กระบวนการผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์จากขยะพลาสติกด้วย เทคโนโลยี Pyrolysis
ก๊าซชีวภาพในระดับชุมชนและครัวเรือน (Biogas Production)
ระบบสูบน้ำประปาบาดาลด้วยระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์
โดย ดร. นิกร แก้วแพรก
ปัจจุบันการนำพลังงานทางเลือกมาใช้ อาทิ พลังงานความร้อน (thermal energy) พลังงานลม (wind energy) และพลังงานแสงอาทิตย์ (solar energy) ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายในหลายประเทศทั่วโลก เนื่องจากเป็นพลังงานสะอาด มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อย และไม่มีต้นทุนด้านพลังงาน และจากภาวะขาดแคลนพลังงานที่จะเกิดขึ้นในอนาคตหลายประเทศได้ให้ความสนใจในการลงทุนด้านพลังงานทางเลือกเพื่อลดต้นทุนการใช้พลังงานหลักจากน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ อย่างประเทศไทยได้เริ่มมีการใช้พลังงานทดแทนอย่างเช่น แก๊สโซฮอล์ และ ไบโอดีเชล ที่เห็นเป็นรูปประจักษ์ เมื่อไม่นานมานี้พลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ได้เป็นที่รู้จักกันมากขึ้นจากโครงการชั่งหัวมันตามพระราชดำริ อำเภอท่ายาง จังหวัดเพชรบุรี โดยการติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานลมเพื่อใช้ประโยชน์ภายในโครงการและติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อสูบน้ำขึ้นไปเก็บไว้ยังอ่างเก็บน้ำหนองเสือแล้วปล่อยน้ำลงมาเพื่อใช้ในด้านเกษตรกรรมของโครงการชั่งหัวมัน และยังมีงานที่เกี่ยวข้องกับระบบสูบน้ำบาดาลด้วยโซลาเซลล์อีกมากมาย อาทิ โครงการส่งเสริมและสนับสนุนเทคโนโลยีการผลิตพลังงานทดแทนเพื่อลดต้นทุนการผลิตระบบสูบน้ำพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 3 กิโลวัตต์ ของกลุ่มเกษตรบ้านหางแขยง ตำบลหางน้ำสาคร อำเภอมโนรมย์ จังหวัดชัยนาท เป็นต้น
ในรอบปีที่ผ่านมา ประเทศไทยได้ประสบปัญหาภัยแล้งจากภาวะการขาดแคลนน้ำใช้ในภาคเกษตรกรรมอย่างมาก ระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ได้มีส่วนช่วยเหลืออย่างมากมายในการเป็นแหล่งพลังงานทดแทนด้านกำลังไฟฟ้าที่ใช้ในการสูบน้ำบาดาลขึ้นมาเพื่อช่วยเหลือพี่น้องเกษตรกรในพื้นที่ห่างไกลและประสบปัญหาภัยแล้ง แต่อาจยังไม่คลอบคลุมในหลายๆจังหวัดของประเทศไทย มีการคาดการณ์อีกว่าในปี 2560 อาจจะเกิดภัยแล้งขึ้นอีกครั้ง ระบบสูบน้ำบาดาลด้วยพลังงานแสงอาทิตย์จึงอาจจะเป็นทางเลือกที่ดีของกลุ่มเกษตรกร เนื่องจากปัจจัยด้านราคาของวัสดุและอุปกรณ์มีราคาถูกลงอย่างมากเมื่อเทียบกับอดีตที่ผ่านมา และจากการนำระบบผลิตไฟฟ้ามาใช้กับการสูบน้ำบาดาล บทความนี้จะกล่าวถึงการประยุกต์เทคโนโลยีการผลิตพลังงานทดแทนสำหรับระบบประปาบาดาลเพื่อใช้อุปโภคและบริโภคสำหรับหมู่บ้านและลดต้นทุนด้านกำลังไฟฟ้าด้วยระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ (solar cell) พร้อมระบบสำรองพลังงาน (battery backup)
รูปที่ 1 ระบบประปาบาดาลด้วยระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์
หลักการทำงานของระบบ
เทคโนโลยีระบบสูบน้ำประปาบาดาลด้วยระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ (The Photovoltaic Systems) พร้อมระบบสำรองพลังงาน มีหลักการทำงานดังต่อไปนี้
- ขณะสูบน้ำขึ้นหอถัง
- ในกรณีพลังงานแสงอาทิตย์มีเพียงพอ พลังงานไฟฟ้าจะถูกจ่ายไปยังเครื่องสูบน้ำผ่านเครื่องควบคุมหรืออินเวอร์เตอร์ และประจุสะสมเข้าแบตเตอรีสำรองไฟฟ้า
- ในกรณีพลังงานแสงอาทิตย์มีไม่พอสำหรับเครื่องสูบน้ำ พลังงานไฟฟ้าที่ถูกสะสมไว้ในแบตเตอรีจะถูกนำมาเสริมกับพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้จากแสงอาทิตย์เพื่อให้ระบบเกิดการทำงานสมดุลแบบอัตโนมัติ
- และในกรณีฉุกเฉิน เช่นพลังงานไฟฟ้าทั้งจากแสงอาทิตย์และไฟฟ้าจากแบตเตอรีสำรองมีไม่เพียงพอ หากมีไฟฟ้าจากการไฟฟ้าหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื่อมเข้ากับเครื่องควบคุม ไฟฟ้าจากการไฟฟ้าหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะจ่ายพลังงานให้กับเครื่องสูบน้ำและสามารถประจุแบตเตอรีในเวลาเดียวกัน (เช่น ในช่วงเวลาที่มีฝนตกต่อเนื่อง)
- พลังงานที่ถูกสะสมในแบตเตอรี ยังสามารถนำไปใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าอื่นๆ ได้ ในขณะเครื่องสูบน้ำทำงาน เช่น ระบบแสงสว่าง กล้องวงจรปิด หรืออื่นๆ ขึ้นอยู่กับการออกแบบเพิ่มเติมตามความต้องการ
การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีพลังงานทดแทนด้วยระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ข้างต้นให้เข้ากับระบบสูบน้ำประปาบาดาลในปัจจุบัน
ระบบสูบน้ำบาดาลสามารถพิจารณาได้จากเครื่องสูบน้ำในแต่ละรุ่นประกอบไปด้วยประสิทธิภาพโดยเฉลี่ยของมอเตอร์อยู่ที่ประมาณ 55% ของประสิทธิภาพโดยรวมและเมื่อชดเชยกับค่าการสูญเสียทางไฟฟ้า 5% ดังนั้นกำลังไฟฟ้าที่ต้องใช้ในการขับมอเตอร์แต่ละรุ่นจึงมีขนาดดังแสดงในตารางที่ 1
ตารางที่ 1 กำลังไฟฟ้าที่ต้องใช้ในการขับมอเตอร์
การนำพลังงานไฟฟ้าแสงอาทิตย์มาใช้ในระบบสูบน้ำประปาบาดาลจะต้องมีความสัมพันธ์กับอัตราการสูบที่กำหนดไว้นั้น เพื่อให้ระบบทำงานได้อย่างต่อเนื่อง หากคำนวณเฉพาะแหล่งพลังงานแสงอาทิตย์ที่จะนำมาประยุกต์ใช้ สามารถสรุปได้ดังแสดงในตารางที่ 2
ตารางที่ 2 การเปรียบเทียบอัตราการสูบกับกำลังไฟฟ้าที่ต้องการ
จากข้อมูลเชิงพฤติกรรมของกลุ่มผู้ใช้น้ำบาดาล ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในพื้นที่ชนบทพบว่า ระบบมีความต้องการใช้น้ำสูงสุด (peak demand) 2 ช่วงเวลา คือ ช่วงเช้า 06.00-08.00 น. และช่วงเย็น 16.00-18.00 น. ทั้งในกรณีประปาเพื่อการเกษตรและประปาหมู่บ้าน (ทั้งนี้เวลาอาจแตกต่างกันขึ้นกับปัจจัยที่แตกต่างกันในแต่ละภูมิภาค) ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่แหล่งพลังงานแสงอาทิตย์เพียงอย่างเดียวไม่สามารถตอบสนองความต้องการ (peak demand) ได้
ตารางที่ 3 การเปรียบเทียบขนาดเครื่องสูบน้ำกับกำลังไฟฟ้าที่ต้องการจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์
อย่างไรก็ตาม ระยะเวลานอกเหนือจากที่กล่าวมาข้างต้น นั่นคือเวลา 08.00-16.00 น. จะเป็นระยะเวลาที่พลังงานแสงอาทิตย์ที่ความเข้มของแสงเหมาะสมที่จะนำมาใช้ประโยชน์ได้สูงสุด และยังเป็นช่วงเวลาที่ระบบประปาบาดาลสามารถสูบน้ำเข้าหอถังพักน้ำจนเต็ม จนกระทั่งระบบหยุดการทำงานโดยอัตโนมัติในท้ายที่สุด หากนำปัจจัยด้านเวลามาพิจารณาจะพบว่า ระบบสูบน้ำจำเป็นจะต้องมีพลังงานส่วนเกิน (06.00-08.00 น. และ 16.00-18.00 น. รวม 4 ชั่วโมง) ที่สามารถชดเชยและนำมาประจุสะสมเข้าแบตเตอรีเพื่อนำไปใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าอื่นๆ ที่จำเป็น
การประยุกต์เทคโนโลยีด้านพลังงานทดแทนอย่างระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับระบบประปาบาดาลทำให้เราสามารถลดต้นทุนด้านพลังงานไฟฟ้าลงไปได้อย่างมากมาย มีอายุการใช้งานไม่น้อยกว่า 10 ปี และเป็นประโยชน์สำหรับกลุ่มเกษตรกรที่ต้องการใช้ทรัพยากรน้ำยามขาดแคลนในช่วงหน้าแล้ง
เอทานอลกับเชื้อเพลิงใหม่ไฮโดรเจนในรถยนต์
เอทานอลกับเชื้อเพลิงใหม่ไฮโดรเจนในรถยนต์
โดย ดร.ธีรภัทร ศรีนรคุตร
สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย
ถ้าเอ่ยถึง “เอทานอล” ในปัจจุบันเชื่อว่าคนส่วนใหญ่คงรู้จักกันดีว่าเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพ (Biofuel) ที่ผลิตจากวัสดุทางการเกษตร อาทิเช่น มันสำปะหลัง อ้อย กากน้ำตาล ข้าว ข้าวโพด เป็นต้น โดยนำมาใช้ทดแทนน้ำมัน ด้วยการนำเอทานอลมาผสมกับน้ำมันเบนซินได้เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีชื่อว่า “แก๊สโซฮอล์” ซึ่งมีหลายสูตรขึ้นกับสัดส่วนของการใช้เอทานอลมาผสม เช่น ถ้าผสมกับน้ำมันเบนซินอัตราส่วนร้อยละ 10 เราก็จะเรียกแก๊สโซฮอล์ อี10 (E10) ถ้าผสมกับน้ำมันเบนซินอัตราส่วนร้อยละ 85 เราก็จะเรียกแก๊สโซฮอล์ อี85 (E85) เป็นต้น นอกเหนือจากบทบาทการนำมาผลิตเป็นน้ำมันแก๊สโซฮอล์แล้ว จะขอกล่าวถึงบทบาทใหม่ของเอทานอลในการนำมาผลิตเป็นเชื้อเพลิงทางเลือกชนิดใหม่ที่ชื่อว่า “ไฮโดรเจน (hydrogen)” ประยุกต์ใช้กับรถยนต์ซึ่งมีการผลิตออกมาใช้ในเชิงการค้าแล้ว ยกตัวอย่างเช่น รถยนต์ก๊าซไฮโดรเจนของค่ายโตโยต้า โดยบริษัทโตโยต้ามอเตอร์ ประเทศญี่ปุ่น ผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่อันดับ 1 ของโลก ได้เปิดตัว “ยานยนต์แห่งอนาคต” ที่ไม่ต้องใช้น้ำมัน แต่ใช้ “ไฮโดรเจนเหลว” เป็นเชื้อเพลิงแทน เมื่อกลางเดือนธันวาคมปี พ.ศ. 2557 รถยนต์โตโยต้าที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนรุ่นแรกนี้ชื่อว่า โตโยต้ามิราอิ (TOYOTA MIRAI) มิราอิ แปลว่า “อนาคต” (รูปที่ 1) ราคาจำหน่ายประมาณ 1.8 ล้านบาท (ราคาในประเทศญี่ปุ่น) เมื่อเติมไฮโดรเจนเต็มถังสามารถใช้ได้ถึง 650 กิโลเมตร มากกว่ารถยนต์พลังไฟฟ้าถึง 3 เท่า แถมใช้เวลาเติมไม่กี่นาทีเช่นเดียวการเติมน้ำมัน อย่างไรก็ตามสิ่งที่จะกล่าวถึงต่อไปคือเรื่องการได้มาซึ่งเชื้อเพลิงไฮโดรเจนและมีความเกี่ยวข้องกับเอทานอลอย่างไร?
รูปที่ 1 รถยนต์โตโยต้ามิราอิใช้เชื้อเพลิงพลังงานทางเลือกไฮโดรเจน
ที่มา: http://www.manager.co.th/Around/ViewNews.aspx?NewsID=9570000133149&Html=1&TabID=2&
พลังงานไฮโดรเจนได้มาจากอะไร?
ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่มีมากที่สุดในระบบสุริยะจักรวาล สามารถพบอยู่ในสารประกอบอื่นๆ อย่างเช่น น้ำ สารประกอบไฮโดรคาร์บอนของเชื้อเพลิงฟอสซิล ก๊าซธรรมชาติ เอทานอล เป็นต้น ไฮโดรเจนถือว่าเป็นเชื้อเพลิงสำหรับการเผาไหม้ที่มีประสิทธิภาพสูง สะอาด เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
เมื่อพิจารณาจากวัตถุดิบเป็นหลักเราสามารถผลิตไฮโดรเจนได้จาก 3 แหล่งหลัก ได้แก่ แหล่งเชื้อเพลิงฟอสซิล แหล่งพลังงานหมุนเวียน และแหล่งพลังงานนิวเคลียร์ ดูในรูปที่ 2
รูปที่ 2 แหล่งพลังงานไฮโดรเจน
ที่มา : https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/hydrogen.pdf
เทคโนโลยีในการผลิตไฮโดรเจน
เทคโนโลยีในการผลิตไฮโดรเจนในระดับอุตสาหกรรมมีหลากหลาย ขึ้นกับชนิดของวัตถุดิบ เทคโนโลยีแรกเกิดขึ้นปลาย ค.ศ.1920 เป็นกระบวนการใช้ไฟฟ้าเคมี คือ การแยกน้ำด้วยไฟฟ้า (electrolysis) ออกเป็นไฮโดรเจนกับออกซิเจน อย่างไรก็ตามช่วงกลาง ค.ศ.1960 วัตถุดิบจากฟอสซิล (fossil based feedstock) ที่เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอน เช่น ก๊าซธรรมชาติ ถ่านหิน เป็นต้น ได้ถูกนำมาใช้เป็นวัตถุดิบหลักในการผลิตไฮโดรเจนโดยผ่านกระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยไอน้ำ (steam reforming) เป็นการนำสารไฮโดรคาร์บอนมาทำการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโมเลกุลด้วยไอน้ำ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีการผลิตที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน นอกจากนั้นก็ยังมีวิธีการการแยกสลายสารด้วยความร้อน (thermolysis) และกระบวนการทางชีววิทยาสังเคราะห์ (synthetic biology) ในการทำให้จุลชีพ (จุลินทรีย์ และสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน) มีความสามารถในการผลิตไฮโดรเจน
โดยสรุปพลังงานไฮโดรเจนที่นำมาใช้กับยานพาหนะหากไม่ได้ผลิตจากวัตถุดิบกลุ่มฟอสซิล ยานพาหนะเหล่านั้นจะไม่มีการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ หลีกเลี่ยงการเกิดภาวะโลกร้อน (global warming) นำมาซึ่งอุบัติภัยต่างๆ มากมาย ซึ่งถือเป็นจุดประสงค์หลักของการใช้ไฮโดรเจน ดังนั้นการผลิตไฮโดรเจนจากพลังงานหมุนเวียน อย่างเช่น เอทานอลซึ่งถือเป็นกลุ่มที่มีไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบอยู่จำนวนมาก จึงมีความน่าสนใจ และเหมาะกับประเทศไทยที่ปัจจุบันมีการส่งเสริมให้นำวัสดุการเกษตรมาผลิตเอทานอลในเชิงพาณิชย์อย่างแพร่หลาย
The 10th Biomass-Asia Workshop
The 10th Biomass-Asia Workshop : “Biomass Refinery to Community and Industrial Applications” with Asia Biomass Office Conference will held on August 5 – 6, 2013 at Centara Grand at Central World Hotel, Bangkok, Thailand. The program will be in English and the registration fee is free.
Website : http://www.biomass-asia-workshop.jp
NGV vs LPG
NGV หรือ Natural Gas Vehicles ซึ่งสากลเรียกว่า CNG : Compressed Natural Gas หรือ ก๊าซธรรมชาติอัด คือ ก๊าซธรรมชาติสำหรับยานยนต์ ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น มีสถานะเป็นก๊าซที่เบากว่าอากาศ เมื่อรั่วจะลอยขึ้นสู่อากาศทันที เกิดขึ้นจากการนำก๊าซธรรมชาติ ซึ่งเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอน ที่มีองค์ประกอบของก๊าซมีเทน มาอัดจนมีความดันสูงประมาณ 3,000 ปอนด์/ตารางนิ้ว
LPG หรือ Liquefied Petroleum Gas คือ ก๊าซปิโตรเลียมเหลว หรือ ก๊าซหุงต้ม ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น มีสถานะเป็นของเหลว หนักกว่าอากาศ เมื่อรั่วจะกระจายอยู่ตามพื้นราบ สามารถสะสมและลุกไหม้ได้ง่าย ส่วนใหญ่ใช้สำหรับเป็นเชื้อเพลิงในครัวเรือนและกิจการอุตสาหกรรม ได้จากการแยกน้ำมันดิบในโรงกลั่นน้ำมันหรอการแยกก๊าซธรรมชาติในโรงแยกก๊าซ เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอน ที่มีองค์ประกอบของก๊าซโพร-เพน (Propane) เป็นส่วนใหญ่ มีค่าออกเทนสูงถึง 105 RON* ปกติจะเติมสารมีกลิ่นก่อนนำไปใช้งานเพื่อจะได้ทราบเมื่อมีการรั่วไหล
* RON หรือ Research Octane Number เป็นค่าออกเทนที่มีประสิทธิภาพต่อต้านการน็อคในเครื่องยนต์หลายสูบ ที่ทำงานอยู่ในรอบของช่วงหมุนต่ำ โดยใช้เครื่องยนต์ทดสอบมาตรฐานภายใต้สภาวะมาตรฐาน 600 รอบต่อนาท
ที่มา : สวัสดิการสาร ฉบับประจำเดือนกรกฎาคม 2551