การดักจับ CO2 ด้วยสารละลายเอมีน MO Memoir : Tuesday 18 November 2568

การลดการปลดปล่อย CO₂ ด้วยการดักจับ CO₂ มันจะเป็นจริงได้ก็ต่อเมื่อกระบวนการดักจับนั้นต้องไม่ผลิต CO₂

ว่าแต่ในความเป็นจริงนั้นมันทำได้หรือเปล่า ถ้าทำได้จริงทำไมจึงไม่มีการนำมาใช้งานกันอย่างแพร่หลาย ทั้ง ๆ ที่เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องนั้นมันมีการใช้งานจริงในทางปฏิบัติอยู่แล้ว เพียงแต่ไม่ได้นำมาประยุกต์ใช้กับการดักจับ CO₂ เท่านั้น

การกำจัด CO₂ ออกจากแก๊ส ในกรณีที่ CO₂ มีความเข้มข้นสูงและมีอัตราการไหลของแก๊สที่สูงและต่อเนื่อง (เช่นในการแยก CO₂ ออกจากแก๊สธรรมชาติ) จะนิยมใช้การดูดซึม (absorption) ด้วยสารละลายที่เป็นเบสเช่น K₂CO₃ และเอมีน (amine) ต่าง ๆ (โรงแยกแก๊สธรรมชาติในบ้านเราก็มีกระบวนการเหล่านี้ในการดึงเอา CO₂ ออกจากแก๊สธรรมชาติ) จากนั้นจึงนำเอาสารละลายเบสที่อุดมไปด้วย CO₂ ไปให้ความร้อนเพื่อไล่ CO₂ ออกไป CO₂ ที่ถูกไล่ออกไปก็ปล่อยออกสู่บรรยากาศ กระบวนเหล่านี้เคยเล่าไว้เมื่อ ๑๐ ปีที่แล้วในเรื่อง "การกำจัด CO₂ และ H₂S ด้วยกระบวนการ Hot Potassium Carbonate Absorption MO Memoir : Monday 7 December 2558" และ "การกำจัด CO2 และ H2S ด้วยกระบวนการเอมีน (Amine gas treating process) MO Memoir : Friday 11 December 2558"

ต่อมาเมื่อกระแสการดักจับ CO₂ มาแรง ก็มีการทำงานวิจัยเพื่อศึกษาการนำเอากระบวนการเหล่านี้ โดยเฉพาะการใช้เอมีน มาเพื่อดักจับ CO₂ ออกจากแก๊สที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล โดยอ้างว่าช่วยในการลดภาวะโลกร้อน โดยมีการศึกษาทั้งชนิดและความเข้มข้นของเอมีนที่จะทำให้ดักจับ CO₂ ได้ดีที่สุด

แต่สิ่งหนึ่งที่งานวิจัยเหล่านี้มักจะหลีกเลี่ยงไม่กล่าวถึงก็คือ แล้ว CO₂ ที่เอมีนดักจับเอาไว้เอาไปปล่อยทิ้งที่ไหน และความร้อนที่ต้องใช้ในการทำให้เอมีนร้อนเพื่อให้มันคาย CO₂ ออกมานั้นได้มาจากไหน และผลิต CO₂ ด้วยหรือไม่ (รูปที่ ๑) ซึ่งถ้าอ้างว่าแหล่งพลังงานความร้อนสำหรับต้มเอมีนนั้นเป็นแหล่งพลังงานสะอาด ก็ควรที่จะถามต่อไปว่าถ้าเช่นนั้นทำไมไม่เอาพลังงานความร้อนนั้นไปใช้แทนพลังงานร้อนที่ได้จากการเผาเชื้อเพลิงฟอสซิล จะได้ไม่ต้องทำการเผาเชื้อเพลิงฟอสซิลให้มันเกิด CO₂ จะได้ไม่ต้องทำการดักจับ CO₂

ถามคำถามแบบนี้เมื่อใดในวงการดังกล่าว มีสิทธิ์สูงที่เขาจะไม่คุยด้วยต่อหรือไม่ก็ถูกเชิญออกจากวง :) :) :)

รูปที่ ๑ การใช้สารละลายเอมีน (amine) ในการดักจับ CO₂ ออกจากแก๊ส

พอโดนแย้งเรื่องดักจับมาเพื่อเอามาปล่อยทิ้งอีกที่หนึ่ง ก็เลยมีการเปลี่ยนเป็นดักจับแล้วไม่ปล่อย และไม่ต้องใช้ความร้อนในการต้มไล่ CO₂ ออกจากเอมีนด้วย ก็เลยเป็นที่มาของกระบวนการ mineralization คือเปลี่ยน CO₂ ที่เอมีนจับอยู่นั้นให้กลายเป็นของแข็งในรูป CaCO₃ ตกตะกอนออกมา และสารเคมีที่ใช้ก็คือ CaO โดยปฏิกิริยาที่เกิดก็คือ

Amine-CO₂ + CaO -----> Amine + CaCO₃

แต่ CaO เป็นสารที่ไม่ได้มีในธรรมชาติในปริมาณที่ทำเหมืองขุดมาใช้งานได้ ที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันก็ได้มาจากการนำเอา CaCO₃ มาเผาที่อุณหภูมิสูงให้มันสลายตัวให้ CO₂ ออกมา และพลังงานความร้อนที่ต้องใช้ในการเผาก็ได้มาจากแหล่งพลังงานที่ CO₂ ออกมาเช่นกัน

นั่นคือย้ายการปล่อย CO₂ จากขั้นตอนการไล่ CO₂ ออกจากเอมีนเพื่อนำเอมีนกลับไปใช้งานใหม่ ให้ไปอยู่ที่การผลิต CaO แทน (รูปที่ ๒) คือให้มันเขยิบออกห่างไปอีกหน่อย

รูปที่ ๒ เปลี่ยนมาใช้ CaO ดึง CO₂ ออกจากแทนการต้มไล่

พอมีการทักเรื่องที่มาของ CaO ว่ามีการปลดปล่อย CO₂ และ CaO ก็ละลายน้ำได้น้อย การทำปฏิกิริยาก็ยาก ก็เลยมีการเปลี่ยนไปใช้สารตัวอื่นที่ละลายน้ำได้ และสารตัวที่มาแทนก็คือ CaCl₂ กระบวนการดึง CO₂ ออกจากเอมีนด้วย CaCl₂ ก็คล้ายกับกระบวนการที่ใช้ CaO (รูปที่ ๓)

แต่ก็ยังมีคำถามอยู่ดีว่า CaCl₂ มาจากไหน

รูปที่ ๓ เปลี่ยนจาก CaO มาเป็น CaCl₂ แทน

CaCl₂ ก็ทำนองเดียวกันกับ CaO คือมันไม่ได้มีเป็นแหล่งแร่ในธรรมชาติที่ขุดมาใช้งานได้เลยเหมือน CaCO₃ แหล่งที่มาหลักแหล่งหนึ่งในปัจจุบันก็คือกระบวนการ Solvay ที่ใช้ในการผลิตโซดาแอช (Soda ash หรือ Na₂CO₃) สารตั้งต้นหลักในการผลิตโซดาแอชคือ NaCl และ CaCO₃ โดยมีการใช้อุณหภูมิสูงในการเผา CaCO₃ ให้สลายตัวเกิดแก๊ส CO₂ เพื่อนำไปทำปฏิกิริยากับสารละลาย NaCl และ NH₃ ส่วน CaO ที่เหลืออยู่ก็จะถูกนำไปทำปฏิกิริยากับ NH₄Cl ทำให้ได้ CaCl₂ ออกมาและ NH₃ ที่สามารถนำกลับไปใช้ทำปฏิกิริยาใหม่ (รูปที่ ๔)

รูปที่ ๔ กระบวนการ Solvay ที่ใช้ผลิตโซดาแอช (Na₂CO₃) (จาก https://en.wikipedia.org/wiki/Solvay_process)

ในกระบวนการ Solvay ก็มีการผลิต CO₂ จากแหล่งพลังงานความร้อนที่ใช้ในการทำให้ CaCO₃ สลายตัว

ปฏิกิริยารวมของการดึง CO₂ ออกจากเอมีนด้วยสารละลาย CaCl₂ คือ

Amine-CO₂ + CaCl₂ + H₂O -----> Amine + CaCO₃ + 2HCl_(aq)

จากสมการข้างบนก็เกิดคำถามตามมาอีกก็คือ จะทำอย่างไรกับ HCl ที่เกิดขึ้น และ HCl ที่เป็นกรดนั้นเมื่ออยู่ร่วมกับเอมีนที่เป็นเบส จะเกิดปฏิกิริยาอย่างไรได้บ้าง ซึ่งตรงนี้คงต้องดูกันต่อไปว่าการแก้ปัญหานี้จะออกไปทางไหนกันอีก

Carbon Capture, Utilisation and Storage หรือที่ย่อว่า CCUS นั้นถ้าจะสามารถลดการปลดปล่อย CO₂ ได้จริงก็ต่อเมื่อกระบวนการ CCUS นั้นปลดปล่อย CO₂ น้อยกว่าปริมาณที่มันดักจับเอาไว้ได้ ถ้ามองเห็นประเด็นตรงนี้ก็จะเข้าใจว่าทำไมในเมื่อมีการศึกษาวิจัยกันอย่างแพร่หลาย จึงไม่มีการนำเอามาใช้งานจริงในทางปฏิบัติกันเสียที คือทำพอเป็นพิธีนั้นพอมีอยู่ แต่ห้ามถามเรื่องพลังงานที่ใช้ในกระบวนการว่าผลิต CO₂ มากน้อยแค่ไหน