“เชื้อเพลิงสังเคราะห์ SynGas”จากขยะทดแทนดีเซล

SynGas: Generating Synthetic Fuel Gas from Plastic Wastes

“…..โรงงานระดับขนาดที่จัดการขยะของเสียได้ประมาณ 50,000 ตันต่อปี จะสามารถสร้าง Syngas ได้มากถึง 15,000 Normal Cubic Meter of Air : Nm³ ต่อชั่วโมง…”

เทคนิคกระบวนการแปรสภาพแก๊ส Gasification Process และกระบวนการไพโรไลซิส Pyrolysis Process เป็นกระบวนการให้ได้มาซึ่ง “แก๊สเชื้อเพลิงสังเคราะห์ Synthetic Fuel Gas : Syngas” ที่พัฒนาขึ้นใหม่ด้วยการใช้วัตถุดิบตั้งต้นที่เป็นขยะพลาสติก Plastics Waste, เศษวัสดุที่ตกค้างจากการคัดแยกคาร์บอนจากสารอินทรีย์, ขยะชีวมวล และชิ้นส่วนยาง ตลอดจนวัสดุที่หั่นย่อยเหลือทิ้งในอุตสาหกรรมยานยนต์ กำลังเป็นที่นิยมเพิ่มขึ้นอย่างมากสำหรับแหล่งเชื้อเพลิงสะอาดกว่าที่ใช้ในเครื่องยนต์สันดาปภายในทดแทนเชื้อเพลิง Diesel & Gasoline ในทศวรรษหน้า ..

นอกจากนี้ การผนวกกระบวนการดักจับ CO₂ จากบรรยากาศโดยตรง Carbon Capture, Utilization & Storage : CCUS เพื่อนำมาผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์ และการใช้วิธีแยกขยะพลาสติกผสมตามแต่ชนิดของพลาสติกที่เรียกว่า Chlorine – Containing Plastic Streams with PVC Fractions ในลักษณะที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และมีประสิทธิภาพด้วยแล้ว ทำให้เราสามารถผลิต Syngas บริสุทธิ์ได้โดยไม่มีการปล่อยก๊าซไอเสียใด ๆ ออกสู่สิ่งแวดล้อมเพิ่มขึ้น ..

ในกระบวนการเหล่านี้ Lime : Calcium Oxide และ/หรือ Calcium Hydroxide ทำหน้าที่เป็นสื่อนำพา และดักจับสารฮาโลเจน Halogens รวมทั้งสารอันตรายอื่น Other Harmful Substances ออกไป .. ในเวลาเดียวกัน Syngas หรือก๊าซเชื้อเพลิงสังเคราะห์ที่เกิดขึ้นเหล่านี้ สามารถใช้ทดแทนแหล่งพลังงานหลักดั้งเดิม เช่น น้ำมันเบนซิน ดีเซล ถ่านหิน และก๊าซธรรมชาติ ในกระบวนการเผาไหม้อุณหภูมิสูง หรือนำไปใช้เพื่อผลิตกำลังไฟฟ้าด้วยเครื่องยนต์กังหันก๊าซ และเครื่องยนต์ลูกสูบ รวมถึงเครื่องยนต์เผาไหม้ภายในรูปแบบอื่น ๆ ได้อย่างหลากหลาย และมีประสิทธิภาพ ..

เชื้อเพลิงสังเคราะห์ Synthetic Fuel หรือ Synfuel เหล่านี้ คือ เชื้อเพลิงเหลว หรือบางครั้งเป็นเชื้อเพลิงก๊าซ .. Syngas เป็นส่วนผสมของคาร์บอนมอนอกไซด์ Carbon Monoxide และไฮโดรเจน Hydrogen .. มันถูกผลิตขึ้นจากหลายวิธี และส่วนหนึ่งมาจากกระบวนการ Gasification Process หรือกระบวนการทำให้เป็นแก๊สของวัตถุดิบที่เป็นของแข็ง Gasification of Solid Feedstocks เช่น ถ่านหิน Coal, ขยะพลาสติก Plastic Waste, มูลสัตว์, ผลิตภัณฑ์เกษตรเหลือทิ้ง, พืชน้ำมัน และชีวมวล Biomass หรือโดยการกลั่นแปลงรูปก๊าซธรรมชาติ Reforming of Natural Gas ..

วิธีการทั่วไปในการกลั่นเชื้อเพลิงสังเคราะห์ Syngas ได้แก่ การแปลง Fischer – Tropsch Conversion, การแปลงเมทานอลเป็นน้ำมันเบนซิน  Methanol to Gasoline Conversion และการทำให้ถ่านหินเป็นของเหลวโดยตรง Direct Coal Liquefaction เป็นต้น ..

การผลิต Syngas จากขยะพลาสติก Plastic Wastes กับกระบวนการทำให้เป็นแก๊ส และไพโรไลซิส Gasification & Pyrolysis Reactions ..

ก๊าซสังเคราะห์ Synthesis Gas: Syngas ที่ถูกสร้างขึ้นจากขยะพลาสติก Plastic Wastes นั้น เป็นก๊าซเชื้อเพลิงบริสุทธิ์ ทั้งนี้ ส่วนประกอบหลักที่ติดไฟได้ คือ CO, H₂ และไฮโดรคาร์บอนเบา Light Hydrocarbons ขณะที่ส่วนประกอบก๊าซเฉื่อย เช่น CO₂ และ N₂ ส่วนใหญ่จะถูกดูดซับเข้าสู่ Syngas ผ่านการใช้อากาศ และน้ำ เป็นตัวทำให้เกิดก๊าซ หรือ Gasifying Agents ด้วยค่าพลังงานความร้อนอยู่ในช่วงระหว่าง 2 – 2.4 KWh/Nm³ ในขณะที่ปริมาณฝุ่นที่เกิดขึ้นน้อยกว่า 1 mg/Nm³ เมื่อถูกเผาไหม้ที่อุณหภูมิสูงถึง 1,900 °C ..

Syngas เหมาะสำหรับรองรับกระบวนการเผาไหม้ที่ใช้อุณหภูมิสูงเพื่อทดแทนความต้องการเชื้อเพลิงฟอสซิลที่เป็น Diesel & Gasoline เช่น ในอุตสาหกรรมปูนซีเมนต์ ในโรงงานหล่อแก้ว หรือในอุตสาหกรรมการผลิตเหล็ก และเหล็กกล้า นอกจากนี้ยังสามารถใช้พวกมันเป็นวัตถุดิบทางเคมีได้อีกด้วยขึ้นอยู่กับวัสดุรีไซเคิล และวิธีการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ .. ทั้งนี้ โดยทั่วไป โรงงานระดับขนาดที่จัดการขยะของเสียได้ประมาณ 50,000 ตันต่อปี จะสามารถสร้าง Syngas ได้มากถึง 15,000 Normal Cubic Meter of Air : Nm³ ต่อชั่วโมง ซึ่งส่งผลให้มีผลผลิตต่อปีเฉลี่ยอยู่ที่ 250,000 MWh ซึ่งเทียบเคียงเท่ากับพลังงานจากแหล่งเชื้อเพลิงที่เป็นก๊าซธรรมชาติ Natural Gas ประมาณ 20,000 ตัน ..

โรงงานขนาดใหญ่แห่งแรก ๆ ได้รับการออกแบบเพื่อใช้ขยะพลาสติกเป็นวัตถุดิบมากถึง 50,000 ตันต่อปีที่กล่าวถึงนี้นั้น จะต้องใช้ปูนขาวหยาบ Coarse – Ground Lime ประมาณ 3,000 – 4,000 ตันต่อปี .. อากาศ และไอน้ำ จะถูกเป่าเข้าไปในกระบวนการ Gasification ร่วมกับสารหล่อเย็น Coolant Agents ในเตาเผาแบบเพลาแนวตั้ง Shaft Kiln ของโรงงาน และรองรับโดยการเผาไหม้ของโหลดพื้นฐานเริ่มต้น วัสดุจะผ่านการออกซิเดชันบางส่วน Partial Oxidation รวมทั้ง ปฏิกิริยาในกระบวนการทำให้เป็นแก๊ส และไพโรไลซิส Gasification & Pyrolysis Reactions ด้วยอุณหภูมิภายในปฏิกรณ์ระหว่าง 450 – 1,200 °C ..

หลังจากที่ Syngas ถูกทำความสะอาดด้วยตัวกรองก๊าซร้อน และทำให้เย็นลงแล้ว ก็จะสามารถนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงทดแทนแหล่งพลังงานเชื้อเพลิงฟอสซิลในเครื่องยนต์เผาไหม้ภายใน เช่น น้ำมันดีเซล สำหรับกระบวนการทางอุตสาหกรรมได้อย่างหลากหลาย .. อย่างไรก็ตาม ด้วยกระบวนการเหล่านี้ ยังจะคงทำให้มีสารตกค้างเหลืออยู่ประมาณ 8,000 ถึง 12,000 ตันต่อปี ซึ่งมีส่วนผสมของปูนขาวป่น เถ้า และมลพิษบางตัวซึ่งต้องถูกนำเข้ากระบวนจัดการเพื่อฝังกลบต่อไป ..

โรงงานลักษณะเช่นนี้ส่วนใหญ่ ออกแบบมาสำหรับเอาต์พุตความร้อนอยู่ที่ขนาด 32 MW ในฐานะที่เป็นเครื่องผลิตก๊าซแบบไหลย้อน มันสามารถบรรลุประสิทธิภาพเชิงความร้อนได้มากกว่า 80 % โดยมีความต้องการไฟฟ้าภายนอกประมาณ 1 MW แนวคิดของระบบมีความยืดหยุ่น สามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรม และการรีไซเคิลของเสียได้ .. เทคโนโลยี Ecoloop สามารถช่วยเสริมสมรรถนะของเตาเผาขยะได้อย่างสมเหตุสมผล โดยการแปลงวัสดุบางตัวโดยเฉพาะอย่างยิ่งปริมาณของเสียจำนวนมากที่ประกอบด้วยคลอรีน Chlorine และสารก่อมลพิษ ให้กลายเป็น Syngas แทนที่จะเผามันเป็นส่วนหนึ่งของขยะของเสียโดยรวมสำหรับพลังงานความร้อน ..

จนถึงขณะนี้ พวกมันมักถูกผสมกับของเสียทั้งหมดที่ป้อนเข้าเตาเผาขยะ แม้ว่าสิ่งนี้จะมีการป้องกันไม่ให้เกินค่าจำกัดบางค่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งสัดส่วนของคลอรีนที่เพิ่มขึ้นซึ่งจะสร้างข้อเสียทางเทคนิคอย่างมาก .. ดังนั้น เพื่อรับมือกับการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูง โรงงานเผาไหม้จะต้องดำเนินการที่อุณหภูมิ และความดันลดลง ทำให้ประสิทธิภาพลดลงด้วย ผลที่ตามมาอื่น ๆ ได้แก่ ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน และการบำรุงรักษาที่เพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความเข้มข้นของคลอรีนสูงในกระบวนการเผาไหม้จะนำไปสู่การก่อตัวของไดออกซิน Dioxins และฟูแรน Furan ที่เป็นพิษสูง ซึ่งต้องกรองผ่านระบบทำความสะอาดก๊าซไอเสียก่อนปล่อยสู่บรรยากาศภายนอก ..

ปัจจุบัน การป้องกันคลอรีนพีค Chlorine Peaks ในขยะของเสียโดยรวม ผ่าน Ecoloop เพื่อให้เป็น Syngas บริสุทธิ์ ได้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการเผาขยะพลาสติก ลดการก่อตัวของสารมลพิษ และในขณะเดียวกันก็ช่วยให้สามารถใช้วัสดุที่เป็นปัญหาแยกจากกันได้เป็นผลสำเร็จอีกด้วย ..

ทั้งนี้ การผลิตก๊าซเชื้อเพลิง Gasification นั้น .. พวกมันเป็นกระบวนการเปลี่ยนเชื้อเพลิงแข็ง หรือชีวมวลให้เป็นแก๊สเชื้อเพลิงที่เรียกว่า แก๊สชีวภาพ Biogas มีองค์ประกอบของแก๊สมีเทน Methane, ไฮโดรเจน Hydrogen และคาร์บอนมอนอกไซด์ Carbon Monoxide สามารถนำไปใช้กับเครื่องยนต์สันดาปภายใน เช่น เครื่องยนต์กังหันแก๊ส Gas Turbine Engine ได้เป็นอย่างดี ..

Syngas สำหรับอุตสาหกรรมเคมี Chemical Industry ..

ก๊าซชีวมวล Biomass Gas คือ ก๊าซที่ได้จากกระบวนการแก๊สซิฟิเคชั่น Gasification โดยมีชีวมวลเป็นเชื้อเพลิงวัตถุดิบตั้งต้น บางครั้งเรียกกันว่า Producer Gas หรือ Syngas หมายถึง ก๊าซเชื้อเพลิงสังเคราะห์ Synthetic Fuel ประเภทหนึ่ง ซึ่งได้รับการคาดหมายว่า พวกมัน และส่วนผสมของมัน จะสามารถแทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิลทั้งที่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซเชื้อเพลิง เช่น ถ่านหิน น้ำมันเบนซิน ดีเซล เป็นต้น สำหรับการจุดระเบิด และเผาไหม้ในห้องเครื่องยนต์สันดาปภายในรูปแบบดั้งเดิมต่าง ๆ ได้เป็นอย่างดีด้วย Carbon Footprint ต่ำกว่า และสอดคล้องกับแนวคิดคาร์บอนเป็นกลาง Carbon Neutral ..

ก๊าซเชื้อเพลิงสังเคราะห์ Syngases ใช้งานในหลายพื้นที่ของภาคอุตสาหกรรม เช่น ในการผลิตเหล็ก เหล็กกล้า อุตสาหกรรมเซรามิก Ceramic และสารเคมีอื่น ๆ .. Syngas ที่อุดมไปด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ CO₂ เป็นวัตถุดิบที่สำคัญสำหรับผลิตภัณฑ์ทางเคมีหลายชนิด เช่น เชื้อเพลิง และพลาสติก เป็นต้นอีกด้วย .. ตัวอย่างล่าสุด เช่น Linde AG กำลังทดสอบกระบวนการ New Dry Reforming Process หรือ Mixtures of Hydrogen and Carbon Monoxide สำหรับโรงงานนำร่องแห่งใหม่ที่เมือง Pullach และเพื่อจุดประสงค์นี้ นักวิทยาศาสตร์ได้เปลี่ยนวิธีการแปลงสภาพด้วยไอน้ำมาตรฐาน Standard Steam Reforming Method ด้วยเทคนิคใหม่ ๆ  ..

นอกจากมีเทน Methane และไอน้ำแล้ว เทคนิคใหม่ที่กล่าวเป็นการประยุกต์ใช้การป้อนคาร์บอนไดออกไซด์ CO₂ เข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์แบบท่อความดันสูง ที่อุณหภูมิระหว่าง 800 – 1,000 องศา .. CO₂ จะทำปฏิกิริยากับมีเทน CH₄ เพื่อสร้างไฮโดรเจน Hydrogen : H₂ และคาร์บอนมอนอกไซด์ Carbon Monoxide : CO .. กระบวนการนี้ สามารถประหยัดพลังงานมากกว่ารุ่นมาตรฐานเดิมเป็นอย่างมาก ประการแรก เทคนิคการแปรรูปแบบแห้งต้องการไอน้ำน้อยกว่ามากเพื่อป้องกัน Catalyst Coking ของตัวเร่งปฏิกิริยา ประการที่สอง Syngas ถูกผลิตขึ้นภายใต้แรงดันสูง ซึ่งไม่จำเป็นต้องมีการขยายตัวของแก๊สก่อนหน้า และหลังจากเกิดปฏิกิริยาแล้ว ค่อยทำการบีบอัดเพิ่มเติมในภายหลัง .. ข้อดีอีกประการ ได้แก่ การใช้ CO₂ ในปริมาณมาก ซึ่งแต่เดิม CO₂ เป็นของเสียในกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่กระทบสิ่งแวดล้อม แต่พวกมันสามารถถูกดักจับนำกลับมาใช้ประโยชน์แทนการปล่อยสู่บรรยากาศได้เป็นอย่างดี และคุ้มค่า ..

สัดส่วนของ CO ที่สูงทำให้ก๊าซสามารถนำมาใช้โดยตรงกับกระบวนการสังเคราะห์หลายอย่างโดยไม่ต้องแยกไฮโดรเจนออกก่อน ดังนั้น จึงเป็นคู่แข่งกับกระบวนการออกซิเดชันบางส่วน Partial Oxidation ซึ่งให้สัดส่วนของคาร์บอนมอนอกไซด์สูงเนื่องจากปฏิกิริยาของมีเทน Methane กับออกซิเจน Oxygen .. อย่างไรก็ตาม ออกซิเจนบริสุทธิ์ที่จำเป็นสำหรับตัวแปรนี้ จะต้องผลิตด้วยต้นทุนพลังงานที่สูง ดังนั้น กระบวนการแปลงสภาพแบบแห้ง Dry Reforming Process จึงเหนือชั้นกว่า หมายถึง การแปลงสภาพคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide Reforming โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กระบวนการเหล่านี้ ให้ข้อได้เปรียบด้านต้นทุนที่เกี่ยวข้องมากกว่าการออกซิเดชันบางส่วน Partial Oxidation เมื่อประยุกต์ใช้ในโรงงานขนาดเล็ก และขนาดกลาง ..

ทั้งนี้ กระบวนการสำคัญอีกตัวหนึ่งที่ไม่กล่าวไม่ได้นั้น ได้แก่ กระบวนการไพโรไลซิส Pyrolysis Process หรือ Devolatilization ซึ่งหมายถึง การสลายตัวทางความร้อนของวัสดุที่อุณหภูมิสูงในบรรยากาศเฉื่อย มันเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมี ..

ไพโรไลซิส Pyrolysis มักถูกประยุกต์ใช้ในการจัดการต่อสารอินทรีย์ชีวมวล Biomass และมันก็เป็นอีกหนึ่งในกระบวนการสำคัญที่เกี่ยวข้องกับการเผาไม้ โดยทั่วไป .. ไพโรไลซิสของสารอินทรีย์ จะสร้างผลิตภัณฑ์ที่ระเหยได้ และปล่อยให้ถ่าน ซึ่งเป็นสารตกค้างที่เป็นของแข็งที่อุดมด้วยคาร์บอน .. Extreme Pyrolysis ซึ่งเหลือคาร์บอนไว้เป็นกาก เรียกว่า Carbonization .. ไพโรไลซิส Pyrolysis ถือเป็นขั้นตอนแรกในกระบวนการแปรสภาพเป็นแก๊ส หรือเผาไหม้ Gasification or Combustion ..

ในการใช้งานสำหรับภาคอุตสาหกรรม อุณหภูมิที่ใช้มักจะอยู่ที่ 430 °C หรือประมาณ 800 °F หรือสูงกว่า ในขณะที่การใช้งานในระดับที่เล็กกว่า อุณหภูมิอาจต่ำกว่ามาก ..

กระบวนการนี้ถูกใช้อย่างมากในอุตสาหกรรมเคมี เช่น ในการผลิตเอทีลีน Ethylene, คาร์บอนหลายรูปแบบ Many Forms of Carbon และสารเคมีอื่น ๆ จากปิโตรเลียม ถ่านหิน และแม้แต่ไม้ เพื่อผลิตถ่านโค้ก เช่น บิทูมินัสจากถ่านหิน .. นอกจากนี้ยังใช้ในการแปลงก๊าซธรรมชาติ เช่น มีเทน Methane เป็นหลัก ให้เป็นก๊าซไฮโดรเจน Hydrogen : H₂ ที่ไม่ก่อให้เกิดมลพิษ และถ่านคาร์บอนที่เป็นของแข็งที่ไม่ก่อให้เกิดมลพิษ ซึ่งเป็นการเริ่มต้นการผลิตในปริมาณมากทางอุตสาหกรรม .. การประยุกต์ใช้ไพโรไลซิส Pyrolysis จะเปลี่ยนชีวมวล Biomass ให้เป็น Syngas และถ่าน Biochar .. ขยะพลาสติก Plastic Waste จะกลับมาเป็นเชื้อเพลิงที่ใช้งานได้ หรือแปรสภาพของเสียให้กลายเป็นสารเหลือทิ้งฝังกลบอย่างปลอดภัยได้ในที่สุด

แนวโน้มการใช้ Syngas เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์สันดาปภายใน Trends of Syngas as a Fuel in Internal Combustion Engines ..

Syngas จากชีวมวล ขยะพลาสติก และขยะมูลฝอยนั้น เป็นเชื้อเพลิงที่มีคาร์บอนเป็นกลางซึ่งได้รับการคาดหมายว่า พวกมันกำลังกลายเป็นเชื้อเพลิงที่เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับเครื่องยนต์เผาไหม้ภายในรูปแบบดั้งเดิมสำหรับอนาคต .. ก่อนหน้านี้ เคยมีการใช้งานกันอย่างแพร่หลายสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายในยุคสงครามโลกครั้งที่สองก่อนที่จะถูกแทนที่ด้วยน้ำมันเบนซิน .. พัฒนาการทางเทคโนโลยี ความสำเร็จ และความท้าทายสำหรับการประยุกต์ใช้ Syngas ในโรงไฟฟ้า แนวโน้มของเทคโนโลยีเครื่องยนต์ และศักยภาพของเชื้อเพลิง Syngas นี้ในเทคโนโลยีเครื่องยนต์ปัจจุบัน ผลิตภัณฑ์ของการแปรสภาพเป็นแก๊สจะแตกต่างกัน และแปรผันไปตามวัตถุดิบที่เป็นสารตั้งต้นนำเข้ามาในกระบวนการ ..

ดังนั้น Syngas ที่แตกต่างกันสามชนิดที่เลือกจากผลิตภัณฑ์หลักสองประเภทจึงถูกใช้เป็นตัวอย่างกรณีศึกษาเปรียบเทียบคุณสมบัติกับ CNG และไฮโดรเจน รวมถึงการศึกษาผลกระทบต่อประสิทธิภาพ และการปล่อยมลพิษด้วย ได้ข้อค้นพบว่า Syngas ใช้อัตราส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิงในปริมาณสัมพันธ์ที่ต่ำมาก ด้วยเหตุนี้จึงไม่จำเป็นต้องคำนึงถึงค่าปริมาณสัมพันธ์เป็นประเด็นหลักมากนัก .. นอกจากนี้ Syngas ยังมีความเร็วเปลวไฟลามินาร์สูงกว่า ร้อนกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับ CNG : Compressed Natural Gas ดังนั้น การเพิ่มประสิทธิภาพที่เหมาะสมของตัวแปรเครื่องยนต์ที่สำคัญสามารถดำเนินการปรับแต่งบนฐานของเทคโนโลยีเครื่องยนต์ปัจจุบัน เพื่อรักษาประสิทธิภาพ และการปล่อย NOx ที่เทียบเท่ากับ CNG แบบคู่กันไปได้ ..

อย่างไรก็ตาม การปรับจังหวะการฉีดอัดเชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเผาไหม้ที่ล่าช้าผิดจังหวะจะนำไปสู่การจำกัดระยะเวลาการฉีดที่ลดลง ซึ่งทำให้กำลังขับ และแรงบิด ลดลงตามไปด้วย .. ทั้งนี้ สรุปตรง ๆ ได้ว่า พวกมันมีคุณสมบัติไม่ต่างไปจากเชื้อเพลิงดีเซลมากนัก จึงได้รับการคาดหมายว่า ด้วยการปรับจูนสัดส่วนปริมาณสัมพันธ์ และจังหวะการฉีดอัดเชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ปัจจุบันเพียงเล็กน้อยเท่านั้น SynGas มีแนวโน้มสามารถใช้แทนที่เชื้อเพลิง Diesel & Gasoline สำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายในปัจจุบันได้เป็นอย่างดีจากนี้ไปอีกไม่นาน ..

ขณะที่นานาประเทศกำลังเตรียมแผนงานยกเลิกการพึ่งพาแหล่งพลังงานเชื้อเพลิงฟอสซิลในระบบเศรษฐกิจของพวกเขาด้วยความมุ่งมั่น การแปลงขยะพลาสติกเป็นเชื้อเพลิงมีศักยภาพที่จะทำให้เกิดงานใหม่มากกว่า 39,000 ตำแหน่ง และผลผลิตทางเศรษฐกิจเกือบ 9 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ต่อปี .. วิธีการใหม่นี้อาจมีต้นทุนถูกกว่าวิธีการรีไซเคิล ซึ่งปัจจุบัน ขยะพลาสติกเพียง 5 % เท่านั้นที่รีไซเคิลได้ รวมทั้งการรีไซเคิลถุงพลาสติก และขยะพลาสติก 1 ตันมีค่าใช้จ่ายสูงถึง 4,000 เหรียญสหรัฐฯ และสุดท้ายมักจะนำไปสู่การเผา หรือทิ้งลงในหลุมฝังกลบเพื่อหลีกเลี่ยงค่าใช้จ่ายที่สูงเหล่านี้ ..

การรีไซเคิลทางเคมีเพื่อผลิต Syngas หรือใช้ในอุตสาหกรรมเคมีนั้น ดำเนินการได้ง่ายกว่ามาก เมื่อคุณทำให้ทุกอย่างร้อนขึ้นที่อุณหภูมิสูงโดยไม่จำเป็นต้องแยกขยะล่วงหน้า ..

เทคนิคการแปลงต่าง ๆ .. หนึ่งในกระบวนการที่นิยมมากที่สุดในการแปลงขยะพลาสติกเป็นเชื้อเพลิง เรียกว่า กระบวนการไพโรไลซิส Pyrolysis Process .. เทคนิคนี้ต้องการความร้อนอุณหภูมิสูงมาก วัสดุถูกแยกออกจากกัน ซึ่งช่วยให้สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้อย่างเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมได้อย่างยอดเยี่ยม ..

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Purdue ได้ค้นพบเทคนิคอื่นที่เรียกว่า Hydrothermal Processing .. กระบวนการนี้ ใช้พอลิโพรพิลีน Polypropylene ใส่ไปในเครื่องปฏิกรณ์ที่เต็มไปด้วยน้ำ และทำให้ร้อนจนถึงอุณหภูมิที่สูงมากตั้งแต่ 350 – 500 ^oC .. สิ่งนี้จะดำเนินต่อไปนานถึง 5 ชั่วโมงที่แรงดันสูง ซึ่งที่ความร้อนและความดันสูงนี้ น้ำจะย่อยสลายพลาสติก และเปลี่ยนพวกมันให้เป็นน้ำมัน ..

พลาสติกส่วนใหญ่ทำมาจากน้ำมัน ดังนั้น กระบวนการเหล่านี้ จึงนำพลาสติกเหล่านั้นกลับสู่รูปแบบเดิมของพวกมันซึ่งหมายถึง เชื้อเพลิงสังเคราะห์ Syngas ที่เหมาะสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายใน Fuel in Internal Combustion Engines นั่นเอง ..

คาดการณ์ตลาดเชื้อเพลิงก๊าซสังเคราะห์ทั่วโลก Global Synthetic Fuel Gas Market ..

ปีที่ผ่านมา กำลังการผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์ Synthetic Fuel เชิงพาณิชย์ทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 240,000 บาร์เรลต่อวัน หรือ 38,000 ลูกบาศก์เมตรต่อวัน โดยมีโครงการใหม่ ๆ มากมาย สำหรับการก่อสร้าง หรือการพัฒนากำลังผลิตรูปแบบใหม่ ๆ เช่น Carbon Engineering ..

ขนาดตลาด Syngas ทั่วโลกมีมูลค่า 43.6 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2562 และคาดว่าจะสูงถึง 66.5 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2570 ซึ่งอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี อยู่ที่ CAGR  หมายถึง อัตราผลตอบแทนสำหรับการลงทุนในตลาดเชื้อเพลิงก๊าซสังเคราะห์ทั่วโลก Global Synthetic Fuel Gas Market ที่เติบโตจากยอดดุลเริ่มต้นไปถึงยังยอดดุลสิ้นสุด รวมสมมติฐานว่ากำไรจะถูกนำกลับมาลงทุนหมุนเวียนใหม่ทุกสิ้นปีของช่วงอายุการลงทุน อยู่ที่ค่า CAGR 6.1% ในช่วงระยะเวลาคาดการณ์ปี 2563 – 2570 ..

ก๊าซสังเคราะห์ หรือที่เรียกว่า Synthetic Fuel Gas : Syngas เป็นก๊าซเชื้อเพลิงที่ประกอบด้วยคาร์บอนมอนอกไซด์ Carbon Monoxide และไฮโดรเจน Hydrogen เป็นส่วนใหญ่ กับคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide จำนวนหนึ่ง .. Syngas เป็นผลมาจากการแปรสภาพเป็นแก๊ส Gasification และการใช้งานหลักของ Syngas คือ การผลิตกำลังไฟฟ้า .. Syngas เป็นตัวเลือกในอุดมคติสำหรับการแปรรูปเชื้อเพลิงเหลว และก๊าซเชื้อเพลิง ด้วยความต้องการที่เพิ่มขึ้น ..

บริษัทผลิตไฟฟ้าทั้งหลาย จึงหันไปใช้ทางเลือกอื่น นอกเหนือจากการใช้น้ำมันเชื้อเพลิงรูปแบบเดิม และก๊าซธรรมชาติ ซึ่ง Syngas กลายเป็นทางเลือกที่น่าสนใจไปสู่ตลาดในอนาคต .. นอกจากนี้ ปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เพิ่มขึ้น และการดำเนินนโยบายของรัฐบาลเพื่อส่งเสริมการใช้เชื้อเพลิงหมุนเวียนจากแหล่งพลังงานทางเลือก และพลังงานทดแทน ช่วยกระตุ้นการเติบโตของตลาด โดยเฉพาะจากการกำจัดขยะพลาสติก ขยะการเกษตร การดักจับ CO₂ โดยตรงจากโรงงานอุตสาหกรรม หรือจากบรรยากาศ รวมทั้งการใช้เทคโนโลยี Power to X รูปแบบ Power to Gas & Power to Liquid เพื่อให้ Syngas สามารถแทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิลที่กลั่นจากน้ำมันดิบ หรือ Shale Gas ในตลาดอนาคตเกือบทั้งหมดสำหรับนำไปใช้กับเครื่องยนต์กังหันก๊าซ และเครื่องยนต์เผาไหม้ภายในรูปแบบเดิมที่ขับเคลื่อนเศรษฐกิจ และสังคมของมนุษยชาติต่อเนื่องต่อไปด้วยแนวคิดคาร์บอนเป็นกลาง Carbon Neutrality ได้สำเร็จในที่สุด ..

สรุปส่งท้าย ..

เครื่องยนต์สันดาปภายใน เป็นกระดูกสันหลังในการขับเคลื่อนเศรษฐกิจ และสังคม ของมนุษยชาติในยุคอุตสาหกรรมมาโดยตลอด และมันจะยังคงอยู่ต่อไป ไม่ได้หายไปจากระบบขนส่ง หรือระบบสาธารณูปโภคปัจจุบันแต่อย่างไร .. เชื้อเพลิงสังเคราะห์ Synthetic Fuel & Gas กำลังดึงดูดความสนใจนักลงทุนทั้งรายใหญ่ และรายย่อยให้เพิ่มขึ้นอย่างมาก เพื่อทำให้อุตสาหกรรมต่าง ๆ ตั้งแต่เครื่องบินไอพ่น เรือ ไปจนถึงรถยนต์นั้น เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น โดยไม่จำเป็นต้องคิดใหม่ ปรับแต่ง หรือเปลี่ยนเครื่องยนต์ไปจากรูปแบบเดิม ๆ มากนัก เนื่องเพราะพวกมันสามารถจุดระเบิดในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์เหล่านี้ได้ด้วยการปรับจูนเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ..

เชื้อเพลิงสังเคราะห์ Synthetic Fuel & Gas เหล่านี้ รู้จักกันในอีกชื่อหนึ่งว่า Electrofuel หรือ e – Fuel โดยผสมไฮโดรเจน H₂ ที่ได้จากแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน ซึ่งหมายรวมถึง Syngas ซึ่งโดยปกติแล้วจะมีคาร์บอนไดออกไซด์ CO₂ ที่กักเก็บไว้เพื่อสร้างเชื้อเพลิงที่มีคาร์บอนเป็นกลาง Carbon – Neutral Version of Fuels .. ทั้งนี้ พวกมันถูกผลิตขึ้นได้เป็นปริมาณมากจากขยะพลาสติก ยาง และขยะเกษตรเหลือทิ้งอีกด้วย ซึ่งมันทำงานได้ยอดเยี่ยมในเครื่องยนต์เผาไหม้ภายใน เช่นเดียวกับแหล่งเชื้อเพลิงหลักเดิมที่มนุษยชาติกำลังจะเลิกใช้ หรือลดการใช้พวกมันลงอย่างมากในอีก 10 – 15 ปีข้างหน้า เช่น ถ่านหิน, ก๊าซธรรมชาติ, น้ำมันเบนซิน Gasoline, ดีเซล Diesel และน้ำมันก๊าด Kerosene เป็นต้น ..

บริษัทสายการบิน ผู้ขนส่งสินค้า และบริษัทน้ำมันบางแห่ง มีโครงการนำร่องเพื่อผลิตเชื้อเพลิง Syngas & e – Fuels อยู่แล้ว หรือกำลังทดลองผสมเชื้อเพลิง Syngas & e – Fuels และเชื้อเพลิงทั่วไป Conventional Fuels เพื่อให้ได้สัดส่วนที่เหมาะสมสำหรับการจุดระเบิดในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ .. ผู้ผลิตรถยนต์เอง ก็ลงทุนในเทคโนโลยีนี้เช่นกัน โดยบางคนกล่าวว่า เชื้อเพลิง Syngas & e – Fuels อาจเป็นวิธีที่จะรักษารถยนต์นั่งรุ่นเก่าที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในไว้บนท้องถนนต่อไปควบคู่ไปกับรถยนต์ไฟฟ้า EV และรถยนต์ไฮบริด Hybrid Vehicles ในรูปแบบการคมนาคมขนส่งที่สะอาดกว่า ..

การจัดการกับ ขยะพลาสติก มี 2 แนวทางใหญ่ ได้แก่ การรีไซเคิล กับการนำมันมาเป็นวัตถุดิบตั้งต้นเพื่อผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์ Syngas & e – Fuel .. ดูเหมือนการรีไซเคิลจะเทียบไม่ได้กับการนำมาเปลี่ยนเป็นแหล่งพลังงาน ซึ่งแนวทางนี้อาจกลายเป็นนโยบายในที่สุด ..

ปัญหาขยะพลาสติก และการจัดการขยะสารอินทรีย์เหลือทิ้ง กลายเป็นประเด็นระดับโลกที่ผู้คนต่างคำนึงถึง โดยเฉพาะปัญหาไมโครพลาสติกที่ปนเปื้อนอยู่ในสิ่งแวดล้อม ปนเปื้อนอยู่ในทะเล อาจส่งผลกระทบร้ายแรง ในประเด็นห่วงโซ่อาหาร กลับมาทำร้ายมนุษยชาติ ..

การรีไซเคิลขยะพลาสติก เพื่อนำกลับมาใช้ใหม่ในรูปแบบของผลิตภัณฑ์พลาสติกอีกครั้งนั้น มิได้ง่าย และยังไม่ตอบโจทย์ เนื่องจากยังคงมีขยะพลาสติกส่วนเกิน ส่วนเหลือ และส่วนที่ทำรีไซเคิลไม่ได้ อีกเป็นจำนวนมาก และมากกว่ากว่าส่วนที่รีไซเคิลได้อีกต่างหาก สุดท้ายไปลงเอยที่กระบวนการฝังกลบ จึงถือว่า การจัดการขยะพลาสติกด้วยการรีไซเคิลนั้น ยังไปไม่ถึงสุดทาง กระบวนการจึงยังไม่จบ ปัญหาไมโครพลาสติกปนเปื้อนในสิ่งแวดล้อม จึงยังไม่ได้รับการแก้ไข ..

ดังนั้น การปรับเปลี่ยนแนวทางหลักในการจัดการขยะพลาสติก และขยะชีวมวลด้วยการนำมาผลิตเป็นเชื้อเพลิงรูปแบบต่าง ๆ เช่น เชื้อเพลิงสังเคราะห์ Synthetic Fuel & Gas อาจกลายเป็นความจำเป็นที่ขาดไม่ได้ในอนาคตอันใกล้ เพื่อจบกระบวนการจัดการขยะไปให้สุดทาง ซึ่งภาครัฐสมควรยกระดับกำหนดให้ “การเปลี่ยนขยะเปียก ขยะแห้ง และขยะพลาสติกเป็นเชื้อเพลิง” เป็นแนวทางหลักในระดับนโยบาย มิใช่เป็นเพียงกลยุทธ์เท่านั้น เพราะมันสำคัญต่อคุณภาพชีวิต และสิ่งแวดล้อมอย่างยิ่ง ..

สำหรับประเทศไทย ในฐานะประเทศเกษตรกรรมชั้นนำของโลก มีผลผลิตการเกษตรคุณภาพ และมีแหล่งเชื้อเพลิงที่เป็นสารอินทรีย์ปริมาณมาก มีพื้นที่การทำเกษตรไม้โตเร็วเพื่อเป็นเชื้อเพลิงโดยเฉพาะ มีวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตร มีอุจจาระจากฟาร์มเลี้ยงสัตว์ ขยะเปียก ขยะแห้ง รวมทั้งขยะพลาสติกจำนวนมากมาย สามารถนำมาผลิตเป็นเชื้อเพลิงสังเคราะห์ Syngas สำหรับเครื่องยนต์ดีเซล หรือนำไปผลิตกำลังไฟฟ้าโดยตรงจากแหล่งพลังงานชีวมวลใช้เองในชุมชน ท้องถิ่น หรือส่งกำลังไฟฟ้าส่วนเกินเข้าระบบสายส่งเพื่อขาย และ/หรือจ่ายเข้าระบบ Virtual Power Plant : VPP ที่ชาญฉลาดกว่าในอนาคตได้ ..

ทั้งนี้ ประเทศไทย มีนโยบาย และแผนการปฏิบัติระดับชาติ ในการส่งเสริมการผลิตกำลังไฟฟ้าแบบกระจายจากแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียนอย่างเป็นรูปธรรม และแม้ว่าในกระบวนการผลิตบางประเภทจะมีการปล่อยก๊าซเรือนกระจกอยู่บ้าง เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ แต่การดำเนินการดังกล่าว ถือว่ายังอยู่ในแนวคิดคาร์บอนเป็นกลาง Carbon Neutral Concept และเป็นการลดการพึ่งพาน้ำมัน หรือเชื้อเพลิงฟอสซิล ที่ต้องนำเข้าจากต่างประเทศ ..

ทั้งนี้ เมื่อเทคโนโลยีก้าวหน้าไปกว่านี้อีก ประเทศไทยอาจประยุกต์ใช้ Carbon Capture & Storage Technology : CCS ที่ราคาต้นทุนลดลงมากกว่านี้ เพื่อดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ไปเก็บในที่ปลอดภัย หรือนำเข้ากระบวนการผลิตเป็นพลังงานหมุนเวียนรูปแบบอื่น ๆ เช่น Syngas ในรูปแบบ Bio Diesel and Bio Jet สำหรับเครื่องยนต์เชื้อเพลิงดีเซลที่เป็นเครื่องยนต์ลูกสูบ หรือ รูปแบบของสารไฮโดรคาร์บอน Hydrocarbon ในลักษณะเชื้อเพลิงพลังงานหมุนเวียนได้ในอนาคตอันใกล้นี้ได้ ..

การผลิตกำลังไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานชีวมวล Biomass โดยตรง หรือการผลิต Syngas จากสารชีวมวล Biomass แล้วนำไปใช้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในแทนที่เชื้อเพลิงดีเซล และก๊าซธรรมชาติ กลายเป็นทางเลือกที่น่าสนใจ .. ถือเป็นการส่งเสริมการผลิต และใช้พลังงานทดแทน ภายในประเทศไทยที่สำคัญสอดคล้องกับยุทธศาสตร์ความมั่นคงทางพลังงานของประเทศ ที่มุ่งกระจายแหล่งเชื้อเพลิงในการผลิตกำลังไฟฟ้าให้ประกอบไปด้วยเชื้อเพลิงประเภทต่าง ๆ อย่างเหมาะสมได้สำเร็จในที่สุด ..

การผลิตกำลังไฟฟ้าจาก Syngas และแหล่งพลังงานชีวมวล รวมทั้งการใช้ Syngas สำหรับเครื่องยนต์ดีเซลในภาคการขนส่ง และภาคเกษตรกรรมของประเทศไทย ยังมีโอกาสเติบโตได้อีกมาก จึงเห็นสมควรให้หน่วยงานภาครัฐ และรัฐวิสาหกิจที่เกี่ยวข้อง หรือเอกชนที่มีศักยภาพ เร่งส่งเสริมกำลังผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์ Synthetic Fuel Gas จากขยะพลาสติก และวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรเพื่อทดแทนเชื้อเพลิงดีเซล Diesel และก๊าซธรรมชาติ Natural Gas ในประเทศให้เพิ่มขึ้นอย่างเป็นระบบ รวมทั้งผลักดันการผลิตกำลังไฟฟ้าที่ใช้เชื้อเพลิงชีวมวล Biomass รูปแบบกระจายแยกย่อยในชุมชน พื้นที่เกษตรกรรมเหล่านี้ ให้เป็นไปตามแผนงานโดยเร็ว กับการเร่งปลดล็อคการผูกขาดระบบสายส่งภาครัฐ และขยายศักยภาพโครงข่ายระบบสายส่งรองรับระบบหน่วยผลิตกำลังไฟฟ้าย่อย ๆ ที่กำลังจะเกิดขึ้นในอนาคตอันใกล้ ..

ทั้งนี้ การพัฒนาตลาดเชื้อเพลิงก๊าซสังเคราะห์ Synthetic Fuel Gas Market ในประเทศให้แข็งแกร่งด้วยต้นทุนที่ลดลงอีก กลายเป็นความจำเป็นเชิงนโยบายที่ขาดไม่ได้ ซึ่งทั้งหมดนี้ จะสร้างโอกาสทางธุรกิจ และทำให้เกิดประโยชน์อย่างยิ่งต่อภาพรวมความมั่นคงทางพลังงานของประเทศ ชุมชน ผู้คนในสังคมไทย และเกษตรกรในท้องถิ่นอย่างมากได้ในที่สุดโดยไม่มีข้อสงสัย ..

…………………………..

คอลัมน์ : Energy Key

By…โลกสีฟ้า

สนับสนุนคอลัมน์ โดย E@ บริษัท พลังงานบริสุทธิ์ จำกัด (มหาชน)

ขอบคุณเอกสารอ้างอิง :-

Generating Syngas from Plastic Wastes :-

https://www.k-online.com/en/News/June_2016_Sustainability_is_essential_in_the_future_(VIII)_%E2%80%93_Generating_syngas_from_plastic_wastes/Generating_syngas_from_plastic_wastes

Gasification of Plastic Waste for Synthesis Gas Production :-

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352484719306705#:~:text=In%20case%20of%20pyrolysis%2C%20plastic,produce%20synthesis%20gas%20or%20syngas.

Synthetic Fuel Gas : Gasification of Plastic Waste & Biomass to SynGas or from Power to X Technology :-

https://photos.app.goo.gl/dDGTMm9r6qM29XxVA

Global Syngas Market Opportunities and Forecast 2020 – 2027 | Gasifier :-

https://www.alliedmarketresearch.com/syngas-market-A07839

Why Synthetic Fuels Are Necessary in Future Energy Systems :-

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenrg.2017.00019/full

Synthesis Gas – an overview | ScienceDirect Topics :-

https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/synthesis-gas

Synthesis Gas / Syngas :-

Synthesis gas / syngas

Trends of Syngas as a Fuel in Internal Combustion Engines :-

https://journals.sagepub.com/doi/full/10.1155/2014/401587

Syngas Use in Internal Combustion Engines :-

https://core.ac.uk/download/pdf/144786572.pdf

Gasification Technology for Ceramic Industry :-

https://webkc.dede.go.th/testmax/sites/default/files/Presentation%20-%206_biomass_gasification_in_ceramic_industry_kulachate_en.pdf

Catalytic Pyrolysis of Plastic Waste: Moving Toward Pyrolysis Based Biorefineries :-

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenrg.2019.00027/full

Pyrolysis of Plastic Waste: Opportunities and Challenges :-

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0165237019308241

Converting Plastic Waste to Fuel :-

https://www.plugandplaytechcenter.com/resources/converting-plastic-waste-fuel/

Synthetic Fuel Gas : Gasification of Plastic Waste & Biomass to SynGas or from Power to X Technology :-

https://photos.app.goo.gl/dDGTMm9r6qM29XxVA