ปัญหาการใช้แอมโมเนียเป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายใน MO Memoir : Wednesday 1 May 2567

เนื่องจากเราไม่สามารถทำให้ไฮโดรเจน (Hydrogen H₂) กลายเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องด้วยการใช้ความดันเพียงอย่างเดียว การใช้ไฮโดรเจนกับยานพาหนะจึงต้องใช้การกักเก็บในรูปถังความดันสูง ทำให้เกิดปัญหาเรื่องน้ำหนักและปริมาตรของถังบรรจุที่ต้องใช้เพื่อให้ยานพาหนะนั้นสามารถเดินทางได้เป็นระยะทางที่เหมาะสม และยังมีปัญหาเรื่องการลำเลียงไฮโดรเจนจากแหล่งผลิตไปยังสถานีบริการ แบบเดียวกับที่บ้านเรามีปัญหาในการส่ง CNG ไปยังปั๊มเติมต่าง ๆ (ภาษา "สากลและกฎหมายไทย" เรียกแก๊สธรรมชาติอัดความดันที่ใช้กับยานพาหนะว่า CNG ที่ย่อมาจาก Compressed Natural Gas ส่วนยานยนต์ที่ใช้ CNG เป็นเชื้อเพลิงเรียกว่า NGV ที่ย่อมาจาก Natural Gas Vehicle กล่าวคือถ้าต้องการกล่าวถึงแก๊สเติมรถก็ต้องเรียก CNG ถ้าต้องการกล่าวถึงรถที่ใช้ CNG เป็นเชื้อเพลิงก็ต้องเรียก NGV)

พอเห็นว่าการนำเอาไฮโดรเจนไปใช้เป็นเชื้อเพลิงหลักยังห่างไกลจากความเป็นจริงเพราะยังมีอีกหลากหลายปัญหาที่ยังแก้ไม่ตก (ถึงขนาดเริ่มมีการประกาศปิดปั๊มเติมไฮโดรเจนแล้ว) ก็เริ่มมีการเปลี่ยนเรื่องคุยด้วยการหยิบยกเอาแอมโมเนีย (Ammonia NH₃) ขึ้นมาพูดแทน (ส่วนเรื่องไฮโดรเจนที่คุยโอ้อวดไว้ว่าเป็นพลังงานแห่งอนาคตอันใกล้นี้ก็ลืม ๆ ไปก่อน)

Coal gasification เป็นปฏิกิริยาระหว่างถ่านหินกับไอน้ำที่อุณหภูมิสูง แก๊สผลิตภัณฑ์ที่ได้จะมีคาร์บอนมอนอกไซด์ (Carbon monoxide CO) และไฮโดรเจนเป็นตัวหลัก แก๊สที่ได้จากปฏิกิริยานี้สามารถนำไปเปลี่ยนเป็นเชื้อเพลิงเหลวด้วยกระบวนการ Fischer-Tropsch synthesis หรือแยกเอาไฮโดรเจนไปใช้ในปฏิกิริยา Coal liquefaction ซึ่งสองกระบวนการนี้จะได้ผลิตภัณฑ์เป็นไฮโดรคาร์บอนเหลว หรือจะนำไปสังเคราะห์เป็นเมทานอล (Methanol CH₃OH) หรือจะแยกเอาไฮโดรเจนไปผลิตเป็นแอมโมเนีย

รูปที่ ๑ การใช้แอมโมเนียเป็นเชื้อเพลิงสำหรับยานยนต์นั้นมีมานานแล้ว ตั้งแต่ยุคทศวรรษ ๑๙๓๐ (ก่องสงครามโลกครั้งที่ ๒ อีก) ถ้านับจนถึงปัจจุบันก็เรียกว่าเกือบ ๑๐๐ ปีแล้ว

แอมโมเนียที่ผลิตขึ้นส่วนใหญ่ถูกนำไปใช้ในการผลิตปุ๋ยเคมี (ปุ๋ยไนโตรเจนพวกยูเรีย) หรือสารประกอบไนเทรต (เช่นแอมโมเนียมไนเทรตและกรดไนตริก) แต่เนื่องจากมันเป็นแก๊สที่ติดไฟได้ แม้ว่าจะจุดติดยากและให้ค่าพลังงานความร้อนต่ำ ก็ยังเคยมีคนพยายามนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายใน (รูปที่ ๑) เมื่อเกือบ ๑๐๐ ปีที่แล้ว

รูปที่ ๒ คุณสมบัติของแอมโมเนียเทียบกับเชื้อเพลิงชนิดอื่น (จากบทความเรื่อง "Ammonia as zero-carbon fuel for Internal Combustion Enginer: "where are we today?" 15th International Conference on Engines & Vehicles (ICE2021) โดย Prof. Christine Mounaim-Rousselle)

เครื่องยนต์สันดาปภายใน (Internal Combustion Enginer - ICE) ที่เราใช้งานกันหลัก ๆ ในชีวิตประจำวันคือเครื่องยนต์แก๊ซโซลีนหรือที่บ้านเราเรียกเครื่องเบนซิน และเครื่องยนต์ดีเซล เครื่องยนต์สองแบบนี้มีรูปแบบการจุดระเบิดเชื้อเพลิงที่แตกต่างกัน โดยเครื่องยนต์เบนซินจะใช้การผสมอากาศกับเชื้อเพลิงให้กลายเป็นไอผสมเนื้อเดียวกันก่อน จากนั้นจึงค่อยใช้ประกายไฟจากหัวเทียนจุดระเบิดไอผสม ให้เปลวไฟที่เกิดขึ้นวิ่งแผ่กระจายออกไปจากเขี้ยวหัวเทียน (ตำแหน่งจุดระเบิด) ส่วนเครื่องยนต์ดีเซลนั้นจะใช้การอัดอากาศเพียงอย่างเดียวให้มีปริมาตรเล็กลง ซึ่งจะทำให้อากาศที่ถูกอัดนั้นมีอุณหภูมิสูงขึ้น จากนั้นจึงฉีดน้ำมันให้สัมผัสกับอากาศร้อน น้ำมันนั้นก็จะลุกติดไฟได้เองทันที

ด้วยเหตุนี้เครื่องยนต์ทั้งสองแบบจึงต้องการเชื้อเพลิงที่มีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน คือเครื่องยนต์เบนซินต้องการเชื้อเพลิงที่มีค่าอุณหภูมิจุดติดไฟได้ตนเองหรือ auto-ignition temperature ที่สูง เพื่อป้องกันไม่ให้ไอผสมในกระบอกสูบเกิดการจุดระเบิดขึ้นเองก่อนเปลวไฟจะวิ่งไปถึง ในขณะที่เครื่องยนต์ดีเซลต้องการเชื้อเพลิงที่มีค่า auto-ignition temperature ที่ต่ำ เพื่อให้เชื้อเพลิงติดไฟได้ทันทีเมื่อสัมผัสกับอากาศร้อน

แอมโมเนียมึค่าอุณหภูมิ auto-ignition temperature ที่สูงกว่าไฮโดรเจนและมีเทน (รูปที่ ๒) ดังนั้นการใช้แอมโมเนียเป็นเชื้อเพลิงเพียงอย่างเดียวในเครื่องยนต์ดีเซลจึงไม่ใช่เรื่องง่ายในทางปฏิบัติ ที่ทำได้ง่ายกว่าคือการใช้ในรูปของเชื้อเพลิงผสม คือการใช้ร่วมกับน้ำมันดีเซล โดยให้น้ำมันดีเซลเป็นตัวจุดติดไฟก่อนจากนั้นจึงค่อยเผาแอมโมเนียร่วม (การใช้ CNG (มีเทน) เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์ดีเซลก็มีการทำแบบนี้มาก่อน แต่ไม่ค่อยแพร่หลาย ที่ทำกันมากกว่าคือแปลงเครื่องยนต์ดีเซลให้กลายเป็นเบนซินด้วยการเปลี่ยนฝาสูบและติดตั้งหัวเทียน)

เครื่องยนต์เบนซินที่ใช้หัวเทียนจุดระเบิดดูแล้วน่าจะช่วยแก้ปัญหาเรื่องการเผาแอมโมเนียได้ แต่มันก็มีปัญหาอื่นตามมาอีก ปัญหาแรกคือพลังงานกระตุ้นที่ใช้ในการจุดระเบิดแอมโมเนียมีค่าสูง ในบ้านเราเองมีแอมโมเนียรั่วจากโรงงานผลิตน้ำแข็งหลายครั้งแต่ไม่เคยมีการระเบิด แต่ตรงนี้ก็แก้ได้ง่ายด้วยการออกแบบหัวเทียนที่เหมาะสม แต่มันมีอีก ๓ ปัญหาที่แก้ยากกว่าก็คือการที่มันมีความเร็วเปลวไฟของการเผาไหม้ (flame speed) ต่ำ, มีระยะห่างผนังที่เปลวไฟดับ (quenching distance) ที่กว้าง และเกิดไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) ในปริมาณมาก

รูปที่ ๓ ตัวอย่างการออกแบบห้องเผาไหม้แอมโมเนีย พึงสังเกตว่าจะวางตำแหน่งจุดระเบิดไว้ตรงกลางห้องเผาไหม้ที่เป็นทรงกลม (รูปจากสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาเลขที่ 3,455,282)

ในเครื่องยนต์เบนซินที่ใช้น้ำมันเป็นเชื้อเพลิงนั้น เขี้ยวหัวเทียนที่เป็นตัวจุดระเบิดไอดีจะอยู่ทางด้านบนใกล้กับฝาสูบ การจุดระเบิดจะเกิดขึ้นที่นี่และวิ่งแผ่กระจายออกไป โดยเชื้อเพลิงควรต้องเผาได้ไหม้หมดโดยเร็วเพื่อให้เกิดแก๊สร้อนความดันสูงอย่างรวดเร็วเพื่อผลักดันลูกสูบเคลื่อนที่ลงล่าง เปลวไฟการเผาไหม้ที่เคลื่อนที่ช้าจะทำให้ความดันในกระบอกสูบนั้นเพิ่มขึ้นช้ากว่า ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพที่จะได้

(ในทางทฤษฎี เครื่องยนต์เบนซินทำงานตาม OTTO cycle ซึ่ง ณ จังหวะจุดระเบิดนั้นความดันในห้องเผาไหม้จะต้องเพิ่มขึ้นทันทีโดยไม่มีการเปลี่ยนปริมาตร ยิ่งความดันสุดท้ายที่ได้นั้นสูงเท่าใด ประสิทธิภาพการเปลี่ยนความร้อนเป็นพลังงานก็จะมากขึ้น แต่ในความเป็นจริงนั้นลูกสูบไม่ได้อยู่นิ่ง มีการเคลื่อนที่ขึ้นลง ถ้าการเผาไหม้ยังคงเกิดขึ้นในขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ลง ความดันสูงสุดที่ได้ก็จะลดลง ส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานลดลงตามไปด้วย)

รูปที่ ๓ เป็นตัวอย่างหนึ่งของวิธีการแก้ปัญหาที่มีการจดสิทธิบัตรไว้ กล่าวคือออกแบบห้องเผาไหม้ให้มีลักษณะเป็นทรงกลมโดยวางตำแหน่งเขี้ยวหัวเทียนไว้ที่จุดศูนย์กลาง ทรงกลมนั้นเกิดจากโครงสร้างของฝาสูบที่เว้าขึ้นด้านบน และพื้นผิวด้านบนของลูกสูบที่เว้าลงล่าง ดังนั้นเมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ถึงตำแหน่งสูงสุด (ศูนย์ตายบนหรือ top dead centre) ก็จะเกิดห้องเผาไหม้ที่มีรูปร่างทรงกลม ระยะจากเขี้ยวหัวเทียนไปยังผนังในทิศทางต่าง ๆ ก็จะเท่ากันหมด (รัศมีของทรงกลม) ตรงนี้จะแตกต่างจากเครื่องยนน์เบนซินปรกติที่ตำแหน่งเขี้ยวหัวเทียนจะอยู่ใกล้กับด้านบนของผนังฝาสูบ ซึ่งจะทำให้ระยะทางที่เปลวไฟต้องวิ่งจากบนลงล่างนั้นมีค่าเป็นอย่างน้อยสองเท่าของรัศมีทรงกลม แต่ด้วยการที่ไฮโดรคาร์บอนและไฮโดรเจนมีความเร็วในการเผาไหม้ที่สูง มันจึงไม่มีปัญหาเผาเชื้อเพลิงไม่ทันเวลา

รูปที่ ๔ องค์ประกอบแก๊สไอเสียที่เกิดจากการเผาไหม้แอมโมเนีย (บน) เทียบกับมีเทน (ล่าง) แกนนอนคือ mixture equivalent ratio คืออัตราส่วน (ความเข้มข้นเชื้อเพลิงในส่วนผสมเชื้อเพลิงกับอากาศที่ทำการเผาไหม้จริง) ต่อ (ความเข้มข้นเชื้อเพลิงในส่วนผสมที่ stoichiometric ratio) กล่าวคือถ้ามีค่ามากกว่า 1 คืออากาศไม่เพียงพอสำหรับการเผาไหม้สมบูรณ์ ถ้าถ้าน้อยกว่า 1 คืออากาศเพียงพอสำหรับการเผาไหม้สมบูรณ์และยังมีออกซิเจนเหลือ ถ้าเท่ากับ 1 คืออากาศพอดีสำหรับการเผาไหม้สมบูรณ์ (ไม่มีออกซิเจนเหลือ) ที่เรียกว่า stoichiometric ratio ทิศทางของสเกลนี้มันจะกลับกับ Air/Fuel ratio ที่ทางเครื่องกลใช้กัน

การมี quenching distance ที่กว้างจะทำให้มีไอผสมที่ไม่ถูกเผาไหม้ในปริมาณมากขึ้น (คือส่วนที่อยู่ระหว่างผนังกับตำแหน่งที่เปลวไฟดับ) ตรงนี้จะส่งผลต่อมลภาวะที่จะออกทางท่อไอเสีย รูปที่ ๔ เป็นตัวอย่างองค์ประกอบแก๊สไอเสียที่เกิดจากการเผาแอมโมเนียและมีเทนที่สัดส่วนอากาศต่างกัน โดยการเผาเป็นแบบจุดให้เป็นเปลวไฟลุกไหม้ต่อเนื่องแล้ววัดองค์ประกอบที่ตำแหน่ง 40 มิลลิมเตรทางด้าน downstream ของจุดที่เกิดความร้อนมากที่สุด (รูปแบบการเผาไหม้แตกต่างไปจากการเผาไหม้ในเครื่องยนต์เบนซิน) พึงสังเกตว่าการเผาแอมโมเนียนั้น ถ้าเผาไหม้ในสภาวะที่มีอากาศมากเกินพอจะเกิดแก๊สไนตริกออกไซด์ (Nitric oxide NO) สูงกว่าการเผามีเทนถึง 10 เท่า และยังเกิดไนโตรเจนไดออกไซด์ (Nitrogen dioxide NO₂) ที่เมื่อละลายน้ำแล้วจะกลายเป็นกรดไนตริก (HNO₃)

แต่ถ้าเผาในสภาวะอากาศน้อยเกินไป นอกจากจะเหลือแอมโมเนียในปริมาณมากแล้ว ยังจะเกิดไนตรัสออกไซด์ (Nitrous oxide N₂O) ขึ้นอีกด้วย

และที่สำคัญคือ N₂O นี้เป็น green house gas ที่แรงกว่า CO₂ 200-300 เท่า (ข้อมูลหลายแหล่งให้ตัวเลขแตกต่างกันอยู่ แต่ก็อยู่ในระดับที่สูงกว่า 200)

กรองไอเสีย (ตัวเร่งปฏิกิริยาสามทางหรือ catalytic converter) ของเครื่องยนต์เบนซินนั้นจะใช้ไฮโดรคาร์บอนที่หลงเหลือจากการเผาไหม้ และ CO ในการทำลาย NOx ในกรณีของการเผาไหม้แอมโมเนียนั้นแก๊สไอเสียจะไม่มีไฮโดรคาร์บอนและ CO สำหรับกำจัด NOx การกำจัด NOx ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาอีกกลุ่มหนึ่งที่เรียก DeNOx catalyst (อ่านว่า "ดีน็อก") โดยจะใช้แอมโมเนียเป็นตัวทำลาย NOx นั่นก็คือถ้าเครื่องยนต์ทำงานในช่วงที่มีออกซิเจนมากเกินพอ ก็ต้องมีการแบ่งแอมโมเนียมาส่วนหนึ่งมาผสมกับไอเสียก่อนผ่านเข้าสู่ระบบกำจัด แต่ถ้าเครื่องยนต์ทำงานในช่วงที่มีแอมโมเนียหลงเหลือจากการเผาไหม้ ก็สามารถใช้แอมโมเนียที่หลงเหลือนั้นเป็นตัวกำจัด NOx ได้ แต่ทั้งนี้ไม่ว่าจะเป็นกรณีไหนก็ต้องไม่ให้มีแอมโมเนียหลงเหลือในแก๊สที่ผ่านการกำจัด NOx เพราะแอมโมเนียก็เป็นแก๊สพิษตัวหนึ่งเช่นกัน

แต่มันก็มีปัญหาตรงที่ ตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับกำจัด NOx ด้วยแอมโมเนียนั้นจะมีช่วงอุณหภูมิการทำงานที่ไม่กว้าง (ส่วนจะอยู่ตรงช่วงไหนก็ขึ้นอยู่กับว่าใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาตัวไหน) ถ้าอุณหภูมิแก๊สนั้นสูงเกินไป แอมโมเนียที่ป้อนเข้าไปกำจัด NOx จะกลายเป็น NOx เสียเอง ทำให้แก๊สปล่อยทิ้งมี NOx เพิ่มมากกว่าเดิมอีก แต่ถ้าอุณหภูมิแก๊สนั้นต่ำเกินไป จะมีแอมโมเนียเพิ่มเข้ามาในแก๊สปล่อยทิ้ง สำหรับโรงงานอุตสาหกรรมแล้ว การควบคุมอุณหภูมินี้ไม่ใช่ปัญหา เพราะต้องออกแบบระบบเพื่อควบคุมช่วงอุณหภูมิการทำงานตั้งแต่ตอนติดตั้งแล้ว แต่สำหรับรถยนต์นั้นไม่ใช่ เพราะมันไม่มีที่ให้ติดตั้ง

รูปที่ ๕ ตัวอย่างการคำนวณที่ต้องใช้ในการผลิตแอมโมเนียเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิง

สุดท้าย บรรดาเชื้อเพลิงที่บอกว่าเป็น "Green" ทั้งหลาย พอถามว่าแล้วพลังงานที่ใช้ในการผลิตได้มาจากไหน ยังได้มาจากพลังงานจากการเผาเชื้อเพลิงฟอสซิลอยู่หรือไม่ พอเจอคำถามนี้เข้าไปก็มักจะตอบกันว่าใช้พลังงานไฟฟ้าที่ได้จากพลังงานหมุนเวียนที่ไม่ผลิต CO₂ รูปที่ ๕ เป็นตัวอย่างแหล่งพลังงานคาร์บอนต่ำที่บอกว่าจะนำมาใช้ในการผลิต "Green ammonia" ซึ่งได้แก่พลังงาน น้ำ, นิวเคลียร์, ลม และแสงอาทิตย์ (ด้านซ้ายสุดของรูป) ซึ่งจะว่าไปพลังงานน้ำก็เอาแน่เอานอนไม่ได้ แถมยังมีข้อจำกัดที่ภูมิประเทศที่เหมาะสมกับการสร้างเขื่อนไม่ได้มีมาก ส่วนพลังงานนิวเคลียร์ก็โดนต่อต้านอยู่แล้ว (โรงงานนิวเคลียร์ที่มีอยู่เดิมพอหมดอายุการใช้งานก็มีการเรียกร้องกันให้ปิดถาวรไปเลย) ทางเลือกที่เหลืออยู่ก็มีเพียงแค่แสงอาทิตย์กับพลังงานลม ที่ต่างก็มีปัญหาเรื่องสถานที่ติดตั้งที่เหมาะสมเช่นกัน

และที่สำคัญคือมักจะอ้างว่าใช้พลังงานเท่านั้นเท่านี้จากแหล่งพลังงานนี้ แต่ไม่ยักเห็นการคำนวณว่าถ้าต้องการพลังงานขนาดดังกล่าวจากลมหรือแสงอาทิตย์ ต้องใช้พื้นที่ในการติดตั้งแค่ไหนสำหรับโรงงานที่ต้อง "เดินเครื่อง ๒๔ ชั่วโมงทุกสภาพลมฟ้าอากาศ" และสถานที่ที่มีความเหมาะสมและพื้นที่ที่มีอยู่นั้น สามารถทำการสร้างโรงไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนเหล่านี้ได้หรือไม่ เพราะถ้าต้นทางไม่เกิด ขั้นตอนถัดมามันก็เกิดไม่ได้

ด้วยเหตุนี้บทความเมื่อวันที่ ๑๒ เมษายนที่ผ่านมาถึงได้เกริ่นไว้ว่า

"วงการนี้เขาก็อยู่กันแบบนี้แหละ เขาชอบให้เราฟังอย่างเดียว ไม่อยากให้เราถาม บางคำถามถือว่าเป็นคำถามต้องห้ามด้วยซ้ำ ขืนถามไปเขาก็เลิกคุยด้วย"

ไฮโดรเจนสีเขียว (ตราบเท่าที่ไม่คิดพลังงานที่ต้องใช้ในการอัดแก๊ส) MO Memoir : Wednesday 8 February 2566

ช่วงเวลาที่ผ่านมามีการพูดถึงแก๊สไฮโดรเจน (H₂) ว่าเป็นพลังงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เป็นพลังงานสะอาดแห่งอนาคต เพราะมันไม่ปลดปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) ที่เป็นต้นเหตุสำคัญที่ทำให้เกิดสภาวะโลกร้อนในปัจจุบัน ถึงขั้นมีการพูดถึงการใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงแทนน้ำมันสำหรับรถยนต์ หรือใช้เป็นสารตั้งต้นในอุตสาหกรรมเคมี

แต่พอโดนตั้งคำถามถึงแหล่งที่มาของไฮโดรเจนว่ามาได้อย่างไร เพราะที่มาหลักของไฮโดรเจนที่ใช้กันอยู่ในอุตสาหกรรมได้มาจากไฮโดรคาร์บอน และยังต้องใช้อุณหภูมิสูงในการผลิตด้วย อีกส่วนหนึ่งก็ได้มาจากการผลิตโซดาไฟ (Sodium hydroxide NaOH) ที่ใช้ไฟฟ้าที่ได้มาจากการเผาเชื้อเพลิงฟอสซิลในการผลิต (ได้แก๊สไฮโดรเจนกับคลอรีน) ก็เลยต้องมีการแบ่งเกรดกันอีกว่าไฮโดรเจนนั้นได้มาด้วยวิธีการใด คือถ้าเป็นแก๊สไฮโดรเจนที่ได้จากพลังงานหมุนเวียนที่ไม่มีการปลดปล่อย CO₂ ก็จะเรียกว่าเป็น "ไฮโดรเจนสีเขียว (Green hydrogen)" เช่นไฮโดรเจนที่ได้จากการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าที่ผลิตจากเซลล์แสงอาทิตย์หรือพลังงานลม

แต่การเก็บพลังงานในรูปสารเคมี (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสารเคมีที่เป็นแก๊ส เช่นเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ในรูปแก๊สไฮโดรเจน) เพื่อที่จะนำเอาพลังงานในตัวสารเคมีนั้นไปเปลี่ยนเป็นพลังงานกล (เช่นการนำไปเป็นเชื้อเพลิงให้กับเครื่องยนต์สันดาปภายใน การนำไปเป็นเชื้อเพลิงให้กับเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อผลิตไฟฟ้าจ่ายให้กับมอเตอร์) มันยังมีปัจจัยที่สำคัญมากปัจจัยอื่นอีกให้พิจารณา อันได้แก่พลังงานที่ต้องใช้ในการจัดเก็บและขนส่ง และอัตราส่วนระหว่าง "พลังงานที่ได้" ต่อ "น้ำหนักของระบบกักเก็บพลังงาน + น้ำหนักของหน่วยขับเคลื่อน"

ตัวอย่างของ "น้ำหนักของระบบกักเก็บพลังงาน + น้ำหนักของหน่วยขับเคลื่อน" ได้แก่

ในกรณีของยานยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในก็คือ ผลรวมของน้ำหนักของ "ถังบรรจุเชื้อเพลิง + เชื้อเพลิงที่บรรจุได้ + เครื่องยนต์" หรือ

ในกรณีของยานยนต์ที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิงก็คือ ผลรวมของน้ำหนักของ "ถังเก็บแก๊ส + แก๊สที่บรรจุอยู่ + เซลล์เชื้อเพลิง + มอเตอร์ไฟฟ้า"

เราสามารถใช้การเพิ่มความดันในการอัดแก๊สให้เป็นของเหลวได้ก็ต่อเมื่ออุณหภูมิที่ทำการอัดแก๊สนั้นต่ำกว่าค่าอุณหภูมิวิกฤต (Critical temperature T_c) ของแก๊สนั้น พวกแก๊สหุงต้ม (โพรเพนและบิวเทน) จะมีค่าอุณหภูมิวิกฤตสูงกว่าอุณหภูมิห้อง เราจึงสามารถใช้ความดันในการอัดแก๊สนี้ให้เป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิห้อง กล่าวคือถ้าเรามีถังแก๊สเปล่าอยู่ใบหนึ่ง แล้วเราค่อย ๆ เติมแก๊สลงในถังใบนี้เรื่อยๆ ความดันในถังก็จะสูงขึ้น แต่พอถึงระดับหนึ่งแก๊สที่เติมเข้าไปจะเริ่มควบแน่นเป็นของเหลว ความดันในถังจะไม่เพิ่มสูงขึ้น และเนื่องจากของเหลวมีความหนาแน่นสูงกว่าแก๊สมาก ทำให้เราสามารถเก็บแก๊ส (ในรูปของเหลว) ได้มากโดยไม่ต้องใช้ถังที่มีขนาดใหญ่หรือใช้ความดันสูง (ความดันในถังแก๊สหุงต้มที่อุณหภูมิห้องจะอยู่ที่ประมาณ 7 เท่าของความดันบรรยากาศ แต่ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสัดส่วนของโพรเพนและบิวเทนด้วย)

แต่ในกรณีของแก๊สแก๊สธรรมชาติ (หรือมีเทน) นั้นแตกต่างกัน คือมันมีค่าอุณหภูมิวิกฤตสูงกว่าอุณหภูมิห้อง ที่อุณหภูมิห้องไม่ว่าเราจะอัดแก๊สด้วยอุณหภูมิเท่าใดก็ตาม มันจะไม่ควบแน่นเป็นของเหลว ดังนั้นถ้าต้องการเก็บแก๊สในปริมาณมาก ก็ต้องใช้ความดันที่สูง (แก๊สธรรมชาติใช้กับรถยนต์ที่บ้านเราเรียก NGV ในขณะที่สากลและในกฎหมายบ้านเราเขาเรียก CNG นั้น จะอัดใส่ถังที่ความดันประมาณ 200 เท่าของความดันบรรยากาศ) ถ้าจะใช้ถังขนาดใหญ่ขึ้นก็จะมีปัญหาเรื่องความหนาของวัสดุที่จะทนความดันได้ (ถังแก๊สเปล่าสำหรับรถยนต์ ถ้าเป็นแก๊สหุงต้มจะหนักประมาณ 20 กิโลกรัม แต่ถ้าเป็นแก๊สธรรมชาติจะหนักประมาณ 80-100 กิโลกรัม)

แก๊สไฮโดรเจนก็เป็นรูปแบบเดียวกับแก๊สมีเทน คือถ้าต้องการนำมาใช้งานต้องเก็บในถังความดันสูง แต่การใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายในจะวุ่นวายกว่าการใช้ไฮโดรคาร์บอน เนื่องจากลักษณะการจุดระเบิดของไฮโดรเจนนั้นคุมยากกว่าไฮโดรคาร์บอน การจะเอาไฮโดรเจนไปเป็นเชื้อเพลิงขับเคลื่อนยานพาหนะจึงมุ่งเน้นไปที่การใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel cell) ที่จะผลิตกระแสไฟฟ้าไปขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้าอีกทีหนึ่ง

ทีนี้เราลองมาดูหน่อยว่าถ้าจะอัดแก๊สให้มีความดันสูงขึ้น ต้องใช้พลังงานเท่าใด โดยสมมุติว่าแก๊สที่จะอัดนั้นเป็นแก๊สอุดมคติ (ดูรูปที่ ๑ ข้างล่างประกอบ)

รูปที่ ๑ การอัดแก๊สในลูกสูบทรงกระบอกพื้นที่หน้าตัด A จากปริมาณ V1 จนเหลือปริมาตร V2

จากนิยาม งาน (W) คือผลคูณระหว่าง แรง (F) กับระยะทางการเคลื่อนที่ (s) หรือ W = F x s

แต่แรงคือผลคูณระหว่าง ความดัน (P) กับพื้นที่หน้าตัด (A) หรือ F = P x A

แทนค่า F ลงไปก็จะได้ว่า W = P x (A x s)

จากรูปที่ ๑ จะเห็นว่าค่า (A x s) คือปริมาตรที่เปลี่ยนไป (∆V) เมื่อแก๊สถูกอัดจากปริมาตร V1 เหลือ V2

ดังนั้นเราจะได้ W = P x ∆V

ในกรณีของการอัดแก๊สให้มีปริมาตรต่อโมลลดลง (คือมีความดันสูงขึ้นนั่นเอง) ∆V จะมีค่าเป็นลบ ดังนั้นในการอัดแก๊สให้มีความดันสูงขึ้น เพื่อให้ค่างานที่ต้องทำมีค่าเป็นบวก ก็ต้องใส่เครื่องหมาย (-) เข้าไป ในกรณีนี้เราก็จะได้ว่างานที่ต้องใส่เข้าไปเพื่อเพิ่มความดันให้กับแก๊สจะมีค่า W = P x (-∆V)

ในกรณีของแก๊สอุดมคตินั้น ผลคูณของค่า PV จะคงที่ กล่าวคือถ้าเราเริ่มจากแก๊สปริมาตร 1 หน่วยที่ความดันบรรยากาศ แล้วเราต้องการอัดแก๊สนั้นให้มีความดัน 100 เท่าของความดันบรรยากาศ ปริมาตรแก๊สจะลดเหลือ 1/100 เท่าของปริมาตรเดิม หรือเหลือเพียง 0.01 เท่าของปริมาตรเดิม

ที่อุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศ แก๊ส 1 โมลจะมีปริมาตรประมาณ 25 ลิตรหรือ 0.025 m³ (ขอปัดตัวเลขให้มันกลม ๆ นะครับ) ถ้าเราต้องการอัดแก๊สตัวนี้ให้มีความดัน 100 เท่าของความดันบรรยากาศ ปริมาตรแก๊สก็จะเหลือ 0.025/100 หรือ 0.00025 m³

ดังนั้นปริมาตรที่เปลี่ยนไป (∆V) คือ 0.025 - 0.00025 = -0.02475 m³

ค่าความดัน 100 เท่าของความดันบรรยากาศก็ประมาณ 1 x 10⁷ Pascal

ดังนั้นงานที่ต้องใช้ในการอัดแก๊ส W = (1 x 10⁷) x (0.02475) = 247500 J/mol

แก๊สไฮโดรเจน 1 mol ทำปฏิกิริยากับออกซิเจน 0.5 mol ได้น้ำ 1 mol จากค่า Enthalpy of formation จะได้ว่าปฏิกิริยานี้คายพลังงานออกมาประมาณ 286000 J

ดังนั้นหักลบพลังงานที่จะได้กับพลังงานที่ต้องใช้ในการอัดแก๊สแล้ว จะเหลือเพียง 38500 J/mol หรือประมาณ 13% ของพลังงานที่ควรได้ (นี่ขนาดยังไม่คิดว่าในความเป็นจริงยังมีการสูญเสียพลังงานระหว่างการอัดอีก) และถ้าอัดให้มีความดันมากกว่านี้ (เกินกว่า 115 เท่า) ก็พบว่าพลังงานที่ใช้ในการอัดจะมากกว่าพลังงานที่จะได้จากแก๊สเสียอีก

ในกรณีของแก๊สธรรมชาติ (มีเทน (CH₄) นั้น การเผาไหม้มีเทน 1 mol จะคายพลังงานออกมาประมาณ 890000 J หรือประมาณ 3 เท่าของพลังงานที่ได้จากไฮโดรเจน จึงทำให้เราสามารถเก็บแก๊สมีเทนได้ที่ความดันที่สูงกว่า (โดยที่ค่าพลังงานที่ต้องใช้ในการอัดแก๊สยังไม่สูงเกินค่าพลังงานที่จะได้จากแก๊ส) แต่นั่นก็ต้องแลกมาด้วยน้ำหนักของถังเก็บแก๊สที่เพิ่มมากขึ้น (และปริมาตรของถังเก็บที่กินพื้นที่มากขึ้นด้วย)

ตรงนี้ดูง่าย ๆ ได้จากกรณีรถยนต์นั่งส่วนบุคคล (เช่นขนาดที่เอามาทำรถแท๊กซี่) ที่บรรจุเชื้อเพลิวเต็มถัง ถ้าใช้น้ำมันจะวิ่งได้ไกล (แบบรถไม่ติดนะ) กว่า 600 กิโลเมตร ถ้าใช้แก๊สหุงต้มจะได้ประมาณ 400 กิโลเมตร แต่ถ้าใช้แก๊สธรรมชาติจะเหลือประมาณ 200 กิโลเมตร คือในบ้านเรารถใช้แก๊สหุงต้มหรือแก๊สธรรมชาติเป็นรถที่มีถังน้ำมันแล้วนำมาดัดแปลงติดถังแก๊สไว้ในกระโปรงหลัง ถ้าใช้ถังขนาดใหญ่ก็จะกินพื้นที่เก็บของท้ายรถมากขึ้น และมีน้ำหนักไปตกหลังล้อหลังมากขึ้นตลอดเวลา (คือน้ำหนักถังแก๊ส)

เทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์หรือพลังงานลมก็มีอยู่นานแล้ว

เทคโนโลยีการแยกน้ำด้วยกระแสไฟฟ้าเพื่อผลิตไฮโดรเจนก็มีอยู่นานแล้ว

ประเด็นสำคัญคือแก๊สไฮโดรเจนที่ผลิตได้นั้นมันผลิตที่ความดันเริ่มต้นเท่าใด ถ้าแก๊สที่ผลิตได้มีความดันต่ำในขณะที่การนำไปใช้งานต้องการความดันสูง ก็จะต้องมีค่าใช้จ่ายด้านพลังงานที่ต้องใช้ในการอัดแก๊สให้มีความดันสูงขึ้น (ไม่ว่าจะเป็นการนำไปใช้กับยานพาหนะหรือในอุตสาหกรรม)

และในปัจจุบันเทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่สามารถใช้เป็นแหล่งกักเก็บพลังงานไฟฟ้าได้ ก็ยังมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง และในบางภาคส่วน (เช่นยานยาต์) อาจจัดได้ว่าเป็นคู่แข่งสำคัญตัวหนึ่งของเทคโยโลยีไฮโดรเจนก็ได้

ความพยายามหนึ่งที่จะแก้ปัญหาความดันที่ต้องใช้ในการเก็บไฮโดรเจนก็คือการใช้สารดูดซับช่วยในการดูดซับแก๊สไฮโดรเจนเอาไว้ ทำให้สามารถเก็บไฮโดรเจนได้มากขึ้นที่ความดันเดิม แต่วิธีการนี้ก็มีปัญหาคือ ตัวสารดูดซับเองเป็นวัสดุที่มีรูพรุนขนาดเล็ก (เพื่อให้มีพื้นที่ผิวดูดซับมา) และปฏิกิริยาการดูดซับเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน จึงมีปัญหาเรื่องอัตราการคายแก๊สออกมาเมื่อต้องการให้มันคายแก๊สมามาก ๆ เร็ว ๆ (เช่นต้องการเร่งเครื่องแซง) เพราะมันมีเรื่องของความล่าช้าในการที่โมเลกุลแก๊สจะแพร่ออกมาจากรูพรุนได้ และอุณหภูมิที่ต้องใช้อีก มันไม่เหมือนกับถังแก๊สความดันที่ทำเพียงแค่เปิดวาล์วให้กว้างขึ้น

ในปัจจุบันจึงมีการฉีกแนวออกไปเป็นการใช้แอมโมเนีย (Ammonia NH₃) เป็นเชื้อเพลิงแทนไฮโดรเจนเพราะการเผาไหม้แอมโมเนียไม่ทำให้เกิด CO₂ นอกจากนี้เราสามารถอัดแก๊สแอมโมเนียให้เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องได้เหมือนกับแก๊สหุงต้ม แต่คำถามก็คือแอมโมเนียได้มาจากไหน กระบวนการผลิตหลักในปัจจุบันได้จากการทำปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจน (ที่บอกว่าเป็นไฮโดรเจนสีเขียว) กับไนโตรเจนที่อุณหภูมิและความดันสูง ไนโตรเจนนั้นได้จากการกลั่นแยกอากาศ (ที่ต้องใช้พลังงานกับระบบทำความเย็นเพื่อให้อากาศกลายเป็นของเหลว) และต้องมีการใส่พลังงานเพื่อเพิ่มความดันและอุณหภูมิให้กับแก๊สทั้งสองชนิดเพื่อให้มันทำปฏิกิริยา ซึ่งก็นำมาสู่คำถามถัดมาคือแล้วพลังงานที่ต้องใช้ในการเพิ่มความดันและอุณหภูมินั้นได้มาจากไหน ผลิต CO₂ หรือไม่ พลังงานที่ต้องใช้ในการผลิตกับที่จะได้จากแอมโมเนียอันไหนมากกว่ากัน ประเด็นเหล่านี้กลุ่มที่นำเสนอเรื่องเศรษฐกิจสีเขียวหรือ Green Economy มักจะไม่กล่าวถึง

เรื่องเอาแอมโมเนียมาเป็นเชื้อเพลิงเอาไว้ว่าง ๆ ถ้ามีเวลาก็จะหาโอกาสเขียนสักที วันนี้คงพอแค่นี้ก่อน

ฝึกงานภาคฤดูฝน ๒๕๖๔ (๓) เชื้อเพลิงสีเขียว (Green Fuel) MO Memoir : Tuesday 15 June 2564

กระแส Life Cycle Assessment (LCA) เคยมาแรงอยู่ช่วงหนึ่งในบ้านเรา ก่อนจะเห็นเงียบหายไป ไม่รู้ว่าเป็นเพราะความต้องการเทคโนโลยีที่เรียกกันว่า "Green" หรือเปล่า เลยไม่อยากเอาLCA มาพูด เพราะว่าถ้าเอา LCA มาใช้แล้ว อาจจะเห็นว่าสิ่งที่เป็นจริงนั้นอาจไม่ใช่ดังที่ใครต่อใครเขาอ้างกัน

เทคนิค LCA เป็นการวิเคราะห์ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของผลิตภัณฑ์ เรียกว่าตั้งแต่เกิด (ผลิต) จนตาย (กำจัด) ทำให้บางทีเขาก็เรียกเทคนนิคนี้ว่า cradle-to-grave หรือจากเปลไปจนถึงหลุมฝังศพ แต่การวิเคราะห์เทคนิคนี้จะว่าไปมันก็ไม่ใช่เรื่องง่าย เพราะในแต่ละท้องที่นั้นมีความแตกต่างกันอยู่ อย่างเช่นมลพิษที่เกิดจากพลังงานไฟฟ้าที่ต้องนำมาใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์นั้นแต่ละประเทศใช้ไม่เหมือนกันอยู่ และตัวเลขตัวนี้มันก็ปรับแต่งกันได้ จะใช้การไปหยิบเอาข้อมูลของประเทศอื่นที่มีสัดส่วนการใช้เชื้อเพลิงไม่เหมือนกันนั้นมาใช้ก็ไม่น่าจะถูกต้อง นอกจากนี้บางผลิตภัณฑ์มันก็พูดยากว่ามันมีอายุการใช้งานเท่าใด เช่นพวกบรรจุภัณฑ์ที่ล้างทำความสะอาดและนำกลับมาใช้ใหม่ได้ (เช่น เครื่องดื่มบรรจุขวดแก้วที่ต้องส่งคือผู้ผลิตเพื่อนำไปล้างและใช้งานใหม่ ภาชนะพลาสติกที่สามารถนำไป recycle ได้)

การนำเอาแหล่งพลังงานต่าง ๆ ที่มีอยู่ในธรรมชาติมาใช้งานนั้น มันจะคุ้มค่าก็ต่อเมื่อ พลังงานของแหล่งพลังงานนั้น เมื่อหักลบเอาพลังงานส่วนที่ต้องใช้ในการแปรรูปพลังงานนั้นให้อยู่ในรูปแบบที่ใช้งานได้แล้ว ต้องมีพลังงานเหลือ ตรงนี้ลองดูตัวอย่างพลังงานจากปิโตรเลียมในรูปที่ ๑ ข้างล่าง

การนำปิโตรเลียมที่อยู่ใต้พิภพมาใช้งาน จะต้องมีการใช้พลังงานในกระบวนการผลิต (E3) ที่เริ่มจากการขุดเจาะ, การเก็บรักษาน้ำมันดิบที่ได้, การขนส่ง, การกลั่น และการเก็บผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมที่ได้ (ที่มีพลังงาน E1) ถ้าพลังงานของผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมสุดท้าย E1 นั้น มีค่ามากกว่าพลังงานที่ใช้ในกระบวนการผลิตทุกขึ้นตอน E3 (สมมุติว่าพลังงาน E3 นี้ต่างก็ได้มาจากปิโตรเลียมทั้งหมด) ก็จะมีพลังงาน E2 เหลือป้อนตลาด มันก็จะคุ้มค่าที่จะนำมาใช้ กล่าวคือสมมุติว่าน้ำมันดิบ 100 ลิตรผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ได้ 100 ลิตร แต่พลังงานที่ต้องใช้ผลิตนั้นเทียบเท่ากับน้ำมัน 20 ลิตร ดังนั้นก็จะเหลือน้ำมันป้อนออกสู่ตลาด 80 ลิตร ถ้าเป็นอย่างนี้มันก็คุ้มค่าที่จะนำเอาน้ำมันดิบมาใช้เป็นแหล่งพลังงาน

นอกจากนี้ในบางครั้งพลังงานที่ต้องใช้ในการเก็บรักษาก็เข้ามามีบทบาทด้วย เชื้อเพลิงปิโตรเลียมเหลวนั้นสามารถเก็บในถังธรรมดาที่ความดันบรรยากาศได้ ในขณะที่แก๊สหุงต้มต้องมีการใช้คอมเพรสเซอร์ (ใช้พลังงาน) เพื่อเพิ่มความดันให้เป็นของเหลวภายใต้ความดันที่อุณหภูมิห้อง ในขณะที่การผลิตแก๊สธรรมชาติเหลวต้องมีทั้งการใช้ความดันและระบบทำความเย็น เพื่อทำให้แก๊สมีเทนเป็นของเหลวที่ความดันบรรยากาศ

รูปที่ ๑ พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการผลิตเชื้อเพลิงปิโตรเลียมจากน้ำมันดิบ

ในกรณีของเชื้อเพลิงที่ได้จากพืชนั้นมีความยุ่งยากในการคำนวณมากกว่า เพราะเชื้อเพลิงที่ได้จากพืชนั้นมันแตกต่างไปจากเชื้อเพลิงที่ต้องใช้ในการแปรรูปพืชนั้นให้เป็นเชื้อเพลิง อย่างเช่นเราผลิตเอทานอลเพื่อมาทดแทนน้ำมันเบนซิน แต่เราใช้น้ำมันดีเซลในการขนส่งวัตถุดิบและใช้ถ่านหินในการผลิตไอน้ำเพื่อการกลั่น มันก็เกิดคำถามขึ้นมาว่าเชื้อเพลิงเอทานอลนั้นเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมหรือไม่ ซึ่งมันจะเป็นมิตรก็ต่อเมื่อพลังงานที่ได้จากเอทานอลที่ผลิตได้นั้น ต้องมากกว่าพลังงานที่ต้องใช้ในการผลิตเอทานอล (ซึ่งดูเหมือนว่าในความเป็นจริงจะไม่ใช่เช่นนั้น)

รูปที่ ๒ ข้างล่างเป็นแผนผังสมดุลพลังงาน (วาดขึ้นมาเอง) สำหรับการผลิตเชื้อเพลิงเหลวจากพืช เพื่อใช้แทนน้ำมันปิโตรเลียม (เช่นผลิตเอทานอลและไบโอดีเซล)

รูปที่ ๒ พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการผลิตเชื้อเพลิงจากพืชเพื่อทดแทนการใช้ปิโตรเลียม

ถ้าดูในแง่ของสมดุล CO₂ แล้ว พลังงานจากปิโตรเลียมนั้นถือว่าผลิต CO₂ เพียงอย่างเดียว ในขณะที่พลังงานจากพืชนั้นจะมีทั้งส่วนที่ดักจับ CO₂ (คือการเจริญเติบโตของพืช) และส่วนที่ผลิต CO₂ (คือการนำเอาเชื้อเพลิงที่ได้ไปใช้งาน) เชื้อเพลิงจากพืชจะช่วยลดอัตราการเพิ่ม CO₂ ในบรรยากาศ (เมื่อเทียบกับพลังงานปิโตรเลียม) ก็ต่อเมื่อ CO₂ ที่เกิดจากพลังงานที่ป้อนตลาด (E2) + พลังงานที่ต้องใช้ในการผลิต (E3) + พลังงานที่ต้องใช้ในการผลิตเคมีภัณฑ์ที่เกี่ยวข้อง เช่นปุ๋ยเคมี, ยาปราบศัตรูพืช, เมทานอลที่ในการผลิตไบโอดีเซล (E4) เมื่อหักลบเอาปริมาณ CO₂ ที่พืชดึงออกจากบรรยากาศออกไปแล้ว มีค่าน้อยกว่า CO₂ ที่เกิดจากการเผาเชื้อเพลิงปิโตรเลียมเพื่อให้ได้พลังงานเท่ากัน

โดยหลักการแล้ว ถ้าพื้นที่ไหนปลูกเพื่อเพื่อการบริโภคเป็นอาหารได้ ก็ไม่ควรนำมาใช้ในการปลูกพืชเพื่อเป็นเชื้อเพลิง พื้นที่ที่ควรนำมาใช้ปลูกพืชเพื่อนำมาเป็นพลังงานควรเป็นพื้นที่ที่ไม่เหมาะกับการปลูกพืชเพื่อเป็นอาหาร เช่นในดินไม่ค่อยมีธาตุอาหารสำหรับพืช หรือดินปนเปื้อนสารพิษ ถ้าเป็นแบบหลังนี้ การหาปริมาณพลังงานที่ต้องใช้ในการเพาะปลูก (เช่น พลังงานที่ต้องใช้ในการรดน้ำ ดูแลการเจริญเติบโต และพลังงานที่ต้องใช้ในการผลิตเคมีเพื่อการเกษตร เช่น ปุ๋ยเคมีและยาปราบศัตรูพืช) ก็จะทำได้ง่าย แต่ถ้าผลิตผลทางการเกษตรที่นำมาผลิตเป็นเชื้อเพลิงเหลวนั้นเป็นของเหลือจากการผลิตอาหาร (เช่นกากน้ำตาลที่ได้จากโรงงานผลิตน้ำตาลที่นำมาผลิตเอทานอล) ตรงนี้ก็อาจถือว่าไม่จำเป็นต้องคิดพลังงานที่ต้องใช้ในส่วนนี้ เพราะถือว่าเป็นการนำของเหลือทิ้งจากกระบวนการผลิตอื่นมาใช้งาน แต่ถ้าปลูกปาล์มน้ำมันเพื่อนำเอาน้ำมันมาใช้เป็นเชื้อเพลิงโดยตรง ก็ควรต้องนำเอาพลังงานตรงส่วนนี้มาใช้ด้วย

ประเด็นเรื่องพื้นที่เพาะปลูกนี้เป็นประเด็นสำคัญที่ทำให้การปลูกพืชเช่นปาล์มน้ำมันถูกโจมตีว่าเป็นตัวการทำลายสิ่งแวดล้อม เพราะเกี่ยวข้องกับการเผาป่าเพื่อนำเอาพื้นที่มาปลูกปาล์มน้ำมัน เช่นที่เกิดในประเทศอินโดนีเซียและส่งผลให้หมอกควันจากไฟไหม้นั้นลอยมาถึงภาคใต้ของประเทศไทย ดังนั้นแหล่งที่มาของพืชจึงควรนำมาพิจารณาด้วย

วิธีการเก็บเกี่ยวก็สามารถส่งผลให้เกิดมลพิษทางอากาศได้สูง ที่เห็นชัดคือกรณีของอ้อย (ที่เราเอามาผลิตเป็นน้ำตาลเพื่อการบริโภคและเอามาผลิตเอทานอล) เนื่องจากใบอ้อยจะมีความคมมาก ดังนั้นเพื่อให้สะดวกในการเก็บเกี่ยว เกษตรกรก็จะใช้การเผาไร่อ้อย คือเผาใบอ้อยทิ้งไปก่อน ให้เหลือแต่ต้น แล้วจึงค่อยให้แรงงานเข้าไปเก็บเกี่ยว ผลที่ตามมาที่เห็นชัดก็คือฝุ่นขนาดเล็กที่สามารถลอยข้ามแดนได้ไกล และค้างในอากาศได้เป็นเวลานาน ดังที่ประเทศเราประสบกันในช่วงหลายปีที่ผ่านมานี้ (และยังมี CO₂ ในปริมาณมากที่ปลดปล่อยออกมาจากการเผาด้วย)

ขนาดพื้นที่ที่ทำการเพาะปลูก และระยะทางจากแหล่งเพาะปลูกมายังโรงงานแปรสภาพก็เป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดว่าการปลูกพืชพลังงานนั้นทำให้เกิดการปลดปล่อย CO₂ เนื่องจากการขนส่งมากน้อยเท่าใด ในบางประเทศเช่นมาเลเซียและอินโดนีเซียนั้น มีแปลงเพาะปลูกที่ต่อเนื่องเป็นแปลงเดียวขนาดใหญ่และมีโรงงานผลิตน้ำมันปาล์มอยู่ในแปลงเพาะปลูกนั้น ทำให้ประหยัดค่าขนส่ง (ซึ่งก็เป็นการลดการปลดปล่อย CO₂) ผลปาล์มมายังโรงงาน และยังสามารถใช้ทางใบปาล์มและต้นปาล์มที่หมดอายุแล้วร่วมกับกะลาปาล์ม (ผลปาล์มที่ผ่านการสกัดน้ำมันแล้ว) และทะลายปาล์มเปล่า มาใช้เป็นเชื้อเพลิงเพื่อผลิตความร้อนใช้ในโรงงานได้ แต่ในกรณีของบ้านเรานั้นจะเรียกว่าต่างคนต่างปลูก แล้วต่างคนก็ต่างขนเฉพาะทะลายปาล์มที่เก็บเกี่ยวได้ไปส่งยังโรงงานที่ตั้งอยู่ห่างออกไป ดังนั้นปัจจัยเรื่องค่าขนส่ง (ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อปริมาณ CO₂ ที่ปลดปล่อยออกมา) จึงมีบทบาทสำคัญในการคิดปริมาณพลังงานสุดท้ายที่ได้

สิ่งหนึ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในการปลูกพืชเพื่อผลิตเป็นเชื้อเพลิงคือการต้องใส่ปุ๋ย (เพราะพืชมีการดึงเอาแร่ธาตุออกจากดินตลอดเวลา และแร่ธาตุนั้นก็ติดไปกับผลิตผลทางการเกษตรที่นำไปแปรรูป) และปุ๋ยเคมีก็เป็นสิ่งหนึ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างหนึ่งที่ติดตามมาก็คือการที่ปุ๋ยเคมีนั้นไหลลงสู่แหล่งนั้น เช่นลำคลองและแม่น้ำต่าง ๆ เมื่อไหลออกสู่ทะเลก็ทำให้สาหร่ายบริเวณปากแม่น้ำเจริญเติบโตมากอย่างรวดเร็ว ในช่วงกลางวันนั้นสาหร่ายเหล่านี้ช่วยผลิตออกซิเจน แตในเวลากลางคืนนั้นสาหร่ายเหล่านี้จะดึงออกซิเจนออกจากนั้น ทำให้น้ำขาดออกซิเจนจนสัตว์น้ำในบริเวณนั้น (ที่ไม่สามารถหนีออกไปจากบริเวณนั้นได้) ขาดออกซิเจนเสียชีวิต ซึ่งบ้านเราก็มีเหตุการณ์เช่นนี้เกิดเป็นประจำ ปรกติก็คือหลังช่วงที่มีฝนตกหนักและมีน้ำจากแม่น้ำไหลออกสู่ทะเลในปริมาณมาก เพราะฝนที่ตกลงมานั้นจะชะเอาปุ๋ยเคมีลงแหล่งน้ำ ก่อนที่จะไหลรวมกันลงสู่แม่น้ำและออกทะเล

ที่ยกตัวอย่างมานี้ก็เพื่อต้องการจะบอกว่า การที่จะบอกว่าเชื้อเพลิงชนิดใดเป็นเชื้อเพลิงสีเขียว (Green Fuel) นั้น ไม่ควรที่จะดูแค่เพียงว่ามันมาจากพืช แต่ควรต้องพิจารณาโดยเริ่มตั้งแต่การได้มาซึ่งพืชชนิดนั้น (พื้นที่เพาะปลูก การเก็บเกี่ยวและเคมีภัณฑ์ต่าง ๆ เพื่อการเกษตรที่ต้องใช้) ไปจนถึงเชื้อเพลิงสุดท้ายที่ได้ โดยปริมาณพลังงานที่งใช้ในการผลิตเชื้อเพลิงนั้น (E3 + E4) ควรมีค่าน้อยกว่าปริมาณพลังงานสุดท้ายที่ได้จากเชื้อเพลิงที่ได้จากพืชหรือ E1 >> (E3 + E4) (ดูรูปที่ ๒)