การดักจับ CO2 ด้วย CaO MO Memoir : Sunday 9 November 2568

ผลการทดลองใด ๆ ก็ตามที่ออกมาสวนทางหรือขัดแย้งกับทฤษฎีหรือองค์ความรู้ที่ใช้กันอยู่ ควรต้องได้รับการตรวจสอบวิธีการทดลองและการวิเคราะห์ผลอย่างละเอียดถี่ถ้วน เพราะถ้ามันแสดงให้เห็นว่าทฤษฎีหรือองค์ความรู้ที่เราใช้กันอยู่นั้นมันไม่ถูกต้องหรือสมบูรณ์แบบ มันจะเป็นการค้นพบที่ยิ่งใหญ่

แต่จากประสบการณ์เท่าที่เคยเจอมา ผลมักจะออกมาว่า "เกิดจากวิธีการทดลองหรือการวิเคราะห์ที่ไม่เหมาะสมทุกครั้งไป"

ช่วงนี้กระแส Carbon Capture, Utilisation and Storage หรือที่ย่อว่า CCUS กำลังมาแรง แต่ถ้าสังเกตดูก็จะพบว่าเต็มไปด้วยงานวิจัยที่แทบจะไม่มีการนำออกมาใช้งานจริง หรือในบางกรณีก็เป็นการใช้งานจริงกับกรณีเฉพาะเท่านั้นโดยไม่มีการใช้งานกันอย่างแพร่หลายทั่วไป นั่นเป็นเพราะ CO₂ เกิดจากการผลิต "พลังงาน" โดยใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล (หนึ่งในต้นตอหลัก) แต่การดักจับ CO₂ ก็ต้องใช้ "พลังงาน" และการเปลี่ยน CO₂ ไปเป็นสารอื่นก็ต้องใช้ "พลังงานมาก" นั่นก็เป็นเพราะ CO₂ เป็นสารที่มีค่าพลังงานในตัว (หรือ Enthalpy of Formation) ที่ต่ำมากอยู่แล้ว ดังนั้นปฏิกิริยาใด ๆ ที่จะนำ CO₂ ไปเปลี่ยนเป็นสารอื่นก็ต้องใช้พลังงานมากกว่ากระบวนการผลิตดั้งเดิม

ทีนี้ถ้าจะบอกว่าการดักจับและการเปลี่ยน CO₂ ไปเป็นสารอื่นนั้นสามารถทำได้ด้วยการใช้พลังงานสะอาด มันก็จะมีคำถามตามมาว่าถ้าเช่นนั้นทำไมไม่นำเองพลังงานสะอาดเหล่านั้นไปใช้แทนพลังงานจากเชื้อเพลิงฟอสซิลเลย จะได้ไม่ต้องมี CO₂ ให้ดักจับ

CaO หรือแคลเซียมออกไซด์ (calcium oxide) เป็นสารตัวหนึ่งที่มีการศึกษาเพื่อนำมาใช้เป็นสารดักจับ CO₂ ออกจากแก๊สปล่อยทิ้งกันอย่างแพร่หลาย มีบทความจำนวนไม่น้อยกล่าวถึงการใช้ CaO ในการดักจับ CO₂ แต่สิ่งหนึ่งที่บทความจะไม่กล่าวถึงคือการผลิต CaO นั้นมีการปลดปล่อย CO₂ เช่นกัน

รูปที่ ๑ เส้นสีส้มคือค่าความเข้มข้นของ CO₂ ในเฟสแก๊สที่สภาวะสมดุล ซึ่งจะเพิ่มสูงขึ้นตามอุณหภูมิเพราะเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน

CaO เป็นสารที่ทำปฏิกิริยากับ CO₂ ในอากาศได้ง่าย ด้วยเหตุนี้เราจึงไม่พบแหล่ง CaO ในปริมาณที่มีนัยสำคัญในธรรมชาติ แต่อาจพบในรูปแบบปะปนอยู่กับสารอื่นในปริมาณไม่มาก แหล่งที่มาใหญ่สุดของ CaO ที่เราใช้กันในปัจจุบันคือการเผา CaCO₃ หรือแคลเซียมคาร์บอเนต (calcium carbonate) ที่อุณหภูมิสูงมากพอ (ระดับ 800ºC หรือสูงกว่า) เพื่อให้ CaCO₃ สลายตัวเป็น CaO และ "CO₂"

และแน่นอนว่าพลังงานหลักที่ต้องใช้ในการเผา CaCO₃ (ในปัจจุบัน) ก็ปลดปล่อย "CO₂" เช่นกัน

ดังนั้นถ้าอยากลดการปลดปล่อย CO₂ สิ่งหนึ่งที่ทำได้คือลดการผลิต CaO

สำหรับผู้เรียนเคมีแล้ว ต้องรู้จักหลักของเลอชาเตอลิเอ (Le Chatelier's Principle) ที่เกี่ยวข้องกับสมดุลเคมี ปฏิกิริยาการสลายตัวของ CaCO₃ ไปเป็น CaO และ CO₂ นั้นเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน ดังนั้นที่อุณหภูมิสูงขึ้นการเกิด CaO ก็จะเพิ่มขึ้น (หรือปริมาณ CaCO₃ จะลดลง) รูปที่ ๑ แสดงค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาดังกล่าวในช่วงอุณหภูมิต่าง ๆ จะเห็นว่าที่อุณหภูมิสูงขึ้น CaCO₃ มีแนวโน้มจะสลายตัวเป็น CaO มากขึ้น

รูปที่ ๒ ผลการทดลองที่มีการนำเสนอ ผลการทดลองนี้บอกว่าที่อุณหภูมิสูงขึ้น CaO จะดักจับ CaCO₃ ได้มากขึ้น ?????

เมื่อบ่ายวันศุกร์ที่ผ่านมาระหว่างนั่งฟังนิสิตปริญญาเอกรายหนึ่งนำเสนอผลการทดลองของเขาที่เกี่ยวข้องกับการใช้ CaO ในการดักจับ CO₂ ที่อุณหภูมิต่าง ๆ ในการทดลองของเขาใช้การดูดซับด้วยระบบเบดนิ่ง (fixed-bed) ที่ให้แก๊สผสมที่มี CO₂ ไหลผ่านเบด CaO แล้ววัดความเข้มข้น CO₂ ด้านขาออก โดยทำการวัดจน CaO ดูดซับ CO₂ จนอิ่มตัว แล้วจึงคำนวณหาปริมาณ CO₂ ที่ผ่านไป (ซึ่งเป็นปริมาณเดียวกันกับที่ CaO จับเอาไว้) ผลการทดลองของเขาออกมาว่า CaO จะทำการจับ CO₂ ได้มากขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้น ???? (รูปที่ ๒)

ช่วงถามคำถามผมก็ถามเขาไปว่าทำไปในสไลด์ก่อนหน้านี้คุณนำเสนอว่าอุณหภูมิสูงขึ้นจะทำให้ CaCO₃ สลายตัวคาย CO₂ ออกมา (รูปที่ ๓) แล้วทำไมตอนนี้นำเสนอผลการทดลองที่ตรงข้ามกัน แล้วจะอธิบายอย่างไร

รูปที่ ๓ สไลด์ที่นำเสนอก่อนหน้าบอกว่าอุณหภูมิสูงขึ้นจะทำให้ CaCO₃ สลายตัวคาย CO₂ ออกมา (ที่ Calciner)

ถ้าว่ากันตามความรู้พื้นฐานทางเคมีที่เราต่างเรียนกันมา เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นอัตราการเกิดปฏิกิริยาก็จะสูงขึ้น (โดยไม่สนว่าปฏิกิริยานั้นดูดหรือคายความร้อน) ดังนั้นในการทดลองนี้สิ่งที่ควรเห็นคือที่ในช่วงแรกที่เริ่มการดูดซับ การทดลองที่อุณหภูมิต่ำ (เส้นสีแดง) จะเห็นความเข้มข้น CO₂ ด้านขาออกสูงกว่าการทดลองที่อุณหภูมิสูง (เส้นสีเขียว) แต่เมื่อเวลาผ่านไป ความเข้มข้น CO₂ ด้านขาออกของการทดลองที่อุณหภูมิสูงจะเข้าถึงระดับความเข้มข้นด้านขาเข้า (เส้นสีน้ำเงิน) เร็วกว่า (คืออิ่มตัวก่อน) การทดลองที่อุณหภูมิต่ำ (ซึ่งใช้เวลานานกว่าจึงจะทำปฏิกิริยาสมบูรณ์) ดังรูปที่ ๔ ข้างล่าง

รูปที่ ๔ ผลการทดลองที่ควรจะเป็น

ส่วนที่ว่าทำไมเขาถึงได้ผลการทดลองที่ขัดแยังกับทฤษฎีที่ใช้กันอยู่นั้น คงต้องไปดูวิธีการทดลองโดยละเอียด