เชื้อเพลิงชีวภาพ (Biofuel) ในที่นี้จะกล่าวเน้นเกี่ยวกับการนำสารชีวมวล (Biomass) มาผลิตเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอน (Hydrocarbon) ที่สามารถใช้ทดแทนหรือผสมกับน้ำมันเชื้อเพลิงฟอสซิล (Fossil Fuels) เพื่อลดหรือทดแทนการพึ่งพาเชื้อเพลิงจากฟอสซิลที่การใช้กันมากในปัจจุบัน
รูป Biofuel Life Cycle
Source: EFFICIENT, (2015)
เชื้อเพลิงชีวภาพคืออะไร ?
เชื้อเพลิงชีวภาพ คือ สารประกอบไฮโดรคาร์บอน ที่เกิดจากสารอินทรีย์โดยผ่านกระบวนการต่าง ๆ ซึ่งมนุษย์สามารถใช้ประโยชน์จากเชื้อเพลิงชีวภาพนี้ในการผลิตกำลังเพื่อใช้ในงานต่าง ๆ โดยระยะเวลาในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพนี้จะใช้เวลาการผลิตที่ในช่วงสั้น ๆ (เป็นวัน, อาทิตย์ หรือ เป็นเดือน) ซึ่งแตกต่างจากเชื้อเพลิงฟอสซิลซึ่งใช้เวลาหลายล้านปีในการแปลสภาพ (EFFICIENT, 2015) นอกจากนี้เราอาจจะพิจารณาว่าชีวมวลใดสามารถนำมาแปรรูปเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพได้จากส่วนประกอบของชีวมวลนั้น ๆ ซึ่งชีวมวลที่สามารถผลิตเป็นเชื้อเพลิงชนิดนี้ได้นั้นต้องมีส่วนประกอบของชีวมวลประมาณ 80 % โดยมวลที่สามารถแปรรูปเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพได้ (AENews, 2015)
วัตถุดิบของการแปรรูปก๊าซชีวภาพ
ชีวมวลที่นำมาแปรรูปเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพได้นั้นสามารถแบ่งออกเป็น สามรุ่น (Three generations) ได้แก่ ชีวมวลรุ่นที่หนึ่ง (First generation) ที่ถูกนำมาแปรรูปได้แก่พวกน้ำตาลและแป้ง (Sugar and starch), ชีวมวลรุ่นที่สอง (Second generation) ได้แก่ วัตถุดิบที่ประกอบด้วยลิกโนเซลลูโลส (Lignocellulosic Material) และ ชีวมวลรุ่นที่สาม (Third generation) ได้แก่ สาหร่ายขนาดใหญ่และขนาดเล็ก (micro and macro algae) (Dragon et al., 2010)
ชีวมวลรุ่นที่หนึ่ง (First generation) เป็นการนำผลผลิตทางการเกษตร (Agricultural feedstock) เช่น น้ำตาล และมันสำปะหลัง มาผลิตเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพ ซึ่งผลกระทบจากการนำพืชผลทางการเกษตรมาผลิตนี้คือราคาต้นทุนที่สูงขึ้นซึ่งเกิดจากราคาอาหารทั่วโลกที่สูงขึ้นและสภาวะขาดแคลนอาหาร นอกจากนี้ยังส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมเมื่อปลูกพืชทางการเกษตรชนิดนี้ได้แก่ การกัดกร่อนของหน้าดิน, การเสียสมดุลของระบบนิเวศน์ และปัญหาการปล่อยก๊าซ NOx เป็นต้น (Mussatto et al, 2010)
รูป มันสำปะหลัง
Source: ฟาร์มเกษตร, (2015)
ชีวมวลรุ่นที่สอง (Second generation) เป็นการนำส่วนที่เหลือทางการเกษตร (Agricultural residues) เช่น ฟางข้าว, ชานอ้อย และขี้เลื่อยหรือเปลือกไม้จากอุตสาหกรรมแปรรูปไม้ เป็นต้น การแปรรูปชีวมวลรุ่นนี้ต้องใช้เทคโนโลยีต่าง ๆ ที่เกี่ยวกับกระบวนการปรับสภาพเซลลูโลส (Pre-treatment process) เพื่อปรับสภาพโครงสร้างเซลลูโลสในชีวมวลให้เหมาะสม และกระบวนการสลายเซลลูโลส (Hydrolysis process) เพื่อเปลี่ยนเซลลูโลสเป็นน้ำตาลรีดิวซ์ ซึ่งกระบวนการดังกล่าวมีต้นทุนการผลิตที่สูง ซึ่งไม่เหมาะสมในเชิงเศรษฐศาสตร์เมื่อนำมาผลิตเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพในปริมาณมาก ๆ (Large scale) (Dragon et al., 2010)
รูป ชานอ้อย
Source: ศรีษะแก้ว, (2011)
ชีวมวลรุ่นที่สาม (Third generation) ในรุ่นนี้มีได้นำสาหร่ายขนาดเล็กและขนาดใหญ่ (micro and macro algae) มาสกัดและแปรรูปเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพ เนื่องจากข้อดีด้านต่าง ๆ ของสาหร่ายที่เหมาะสำหรับนำมาผลิตเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพ ได้แก่ ใช้พื้นที่น้อยในการเพาะเลี้ยงเมื่อเทียบกับชีวมวลรุ่นอื่น ๆ, มีความสามารถในการผลิตเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพได้สูง (High productivity) และ สาหร่ายเหล่านี้สามารถดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพื่อใช้ในการเจริญเติบโตได้ดีทำให้สามารรถลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ (reducing CO2 emission) แต่อย่างไรก็ตามยังมีปัญหาทางด้านเทคโนโลยีและลักษณะเฉพาะของสาหร่ายต่าง ๆ ที่ยังเป็นอุปสรรคต่อการผลิตเชื้อเพลิงจากสาหร่ายในเชิงพาณิชย์ (Dragon et al., 2010) ซึ่งในปัจจุบันมีการพัฒนาและวิจัยอย่างต่อเนื่องเพื่อเพื่อศักยภาพในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพจากสาหร่ายให้ใช้ได้จริงในอนาคต
รูป ฟาร์มเลี้ยงสาหร่าย
Source: Marchese, (2011)
ชนิดของเชื้อเพลิงชีวภาพ (Biofuel types)
ชนิดของเชื้อเพลิงชีวภาพจะแบ่งตามโครงสร้างของสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่ได้จากการแปรรูปชีวมวลมาเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพ โดยเชื้อเพลิงชีวภาพส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของของเหลวเพื่อความสะดวกในการขนส่ง ชนิดของเชื้อเพลิงชีวภาพที่มีการใช้กันส่วนใหญ่ในปัจจุบันมีทั้งหมด 4 ชนิดได้แก่ Ethanol, Biodiesel, Methanol และ Biobutanol
ตาราง เชื้อเพลิงชีวภาพที่นิยมผลิตใช้ในปัจจุบัน (EFFICIENT, 2015)
| ชนิดของเชื้อเพลิงชีวภาพ | ชนิดของเชื้อเพลิงฟอสซิลที่เทียบเท่า | ข้อแตกต่าง |
| Ethanol | Gasoline/Ethane | Ethanol มีค่าความร้อนต่อน้ำหนักเป็นครึ่งหนึ่งของ Gasoline ฉะนั้นต้องใช้เชื้อเพลิง Ethanol จำนวน 2 กิโลกรัมเพื่อให้ได้ความร้อนเท่ากับ Gasoline 1 กิโลกรัม Ethanol มีการเผ้าไหม้ที่สะอาดกว่า Gasoline แต่อย่างไรก็ตามต้องมีการดัดแปลงเครื่องยนต์ก่อนเสมอเมื่อจะใช้ Ethanol ทดแทน Gasoline |
| Biodiesel | Diesel | Biodiesel มีค่าความร้อนที่ใกล้เคียงกับ Diesel แต่มีการเผาไหม้ที่สะอาดกว่า ซึ่งปล่อยฝุ่นละอองและสารประกอบกัมมะถัน (sulfur) น้อยกว่า แต่ Biodiesel มีสภาพกัดกร่อนเครื่องยนต์มากกว่าซึ่งต้องมีการออกแบบเครื่องยนต์ให้เหมาะสมเมื่อมีการใช้ Biodiesel |
| Methanol | Methane | Methanol มีค่าความร้อนประมาณ 1 ใน 3 ถึง ครึ่งหนึ่งของ Methane การขนส่ง Methanol ต้องมีการอัดเพื่อสามารถขนได้ในปริมาณที่มาก |
| Biobutanol | Gasoline/Butane | Biobutanol มีค่าความร้อนน้อยกว่า Gasoline เพียงเล็กน้อย ซึ่งสามารถนำมาใช้เติมเป็นเชื้อเพลิงในรถแทน Gasoline ได้เลย โดยไม่ต้องปรับแต่งเครื่องยนต์ |
อ้างอิง
AENews. (2015). BIOFUELS. Retrieved from http://www.alternative-energy-news.info/: http://www.alternative-energy-news.info/technology/biofuels/
EFFICIENT, B. E. (2015). BIOFUEL. Retrieved from Biofuel.org.uk: http://biofuel.org.uk/
Marchese, A. (2011). Measurement of Direct Nitrous Oxide Emissions from Microalgae Cultivation. Retrieved from http://www.engr.colostate.edu/: http://www.engr.colostate.edu/~marchese/algae-n2o.html
ฟาร์มเกษตร. (2015). การเพิ่มผลผลิตมันสำปะหลังตั้งแต่เริ่มปลูก. Retrieved from farm-kaset.com: http://www.farm-kaset.com
ศรีษะแก้ว, ล. (2011). บ้านสวนพอเพียง. Retrieved from http://www.bansuanporpeang.com/: http://www.bansuanporpeang.com/node/15846
Dragone G., Fernandes B., Vicente A.A., Teixeira J.A., (2010). Third generation biofuels from microalgae. Technology and education topics in applied microbiology and microbial biotechnology.
Mussatto S.I., Dragone G., Guimaraes P.M.R., Silva J.P.A., Carneiro L.M., Roberto I.C., Vicente A., Domingues L., Teixeira J.A. (2010). Technological trends, global market, and challenges of bio-ethanol production. Biotechnology advances, 28, 817830.
McKendry, P. (2002). Energy Production from Biomass (part 2): Conversion Technologies. Bioresource Technology, 83, 47-54.
Charles, Y., & Wereko-Brobby, E.B.H. (1996).Biomass Conversion and Technology. John Wiley & Sons. England.
