พลังงานก๊าซชีวภาพ

พลังงานก๊าซชีวภาพ

       ก๊าซชีวภาพ เกิดขึ้นจากกระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์แบบไร้ออกซิเจน (anaerobic process) โดยที่ก๊าซชีวภาพจะมีก๊าซมีเทน (CH₄) เป็นองค์ประกอบหลักอยู่ประมาณ 50 – 80 % นอกนั้นเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) และมีก๊าซ H₂S, N₂, H₂ อีก เล็กน้อย ดังนั้นจึงสามารถ นำมาใช้เป็นพลังงานทดแทนได้ ปัจจุบันสารอินทรีย์ที่นิยมนำมาผ่านกระบวนการนี้แล้วให้ก๊าซชีวภาพ คือ น้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรม เช่น โรงงานแป้งมันสำปะหลัง โรงงานเบียร์ โรงงานผลไม้กระป๋อง เป็นต้น รวมทั้งน้ำเสียจากฟาร์มเลี้ยงสัตว์ จากกระบวนการดังกล่าวมีค่า COD ลดลงมากกว่า 80 % และได้ก๊าซชีวภาพ 0.3 – 0.5 ลบ.ม./กิโลกรัม COD ที่ถูกกำจัด ทั้งนี้ขึ้นกับคุณลักษณะของน้ำเสียแต่ละประเภท ก๊าซมีเทนมีค่าความร้อน 39.4 เมกะจูล/ลบ.ม. สามารถใช้ทดแทนน้ำมันเตาได้ 0.67 ลิตร ซึ่งเทียบเท่าพลังงานไฟฟ้า 9.7 kWh

ทฤษฎีการเกิดก๊าซชีวภาพ

ดังนั้น 1 g COD ที่ถูกกำจัด = 0.35 L CH4 (ที่ 0 °C, 1atm) หรือ 1 g COD ที่ถูกกำจัด = 0.395 L CH4 (ที่ 35 °C, 1atm) รูปแสดงการย่อย สลาย COD ในน้ำเสียด้วยกระบวนการใช้ออกซิเจน รูปแสดงการย่อย สลาย COD ในน้ำเสียด้วยกระบวนการไร้ออกซิเจน เรา สามารถคำนวณหาปริมาณก๊าซมีเทน (CH4) ที่เกิด จากกระบวนการไร้ออกซิเจนได้จากการ CH4 + 2O2 ....................... CO2+ 2H2O จะเห็นว่าทุกๆ 1 โมล ของมีเทน (22.4 L, 0 °C) จะถูกทำลายโดยออกซิเจน 2 โมล (หรือ 64 กรัม) ศักยภาพ เป็นที่ทราบกันอยู่ทั่วไปมลภาวะทางน้ำเป็นปัญหาหนึ่งที่จำเป็นต้องดำเนินการแก้ไข การระบายน้ำเสียทั้งจากชุมชนและโรงงานอุตสาหกรรม เป็นสาเหตุหลักที่ทำให้น้ำในแหล่งรับน้ำธรรมชาติเน่าเสีย ซึ่งส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศน์วิทยา ตลอดจนต่อการอุปโภคและบริโภคของประชาชน การบำบัดน้ำเสียจึงเป็นมาตรการที่จำเป็นในการแก้ไขมลภาวะทางน้ำ แต่การบำบัดน้ำเสียก่อให้เกิดค่าใช้จ่ายต่อชุมชนและโรงงานอุตสาหกรรม ดังนั้นการนำเทคโนโลยีที่สามารถลดค่าใช้จ่ายให้ต่ำลง และวิธีการอื่นที่สามารถใช้ประโยชน์จากน้ำเสีย จึงได้รับความสนใจอย่างมาก เทคโนโลยีการผลิตก๊าซชีวภาพ เป็นวิธีการที่ได้รับความสนใจและนำมาประยุกต์ใช้ร่วมในการบำบัดน้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรม โดยก๊าซชีวภาพที่ผลิตได้นี้ ประกอบด้วยก๊าซมีเธนและคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งมีคุณสมบัติจุดไฟติดและให้พลังงานความร้อน ดังนั้นก๊าซชีวภาพนี้จึงสามารถใช้เป็นสารพลังงานได้โดยตรง จึงช่วยลดค่าใช้จ่ายด้านพลังงานของโรงงาน นอกจากนี้ยังสามารถช่วยลดค่าใช้จ่ายในการบำบัดน้ำเสียอีกด้วย หลักการกระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์โดยไม่ใช้ออกซิเจนอิสระ สารอินทรีย์ที่อยู่ในน้ำเสียจะถูกย่อยสลายภายใต้สภาวะไม่มีออกซิเจนอิสระ โดยกลุ่มแบคทีเรีย ที่ไม่ใช้ออกซิเจน (Anaerobes) การย่อยสลายนี้อาจแบ่งได้เป็นสามขั้นตอน ดังนี้ 1. Hydrolysis 2. Acidogenesis 3. Methanogenesis โดยสารอินทรีย์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงและไม่ละลายน้ำจะถูกย่อย (Hydrolysis) ให้เป็นสารอินทรีย์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำลงและละลายน้ำได้ การย่อยสารอินทรีย์นี้โดยอาศัยน้ำย่อยที่ปล่อยออกมาจากเซลล์แบคทีเรีย จากนั้นโมเลกุลสารอินทรีย์จึงสามารถซึมผ่านผนังเซลล์แบคทีเรียเข้าไปได้ แบคทีเรียกลุ่มสร้างกรด (Acidogens) จะใช้สารอินทรีย์เหล่านี้เป็นอาหาร ปล่อยกรดอินทรีย์ออกมา ซึ่งส่วนใหญ่เป็นกรดน้ำส้ม กรดอินทรีย์ที่ผลิตได้จะถูกนำไปใช้โดยกลุ่มแบคทีเรียสร้างมีเธน (Methanogens) ได้มีเธนและคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งเรียกว่าก๊าซชีวภาพ (Biogas) ก๊าซชีวภาพที่เกิดขึ้นซึ่งประกอบด้วยมีเธน 60-70% และคาร์บอนไดออกไซด์ 30-40% มีคุณสมบัติจุดไฟติด จึงสามารถนำไปใช้เป็นสารพลังงานให้ความร้อนและอื่น ๆ ได้ ทั้งกลุ่มแบคทีเรียสร้างกรดและสร้างมีเธนมักพบอยู่ทั่วไปในธรรมชาติ เช่นในดินในแปลงนาข้าว ท่อระบายน้ำเสีย คูคลองที่เน่าเสีย และในมูลสัตว์ต่าง ๆ ข้อมูลจาก กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน (พพ.) กระทรวงพลังงาน