พลังงานถ่านหินสะอาด
ถ่านหินสะอาด
ความเป็นมา
1. ของโลก
การนำถ่านหินมาใช้เป็นครั้งแรกเริ่มขึ้น เมื่อชาวอินเดียนอเมริกันซึ่งอาศัยในบริเวณอริโซนาในปัจจุบันได้ใช้ถ่านหินเพื่ออบเครื่องปั้นดินเผาที่ทำมาจากดิน ต่อมาผู้ตั้งถิ่นฐานชาวยุโรปได้ค้นพบถ่านหินในอเมริกาเหนือในช่วงกลางคริสตศักราช 1600 แม้จะมีการใช้ในปริมาณเพียงเล็กน้อยในช่วงแรก เนื่องจากในยุคนั้นยังนิยมใช้พลังงานน้ำและถ่านไม้ แต่ถ่านหินได้กลายมาเป็นปัจจัยสำคัญในช่วงปี ค.ศ. 1800 ประชาชนเริ่มใช้ถ่านหินเพื่อผลิตสินค้าและเครื่องจักรกลไอน้ำส่งผลให้อเมริกากลายเป็นแหล่งพลังงานอันดับหนึ่งจนกระทั่งความต้องการน้ำมันเข้ามาแทนที่
2. ของไทย
ความเป็นมาของการนำถ่านหินมาใช้ในประเทศไทยนั้นเริ่มขึ้นในปี พ.ศ. 2440 เมื่อบริษัทถ่านหินศิลากระบี่ ได้เริ่มทำการสำรวจถ่านหินบริเวณภาคใต้ และได้รับพระราชทานให้ทำเหมือง บริเวณบ้านปูดำ กระบี่ ต่อมาในปี พ.ศ. 2448 ก็เลิกกิจการ
* ปีพ.ศ. 2460 มีการค้นพบลิกไนต์จำนวนมากบริเวณแอ่งกระบี่และแม่เมาะ เนื่องจากกรมพระกำแพงอัครโยธิน อธิบดีกรมการรถไฟหลวง รับสั่งให้หาแหล่งเชื้อเพลิงอื่นเพื่อทดแทนไม้ฟืนในการเดินรถ ต่อมาในปี พ.ศ.2490 กรมโลหกิจได้ดำเนินการสำรวจรายละเอียดของแอ่งแม่เมาะ และกรมทรัพยากรธรณีได้ดำเนินการสำรวจระยะสั้นทางใต้ รัฐบาลได้จัดตั้งรัฐวิสาหกิจเพื่อจัดการผลิตลิกไนต์จากแหล่งแม่เมาะ
* ต่อมาในปี พ.ศ. 2500 รัฐบาลได้ตั้งการลิกไนต์แห่งประเทศไทยเพื่อดำเนินการผลิตถ่านหิน ในเวลาเดียวกันกรมทรัพยากรธรณีได้ทำการสำรวจมุ่งเน้นในบริเวณแอ่งลี้ จังหวัดลำพูน และเหมืองกระบี่ก็เริ่มดำเนินการผลิตถ่านหินลิกไนต์บริเวณแอ่งกระบี่
* ในปี พ.ศ. 2510 รัฐบาลได้รวมการลิกไนต์แห่งประเทศไทย การไฟฟ้ายันฮี และเหมืองกระบี่เข้าด้วยกันและเปลี่ยนเป็น “การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.)” ซึ่งมีหน้าที่หลักในการผลิตและใช้ลิกไนต์จากแหล่งแม่เมาะและกระบี่เพื่อผลิตไฟฟ้า และตั้งแต่ปี 2522 บริษัทเอกชนได้มีบทบาทในการสำรวจ ผลิต และพัฒนาการทำเหมืองถ่านหิน และต่อมาอีกไม่นานในปี พ.ศ. 2529 ก็ได้มีการจัดตั้งคณะกรรมการนโยบายพลังงานแห่งชาติทำหน้าที่ดำเนินนโยบายในเรื่องการใช้พลังงานภายในประเทศ โดยให้กรมทรัพยากรธรณีมีหน้าที่สำรวจเบื้องต้น และดำเนินโครงการสำรวจและประเมินศักยภาพถ่านหินโดยใช้ข้อมูลทางธรณีวิทยาร่วมกับผลงานที่ดำเนินการแล้วเป็นหลักจนถึงปัจจุบัน
การนำถ่านหินมาใช้ผลิตพลังงานซึ่งโดยควบคู่กับเทคโนโลยีถ่านหินสะอาดเพื่อกำจัดสารพิษที่ปลดปล่อยออกมาในกระบวนการผลิตและการใช้ถ่านหิน เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดเป็นการใช้ประโยชน์จากถ่านหินที่คำนึงถึงการก่อผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมให้น้อยที่สุด ขบวนการกำจัดมลพิษของเทคโนโลยีถ่านหินสะอาดจะทำได้ทั้งก่อน เช่น Coal Water Mixture (CWM) ถ่ายอัดก้อนขณะเผาไหม้ เช่น Coal Gasification และภายหลังการเผาไหม้ถ่านหิน เช่น Flue Gas De-sulfurization (FGD), Electrostatic Precipitator (ESP) เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดนี้รวมการแปรรูปถ่านหินก่อนการใช้ประโยชน์ เช่น การกลั่นน้ำมันจากถ่านหินด้วย
วัตถุดิบ เทคโนโลยีและกระบวนการผลิต
ลำดับการเกิดถ่านหินเริ่มต้นจากการทับถมของซากพืชในบริเวณหนอง บึง แอ่งน้ำ หรือที่ชื้นแฉะ ริมน้ำหรือทะเลที่มีระดับต่ำกว่าบริเวณรอบข้างซึ่งยุบตัวลง หรือบริเวณรอบข้างมีการยกตัวสูงขึ้นเนื่องจากผิวโลกมีการปรับตัว วงจรชีวิตทำให้มีพืชเกิดและตายลงทับถมกันเป็นเวลานานซ้ำไปมาเป็นจำนวนมาก จนเกิดเป็นชั้นต่างๆ เมื่อมีการผุพังต่างๆ และได้รับแรงกดดันและความร้อนจากภายนอกโลก ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีและฟิสิกส์ทำให้ซากเหล่านี้แปรสภาพไปเป็นถ่านพีต เมื่อได้รับความร้อนและแรงกดดันภายในโลกเป็นเวลานานก็จะกลายเป็นถ่านหินในที่สุด
หากแยกเป็นกระบวนการจะสามารถแยกได้เป็น 2 รูปแบบ รูปแบบแรก คือ กระบวนการแปรเปลี่ยนทางชีวภาพ (Biochemical Reaction) หรือการก่อตัวใหม่ (Diagenesis) เป็นกระบวนการที่ทำให้ซากพืชที่ตกตะกอนสะสมกลายเป็นพีต ซึ่งจะมีจุลินทรีย์และปฏิกิริยาทางเคมีทำให้ซากพืชสลลายกลายเป็นเนื้อเดียวกัน กระบวนการนี้จะเกิดขึ้นได้ต้องมีสภาพแวดล้อมที่เหมาะสม กล่าวคือ ซากพืชจะต้องไม่จมอยู่ในน้ำลึกเกินไปและไม่อยู่ตื้นเกินไปจนทำให้ซากพืชนั้นเน่าเปื่อยไปเสียก่อน
อีกกระบวนการคือการแปรเปลี่ยนเนื่องจากความร้อน (Thermal Alteration) หรือ Metamorphism คือ เมื่อกระบวนการก่อตัวใหม่สิ้นสุดลง ความร้อนที่เพิ่มขึ้นจะทำให้พีตแปรสภาพเป็นถ่านหินในที่สุด การผลิตถ่านหินหรือการนำถ่านหินที่สำรวจพบขึ้นมาใช้ประโยชน์ ก็คือ การทำเหมืองนั่นเอง การทำเหมืองถ่านหิน โดยทั่วไปจะมี 2 ประเภท คือ
1. การทำเหมืองเปิด (Open Pit Mine)
การทำเหมืองเปิดเป็นการทำเหมืองโดยการเปิดหน้าดินที่ปิดทับชั้นถ่านหินอยู่ออกไป แล้วตักถ่านหินขึ้นมาใช้ประโยชน์ ซึ่งเป็นวิธีการที่ง่ายที่สุดและต้นทุนต่ำที่สุดของการทำเหมืองแร่ มักใช้กับแหล่งถ่านหินตื้นๆหรือลึกไม่มากนักตั้งแต่ระดับผิวดินจนถึงระดับลึก 500 เมตรจากผิวดินเป็นต้น
2. การทำเหมืองใต้ดิน (Underground Coal Mine)
เป็นการทำเหมืองในบริเวณที่ชั้นถ่านหินอยู่ในระดับลึกมากโดยการขุดอุโมงค์ลงไปใต้ดินเพื่อใช้เครื่องมือชนิดพิเศษขุดตักและลำเลียงถ่านหินขึ้นมาโดยสายพาน การทำเหมืองถ่านหินใต้ดินจำเป็นต้องใช้การลงทุนสูงและต้องมีการวางแผนการทำเหมืองอย่างรัดกุมที่สุดเพื่อป้องกันอันตรายจากการระเบิดในเหมืองเนื่องจากการสะสมตัวของก๊าซในชั้นถ่านหินเองและการถล่มของชั้นหิน เป็นต้น
เทคโนโลยีถ่านหินสะอาด
นอกจากการทำเหมืองถ่านหินที่ทำกันมาเป็นระยะเวลานานตั้งแต่ในอดีต การวิจัยและพัฒนาเพื่อลดมลภาวะที่เกิดขึ้นจากการนำถ่านหินมาใช้ประโยชน์ อาทิ การแปรสภาพถ่านหินเป็นก๊าซ (Coal Gasification) การทำถ่านหินผงผสมน้ำ (Coal Liquid Mixture) เพื่อลดมลภาวะและเพิ่มความสะดวกต่อการขนส่ง เป็นต้น
เทคโนโลยีที่สำคัญต่อการลดมลภาวะที่เกิดจากการนำถ่านหินมาใช้ประโยชน์ก็คือ เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นเพื่อลดปริมาณมลพิษที่เกิดจากการใช้ถ่านหิน โดยมีการจัดการถ่านหินก่อนนำมาใช้และใช้ให้เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยที่สุด
เทคโนโลยีเหล่านี้มีความสำคัญไม่เพียงต่อสิ่งแวดล้อม แต่ยังช่วยเปลี่ยนทัศนคติที่ไม่ดีต่อการนำถ่านหินมาใช้ประโยชน์ได้อีกด้วย เทคโนโลยีหลักๆ ที่นำมาใช้ ได้แก่ เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดก่อนการเผาไหม้ (Pre-combustion) เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดขณะเผาไหม้ (Combustion) หรือเมื่อนำมาใช้ประโยชน์ และเทคโนโลยีถ่านหินสะอาดหลังการเผาไหม้ (Post-combustion)
1. เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดก่อนการเผาไหม้
เป็นเทคโนโลยีที่นำถ่านหินมาผ่านกระบวนการเพื่อลดปริมาณเถ้าและกำมะถัน ในขณะเดียวกันก็ได้เพิ่มค่าความร้อนของถ่านหินก่อนนำมาเผาไหม้ กระบวนการต่างๆ เหล่านี้ เริ่มตั้งแต่การทำความสะอาดถ่านหินทางกายภาพ การทำความสะอาดทางเคมี และการทำความสะอาดทางชีวภาพซึ่งเพิ่งเริ่มต้นได้ไม่นานนี้
โดยการทำความสะอาดทางกายภาพนั้น คือการแยกสารที่ไม่ต้องการ เช่น ฝุ่นละออง ดิน หิน และสารประกอบอนินทรีย์ เช่น กำมะถันอนินทรีย์ที่มีเหล็กเป็นส่วนประกอบออกจากเนื้อถ่านหิน เมื่อนำถ่านหินมาบดแล้วล้างผ่านน้ำ สารต่างๆ ที่ไม่ต้องการจะถูกแยกออกมาจากเนื้อถ่านหิน ในปัจจุบันนั้นถ่านร้อยละ 90 ของไพไรติกส์ซัลเฟอร์ (Pyritic sulfur) ซึ่งมีส่วนประกอบของเหล็กถูกกำจัดออกไป
การทำความสะอาดถ่านหินโดยวิธีการทางเคมีเป็นการกำจัดกำมะถันอินทรีย์ซึ่งไม่สามารถกำจัดได้ทางก่ายภาพโดยอาศัยการทำปฏิกิริยากับผงถ่านหิน ส่วนการทำความสะอาดโดยวิธีทางชีวภาพเป็นการใช้เทคโนโลยีโดยอาศัยสิ่งมีชีวิต เช่น แบคทีเรีย และเชื้อราบางชนิดที่ใช้กำมะถันเป็นอาหารมากำจัดกำมะถันในถ่านหิน นอกจากนี้ยังสามารถนำถ่านหินคุณภาพต่ำมาทำการปรับปรุงคุณภาพถ่านหินเพื่อให้ได้ถ่านหินที่มีค่าความร้อนสูงขึ้น และมีปริมาณกำมะถันลดลง
2. เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดขณะเผาไหม้หรือเมื่อนำมาใช้ประโยชน์
จุดมุ่งหมายของการทำพลังงานถ่านหินสะอาดคือ การทำให้การปล่อยมลพิษนั้นเป็นศูนย์ (Zero Emission) เทคโนโลยีเพื่อผลิตถ่านหินสะอาดมีหลายวิธี เช่น Pulverized Fuel (PF) combustion ซึ่งถ่านหินจะถูกบดให้มีขนาดเล็กมาก แล้วพ่นเข้าไปในเตาเผาพร้อมอากาศ ในปัจจุบันมีการพัฒนาเทคโนโลยีของเตาเผาทำให้ประสิทธิภาพในการเผาไหม้ถ่านหินเพิ่มขึ้นถึงประมาณร้อยละ 40 หรือวิธี Fluidized Bed Combustion (FBC) ซึ่งถ่านหินที่บดจนมีขนาดเล็กมากผสมกับหินปูนถูกพ่นเข้าไปในหม้อไอน้ำพร้อมอากาศร้อน ขณะที่ถ่านหินเผาไหม้หินปูนจะทำหน้าที่คล้ายฟองน้ำดักจับกำมะถันที่เกิดขึ้น กระบวนการนี้สามารถลดปริมาณกำมะถันที่จะถูกปล่อยออกมาจากการเผาไหม้ได้มากถึงร้อยละ 90 นอกจากนี้อุณหภูมิของหม้อไอน้ำที่ใช้ในกระบวนการนี้ยังต่ำกว่าอุณหภูมิที่ใช้ในวิธีการเดิม ประโยชน์ที่ได้จากการเผา-ไหม้ที่อุณหภูมิต่ำ คือลดปริมาณมลพิษที่เกิดจากไนโตรเจนในถ่านหินได้ในระดับหนึ่ง
เทคโนโลยีอื่นๆ เช่น การแปรรูปถ่านหิน (Coal Conversion) ให้เป็นก๊าซเชื้อเพลิง (coal gasification) หรือเชื้อเพลิงเหลว (coal Liquefaction) เทคโนโลยีสังเคราะห์เชื้อเพลิงสะอาดเป็นกระบวนการเพิ่มอัตราส่วนของไฮโดรเจนและลดไนโตรเจนก่อนป้อนเข้าสู่เตาปฏิกรณ์ต่อไป
3. เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดหลังการเผาไหม้และป้องกันผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
เทคโนโลยีการดักจับฝุ่นที่เกิดขึ้นหลังจากการเผาไหม้ของเตาปฏิกรณ์ ได้แก่ การใช้หลักการไฟฟ้าสถิตย์ในการดักจับเถ้าลอย หรือใช้ไซโคลน (cyclone) ในการแยกฝุ่นโดยใช้หลักของแรงเหวี่ยง หรืออาจใช้อุปกรณ์ดักจับฝุ่นแบบถุงกรอง (bag filter) เทคโนโลยีการกำจัดก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ เทคโนโลยีการลดปริมาณก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ในก๊าซทิ้ง เป็นต้น
แนวทางการพัฒนาถ่านหินสะอาด
- ส่งเสริมการใช้เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดในโรงงานอุตสาหกรรมที่ใช้เชื้อเพลิงถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง
- มุ่งเน้นงานวิจัย และส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีถ่านหินสะอาดได้เองในประเทศไทย
- ให้ความรู้ที่ถูกต้องแก่ประชาชน และสังคมไทย เพื่อสร้างภาพลักษณ์ที่ดีของการใช้ถ่านหินควบคู่กับการใช้เทคโนโลยีถ่านหินสะอาด
ปัญหาและอุปสรรค
ประชาชนยังต่อต้านการใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง เช่นการต่อต้านการก่อสร้างโรงไฟฟ้าใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงที่บ่อนอก หินกรูด ดังนั้นจึงต้องมีการประชาสัมพันธ์ผลดีของเทคโนโลยีถ่านหินสะอาด
- โรงงานอุตสาหกรรมยังขาดความรู้ความเข้าใจในเทคโนโลยีถ่านหินสะอาด
- ในระดับประเทศ ยังไม่มีศูนย์ข้อมูลด้านเทคโนโลยีถ่านหินสะอาด ข้อมูลเกี่ยวกับถ่านหิน การใช้ถ่านหินกระจัดกระจายในหลายหน่วยงาน
- ไม่มีงบประมาณสนับสนุนงานวิจัยเทคโนโลยีถ่านหินสะอาด ดังนั้นการใช้เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดในประเทศในขณะนี้จะต้องสั่งนำเข้าจากต่างประเทศ
- ยังไม่มีมาตราการหรือนโยบายที่ชัดเจนในการส่งเสริมการใช้เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดให้กับผู้ประกอบการ
- ราคาค่าขนส่งสูงและคุณภาพของถ่านหินในประเทศมีค่าความร้อนต่ำ กำมะถันและเถ้าสูง เป็นอุปสรรคต่อการพัฒนาและใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง
|
|
