุ กรณ์ ไม่มี 2. ทดลองการทาโครงงาน 3 ขัน้ ดาเนนิ การ ปัญหา/อุปสรรค 1. เรม่ิ ปฏบิ ัติและลงมือทา ครง้ั ที่ 1 เชอ้ื เพลงิ จากใบไม้แห้งมอี ัตราการเผาไหม้ 2. จดั ทารูปเล่มโครงงาน รวดเร็วและดบั เรว็ คร้งั ท่ี 2 เช้ือเพลงิ จากชานออ้ ยมอี ตั ราการเผาไหม้ รวดเรว็ และดับชา้ กวา่ ใบไมแ้ ห้ง ครง้ั ท่ี 3 เชอื้ เพลงิ จากถ่าน มีอตั ราการเผาไหมช้ า้ และมเี ช้อื เพลงิ สาหรบั หุงต้มได้นานที่สดุ แนวทางแก้ปญั หา ถ้าใช้ในการหุงตม้ ควรใชถ้ ่านดีกว่าชานอ้อยและ ใบไม้แห้ง 4 ขนั้ ประเมนิ ผล ปญั หา/อุปสรรค 1.ตรวจสอบประสทิ ธภิ าพ ไมม่ ี การทางานของช้นิ งาน 2. บนั ทึกผลสรุปผล - 3. นาเสนอโครงงาน - จากผลการประดิษฐ์เตาประหยดั พลังงานและศกึ ษาประสทิ ธภิ าพในการเผาไหม้ของเตาชีวมวล นา วัสดุเหลอื ใชม้ าทาใหเ้ กดิ ประโยชน์ ลดต้นทุนค่าใช้จ่ายในการหุงต้มในครัวเรือน และยังสามารถลดมลพิษท่ี เกดิ จากการเผาไม้ ซง่ึ เป็นสาเหตุของการเกดิ ภาวะโลกร้อนอีกด้วย โดยการศึกษาประสิทธิภาพของเตาชีวมวล พบวา่ คร้ังท่ี 1 เชือ้ เพลงิ จากใบไมแ้ หง้ มอี ัตราการเผาไหม้รวดเรว็ และดบั เร็ว ครั้งท่ี 2 เชื้อเพลงิ จากชานอ้อยมอี ตั ราการเผาไหม้รวดเร็วและดบั ช้ากวา่ ใบไม้แห้ง ครัง้ ที่ 3 เชอื้ เพลิงจากถา่ น มีอตั ราการเผาไหม้ชา้ และมเี ชื้อเพลงิ สาหรบั หงุ ต้มไดน้ านทีส่ ุด

10 บทท่ี 5 สรุปผลการดาเนนิ การและข้อเสนอแนะ จากผลการประดิษฐ์เตาประหยัดพลังงานและศึกษาประสิทธิภาพในการเผาไหม้ของเตา ชวี มวล นาวสั ดเุ หลือใช้มาทาให้เกิดประโยชน์ ลดต้นทุนค่าใช้จ่ายในการหุงต้มในครัวเรือน และยังสามารถ ลดมลพิษทีเ่ กดิ จากการเผาไม้ ซ่ึงเป็นสาเหตขุ องการเกิดภาวะโลกร้อนอกี ดว้ ย โดยการศึกษาประสทิ ธิภาพของเตาชวี มวล พบว่า ครงั้ ท่ี 1 เชอ้ื เพลงิ จากใบไมแ้ ห้งมอี ัตราการเผาไหมร้ วดเร็วและดับเรว็ ครั้งที่ 2 เช้อื เพลงิ จากชานอ้อยมอี ตั ราการเผาไหม้รวดเร็วและดับชา้ กวา่ ใบไม้แห้ง ครั้งที่ 3 เชื้อเพลิงจากถา่ น มีอัตราการเผาไหมช้ า้ และมีเชือ้ เพลงิ สาหรับหงุ ต้มได้นานที่สุด ซง่ึ จากการทดสอบ ถา้ ใช้ในการหงุ ต้มควรใช้ถา่ น ดีกวา่ ชานออ้ ยและใบไมแ้ ห้ง ข้อเสนอแนะ 1. สามารถพัฒนาตอ่ ยอดทาเตาชวี มวลจากความคดิ สรา้ งสรรค์จากวัสดุทค่ี งทนสรา้ งอาชีพ ที่ย่งั ยืนได้ 2. สามารถนาไปใชก้ บั วัสดเุ หลือใช้จากการเกษตร เช่น เศษไม้ เศษซากอ้อย ซงั ข้าวโพด มาใช้ ทดแทนถ่าน เพื่อลดปรมิ าณการใชพ้ ลงั งานเชอ้ื เพลงิ ได้มากยง่ิ ข้ึน

11 เอกสารอ้างองิ กฤษฎางค์ ศุกระมลู และคณะ. 2562 เทคโนโลยีการเปลีย่ นชีวมวล. กรงุ เทพฯ: สมาคมสง่ เสริมเทคโนโลยี (ไทย-ญี่ปุน่ ) กรมพฒั นาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลงั งาน. 2555. แผนพัฒนาพลังงานทดแทนและพัฒนา พลังงาน ทางเลอื ก 10. [ระบบออนไลน์]. แหล่งท่ีมาhttp://www.dede.do.th/dede/images/stories/ dede_aedp_2012_2021.pdf (15 สิงหาคม 2557). __________. 2556ก. ชีวมวล. [ระบบออนไลน์]. แหลง่ ที่มา http://biomass.dede.go.th/biomass_ web/index.html (28 เมษายน 2560). ชนธกานต์ ใสย่ิง และจกั รกฤศ ใครโ้ ทง้ . 2560. การพัฒนาและเพ่ิมประสิทธิภาพเตาชวี มวลสาหรับ ครวั เรือน. เชียงใหม่: มหาวิยาลยั แม่โจ้ ฐิตกิ ร บญุ ชูวงค.์ 2551. การผลิตโปรดวิ เซอรแ์ กส๊ โดยใช้เศษผักเปน็ เช้ือเพลิงเพื่อนาความรอ้ นทิ้งจาก การเผาของเสียทางเคมไี ปใช้ผลิตเคร่อื งปน้ั ดินเผา. วิทยาลัยนพิ นธ์ปริญญาโท. มหาวิทยาลยั เทคโนโลยพี ระจอมเกล้าธนบุรี. มูลนธิ พิ ลังงานเพ่ือสง่ิ แวดล้อม. 2559. ผลงานมูลนิธพิ ลังงานเพอ่ื ส่ิงแวดล้อมประจาปี พ.ศ.2544- 2555. กรงุ เทพฯ: มลู นิธพิ ลังงานและส่ิงแวดล้อม

12 ภาคผนวก

13 การประกอบเตาชวี มวลประหยัดพลังงาน

14

15

16

17

18