View
4
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
การใชประโยชนวสดชวมวลเหลอใชทางการเกษตร
สำาหรบกกเกบคารบอนและดดซบสารอนทรยระเหยงาย
ในชนบรรยากาศ
อาจารย ดร.สทธรตน กตตพงษวเศษ, ดร.ดวงกมล พหสตร และ พชชาพนธ รตนพนธ สถาบนวจยสภาวะแวดลอม และ ศนยความเปนเลศดานการจดการสารและของเสยอนตราย จฬาลงกรณมหาวทยาลยศาสตราจารย ดร. กตตคณ จงรกษ ผลประเสรฐคณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยธรรมศาสตร
บทนำา :
การเปลยนแปลงสภาพภมอากาศและการปนเปอนมลสารในชนบรรยากาศกำาลงเปนปญหาสงแวดลอมท
สำาคญในปจจบน และทวความรนแรงมากขนในหลายภมภาคทวโลก โดยมหลกฐานเชงประจกษทแสดงใหเหนถง
ผลกระทบของปญหาทชดเจนมากขน อาท การเพมขนของอณหภมผวนำาทะเลและชนบรรยากาศ การเพมขนของ
ระดบนำาทะเล การเปลยนแปลงรปแบบของฤดกาลในคาบเวลาทผานมาเทยบกบปปจจบน เปนตน ทงน กลม
นกวทยาศาสตรจากองคกรระหวางรฐบาลวาดวยการเปลยนแปลงสภาพภมอากาศ (Intergovernmental Panel on
Climate Change: IPCC) ไดสนนษฐานวาสาเหตสำาคญของปญหาดงกลาวนาจะเกดจากการสะสมของกาซเรอน
กระจกในชนบรรยากาศเนองจากกจกรรมตาง ๆ ของมนษย เชน การเผาไหมเชอเพลงนำามนและถานหน สำาหรบ
การผลตในภาคอตสาหกรรม พาณชยกรรม และการขนสง เปนตน รายงานขอมลการเพมขนของปรมาณกาซเรอน
กระจกในชนบรรยากาศในชวงค.ศ. 1800 - ค.ศ. 2000 ของ IPCC (2007) พบวา ปรมาณกาซคารบอนไดออกไซด
(CO2) เพมสงขนจาก 280 สวนในลานสวน (ppm) เปน 360 ppm เชนเดยวกบกาซมเทน (CH
4) ซงเพมสงขน
ปท 21 ฉบบท 3 กรกฎาคม-กนยายน 2560 61
62 วารสารสงแวดลอม ENVIRONMENTAL JOURNAL
กวาเทาตว จาก 750 สวนในพนลานสวน (ppb) เปน 1,750 ppb สวนกาซไนตรสออกไซด (N2O) มแนวโนมเพม
สงขน ตงแตมการปฏวตเกษตรกรรม โดยตรวจพบความเขมขนในชนบรรยากาศจาก 270 ppm เพมขนเปน 310 ppm
โดยการสะสมของกาซเรอนกระจกกลมดงกลาวในชนบรรยากาศ สงผลใหอณหภมเฉลยของผวโลกเพมสงขน
ประมาณ 0.74 ± 0.18 องศาเซลเซยสในรอบศตวรรษ
ถงแมวาในปจจบน (พ.ศ. 2560) ประเทศไทย ยงไมมพนธกรณในการลดการปลอยกาซเรอนกระจกภายใต
กลไกของพธสารเกยวโต แตจากการขยายตวของอตสาหกรรมและเศรษฐกจของประเทศ สงผลใหมการปลอยกาซ
เรอนกระจกสชนบรรยากาศอยางตอเนอง จากขอมลบญชกาซเรอนกระจกในป พ.ศ. 2543 รายงานวา การปลด
ปลอยกาซเรอนกระจกทงหมดของประเทศ มคา 229.08 ลานตนคารบอนไดออกไซดเทยบเทา โดยภาคพลงงานม
การปลอยกาซเรอนกระจกมากทสด (รอยละ 69.9) รองลงมา คอ ภาคการเกษตร (รอยละ 22.6) ภาคอตสาหกรรม
(รอยละ 7.2) และภาคของเสย (รอยละ 4.10) ตามลำาดบ จากสถานการณดงกลาว สงผลใหทกภาคสวนทเกยวของ
พยายามจดการกบปญหาการเปลยนแปลงสภาพภมอากาศ เชนเดยวกบปญหามลพษทางอากาศซงเปนผลจากการ
ขยายตวของภาคอตสาหกรรมหรอภาคเมอง สงผลใหคามลสารในอากาศสงเกนมาตรฐานทกำาหนด อาท สาร 1,3
บวทาไดอน, 1,2-ไดคลอโรอเทน เบนซน และคลอโรฟอรมซงพบวามความเขมขนสงเกนเกณฑมาตรฐานในหลาย
พนททงกรงเทพมหานคร ปทมธาน ราชบร และระยอง (กรมควบคมมลพษ, 2559) ดวยเหตน การศกษาความเปน
ไปไดในการพฒนาวสดดดซบชวมวลจากของเหลอใชทางการเกษตรนบเปนทางเลอกหนงในการเพมมลคาทรพยากร
และนำาของเสยกลบมาใชใหม (Waste Recovery) อยางมประสทธภาพ สงเสรมรปแบบการจดการธรกจสเขยวท
เปนมตรตอสงแวดลอม (Green Industry) อนจะเปนประโยชนตอสงแวดลอม รวมไปถงกลมวสาหกจชมชน และ
สงคมแบบบรณาการและยงยน
63ปท 21 ฉบบท 3 กรกฎาคม-กนยายน 2560
สถานการณปรมาณวสดเหลอใชทางการเกษตรของประเทศไทย
ประเทศไทยเปนประเทศเกษตรกรรมและเปนแหลงผลตและสงออกสนคาเกษตรทสำาคญแหงหนงของ
โลก โดยกลมธรกจภาคเกษตรกรรมจดอยในกลมวสาหกจขนาดกลางและขนาดยอมทมการเจรญเตบโตสงในระดบ
ประเทศ (SME High Growth Sectors) หากแตวสดเหลอทงทางการเกษตรยงไมไดถกนำามาใชประโยชนมากนก
อกทงยงมการจดการของเสยชวมวลโดยการเผาในทโลง (open burning) ซงเปนสาเหตหนงของการปลอยกาซ
เรอนกระจกและมลสารสชนบรรยากาศ โดยในป พ.ศ. 2552 ประเทศไทยมปรมาณวสดเหลอใชทางการเกษตรมาก
ถง 5.95 ลานตน (กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน, 2558) โดยแกลบ (รอยละ 51) และชานออย
(รอยละ 31) เปนวสดชวมวลทมสดสวนเหลอทงมากทสด ดงนน การศกษาและพฒนาแนวทางเลอกในการเพมมลคา
วสดชวมวลเหลอใชสำาหรบการผลตวสดดดซบทมคณสมบตในการดดซบมลสารในสงแวดลอมนบเปนวธการจดการ
ของเสยทเกดขนอยางเกดประโยชนสงสด
หลกการกกเกบกาซคารบอนไดออกไซดและดดซบมลสารอนทรย
ระเหยงายในชนบรรยากาศ
การดกจบและกกเกบคารบอน (Carbon Capture and Storage: CCS) เปนเทคโนโลยทประยกตใช เพอ
ลดความเขมขนของกาซเรอนกระจกในชนบรรยากาศและสงแวดลอม (IPCC,2005) โดยมหลกการดงน
1) การดกจบคารบอน (Carbon Capture) เปนกระบวนการดกจบกาซคารบอนไดออกไซดทออกจาก
กระบวนการเผาไหม สามารถทำาไดทงกอนการเผาไหม (Pre-combustion) หลงการเผาไหม (Post-combustion)
หรอระหวางการเผาไหม (Oxy-combustion) โดยการใชสารเคมดดซบ ลดอณหภม การใชเทคโนโลยเยอเลอกผาน
(membrane) หรอการพฒนาวสดดดซบทมพนทผวดดซบสง
2) การกกเกบคารบอน (Carbon Storage) ไดแก การกกเกบทางตรง (direct storage) โดยอาศยการกกเกบ
กาซคารบอนไดออกไซดในรปของกาซใตดนหรอของเหลวในมหาสมทร หรอการกกเกบทางออม (indirect storage)
โดยอาศยตนไมหรอพชสเขยวทนำากาซคารบอนไดออกไซดไปใชในกระบวนการสงเคราะหแสง เปนตน ปจจบน
การเกบกกหรอแยกกาซคารบอนไดออกไซดนำามาซงการสรางเทคโนโลยทหลากหลายอนเนองจากกระบวนการแยก
หรอการกำาจดสามารถนำาไปใชในหลายรปแบบ ไดแก การแยกกาซคารบอนไดออกไซดจากไอนำาจากโรงไฟฟา
บอขดเจาะกาซธรรมชาต และการแยกกาซคารบอนไดออกไซดจากกาซเชอเพลงตาง ๆ ทงน ในปจจบนเรมมการศกษา
การสงเคราะหและพฒนาวสดเพอใหมความสามารถในการดกจบและกกเกบคารบอนทงในการวจยขนพนฐานและ
การวจยประยกต เพอพฒนาตอยอดใหวสดมคณสมบตทเหมาะสมกบการนำาไปใชงานจรงในอนาคต ซงเกณฑสำาคญ
ทตองพจารณาในการพฒนาวสดดดซบดงกลาวประกอบดวย (1) ความเฉพาะเจาะจงของวสดในการเลอกเกบกก
โมเลกลของกาซคารบอนไดออกไซดเมออยในสภาวะทมกาซหลายชนดรวมกน และ (2) ความสามารถในการเกบกก
กาซคารบอนไดออกไซดตงแตปรมาณเลกนอยในบรรยากาศปกตจนถงสภาวะทมความเขมขนสง เปนตน สำาหรบการ
พฒนาวสดเพอการเกบกกกาซคารบอนไดออกไซดในปจจบน ผวจยมกใหความสนใจการพฒนาวสดทงายตอการนำา
ไปใชงานและมราคาถกกวาเทคโนโลยอน (D’Alessandro et al., 2010)
64 วารสารสงแวดลอม ENVIRONMENTAL JOURNAL
ทง น การนำ า เอา วส ด ดด ซบไปใชจ รง มก เ ปนการนำ า ไปใช ทง กอนการเผาไหมและหลงการ
เผาไหมตามความเหมาะสมของงาน (Figueroa et al., 2008) เนองจากเทคโนโลยทใชเพอการเกบ
กกกาซคารบอนไดออกไซดและสารอนทรยระเหยงายทพบในชนบรรยากาศ สวนใหญมพนฐานมาจากทฤษฎ
การดดซบ (adsorption) ทงสน (Yu et al., 2012) กลาวคอ การดดซบสามารถเกดไดทงในสภาวะท
สารเปนของแขง ของเหลว หรอกาซ โดยอาศยหลกการทคลายคลงกน คอ การดดซบโมเลกลบน
พนผวของวสดดดซบ ซงเรมตนจากการทสารตงตนมการแพรไปยงสวนทเปนตำาแหนงทวองไวบนพนผว
(active surface) จากนนจะเกดการดดซบของสารตงตนบนพนผว โดยจะเกดปฏกรยาระหวางพนผวและสาร
ตงตนบนพนผว (surface reaction) และเกดการปลอย/คายผลตภณฑออกจากพนผวและทายทสดโมเลกลทถก
ดดซบจะคายตวออกจากพนผว (desorption) ทงน มหลายปจจยทเกยวของกบกระบวนการดดซบ ไดแก
ตวดดซบ (substrate หรอ absorbent) ตวถกดดซบ (adsorbate) กระบวนการดดซบ (adsorption) การปกคลม
(coverage) บนพนผวของตวดดซบ รวมถง การสมผส (exposure) หรอการตรวจวดกาซบนพนผวทสงเกตได เปนตน
การพฒนาวสดดดซบกาซคารบอนไดออกไซดและมลสารอนทรย
ระเหยงายในชนบรรยากาศ
ปจจบนมการศกษาถงความเปนไปไดในการพฒนาวสดชวมวลใหเปนวสดดดซบ เชน ไมไผ ไมยางพารา
เศษไมทง รวมทงวสดเหลอทงทางการเกษตร ไดแก แกลบ ขเลอย กะลามะพราว ซงขาวโพด เปนตน โดยหลกการ
ทวไปของการดดแปรวสดชวมวลเปนวสดดดซบ คอ การเปลยนองคประกอบคารบอนในวสดซงทำาได 2 วธ ไดแก
วธการกระตนทางกายภาพ (physical activation) ซงเปนการกระตนโดยอาศยไอนำา ประกอบกบ การใชอณหภม
สงในการเผากระตน โดยไอนำาจะตองอยในรปไอนำาทรอนยงยวด (superheated stream) เพอทำาใหสารอนทรย
ตาง ๆ สลายไป วธการนนยมใชในการพฒนาวสดคารบอน (carbonization) ซงการใหความรอนลกษณะนเรยกวา
pyrolysis ซงเปนการใหความรอนแกวสดอนทรยโดยการจำากดปรมาณออกซเจน อณหภมของการเผาอยในชวง
200-500°C ขนอยกบประเภทของวสดเปนสำาคญ อกวธการหนงทใชในการเปลยนองคประกอบคารบอนในวสด
คอวธการกระตนทางเคม โดยใชสารเคมชนดตาง ๆ เชน แคลเซยมคลอไรด สงกะสคลอไรด กรดฟอสฟอรค เปนตน
โดยสารเคมจะแทรกซมเขาสโครงสรางของชวมวลสงผลใหองคประกอบทไมบรสทธถกกำาจดไดเรวขน จากนนจง
นำาไปเผาแบบไมจำากดออกซเจนโดยใชอณหภมเผาประมาณ 600-700 °C ทงน ยงสามารถใชการกระตนทงสองวธ
รวมกนได โดยการกระตนโดยใชสารเคมกอนแลวจงนำาไปกระตนทางกายภาพเพอเพมจำานวนรพรนของถานใหม
คณสมบตเหมาะสมสำาหรบการดดซบมากยงขน
การพฒนาวสดดดซบมลสารในชนบรรยากาศ
จากการทบทวนวรรณกรรมทเกยวของพบวา งานวจยสวนใหญในตางประเทศเปนการพฒนาวสดชวมวล
เหลอใชทางการเกษตรสำาหรบดดซบมลสารในชนบรรยากาศจำาพวกซลเฟอรไดออกไซด (SO2) ไนโตรเจนออกไซด
(NOx) และไฮโดรเจนซลไฟด (H
2S) ซงเมอพจารณาถงประเภทวตถดบทใชจะเหนไดวา สวนใหญมกใชประโยชนจาก
วสดชวมวลทพบในแตละพนท เชน Almond shell, African palm , Peat, Pistachio nut shell เปนตน ทงน
วสดชวมวลแตละชนดมประสทธภาพดดซบมลสารทแตกตางกนไป อาท เปลอกถวพทาชโอ มคาการดดซบมลสาร
65ปท 21 ฉบบท 3 กรกฎาคม-กนยายน 2560
จำาพวก SO2 ไดดกวากะลามะพราว สวนกะลามะพราวมประสทธภาพในการดดซบกาซ H
2S ไดดกวาวสดดดซบ
ชวมวลทสงเคราะหไดจากกะลาปาลม เปนตน นอกจากน งานวจยในตางประเทศไดทดลองศกษาประสทธภาพการ
ดดซบกาซคารบอนไดออกไซดโดยการสงเคราะหวสดดดซบชวมวลหลากหลายชนด ซงแตละชนดมความสามารถ
ในการดดซบทแตกตางกนไป เชน วสดดดซบทสงเคราะหไดจากปาลมแอฟรกนมประสทธภาพการดดซบกาซ
คารบอนไดออกไซด 160 มลลกรมตอกรมวสดดดซบ เปนตน (ตารางท 1)
ตารางท 1 การพฒนาวสดดดซบชวมวลและการนำาไปใชประโยชนในการดดซบมลสารในชนบรรยากาศ
วสดชวมวล รปแบบการใชประโยชน ประสทธภาพการดดซบ อางอง
Coconut shell วสดดดซบมลสารในชนบรรยากาศจำาพวกSO
2, NO
x, H
2S และ Aromatic VOCs
- 40 mg/g SO2
- 22 mg/g NOx
- 215.4 mg/g H2S
- 305.7 mg/g Aromatics
Lee et al., 2003
Palm shell วสดดดซบมลสารในชนบรรยากาศจำาพวก SO
2, NO
และ H
2S
- 73.7 mg/g SO2
- 3.7 mg/g NO- 53 mg/g H
2S
Sumathi et al., 2009; Guo et al., 2007
Wood วสดดดซบมลสารในชนบรรยากาศจำาพวก NO2 143-283 mg/g NO
2Kante et al., 2009
Pistachio nut shell วสดดดซบมลสารในชนบรรยากาศจำาพวก SO2
89.6 mg/g SO2
Lua et al., 2009
Peat วสดดดซบ CO2
0.77-3.98 mol/kg CO2
Garcıa et al., 2011
Wood และAlmond shell
วสดดดซบ CO2
7.3 mol/kg CO2;
11.7, 9.6 wt% CO2
Plaza et al., 2010
African palm วสดดดซบ CO2
160 mg/g CO2
Vargas et al., 2011
บทสรป
การใชประโยชนชวมวลเหลอใชทางการเกษตรสำาหรบกกเกบคารบอนและดดซบสารอนทรยระเหยงายในชน
บรรยากาศ นบเปนทางเลอกหนงในการจดการของเสยทางการเกษตรใหเกดประโยชนสงสด อยางไรกด เทคโนโลย
การดกจบและกกเกบกาซคารบอนไดออกไซดยงอยระหวางขนตอนการพฒนาซงมการวจยแพรหลายในตางประเทศ
แตการวจยในประเทศไทยยงมอยไมมากนก โดยมากจะเปนการวจยในการเตรยมวสดดดซบโดยการควบคมสภาพท
เหมาะสม ไดแก อณหภม สารเคม ระยะเวลาทใช สำาหรบตวอยางผลตภณฑเปาหมาย ไดแก ถานกมมนตทสงเคราะห
ไดจากซงขาวโพด ลกหกวาง ผกตบชวา ขเลอย กะลาตาลโตนด เปลอกเมลดยางพารา กากกาแฟ เมลดลำาไย เปลอก
เมลดทานตะวน เปนตน โดยเนนการใชประโยชนจากวสดดดซบดงกลาวในการบำาบดหรอกำาจดมลสาร กลมโลหะ
หนก สารฟอกยอม หรอสารปนเปอนอน ๆ ในสงแวดลอม หรอเปนการศกษาถงรปแบบและความเปนไปไดในการ
แปรรปวสดชวมวลเหลอใชเปนเชอเพลงในการผลตไฟฟา และพลงไอนำาใชสำาหรบกระบวนการผลตของอตสาหกรรม
และไดผลตอบแทนดานการลดปรมาณกาซเรอนกระจกในรปของคารบอนเครดตจากโครงการแปรรปชวมวลดงกลาว
เปนพลงงาน (waste-to-energy cogeneration) เปนตน (Kittipongvises and Polprasert, 2016) ดวยเหตน
การศกษาความเปนไปไดในการพฒนาวสดชวมวลพนถนมาสงเคราะหเปนวสดดดซบ เพอกกเกบคารบอนเพอชวย
บรรเทาปญหาการเปลยนแปลงสภาพภมอากาศและมลพษอากาศ เปนประเดนทนาสนใจทควรพฒนาตอยอดและ
พจารณาความคมคาทางเศรษฐศาสตร ตลอดจนวเคราะหความตองการทางการตลาดของกลมเปาหมายควบค
ไปพรอมกน
66 วารสารสงแวดลอม ENVIRONMENTAL JOURNAL
กตตกรรมประกาศ
ขอขอบคณสำานกงานคณะกรรมการวจยแหงชาต (วช.) และสำานกงานกองทนสนบสนนการวจย (สกว.) ท
ใหทนสนบสนนการวจย โครงการศกษาความเปนไปไดในการนำาวสดเหลอใชจากกลมวสาหกจชมชนการเกษตรมา
สงเคราะหเปนวสดดดซบเพอกกเกบคารบอนและบำาบดมลสารทางอากาศประเภทสารอนทรยระเหยงาย: กรณ
ศกษาประเภทแกลบและชานออย รวมถง จฬาลงกรณมหาวทยาลย ทไดอำานวยความสะดวกและสนบสนนในการ
ศกษาและองคความรอนเปนประโยชนตอการทำาวจยดงกลาว
เอกสารอางอง
ภาษาไทย
กรมควบคมมลพษ. 2559. สรปสถานการณสารอนทรยระเหยงายในบรรยากาศ (VOCs) ป 2558 [ออนไลน].
แหลงทมา: http://www.pcd.go.th/ [10 กมภาพนธ 2559]
กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน. 2558. ศกยภาพชวมวลในประเทศไทย [ออนไลน]. แหลงทมา:
http://www.dede.go.th/ewt_w3c/ewt_news.php?nid=486 [16 เมษายน 2558]
ภาษาองกฤษ
D’Alessandro, D. M., Smit B., Long J. R. 2010. Carbon dioxide capture: Prospects for new materials.
Angewandte Chemie International Edition 49: 6058-6082.
Figueroa, J. D., Fout, T., Plasynski, S., McIIvried, H., Srivastava, R. D. 2008. Advances in CO2 capture
technology–The U.S. Department of Energy’s Carbon Sequestration Program. International
Journal of Greenhouse Gas Control 2: 9-20.
Garcı´a, S., Gil, M. V., Martı´n, C. F., Pis, J. J., Rubiera, F., Pevida, C. 2011. Breakthrough adsorp-
tion study of a commercial activated carbon for pre-combustion CO2 capture. Chemical
Engineering Journal 171: 549–556.
Guo, J., Luo, Y., Lua, A. C., Chi, R., Chen, Y., Bao, X., Xiang, S. 2007. Adsorption of hydrogensulphide
(H2S) by activated carbons derived from oil-palm shell. Carbon 45: 330–336.
IPCC. 2005. IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage. United Kingdom and
New York, USA: Cambridge University Press.
IPCC. 2007. Climate Change 2007: The Physical Science Basis, Summary for Policymakers
[Online]. Available from: http://www.ipcc.ch/ [17 March 2015]
Kante, K., Deliyanni, E., Bandosz, T. J. 2009. Interactions of NO2 with activated carbons modified with
cerium, lanthanum and sodium chlorides. Journal of Hazardous Materials 165: 704–713.
67ปท 21 ฉบบท 3 กรกฎาคม-กนยายน 2560
Kittipongvises, S. and Polprasert, C. 2016. GHGs Emissions and Sustainable Solid Waste
Management. In O.P. Karthikeyan, K. Heimann, and S. S. Muthu (eds.), Recycling of Solid
Waste for Biofuels and Biochemicals, pp. 55-85. Singapore: Springer. DOI 10.1007/978-
981-10-0150-5
Lee, Y. W., Kim, H. J., Park, J. W., Choi, B. U, and Choi, D. K. 2003. Adsorption and reaction behavior
for the simultaneous adsorption of NO–NO2 and SO
2 on activated carbon impregnated
with KOH. Carbon 41: 1881–1888.
Lua, A. C., Yang, T. 2009. Theoritical and experimental SO2 adsorption onto pistachio-nut-shell
activated carbon for a fixed-bed column. Chemical Engineering Journal 155: 175-183.
Plaza, M. G., Garcı´a, S., Rubiera, F., Pis, J. J., and Pevida, C. 2010. Post-combustion CO2 capture with
a commercial activated carbon: comparison of different regeneration strategies. Chemical
Engineering Journal 163: 41–47.
Sumathi, S., Bhatia, S., Lee, K. T., and Mohamed, A. R. 2009. Optimization of microporous palm
shell activated carbon production for flue gas desulphurization: experimental and statistical
studies. Bioresource Technology 100: 1614–1621.
Vargas, D. P., Giraldo, L., Silvestre-Albero, J., and Moreno-Piraja´ n, J. C. 2011. CO2 adsorption on
binderless activated carbon monoliths, Adsorption 17: 497–504.
Yu, C.H., Huang, C. H., and Tan, C. S. 2012. A Review of CO2 Capture by Absorption and Adsorption.
Aerosol and Air Quality Research 12: 745–769.
Recommended