พลังงานจากขยะ ( Waste energy)

เรียบเรียงโดยนายเกศฎา บวั จนั ทร์สาขาชา่ งไฟฟ้ ากาลงั (ม6)วิทยาลยั เทคนิกสโุ ขทยั

1 พลงั งานจากขยะ Waste energy การผลติ เชื้อเพลงิ ขยะ (Refuse Derived Fuel, RDF) จุดเริ่มตน้ ของกมาใชเ้ ช้ือเพลิงขยะจะเริ่มจากการใชข้ ยะมลู ฝอยท่ีเกบ็ รวบรวม ไดไ้ ปใชใ้ นการเผาไหมโ้ ดยตรง ซ่ึงมกั ก่อใหเ้ กิดความยงุ่ ยากในการใชง้ าน เนื่องจากความไม่แน่นอนและไม่สม่าเสมอในองคป์ ระกอบต่างๆ (Non-homogeneousness) ท่ีประกอบกนั ข้ึนเป็นขยะมลู ฝอย ซ่ึงเปล่ียนแปลงไปตามชุมชนและตามฤดูกาล อีกท้งั ขยะมูลฝอยเหล่าน้ีมีค่าความร้อนต่า มีปริมาณเถา้และความช้ืนสูง สิ่งเหล่าน้ีก่อความยงุ่ ยากใหก้ บั ผอู้ อกแบบโรงเผาและผปู้ ฏิบตั ิ และยงั ควบคุมการเกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดลอ้ มไดย้ าก การแปรรูปขยะมลู ฝอยโดยผา่ นกระบวนการจดั การต่างๆ เพ่ือปรับปรุงคุณสมบตั ิทางกายภาพและคุณสมบตั ิทางเคมีของขยะมลู ฝอยเพือ่ ทาใหก้ ลายเป็นเช้ือเพลิงขยะ (Refuse Derived Fuel, RDF) จะสามารถแกป้ ัญหาดงั กล่าวมาขา้ งตน้ ได้ ซ่ึงเช้ือเพลิงท่ีไดน้ ้นัสามารถนาไปใชเ้ ป็นเช้ือเพลิงเพือ่ ผลิตพลงั งานได้ เชื้อเพลงิ ขยะ (RDF) เป็นการปรับปรุงและแปลงสภาพของขยะมูลฝอย ใหเ้ ป็นเช้ือเพลิงแขง็ที่มีคุณสมบตั ิในดา้ นคา่ ความร้อน (Heating Value) ความช้ืนต่า มีขนาดและความหนาแน่นเหมาะสมในการขนยา้ ย หรือการเผา และมีองคป์ ระกอบท้งั ทางเคมีและกายภาพสม่าเสมอคุณลกั ษณะทว่ั ไปของเช้ือเพลิงขยะประกอบดว้ ย ปลอดเช้ือโรคจากการอบดว้ ยความร้อน ลดความเส่ียงต่อการสัมผสั เช้ือโรค ไมม่ ีกล่ิน มีขนาดเหมาะสมต่อการป้ อนเตาเผา-หมอ้ ไอน้า (เส้นผา่ นศนู ยก์ ลาง 15-30 มิลลิเมตรความยาว 30-150 มิลลิเมตร) มีความหนาแน่นมากกวา่ ขยะมูลฝอยและชีวมวลทวั่ ไป (450-600 kg/m3) เหมาะสมต่อการจดั เก็บ และขนส่ง มีคา่ ความร้อนสูงเทียบเทา่ กบั ชีวมวล (~ 13-18 MJ/kg) และมีความช้ืนต่า (~ 5-10%) ลดปัญหามลภาวะจากการเผาไหม้ เช่น NOx และไดออกซินและฟูราน หลกั การทางานของเทคโนโลยนี ้ี เริ่มจากการคดั แยกขยะท่ีไม่สามารถเผาไหมไ้ ด้ (โลหะแกว้ เศษหิน) ขยะอนั ตราย และขยะรีไซเคิลออกจาก มีเหลือเพียงขยะท่ีเผาไดป้ ระกอบดว้ ย ขยะอินทรีย์ ไม้ ผา้ ยาง หนงั ใสจุดน้ีอาจจะมีการแยกซากขยะอินทรีย์ ซ่ึงไดแ้ ก่ เศษอาหาร เศษผกั ผลไม้ออก เพ่ือนาไปหมกั ผลิตกา๊ ซชีวภาพต่อไป ขยะท่ีเผาไดอ้ ่ืนๆ จะถูกส่งเขา้ เคร่ืองสับ-ยอ่ ยเพื่อลดขนาด และเขา้ เตาอบเพือ่ ลดความช้ืนขยะ ขยะแหง้ จะมีใหน้ ้าหนกั ลดลงเกือบ 50% (สาหรับความช้ืนเหลือไม่เกิน 15%) ในข้นั ตอนสุดทา้ ย ขยะจะถูกส่งไปเขา้ เครื่องอดั เมด็ เพอ่ื ทาใหไ้ ด้เช้ือเพลิงขยะอดั เมด็ ที่มีขนาดและความหนาแน่นเหมาะสม ในข้นั ตอนของการอดั เมด็ อาจมีการเติม

2หินปูน (CaO) เขา้ ไป เพอื่ ควบคุมและลดปริมาณก๊าซพิษท่ีเกิด ข้ึนจากการเผาไหม้ เช้ือเพลิงขยะจะเป็นไปตามมาตรฐาน ASTM E-75 ในตอนน้ีเช้ือเพลิงจากขยะกพ็ ร้อมที่จะเผาแลว้ นาความร้อนท่ีได้ไปตม้ น้าเพ่อื ผลิตกระแสไฟฟ้ าต่อไป ก๊าซชีวภาพ ก๊าซชีวภาพกา๊ ซท่ีเกิดข้ึนตามธรรมชาติจากการหมกั ยอ่ ยสลายของสารอินทรียภ์ ายใตส้ ภาวะท่ีปราศจากออกซิเจน(anaerobic digestion) ก๊าซชีวภาพโดยทวั่ ไปจะประกอบดว้ ย แก๊สมีเทน(CH4)ประมาณ 50-70% และกา๊ ซคาร์บอนไดออกไซด์ CO2 ประมาณ 30-40% ส่วนที่เหลือเป็ นแกส๊ ชนิดอื่นๆ เช่น ไฮโดเจน H2 ออกซิเจน O2 ไฮโดรเจนซลั ไฟด์ H2S ไนโตรเจน N และไอน้า แตเ่ มื่อเรากล่าวถึงกา๊ ซชีวภาพเรามกั จะหมายถึงกา๊ ซมีเทน โดยหลกั การ ก๊าซมีเทนจะเกิดการหมกั(fermentation) ของสารอินทรีย์ โดยกระบวนการน้ีสามารถเกิดข้ึนไดใ้ นหลุมขยะ กองมลู สตั ว์ และกน้ บอ่ แหล่งน้าน่ิง กล่าวคือเม่ือไหร่ก็ตามที่มีสารอินทรียห์ มกั รวมกนั เป็ นเวลานานก็อาจเกิดก๊าซชีวภาพ กา๊ ซชีวภาพท่ีแตกตา่ งกนั จะมีสดั ส่วนของก๊าซมีเทนและกา๊ ซอ่ืนๆท่ีแตกตา่ งกนั ซ่ึงก็จะมีวธิ ีการผลิตและวตั ถุท่ีนามาผลิตที่แตกตา่ งกนั โรงผลิตแก๊สชีวภาพโดยทว่ั ไปจะใชม้ ูลสุกร น้าเสียจากโรงงานแป้ งมนั โรงงานปาลม์ โรงหมกั เบียร์ โรงกลนั่ สุรา และโรงงานแปรรูปอาหาร รวมท้งัน้าเสียจากฟาร์มเล้ียงสัตว์ การนากา๊ ซชีวภาพไปใชจ้ าเป็นตอ้ งมีการปรับปรุงซ่ึงสรุปเป็ นสามขอ้ ดงั น้ีการปรับปรุงคุณภาพก๊าซชีวภาพ (Gas Purification) ก่อนการนาไปใชง้ านมีข้นั ตอนดงั น้ี 1. การดกั น้าในท่อส่งก๊าซชีวภาพ ปกติแลว้ กา๊ ซชีวภาพท่ีผลิตไดม้ กั จะมีความช้ืนสูงเกือบถึงจุดอ่ิมตวั เมื่อกา๊ ซชีวภาพไหลผา่ นทอ่ ส่งก๊าซที่ฝังอยใู่ นดินที่มีอุณหภมู ิต่ามกั จะทา ใหค้ วามช้ืน(ไอน้า) ในกา๊ ซชีวภาพกลนั่ ตวั เป็นหยดน้าและสะสมจนเกิดเป็นอุปสรรคในการส่งกา๊ ซไปตามท่อได้ ดงั น้นั ตอ้ งมีการติดต้งั ชุดดกั น้าก่อนนากา๊ ซชีวภาพไปใชง้ าน 2. ปรับลดปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) การปรับลดปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) จากกา๊ ซชีวภาพน้ีจะปฏิบตั ิกต็ ่อเม่ือมีความจาเป็น เช่น ในกรณีที่ก๊าซชีวภาพท่ีไดม้ ีสัดส่วนของก๊าซมีเทน (CH4) ต่ามากจนอยใู่ นระดบั ท่ีจุดไฟติดยาก คือประมาณเปอร์เซ็นต์ CH4 นอ้ ยกวา่ 45 เปอร์เซ็นต์ แตใ่ นระบบผลิตก๊าซชีวภาพสาหรับฟาร์มสุกรน้นั ไม่มีปัญหาในเรื่องน้ี ดงั น้นั การลดปริมาณกา๊ ซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) จึงไม่จาเป็ น

3 3. การปรับลดก๊าซไฮโดรเจนซลั ไฟด์ (H2S) การปรับลดก๊าซไฮโดรเจนซลั ไฟด์ (H2S) ท่ีปนเป้ื อนในกา๊ ซชีวภาพน้นั มีคุณสมบตั ิเป็นก๊าซพษิ และเมื่อสมั ผสั กบั น้า หรือไอน้าจะเปลี่ยนสภาพเป็ นกรดซลั ฟรู ิค (H2SO4) ซ่ึงเป็นสาเหตุของฝนกรดหรือไอกรดท่ีสามารถกดั กร่อนโลหะและวสั ดุอุปกรณ์ได้ ดงั น้นั การลดปริมาณกา๊ ซไฮโดรเจนซลั ไฟด์ (H2S) ในกา๊ ซชีวภาพก่อนการนาไปใชป้ ระโยชน์น้นั จะเป็นผลดีต่อส่ิงแวดลอ้ มโดยทว่ั ไป และจะช่วยยดื อายุการใชง้ านของอุปกรณ์ใชก้ า๊ ซดว้ ยการผลิตพลงั งานไฟฟ้ าจาก กา๊ ซชีวภาพสามารถกระทาไดด้ ว้ ยวธิ ีหลกั ๆ 3 วธิ ี กล่าวคือ 3.1 ระบบกงั หนั ไอน้า 3.2 ระบบกงั หนั กา๊ ซเดินคูก่ บั ระบบกงั หนั ไอน้า 3.3 ระบบเครื่องยนตก์ ๊าซสนั ดาปภายใน 1. การผลิตพลงั งานไฟฟ้ าดว้ ยระบบกงั หนั ไอน้า วธิ ีน้ีเป็นวธิ ีท่ีใชก้ นั ทวั่ ไป โดยระบบกงั หนั ไอน้าแต่ละระบบจะต่างกนั ตรงชนิดเช้ือเพลิงท่ีนามาเผาใหค้ วามร้อนแก่หมอ้ น้าเท่าน้นั ระบบน้ีเป็นการนากา๊ ซชีวภาพมาเผาเพ่ือตม้ น้าในหมอ้ น้าโดยตรงใหก้ ลายเป็นไอน้า จากน้นั ใชไ้ อน้าไปหมุนกงั หนั ไอน้าที่ต่อกบั เคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ าอีกทอดหน่ึง อุปกรณ์หลกั ประกอบดว้ ย เตาเผาก๊าซชีวภาพ หมอ้ น้า (BOILER) ระบบจา่ ยน้าและบาบดั น้าเคร่ืองควบแน่น (CONDENSER) หอหล่อเยน็ (COOLING TOWER) กงั หนั ไอน้า (TURBINE)และเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ า ซ่ึงประกอบดว้ ยอุปกรณ์สาคญั ที่ซบั ซอ้ นหลายชนิด

4 2. การผลิตพลงั งานไฟฟ้ าดว้ ยระบบกงั หนั ก๊าซเดินคูก่ บั ระบบกงั หนั ไอน้า วธิ ีน้ีน่าจะมีประสิทธิภาพดีท่ีสุด หลกั การทางานก็คือ ใชร้ ะบบกงั หนั กา๊ ซชนิดเดียวกบั ท่ีใช้ในเคร่ืองบินไอพ่น โดยอดั อากาศผา่ นเคร่ืองอดั ความดนั สูง แลว้ นาอากาศความดนั สูงท่ีไดม้ าเผาร่วมกบั กา๊ ซชีวภาพในหอ้ งเผาไหม้ ซ่ึงทาใหก้ ๊าซท่ีเผาไหมแ้ ลว้ เกิดการขยายตวั ทนั ที กลายเป็นพลงั งานไปหมุนเครื่องกาเนิดไฟฟ้ า เน่ืองจากกา๊ ซเสีย (ก๊าซผสม ท่ีปล่อยทิ้ง) มีอุณหภูมิสูงถึง 450– 550 องศา ดงั น้นั จึงสามารถนาไปใชใ้ หค้ วามร้อนแก่หมอ้ น้า เพ่ือไปหมุนกงั หนั ไอน้าท่ีใชข้ บั เคล่ือนเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ าไดอ้ ีกทอดหน่ึง ระบบน้ีใหป้ ระสิทธิภาพโดยรวมประมาณ 30% 3. การผลิตพลงั งานไฟฟ้ าดว้ ยระบบเคร่ืองยนตก์ ๊าซสันดาปภายใน เคร่ืองยนตส์ นั ดาปภายในเคร่ืองแรกที่ใชก้ า๊ ซเป็ นเช้ือเพลิง ผลิตข้ึนในปี ค.ศ.1876 ที่ประเทศเยอรมนั นี ต่อมาอีก 10 ปี เคร่ืองยนตส์ นั ดาปภายใน 4 จงั หวะท่ีใชน้ ้ามนั เป็นเช้ือเพลิงไดถ้ ือกาเนิดข้ึนท่ีเยอรมนั เช่นกนั สาหรับเคร่ืองยนตส์ นั ดาปภายในที่ใชก้ ๊าซธรรมชาติและใชก้ ๊าซชีวภาพน้นัการทางานของเครื่องยนตจ์ ะมีลกั ษณะเหมือนกบั การทางานของเคร่ืองยนตใ์ นรถยนตท์ ี่ใชน้ ้ามนัเบนซิน ซ่ึงตอ้ งมีการจุดระเบิดโดยใชห้ วั เทียน แตม่ ีส่วนประกอบหรือชิ้นส่วนต่างๆ เหมือนกบัเคร่ืองยนตด์ ีเซลมากกวา่ โดยก๊าซที่เผาไหมใ้ นกระบอกสูบของเคร่ืองยนตก์ ๊าซสันดาปภายในที่จุดศูนยก์ ลาง อาจมีอุณหภูมิสูงถึง 1,400 องศา ทาใหป้ ระสิทธิภาพของการผลิตไฟฟ้ าดว้ ยระบบน้ีสูงกวา่ ระบบที่ใชก้ งั หนั ก๊าซ เดินคูก่ บั ระบบกงั หนั ไอน้าโดยมีค่าอยทู่ ่ี 32– 40 % และคา่ เฉล่ียทวั่ ไปจะอยทู่ ่ี 35%

5แหลง่ ข้อมลู อ้างองิ การผลติ ไฟฟ้ าจากขยะ http://www.vcharkarn.com/varticle/42732 วนั ท่ี 20/7/2560