Biogas

ก๊าซชีวภาพคืออะไร

ก๊าซชีวภาพ (Biogas) หรือ ไบโอก๊าซ คือ ก๊าซที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติที่ได้จากการย่อยสลายอินทรียวัตถุในสภาวะไร้ออกซิเจน (Anaerobic Digestion) ภายใต้อุณหภูมิและความชื้นที่เหมาะสม ซึ่งจะได้เป็นก๊าซชีวภาพที่ประกอบด้วยก๊าซหลายชนิด ได้แก่ ก๊าซมีเทน (CH₄) ประมาณร้อยละ 50-70 ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) ประมาณร้อยละ 30-50 ส่วนที่เหลืออีกประมาณร้อยละ 1-2 จะเป็นก๊าซออกซิเจน (O₂) ก๊าซไฮโดรเจน (H₂) ก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H₂S) ก๊าซไนโตรเจน (N₂) ก๊าซแอมโมเนีย (NH₃) และไอน้ำ ขึ้นอยู่กับสภาวะของกระบวนการหมักย่อยและลักษณะคุณสมบัติของอินทรียวัตถุ ซึ่งจะมีผลทำให้อัตราส่วนประกอบของก๊าซชีวภาพมีความแตกต่างกัน โดยก๊าซที่ได้เหล่านี้สามารถนำมาเป็นเชื้อเพลิงเพื่อใช้ประโยชน์ในการหุงต้ม ให้แสงสว่าง หรือนำมาเป็นเชื้อเพลิงในการผลิตกระแสไฟฟ้าได้ โดยก๊าซชีวภาพ 1 ลูกบาศก์เมตรสามารถนำมาใช้ทดแทนพลังงานเชื้อเพลิงจากแหล่งอื่น ๆ ได้ ดังนี้

• เทียบเท่า ก๊าซหุงต้ม (LPG) 0.46 กรัม
• เทียบเท่า น้ำมันดีเซล 0.60 ลิตร
• เทียบเท่า น้ำมันเตา 0.55 ลิตร
• เทียบเท่า ไฟฟ้า 1.20 กิโลวัตต์/ชั่วโมง (ถ้าข้อมูลทั่วไปจะอยู่ประมาณ 1.2 ขึ้นอยู่กับชนิดของเครื่องยนต์ที่ผลิต แต่ถ้าเป็นที่แม่แตง ก๊าซชีวภาพ 1 ลูกบาศก์เมตรจะผลิตกระแสไฟฟ้าได้ ประมาณ 1.9-2 ลูกบาศก์เมตร โดยใช้เครื่อง Generator รุ่น GE-420)

วัตถุดิบที่เหมาะสมสำหรับการผลิตก๊าซชีวภาพ

วัตถุดิบที่เหมาะสมสำหรับการผลิตก๊าซชีวภาพจะต้องมีคุณสมบัติ คือ เป็นสารอินทรีย์ที่ย่อยสลายได้ง่ายและมีคุณสมบัติอื่น ๆ ที่เหมาะสมต่อการย่อยสลายแบบไร้อากาศ อาทิ เศษอาหาร ขยะอินทรีย์ ของเสียจากอุตสาหกรรม ของเสียจากการเกษตร ของเสียจากสัตว์ และพืชต่าง ๆ

โดยในปัจจุบัน หญ้าเนเปียร์เป็นหนึ่งในพืชพลังงานที่มีความน่าสนใจและมีศักยภาพสูงในการนำมาผลิตก๊าซชีวภาพ เนื่องจากให้ปริมาณก๊าซมีเทนสูง แต่มีต้นทุนในการเพาะปลูกต่ำ เนื่องจากเพาะปลูกครั้งเดียวเก็บเกี่ยวผลผลิตได้ 5-6 ปี ขยายพันธุ์ง่ายและรวดเร็ว

การผลิตสารปรับปรุงดิน ผลพลอยได้ที่ได้จากกระบวนการผลิตก๊าซชีวภาพ

ในกระบวนการผลิตก๊าซชีวภาพจะมีของเหลือ ซึ่งก็คือกากตะกอนที่ได้จากการหมักก๊าซชีวภาพซึ่งจุลินทรีย์ในระบบไร้ออกซิเจนย่อยสลายจนเกือบหมดแล้ว กากตะกอนที่ได้นี้สามารถนำมาต่อยอดผลิตเป็นสารปรับปรุงดินและน้ำหมักชีวภาพที่เกิดจากวัสดุที่เป็นอินทรีย์ทั้งหมดและอุดมไปด้วยธาตุอาหารจำเป็นสำหรับพืช เช่น ฟอสฟอรัส โพแทสเซียม เป็นต้น ซึ่งเป็นสารปรับปรุงดินที่มีคุณภาพดี มีประโยชน์ต่อภาคการเกษตร หรือนำไปต่อยอดการผลิตในเชิงพาณิชย์ได้อีกด้วย

การผลิตพลังงานไฟฟ้าจากก๊าซชีวภาพ

การผลิตพลังงานไฟฟ้าจากก๊าซชีวภาพ สามารถทำได้ด้วยวิธีหลัก ๆ 3 วิธี ได้แก่

• การผลิตพลังงานไฟฟ้าจากก๊าซชีวภาพด้วยระบบกังหันไอน้ำ
  ระบบนี้เป็นการนำก๊าซชีวภาพมาเผาเพื่อต้มน้ำในหม้อน้ำให้กลายเป็นไอน้ำ จากนั้นจะใช้ไอน้ำไปหมุนกังหันไอน้ำที่ต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอีกทอดหนึ่ง อุปกรณ์หลักประกอบด้วยเตาเผาก๊าซชีวภาพ หม้อน้ำ (Boiler) ระบบจ่ายน้ำและบำบัดน้ำ เครื่องควบแน่น (Condenser) หอหล่อเย็น (Cooling Tower) กังหันไอน้ำ (Turbine) และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
• การผลิตพลังงานไฟฟ้าจากก๊าซชีวภาพด้วยระบบกังหันก๊าซเดินคู่กับระบบกังหันไอน้ำ
  หลักการทำงานของวิธีนี้คือการใช้ระบบกังหันก๊าซชนิดเดียวกับที่ใช้ในเครื่องบินไอพ่น โดยอัดอากาศผ่านเครื่องอัดความดันสูง แล้วนำอากาศความดันสูงที่ได้มาเผาร่วมกับก๊าซชีวภาพในห้องเผาไหม้ ซึ่งทำให้ก๊าซที่เผาไหม้แล้วเกิดการขยายตัวทันทีกลายเป็นพลังงานไปหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และเนื่องจากก๊าซเสียจะมีอุณหภูมิสูงถึง 450–550 องศา ดังนั้น จึงสามารถนำไปใช้ให้ความร้อนแก่หม้อน้ำเพื่อไปหมุนกังหันไอน้ำที่ใช้ขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้อีกทอดหนึ่ง
• การผลิตพลังงานไฟฟ้าจากก๊าซชีวภาพด้วยระบบเครื่องยนต์ก๊าซสันดาปภายใน
  การทำงานของเครื่องยนต์ก๊าซสันดาปภายในจะมีลักษณะคล้ายกันกับการทำงานของเครื่องยนต์ในรถยนต์ที่ใช้น้ำมันเบนซิน ซึ่งต้องมีการจุดระเบิดโดยใช้หัวเทียน แต่มีส่วนประกอบหรือชิ้นส่วนต่าง ๆ เหมือนกับเครื่องยนต์ดีเซลมากกว่า โดยก๊าซที่เผาไหม้ในกระบอกสูบของเครื่องยนต์ก๊าซสันดาปภายในที่จุดศูนย์กลางอาจมีอุณหภูมิสูงถึง 1,400 องศา ทำให้ประสิทธิภาพของการผลิตไฟฟ้าด้วยระบบนี้สูงกว่าระบบที่ใช้กังหันก๊าซเดินคู่กับระบบกังหันไอน้ำ

ประโยชน์ของก๊าซชีวภาพ

• ใช้เป็นแหล่งเชื้อเพลิงเพื่อผลิตพลังงานความร้อน พลังงานกล และพลังงานไฟฟ้าสำหรับใช้ในครัวเรือน ฟาร์ม หรือโรงงานอุตสาหกรรม
• มีองค์ประกอบหลักคือก๊าซมีเทน ซึ่งสามารถจุดติดไฟและเผาไหม้ได้แบบเดียวกับก๊าซธรรมชาติ จึงสามารถใช้ทดแทนก๊าซธรรมชาติ ก๊าซหุงต้ม และน้ำมันเชื้อเพลิง รวมถึงเชื้อเพลิงฟอสซิลชนิดอื่น ๆ ได้
• เป็นพลังงานหมุนเวียนที่สามารถฟื้นฟูหรือสร้างขึ้นใหม่ได้ แตกต่างจากเชื้อเพลิงฟอสซิลอย่างถ่านหินและปิโตรเลียม ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงสิ้นเปลือง
• เป็นพลังงานที่สะอาดที่ไม่ก่อให้เกิดปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้นและยังก่อให้เกิดปริมาณก๊าซพิษน้อยกว่าเชื้อเพลิงชนิดอื่นเมื่อเทียบกันในอัตราต่อหน่วย จึงช่วยรักษาสภาพแวดล้อมได้เป็นอย่างดี
• เป็นอีกทางเลือกหนึ่งที่ช่วยลดการพึ่งพาการนำเข้าน้ำมัน
• เกิดการประกันรายได้สินค้าเกษตรระยะยาว เพิ่มทางเลือกใหม่ให้ภาคเกษตรกรรม
• เพิ่มการจ้างงานทั้งด้านการปลูก การเก็บเกี่ยว และในโรงไฟฟ้า
• กากที่เหลือจากกระบวนการผลิตก๊าซชีวภาพสามารถนำไปใช้เป็นสารปรับปรุงดินได้

ก๊าซชีวภาพกับอนาคตของประเทศไทย

ประเทศไทยมีการส่งเสริมเทคโนโลยีก๊าซชีวภาพมานานกว่า 20 ปีแล้ว แต่ในระยะแรกจำกัดอยู่ในระดับครัวเรือนหรือเกษตรกรรายย่อยเพียงเท่านั้น โดยก๊าซชีวภาพถือได้ว่าเป็นพลังงานทดแทนอีกชนิดหนึ่งที่มีความน่าสนใจ เนื่องจากสอดรับกับบริบทสังคมการเกษตรของประเทศไทย โดยเฉพาะการผลิตก๊าซชีวภาพจากพืชพลังงาน ซึ่งสามารถนำไปแปรรูปเพื่อผลิตเป็นพลังงานได้อย่างหลากหลายตั้งแต่การผลิตพลังงานไฟฟ้า การแปรรูปเป็นพลังงานน้ำมันที่ใช้กับรถยนต์ หรือกระทั่งการนำไปใช้เป็นพลังงานหุงต้ม เป็นต้น ซึ่งหากมองที่พื้นฐานทางภูมิศาสตร์ ประเทศไทยตั้งอยู่ในภูมิศาสตร์เขตร้อนชื้นซึ่งพืชจะเจริญเติบโตได้ดีกว่าประเทศในเขตหนาวหรือแถบทะเลทรายแห้งแล้ง ด้วยลักษณะทางภูมิศาสตร์ เขตร้อนชื้นของประเทศไทยจะเป็นข้อได้เปรียบอย่างหนึ่งในการปลูกพืชพลังงาน ดังนั้น ภาครัฐจึงให้ความสำคัญกับการศึกษาและพัฒนาพลังงานจากก๊าซชีวภาพโดยจัดทำเป็นเป้าหมายในแผนพัฒนาพลังงานทดแทนและพลังงานทางเลือก พ.ศ. 2558-2579 (Alternative Energy Development Plan: AEDP2015) ซึ่งตามแผนฯ ได้กำหนดเป้าหมายการใช้ไฟฟ้าจากพลังงานก๊าซชีวภาพ (น้ำเสียหรือของเสีย) ไว้ที่ 600 เมกะวัตต์ และเป้าหมายการใช้ไฟฟ้าจากก๊าซชีวภาพ (พืชพลังงาน) ไว้ที่ 680 เมกะวัตต์สำหรับด้านการใช้ก๊าซชีวภาพเพื่อทดแทนพลังงานความร้อน เพราะฉะนั้นนอกจากพลังงานทดแทนจากแสงอาทิตย์หรือพลังงานทดแทนจากลมแล้ว ก๊าซชีวภาพจากพืชพลังงานจึงถือเป็นพลังงานทดแทนอีกชนิดหนึ่งที่มีศักยภาพสูง ซึ่งนอกจากจะสร้างรายได้และการจ้างงานแล้ว ยังจะช่วยลดการนำเข้าเชื้อเพลิงจากต่างประเทศและเป็นการประหยัดค่าใช้จ่ายได้อีกทางหนึ่ง และอาจเป็นความหวังของประเทศที่พลังงานทดแทนจะเข้ามาช่วยเสริมสร้างความมั่นคงได้อีกด้วย