Syngas ย่อมาจากคำว่า Synthesis gas ที่แปลเป็นไทยว่าแก๊สสังเคราะห์ องค์ประกอบสำคัญของแก๊สนี้คือไฮโดรเจน (H2) และคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) โดยอาจมีมีเทน (CH4) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ร่วม วิธีการผลิตแก๊สผสมนี้มีหลายวิธี วิธีการหลักที่อุตสาหกรรมใช้กันอยู่ในปัจจุบันคือปฏิกิริยา Steam reforming ที่ได้จากการนำเอาแก๊สมีเทนทำปฏิกิริยากับไอน้ำที่อุณหภูมิสูง (ระดับ 1000ºC) โดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาช่วย
วิธีการที่ใช้กันมากก่อนหน้าคือ coal gasification ที่นำถ่านหินมาทำปฏิกิริยากับไอน้ำที่อุณหภูมิสูง แก๊สตัวนี้มักจะเรียกว่า coal gas ในอดีต (ก่อนยุคมีไฟฟ้าใช้) จะมีการผลิต coal gas ส่งไปตามท่อเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงตามบ้านเรือนและจุดตะเกียงให้แสงสว่างตามถนนหนทาง
ในขณะนี้มีความพยายามที่จะผลิต syngas จากปฏิกิริยาระหว่าง CO2 กับ H2 โดยอ้างว่าเพื่อลดปัญหาแก๊สเรือนกระจก (Green House Gas - GHG) ส่วนที่ว่าจะได้ H2 มาจากไหนและจะต้องใช้พลังงานเท่าไรในการทำให้ปฏิกิริยาเกิด (เพราะมันเป็นปฏิกิริยาดูดความร้อนร้อน) โดยการผลิต H2 และพลังงานที่ใช้ในการทำให้ปฏิกิริยาเกิดนั้นจะมีการผลิตคาร์ CO2 หรือไม่ ในปริมาณเท่าใด ชดเชยกันการใช้ในปฏิกิริยาได้หรือไม่ จะไม่มีการกล่าวถึงกัน (และห้ามถามถึงด้วย)
เมื่อต้นสัปดาห์ที่ผ่านมาได้มีโอกาสรับฟังการนำเสนอโครงงานการผลิต syngas จากปฏิกิริยาระหว่าง CH4 กับ CO2 ที่เรียกว่า Dry reforming โดยผู้นำเสนอผลงานได้หยิบเอารูปภาพจากบทความหนึ่งมาประกอบการนำเสนอซึ่งก็คือรูปที่ ๑ ที่นำเอามาแสดง ผมเห็นรูปนี้แล้วรู้สึกแปลกใจกับสิ่งที่เขานำมานำเสนอก็เลยลองไปค้นบทความที่เขาอ้างอิงไว้มาดู แต่ก่อนอื่นเรามาทบทวนเรื่องการทำปฏิกิริยาเคมีกันสักนิดก่อน
พลังงานสำคัญ 2 พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการทำปฏิกิริยาเคมี ตัวแรกคือ Heat of reaction (∆HR) ซึ่งคือคือพลังงานที่ปฏิกิริยาปลดปล่อยออกมา (ในกรณีของปฏิกิริยาคายความร้อน) หรือปฏิกิริยาดูดเข้าไป (ในกรณีของปฏิกิริยาคายความร้อน) ส่วนตัวที่สองคือ Activation energy (Ea) หรือพลังงานกระตุ้น ซึ่งก็คือพลังงานที่ต้องใส่เข้าไปเพื่อทำให้โมเลกุลสารตั้นต้นมีการเปลี่ยนแปลง (ซึ่งก็คือเกิดการแตกพันธะเดิม) Heat of reaction นั้นไม่ขึ้นกับเส้นทางการเกิดปฏิกิริยา กล่าวคือไม่ว่าจะทำให้ปฏิกิริยาเกิดโดยมี/ไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา เกิดด้วยการใช้กระแสไฟฟ้า พลังงานแสง ฯลฯ ค่า ∆HR ก็จะเท่ากัน ตัวที่ต่างกันก็คือค่า Ea ซึ่งขึ้นอยู่กับเส้นทางการเกิด
ในบทความที่นำมาอ้างอิงนั้นกล่าวถึงการรีดิวซ์ CO2 ให้เป็น syngas ด้วยวิธีการทางเคมีไฟฟ้าโดยบทความไม่ได้ระบุเจาะจงไปว่าจะใช้ H2 ที่ได้มาจากแหล่งใด การสังเคราะห์ด้วยวิธีการทางเคมีไฟฟ้านี้อ้างกันว่าใช้พลังงานต่ำกว่าการผลิตแบบดั้งเดิม (ส่วนไฟฟ้าได้มาจากไหนนั้นและในการผลิตเกิด CO2 ด้วยหรือไม่เป็นอีกเรื่องหนึ่ง พอโดนแย้งตรงนี้กันบ่อพักหลังก็มักจะบอกว่าใช้ไฟฟ้าที่ได้จากพลังงานหมุนเวียน ส่วนที่ว่าไฟฟ้าที่ได้จากพลังงานหมุนเวียนนั้นเพียงพอต่อกระบวนการผลิตเพื่ออุตสาหกรรมหรือไม่นั้นขอความกรุณาอย่างเพิ่งถาม)
ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน ดังนั้นพลังงานต่ำสุดที่ต้องใช้คือค่า ∆HR ส่วนพลังงานที่สามารถลดได้คือ Ea ซึ่งปรกติก็คือการทำให้เกิดเส้นทางการเปิดปฏิกิริยาใหม่ เช่นแทนที่จะใส่พลังงานจำนวนมากเข้าไปเพียงครั้งเดียวก็เปลี่ยนเป็นการสร้างเส้นทางย่อยหลายขั้นตอนต่อเนื่องกัน ที่ใช้แต่ละขั้นตอนใช้พลังงานกระตุ้นในระดับต่ำ
ประเด็นที่ผมรู้สึกแปลกใจนั้นไม่เกี่ยวกับตัวบทความ แต่เป็นเรื่องสิ่งที่เขาบอกว่าเขาจะทำโดยเอาบทความดังกล่าวมาเกี่ยวข้อง คือเขาบอกว่าจะใช้ CH4 ในการผลิต syngas โดย syngas ที่เขาผลิตขึ้นนั้นสามารถนำไปใช้ประโยชน์ด้านต่าง ๆ ดังแสดงในรูปที่ ๑ ได้ ผมก็เลยถามเขาไปว่า
เครื่องยนต์กังหันแก๊ส (Gas turbine) และเครื่องยนต์สันดาปภายใน (Internal combustion (IC) engine) ที่ใช้ CH4 เป็นเชื้อเพลิงปัจจุบันมันก็มีการใช้งานกันอย่างแพร่หลายอยู่แล้ว แล้วนึกยังไงจะเอา CH4 มาเปลี่ยนเป็น syngas เพื่อให้ได้ H2 เยอะ ๆ (แน่นอนว่ามีการสูญเสียพลังงานในการผลิตมากด้วย) เพื่อไปใช้เป็นเชื้อเพลิงให้กับกังหันแก๊สและเครื่องยนต์สันดาปภายใน ซึ่งต้องไปออกแบบเครื่องยนต์กันใหม่อีก เพราะพฤติกรรมการเผาไหม้ไฮโดรเจนนั้นแตกต่างจากไฮโดรคาร์บอนอยู่มาก (ตรงมุมซ้ายบนของรูปที่ ๑)
ปฏิกิริยาการเผาไหม้ถ่านหิน/ไฮโดรคาร์บอนที่ทำให้เกิด CO2 เป็นปฏิกิริยาที่คายความร้อนสูง การจะเปลี่ยน CO2 กลับไปเป็นคาร์บอนหรือไฮโดรคาร์บอนเพื่อนำไปเป็นเชื้อเพลิงก็ต้องใส่พลังงานย้อนกลับเข้าไปมากกว่าพลังงานที่ได้จากการเผาไหม้ครั้งแรก ถ้าจะกล่าวว่าพลังงานไฟฟ้าที่ใช้นั้นจะใช้พลังงานไฟฟ้าที่ได้จากพลังงานหมุนเวียนที่สะอาด มันก็เกิดคำถามตามมาอีกว่าถ้าเช่นนั้นแทนที่จะเอาพลังงานไฟฟ้าที่สะอาดนั้นมาเปลี่ยน CO2 ในอากาศให้กลับไปเป็นเชื้อเพลิงเพื่อผลิตไฟฟ้าใหม่ ก็เอามันจ่ายเข้าระบบไฟฟ้าเลยไม่ดีกว่าหรือ จะได้ลดการผลิตไฟฟ้าจากการเผาเชื้อเพลิงฟอสซิลที่ทำให้เกิด CO2 และยังเป็นวิธีการที่ง่ายกว่าด้วย
ในวงการนี้เขามักบอกว่าเอทานอล (ที่ได้จากพืช) ที่ใช้แทนน้ำมันเบนซินและไบโอดีเซล (ที่ได้จากน้ำมันปาล์ม) เป็นพลังงานหมุนเวียนที่สะอาดช่วยลดโลกร้อน ถ้าเช่นนั้นเราควรเสนอว่าเราควรรณรงค์ให้ใช้เตาถ่าน (ที่ได้จากไม้) แทนแตาแก๊สหุงต้มจะดีกว่าไหม เพราะถ่านก็มาจากพืชและควรต้องถือว่าเป็นพลังงานหมุนเวียนเช่นกัน
คิดว่าผลตอบรับที่ได้จะออกมาในแง่ใด :) :) :)
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น