รู้ทันนักวิจัย (๒๑) ลดโลกร้อนด้วยการดักจับ CO2 ออกจากแก๊สปล่อยทิ้งจากการเผาไหม้ MO Memoir : Sunday 7 July 2562

ในภาคอุตสาหกรรม การแยก CO₂ ออกจากแก๊สมีการทำกันมานานแล้วและมีอยู่ด้วยกันหลายเทคนิค ส่วนจะเลือกใช้เทคนิคใดนั้นขึ้นอยู่กับ ปริมาณแก๊สที่ต้องแยก ความเข้มข้น CO₂ ในแก๊สขาเข้า ความเข้มข้น CO₂ ในแก๊สขาออกที่ยอมรับได้ และองค์ประกอบอื่นที่มีอยู่ในแก๊ส
 

เช่นในกรณีของ CO₂ ความเข้มข้นต่ำ (ระดับ ppm) ที่ปนเปื้อนอยู่ในเอทิลีนที่ใช้ในกระบวนการพอลิเมอร์ไรซ์นั้น การใช้การดูดซับด้วยของแข็งที่เป็นเบส (เช่น KOH) ก็เป็นวิธีการที่เหมาะสม เพราะทำเพียงแค่กะปริมาณเบสที่ต้องใช้ให้มากเพียงพอที่จะทำงานได้จนถึงรอบการหยุดเดินเครื่องเพื่อเปลี่ยนเอาเบสเก่าที่หมดสภาพทิ้ง และใส่เบสใหม่เข้าไป โดยในระหว่างการใช้งานนั้นก็ไม่ต้องมีการดูแลอะไร
 

ในกรณีของแก๊สที่มีปริมาณมากและมีความเข้มข้น CO₂ สูง (เช่นแก๊สธรรมชาติที่ได้มาจากอ่าวไทย) การใช้สารละลายเบสที่สามารถฟื้นคืนสภาพได้ (regeneration) เช่นสารละลาย K₂CO₃ หรือเอมีนต่าง ๆ จะเป็นวิธีการที่เหมาะสมมากกว่า โดยหลักการของวิธีการนี้ก็คือให้สารละลายเบสดูดซับ CO₂ เอาไว้ที่อุณหภูมิต่ำ จากนั้นจึงนำเอาสารละลายเบสที่ดูดซับ CO₂ จนอิ่มตัวนั้นไปต้มไล่ CO₂ ออกจากสารละลายเบสนั้นที่อุณหภูมิสูงขึ้น ก็จะได้สารละลายเบสที่ไม่มี CO₂ ละลายปนอยู่หมุนเวียนกลับไปใช้ดูดซับ CO₂ ใหม่ (แต่ต้องหลังจากทำให้เย็นตัวลง) ส่วน CO₂ ที่แยกออกมาได้นั้นก็ปล่อยทิ้งสู่บรรยากาศหรือเข้าสู่กระบวนการอื่นถ้าหากมีความต้องการ

รูปที่ ๑ แผนผังทั่วไปโดยรวมของกระบวนการแยก CO₂ ออกจากแก๊ส ในกรอบเส้นประสีน้ำเงินทางด้านซ้ายคือส่วนที่มักจะนำเสนอกันในบทความ ส่วนที่อยู่ทางด้านขวานั้นต่างก็มีการปลดปล่อย CO₂ แต่ไม่ได้รับการกล่าวถึง

ถ้าเทียบกับการใช้สารดูดซับที่เป็นของแข็งแล้ว การใช้สารดูดซับที่เป็นของเหลวมันมีข้อดีตรงที่มันลำเลียงผ่านทางระบบท่อได้ง่าย แลกเปลี่ยนความร้อนให้มันร้อนขึ้นหรือเย็นลงก็ทำได้ง่าย แต่มันก็มีข้อเสียบ้างตรงที่อาจมีตัวทำละลายบางส่วนติดไปกับแก๊สขาออก ทำให้ต้องมีการกำจัดตัวทำละลายนั้นออกอีก
 

เรื่องราวมันมาสนุกตรงที่มีความพยายามจะแยก CO₂ ออกจากแก๊สปล่อยทิ้งที่เกิดจากการเผาไหม้ เช่นจากโรงผลิตไฟฟ้า โดยอ้างว่าเป็นการช่วย “ลด” การปลดปล่อย CO₂ ออกสู่บรรยากาศ แก๊สประเภทนี้เป็นแก๊สที่มีอัตราการไหลสูง อุณหภูมิสูง มีความเข้มข้น CO₂ สูง และมีความดันต่ำอยู่ที่ประมาณสูงกว่าความดันบรรยากาศเล็กน้อย การใช้สารดูดซับชนิดครั้งเดียวทิ้งโดยไม่สามารถทำการคืนสภาพเพื่อกลับมาใช้งานใหม่ได้นั้นไม่เหมาะสมแน่ ด้วยความดันที่ต่ำของแก๊สปล่อยทิ้งเหล่านี้ทำให้ไม่สามารถใช้ระบบที่มี pressure drop สูงได้ และด้วยอุณหภูมิที่สูงของแก๊สจึงทำให้ไม่สามารถใช้ระบบการแยกด้วยแผ่นเยื่อที่ทำจากพอลิเมอร์ 
  

แต่ไม่ว่าจะเป็นวิธีการใดก็ตาม สิ่งหนึ่งที่บทความเหล่านี้ทำกันก็คือ การนำเสนอเฉพาะส่วนที่อยู่ในกรอบเส้นประสีน้ำเงินของรูปที่ ๑ สิ่งที่ไม่มีการกล่าวถึงกันก็คือจัดการอย่างไรต่อกับ CO₂ ที่แยกออกมาได้ และนี่ก็เป็นที่มาของคำถามแรกคือ ถ้าหากเป็นการปล่อยออกสู่บรรยากาศเหมือนเดิม ดังนั้นสิ่งที่ทำก็ไม่ได้เป็นการลดการปลดปล่อย CO₂ แต่เป็นเพียงแค่เปลี่นสถานที่ปลดปล่อยเท่านั้น ถ้านำไปเก็บเอาไว้ในรูปของเหลว ก็ต้องถามต่อด้วยว่าพลังงานที่ต้องใช้ในการเปลี่ยนจากแก๊สเป็นของเหลวนั้นปลดปล่อย CO₂ อีกเท่าใด และมีสถานที่เก็บนั้นเพียงพอหรือไม่ ถ้าบอกว่าจะนำไปใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตสารเคมีตัวอื่นที่มีมูลค่าเพิ่มสูงขึ้น ก็ต้องตอบคำถามให้ได้ด้วยว่าพลังงานที่ต้องใช้นั้นปลดปล่อย CO₂ อีกเท่าใด เพราะ CO₂ เป็นสารที่เฉื่อย ต้องใช้พลังงานที่สูงในการกระตุ้นให้มันทำปฏิกิริยาได้ ซึ่งประเด็นตรงนี้เคยเล่าไว้เมื่อ ๓ เดือนที่แล้วเมื่อวันที่ ๔ เมษายน ๒๕๖๒ เรื่อง “รู้ทันนักวิจัย (๒๐) ลดโลกร้อนด้วยการเปลี่ยน CO₂ กลับเป็นสารอินทรีย์”
 

ปฏิกิริยาการดูดซับ (ไม่ว่าจะเป็นการดูดซับด้วยสารละลายของเหลว หรือของแข็ง) เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน ดังนั้นการไล่ CO₂ ที่สารดูดซับจับเอาไว้เพื่อนำเอาสารดูดซับไปใช้งานใหม่นั้นต้องใช้พลังงานความร้อน การนำเอาสารดูดซับที่จับ CO₂ จนอิ่มตัว และสารดูดซับที่ผ่านการไล่ CO₂ ออกไปแล้วไปใช้งานใหม่ต่างก็ต้องใช้พลังงานในการลำเลียง คำถามที่เกิดขึ้นก็คือความร้อนที่ใช้ในการไล่ CO₂ และใช้ในการลำเลียงสารดูดซับนั้นได้มาจากไหน ถ้าต่างได้มาจากแหล่งพลังงานที่มีการผลิต CO₂ วิธีการเหล่านี้ก็เป็นการเพิ่มการปลดปล่อย CO₂ ไม่ใช่การลดการปลดปล่อย
 

การใช้สารดูดซับที่เป็นของแข็งในระบบไหลเวียนต่อเนื่องก็ต้องพิจารณาเรื่องพลังงานที่ต้องใช้ในการลำเลียงของแข็งและการลดอุณหภูมิของแข็ง จริงอยู่ที่ว่าในอุตสาหกรรมนั้นมีการใช้ระบบการไหลเวียนของแข็งต่อเนื่อง โดยระบบที่สำคัญคือ FCC ที่ย่อมาจาก Fluidised bed Catalytic Cracking โดยในระบบนี้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เสื่อมสภาพเนื่องจากการสะสมของ coke จะถูกนำไปเผาไล่ coke ทิ้ง ก่อนที่จะหมุนเวียนกลับตัวเร่งปฏิกิริยามาใช้งานใหม่ โดยไม่จำเป็นต้องมีการลดอุณหภูมิของตัวเร่งปฏิกิริยาให้เย็นตัวลง ด้วยเหตุผลที่ว่าปฏิกิริยา cracking นั้นเป็นปฏิกิริยาดูดความร้อนที่ต้องการอุณหภูมิสูงอยู่แล้ว แต่ปฏิกิริยาการดูดซับแก๊สนั้นเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนที่จะทำงานได้ดีที่อุณหภูมิต่ำ
 

เคยเห็นมีคนนำเสนอการใช้ CaO ที่เป็นของแข็งเป็นสารดูดซับ CO₂ แต่ CaO นั้นได้มาจากการเผา CaCO₃ ที่อุณหภูมิสูงเพื่อให้มันคาย CO₂ ออกมา ซึ่งแน่นอนว่าการผลิต CaO นั้นก่อให้เกิดการการผลิต CO₂ ด้วยไม่ว่าที่ตัว CaCO₃ คายออกมาหรือจากการผลิตพลังงานความร้อนที่ต้องใช้ในการเผา แถมปฏิกิริยานี้ยังยากที่จะทำให้เกิดได้สมบูรณ์
 

องค์ประกอบหนึ่งที่มักมีปนเปื้อนอยู่ในแก๊สเผาไหม้ที่ใช้ในการผลิตไฟฟ้าก็คือ SO₂ ที่เกิดจากการเผาไหม้สารประกอบกำมะถันเที่ปนเปื้อนอยู่ในเชื้อเพลิง SO₂ นี้สามารถทำปฏิกิริยากับออกไซด์ของโลหะอัลคาไลน์หรืออัลคาไลน์เอิร์ธกลายเป็นสารประกอบซัลเฟตได้ (sulphate แบบอังกฤษหรือ sulfate แบบอเมริกา) และการทำให้สารประกอบซัลเฟตนี้สลายตัวกลายเป็นสารประกอบออกไซด์ใหม่ก็ต้องใช้อุณหภูมิสูงด้วยเช่นกัน
 

ถ้าสิ่งที่บทความวิจัยตีพิมพ์ต่าง ๆ คุยนักคุยหนาว่าช่วยลดการปลดปล่อย CO₂ ได้นั้น เป็นเรื่องจริงและสามารถใช้งานได้จริงในทางปฏิบัติ ปัญหาเรื่องโลกร้อนเนื่องจาก CO₂ ที่เพิ่มขึ้นคงหมดไปนานแล้ว
 

Memoir ฉบับนี้ก็ถือว่าเป็นฉบับส่งท้ายปีที่ ๑๑ สรุปว่าปีที่ ๑๑ นี้เขียนไปทั้งหมด ๑๔๒ เรื่อง จำนวน ๘๑๒ หน้า ส่วนปีที่ ๑๒ นั้นจะมีอีกไหม หรือจะเป็นการเขียนในเรื่องทำนองไหนนั้น ก็ยังบอกไม่ได้เหมือนกัน เพราะลากยาวมาได้ถึงปีที่ ๑๑ เนี่ย ก็คิดไม่ถึงเหมือนกัน