ก๊าซเชื้อเพลิงจากเศษไม้ (2)
อ่าน: 6430
คืนนี้ อธิบายหลักการของการผลิตก๊าซเชื้อเพลิงจากเศษไม้กันก่อน โดยดูจากเตาที่ผลิตแล้ว โดยยังไม่ต้องดูวิธีสร้าง
เตาแบบนี้เรียกว่าแบบ Stratified Downdraft Gasifier ซึ่งมีลักษณะสำคัญสองอย่างคือ (1) ทำงานเป็นชั้นๆ และ (2) ก๊าซไหลลงข้างล่าง เป็นแบบที่สำนักจัดการภัยพิบัติของสหรัฐ (FEMA) ทดลองสร้างในช่วงปลายทศวรรษที่ 80’s หลังจากที่โลกผ่านวิกฤตการณ์น้ำมันในปี 2516 และ 2522 ซึ่งราคาน้ำมันดิบ พุ่งสูงขึ้นจนเศรษฐกิจโลกปรับตัวแทบไม่ทันมา
เครื่องผลิตก๊าซแบบ Downdraft เป็นการปรับปรุงจากการออกแบบสมัยสงครามโลกครั้งที่สอง ซึ่งเป็นลักษณะ Updraft คือก๊าซลอยขึ้นข้างบน ถ้าหากต้องเติมเชื้อเพลิง จะมีความเสี่ยงเรื่องการสูดดมก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ซึ่งมีผลทำให้เฮโมโกลบินไม่สามารถนำออกซิเจนไปเลี้ยงร่างกายได้
เตาแบบ Downdraft นี้ เติมเชื้อเพลงและจุดไฟจากด้านบน ไฟลุกลงข้างล่าง ทำให้เครื่องดูดคาร์บอนมอนอกไซด์ลงไปข้างล่าง ทำให้ปลอดภัยกว่า (แต่ยังมีความเสี่ยงอยู่ดี จึงต้องระวังเวลาเปิดฝาเติมเศษไม้)
เอกสารรายงานของ FEMA สามารถดาวน์โหลดได้ที่นี่ครับ (9.6 MB, pdf, เอกสารของหน่วยงานรัฐบาลสหรัฐเป็น public domain ตามกฎหมายของสหรัฐเอง)
ย้อนกลับมาดูหลักการกันหน่อย กระบวนการผลิตก๊าซเชื้อเพลิงแบบ Gasification เป็นการควบคุมการเผาไหม้ไม่ให้ออกซิเจนเข้ามาผสมมากเกินไป ทำให้เกิดคาร์บอนมอนอกไซด์
ในรูปทางซ้าย ใส่เชื้อเพลิงจากด้านบน จุดไฟจากด้านบน
เศษไม้ที่ใส่ลงไป (ที่จริงเป็นไฮโดรคาร์บอนหรือไบโอแมสอะไรก็ได้ ไม้ ถ่านหิน ขยะ แต่ยางกับพลาสติกจะไม่ค่อยดีเพราะโดนความร้อนแล้วละลาย ไหลไปที่อื่น อยู่ไม่จบกระบวนการ) หลังจากเครื่องผลิตก๊าซได้สักพักแล้ว แบ่งย่อยๆ ตามกระบวนการ Gasification ได้เป็นสี่โซน คือ
โซนสีเขียว Dry Zone โดนความร้อนทำให้แห้งเพื่อไล่น้ำออกให้มากที่สุด จะได้เผาไหม้ได้ง่ายขึ้น
โซนสีเหลือง Pyrolysis Zone เป็นส่วนที่โดนเปลวไฟ
โซนสีแดง Combustion Zone เกิดการสันดาป เผาไหม้ และมีการเปลี่ยนแปลงตามกระบวนการฟิสิกส์เคมี ส่วนนี้ร้อนที่สุดในกระบวนการทั้งหมด
โซนสีเทา Reduction Zone เป็นส่วนที่ขี้เถ้า ตกลงมาจากโซนสีแดง ส่วนนี้มีอุณหภูมิไม่พอที่จะเกิดการสันดาป ใช้เป็นโซนที่ลดอุณหภูมิของก๊าซลง
ใต้โซนสีเทาเป็นตะแกรง ที่ให้ขี้เถ้าตกลงมาด้านล่างสุดของถังได้
จะเห็นว่าตรงโซนสีแดง มีท่ออากาศอยู่ ซึ่งตรงนี้อาจจำเป็นต้องปล่อยอากาศเข้าในตอนที่ติดไฟครั้งแรก เมื่อไฟคุดีแล้ว ก็ปิดวาลว์ให้การสันดาปใช้ออกซิเจนที่อยู่ภายในถังเอง
เมื่อเกิดการสันดาป กระบวนการเคมีจะเปลี่ยนไฮโดรคาร์บอนจากเซลลูโลสของเนื้อไม้ให้เป็นก๊าซ ซึ่งก๊าซมีปริมาตรมากกว่าของแข็งมาก อากาศพยายามเข้ามาจากด้านบน ส่วนก๊าซจากการบวนการ Gasification ที่เกิดขึ้น ก็ถูกผลักลงข้างล่าง และเราต่อท่อก๊าซออกไปใช้จากด้านล่าง
ผมไม่ค่อยชอบการออกแบบของคลิปข้างล่าง เพราะใช้ปั๊มไฟฟ้าช่วยพ่นก๊าซออกมาด้วย อย่างนี้ระบบยังต้องพึ่งพลังงานจากภายนอก
ข้างบนใช้เครื่องยนต์สี่จังหวะขนาด 2 kW (2.5 แรงม้า) ถ้าจะใช้เครื่องที่ใหญ่กว่านี้ก็ทำได้ แต่ว่าต้องมีปริมาณ Wood gas มากขึ้นเป็นธรรมดาครับ
Wood gas เป็นส่วนผสมของมีเทนนิดหน่อย+คาร์บอนมอนอกไซด์+ไฮโดรเจน เมื่อนำมาเผาหรือให้สันดาปภายในเครื่องยนต์ ก็คือการจุดระเบิดด้วยการผสมกับอากาศที่มีออกซิเจนอยู่ ทำให้ก๊าซทั้งสาม เปลี่ยนเป็นคาร์บอนไดออกไซด์+น้ำ+พลังงานได้ทั้งหมด
คลิปข้างล่างนี้ เป็นเครื่องผลิตก๊าซเชื้อเพลิงจากเศษไม้ซึ่งสร้างตามหลักการในแบบของ FEMA สังเกตว่ามีถังสองร้อยลิตรสีดำสองถังนะครับ ถังแรกเป็นเตาที่เกิดปฏิกริยาสี่สีที่อธิบายข้างบน ก๊าซจากถังแรกมาเข้าถังที่สองซึ่งเป็นถังที่กรองน้ำมันดินและลดอุณหภูมิของก๊าซ คลิปนี้ไม่มีเสียง แต่ว่าเห็นสภาพของก๊าซในทุกขั้นตอน
คลิปต่อไปก็เป็นการทดลองในเมืองไทย ซึ่งมีแหล่งความรู้สำคัญอยู่ตามมหาวิทยาลัยบางแห่ง และมีที่มูลนิธิพลังงานเพื่อสิ่งแวดล้อมนะครับ
บันทึกหน้า ค่อยมาดูวิธีการสร้างเตาตามแบบของ FEMA กันนะครับ
« « Prev : การกำหนดตำแหน่งให้แม่นยำขึ้น
Next : ก๊าซเชื้อเพลิงจากเศษไม้ (3) » »
3 ความคิดเห็น
ไอความร้อนที่ปล่อยออกมาถ้าออกแบบให้นำไปอบอะไรอีกน่าจะดี
ภาำพแผนที่น้ำฝน สุดยอด
คือว่าเป่าออกทางปลาย ทำให้อากาศเข้าทางทางเข้าที่ใส่เศษไม้ เพราะว่าภายในเตาและถังกรอง เป็น negative pressure ทำให้เมื่อเผาไม้แล้ว ก๊าซที่ปล่อยออกมา ลอยลงด้านล่างได้ง่ายขึ้นครับ