เทคโนโลยี นวัตกรรม สิ่งประดิษฐ์ วิศวกรรม เกษตรศาสตร์ >>

มวลชีวภาพหรือชีวมวล

(Biomass)

มวลชีวภาพส่วนใหญ่มาจากพืช เช่น ไม้ รวมถึงของเสียจากสัตว์ เช่น มูลโค มูลสุกร ขนาดของแหล่งพลังงานมวลชีวภาพมีอยู่อย่างมหาศาล ในแต่ละปีพืชเจริญเติบโตเก็บตุนพลังงานมากเพียงพอให้เชื้อเพลิงแก่โลกได้ถึง 5 ปี ประมาณร้อยละ 90 ของพลังงานนี้เป็นไม้จากป่าไม้ทั่วโลก มีเพียงร้อยละ 2 ของมวลชีวภาพที่โลกผลิตขึ้นมาในแต่ละปีถูกนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิง คาดว่าการใช้พลังงานประเภทนี้จะมีเพิ่มขึ้นเป็นร้อยละ 8 ของการใช้พลังงานทั้งโลกราวกลางศตวรรษที่ 21 นี้ เชื้อเพลิงมวลชีวภาพโดยทั่วไปแม้ว่าอยู่ในรูปของแข็งเป็นส่วนใหญ่แต่สามารถเปลี่ยนให้อยู่ในรูปของเชื้อเพลิงเหลวและก๊าซได้ มวลชีวภาพแบ่งออกได้ ดังนี้

เชื้อเพลิงมวลชีวภาพแบบดั้งเดิม

ไม้ฟืน เป็นแหล่งเชื้อเพลิงหลักมาแต่อดีต กระทั่งยุคปฏิวัติอุตสาหกรรมถ่านหินก็ได้เข้ามาแทนที่ในยุคแห่งพัฒนา ไม้ยังคงเป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับความร้อนและการหุงต้ม ไม้ฟืนแห้งต่อเมตริกตันจะให้ความรอนมากกว่าไม้สด
ถ่านไม้ โดยการเผาไม้ในสภาพขาดอากาศเรียกว่า “ไพโรไลซิส” ในยุโรปเตาเผาใต้ดินสืบย้อนหลังได้ถึง 5,500 ปี มนุษย์รู้จักใช้ถ่านไม้เป็นเชื้อเพลิงถลุงโลหะมาตั้งแต่ยุคบรอนซ์ ยุคเหล็กแล้ว ทุกวันนี้ถ่านไม้เป็นที่คุ้นเคยในฐานะของเชื้อเพลิงสำหรับย่างบาร์บีคิวในสวน ไม้ประกอบด้วยสารระเหยทั้งที่เป็นก๊าซและของเหลวสารเหล่านี้จะสูญหายไประหว่างที่มีการเผาถ่านและเพราะว่าสารระเหยนี้มีค่าความร้อนร้อยละ 75 การเผาถ่านจึงเป็นวิธีการสูญเสียอย่างมาก และทำให้เกิดมลภาวะทางอากาศ
เศษวัสดุเหลือทิ้งจากกิจกรรมการเกษตรของเสียจากไร่นาถูกนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงมาตั้งแต่ยุคต้นๆ แล้ว ของเสียเหล่านี้ประกอบด้วยมูลสัตว์แห้ง ส่วนที่เหลือจากพืช เช่น แกลบ ฟางข้าว และเศษไม้ เช่นเดียวกับมนุษย์รู้จักดายหญ้ามาทำเชื้อเพลิงนานนับพันปีมาแล้ว

เชื้อเพลิงมวลชีวภาพสมัยใหม่

ของเสียจากอุตสาหกรรมการเกษตร ของเสียจากกระบวนการผลิตน้ำตาล ที่เรียกว่า กากอ้อยวัสดุที่เป็นเส้นใยนี้เหมาะสำหรับเป็นเชื้อเพลิงหม้อไอน้ำผลิตไฟฟ้า ของเสียอื่นทางเกษตรกรรม เช่น กาบและกะลามะพร้าว แกลบและฟางข้าว มีจำนวนหลายพันหลายหมื่นเมตริกตันในช่วงของฤดูกาลผลิต การเผาซังและฟางข้าวหลังการเก็บเกี่ยวกระทบต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าการเผาฟางข้าวเป็นเชื้อเพลิงเสียอีก
มูลสัตว์ ของเสียเปียกจำพวกมูลสัตว์สามารถใช้ประโยชน์ได้เช่นเดียวกัน น้ำเสียจากคอกวัวเมื่อผ่านกระบวนการย่อยสลายเพียง 2– 3 วันในถังหมักขนาดใหญ่ที่เรียกว่า Anaerobic Digesters จะให้ก๊าซเชื้อเพลิงที่มีประโยชน์ส่วนที่เหลืออยู่เมื่อทำให้แห้งใช้เป็นปุ๋ยได้
ของเสียจากอุตสาหกรรมป่าไม้ในอดีตของเสียดังกล่าวปล่อยทิ้งให้ผุพังโดยไร้ประโยชน์ พัฒนาการของเครื่องจักรกลเปลี่ยนเศษไม้ที่ยังใช้ได้เหล่านี้ให้เป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย ทำให้แห้งแล้วขนส่งไปใช้เป็นเชื้อเพลิงเผาหม้อไอน้ำได้
ของเสียในครัวเรือนในแต่ละปีประเทศอุตสาหกรรมนำของเสียจากชุมชนไปฝังเป็นจำนวนมหาศาล ต้องใช้เนื้อที่เป็นจำนวนมากในการกลบฝังเป็นทางเลือกที่แพงและสูญเสียเพิ่มขึ้นทุกปี การนำพลังงานจากขยะชุมชนมาใช้มีอยู่ 2 วิธี คือ แยกวัสดุที่เผาไหม้ได้ออกมาก่อนและกลบฝัง และใช้ที่กลบฝังขยะเป็นแหล่งผลิตก๊าซ
หลุมขยะ การเผาขยะก่อนกลบฝังเป็นการลดปริมาณของเสีย ลดต้นทุนการกลบฝัง และยังได้พลังงานที่นำไปใช้เป็นความร้อนชุมชน ผ่านกระบวนการไฟฟ้าความร้อนร่วม (Combined Heat and Power scheme, CHP) ถ้าแยกขยะส่วนที่ไม่ติดไฟออกก่อน เช่น โลหะ แก้ว การสันดาปจะมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้นทางเลือกอีกอย่างหนึ่งก็ คือ นำขยะที่ติดไฟได้นี้ไปผ่านกระบวนการผลิตให้เป็นก้อนเป็นเชื้อเพลิงจากขยะ (Refuse – Derived Fuel, RDF)
พืชพลังงานในบางประเทศการลดพื้นที่เกษตรกรรมเพื่อผลิตอาหารลงและนำพื้นที่ไปใช้ปลูกพืชที่ให้พลังงาน โดยเฉพาะไม้ที่โตเร็ว เช่น วิลโลว์ ยูคาลิปตัส กระถินณรงค์ หรือแม้แต่หญ้าบางชนิด จัดอยู่ในพืชพลังงาน (Energy Crops) โดยใช้เทคนิคป่าละเมาะโดยตัดต้นใหม่ทุก ๆ 3 – 4 ปี เพื่อทำเชื้อเพลิง ต้นใหม่ก็จะงอกขึ้นมาแทนที่ต้นเก่าเรื่อยไป
เชื้อเพลิงเหลวจากพืช เชื้อเพลิงมวลชีวภาพโดยทั่วไปเหมาะสำหรับความร้อนและไฟฟ้า แต่เชื้อเพลิงเหลวสามารถใช้ได้ในการคมนาคมเอธานอล (Ethanol) เป็นแอลกอฮอล์ชนิดหนึ่งซึ่งเผาไหม้ได้ดีและใช้ผสมกับเชื้อเพลิงได้ เช่น น้ำตาลอ้อย และข้าวโพด เป็นวัตถุดิบสำหรับผลิตเอธานอล พืชดังกล่าวเมื่อผ่านการหมักแล้วจะให้น้ำและแอลกอฮอล์ และทำให้เข้มข้นขึ้นได้ด้วยการกลั่น น้ำมันพืชสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงได้โดยตรงเช่นกันแต่จะใช้ได้ดีขึ้นเมื่อผ่านกระบวนการปรับปรุงทางเคมีที่เรียกว่า Esterification เป็นกระบวนการที่รวมน้ำมันพืชกับแอลกอฮอล์หรือเมทานอลหรือเอธานอลอย่างใดอย่างหนึ่ง
ไบโอดีเซล (Biodiesel) น้ำมันพืชชนิดต่าง ๆ ได้แก่ เมล็ดเรฟ ทานตะวัน งา ฝ้าย ถั่วลิสง ถั่วเหลือง ละหุ่ง สบู่ดำ มะพร้าว ปาล์มน้ำมัน และน้ำมันเหลือใช้หลังการปรุงอาหารจากภัตตาคาร และร้านอาหารประเภท fast-food นำมาเข้ากระบวนการเปลี่ยนแปลงทางเคมี เป็น Methyl ester ethyl ester หรือ butyl ester หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า “ไบโอดีเซล” ซึ่งสามารถนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงแทนน้ำมันดีเซลในสัดส่วนผสมต่าง ๆ ได้โดยไม่เกิดผลกระทบต่อระบบต่าง ๆ กับเครื่องยนต์ดีเซล แม้จะใช้เป็นระยะสั้นและหรือยาว การใช้ไบโอดีเซลเป็นเชื้อเพลิงจะไม่เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม สามารถย่อยสลายได้โดยกระบวนการทางชีวภาพ และเกิดมลพิษทางอากาศน้อยกว่าน้ำมันดีเซล เป็นต้น

ข้อดีของชีวมวล

ข้อดีที่สำคัญทางสิ่งแวดล้อม คือ การใช้ชีวมวลในการผลิตความร้อนหรือไฟฟ้าจะไม่เพิ่มปริมาณสุทธิของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศโลก ในกรณีที่เรามีการผลิตชีวมวลขึ้นมาเพื่อทดแทนชีวมวลที่ได้ใช้ไป เพราะจะทำให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ถูกหมุนเวียนมาใช้ในชีวมวลที่ผลิตใหม่เท่ากับปริมาณก๊าซที่ถูกผลิตจากการเผาไหม้ชีวมวลนั้น ๆ เนื่องจากพืชต้องหายใจเพื่อเอาก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เข้าไปใช้ในการเจริญเติบโตอีกทั้งชีวมวลยังมีปริมาณกำมะถันต่ำกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิลมาก นั่นหมายถึง การใช้ชีวมวลจะลดโอกาสในการเกิดปรากฏการณ์เรือนกระจก (Greenhouse effect) ซึ่งตรงข้ามกับการใช้น้ำมันในภาคขนส่ง หรือถ่านหินในโรงไฟฟ้า

ข้อเสียของชีวมวล

ชีวมวลมีการเก็บรักษาและการขนส่งที่ยาก และมีความเสี่ยงสูงในการจัดหาหรือรวบรวมปริมาณชีวมวลที่ต้องการใช้ให้คงที่ตลอดปี เพราะชีวมวลบางประเภท เช่น กากอ้อยมีจำกัดเพียงบางเดือน อีกทั้งชีวมวลทุกประเภทต่างต้องการพื้นที่ในการเก็บรักษาขนาดใหญ่กว่าเชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น หากต้องการปริมาณความร้อนที่เท่ากันจะต้องใช้แกลบในปริมาณที่มากกว่าน้ำมันเตา เป็นต้น ดังนั้นการพัฒนาระบบวิธีการจัดเก็บและขนส่งจึงสำคัญและจำเป็นมาก