เตาผลิตแก๊สชีวมวลและไบโอชาร์ 2 in 1

Last updated: 8 ต.ค. 2562 | 11961 จำนวนผู้เข้าชม |

ส่งเสริมเตาไปสู่ระดับครัวเรือนท้องถิ่น ต่อยอดเตาเดิมให้สะดวก นำแก๊สออกมาใช้หุงต้ม
แนวคิดนี้เป็นที่สนใจของ ดร.อรสา สุกสว่าง อาจารย์ประจำสาขาภูมิศาสตร์การวางแผน ภาควิชาภูมิศาสตร์ คณะสังคมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ นักวิจัยและส่งเสริมการผลิตถ่านไบโอชาร์ ด้วยหลักยุทธศาสตร์ทำ 1 ได้ 3 กล่าวคือ การลดแก๊สเรือนกระจก การกลับคืนความสมบูรณ์ของดินเพื่อการเกษตร และการกำจัดความยากจน เตาผลิตแก๊สชีวมวลและไบโอชาร์ เป็นเทคโนโลยีเตาเผาถ่านตัวใหม่ที่อาจารย์พัฒนาขึ้นมาเพื่อต่อยอดไปสู่ระดับครัวเรือน

เตาแบบ 2 in 1 ตัวนี้ เป็นเตาที่พัฒนามาเป็นรูปแบบที่ 2 ในขณะที่ตัวแรกเป็นเตาที่ประยุกต์จากถัง 200 ลิตร มีการออกแบบระบบล็อกถังแบบง่ายที่ช่วยให้คนเผาสามารถทำงานคนเพียงคนเดียวได้ ซึ่งมีการเผยแพร่ไปสู่เกษตรกรเพื่อใช้ประโยชน์เป็นที่เรียบร้อยแล้ว เตาตัวแรกนั้นเป็นระบบที่ผลิตถ่านชีวภาพได้ดี ผลิตได้ปริมาณมากเนื่องจากเป็นถังใหญ่ โดยบรรจุชีวมวลได้ 14 กิโลกรัม ใช้ไม้เชื้อเพลิง 5 กิโลกรัม ผลิตถ่านไบโอชาร์ได้ 7 กิโลกรัม เพียงแต่เตานี้ก็ไม่สามารถนำแก๊สชีวมวลที่เกิดขึ้นแยกสลายด้วยความร้อนภายในเตามาหุงต้มได้ เตาตัวต่อมานี้จึงมีการออกแบบโครงสร้างภายในใหม่เพื่อให้สามารถแยกแก๊สชีวมวลมาใช้หุงต้มได้อย่างสะดวก การออกแบบก็ใช้แนวคิดเดิมคือ หาวัสดุที่หาได้ง่ายมาดัดแปลง การใช้ถังเหล็กขนาดเล็กพบว่า มีความเหมาะสมดี ทั้งเรื่องการใช้งานในครัวเรือน การพกพา ต้นทุนการผลิต และความสะดวกในการจัดหา

ปรับโครงสร้างเตาส่วนนอกเข้าใน ส่วนในอยู่นอก เป็นเสมือนเตาแก๊สชีวมวลผลิตถ่านชีวภาพ
โครงสร้างของเตาเผาถ่านไบโอชาร์โดยทั่วไปจะมีเตาใบนอกและเตาใบใน รูปแบบที่ใช้กันอยู่อย่างแพร่หลายเตาใบในจะออกแบบไว้สำหรับใส่ชีวมวลที่ต้องการเผาให้เป็นถ่านไบโอชาร์ ซึ่งเตาใบในที่เล็กกว่านี้จะถูกวางลงในเตาใบนอกที่ใหญ่กว่า ช่องว่างที่เหลือระหว่างเตาใบในและเตาใบนอกจะเป็นพื้นที่สำหรับใส่เชื้อเพลิงเพื่อเผาไหม้ให้ความร้อนจนชีวมวลที่อยู่ในเตาใบในเกิดการแยกสลายด้วยความร้อนได้ เรียกได้ว่าเป็นแบบ “ชีวมวลเชื้อเพลิงล้อมชีวมวลเผาถ่าน” แก๊สชีวมวลที่เกิดขึ้นภายในจะถูกเผาไหม้อยู่ภายใน ไม่สามารถนำเปลวไฟที่เกิดภายในเตาซึ่งปิดอยู่มาหุงต้มได้ แต่มันก็ไม่ใช่ปัญหาเลยหากต้องการนำแก๊สชีวมวลที่เกิดขึ้นมาใช้หุงต้ม โครงสร้างเดิมเป็นอุปสรรคก็ต้องออกแบบโครงสร้างใหม่เท่านั้นเอง

เตารูปแบบใหม่ที่สามารถแยกแก๊สชีวมวลมาทำกระบวนการหุงต้มไปพร้อมกับการเปลี่ยนชีวมวลเป็นถ่านไบโอชาร์ได้นั้นจะปรับเปลี่ยนโครงสร้างภายในมาเป็นแบบที่เรียกว่า “ชีวมวลเผาถ่านล้อมชีวมวลเชื้อเพลิง” แทน คือ ตัวเตามีช่องสำหรับบรรจุชีวมวล 2 ช่องเช่นเดิม ช่องตรงกลางที่เคยใส่ชีวมวลเพื่อจะเปลี่ยนเป็นถ่านจะเปลี่ยนให้ทำหน้าที่เป็นเชื้อเพลิงเผาให้ความร้อนในกระบวนการแทน ส่วนชีวมวลที่บรรจุอยู่ในช่องว่างรอบนอกที่เหลือจากที่เคยเป็นเชื้อเพลิงเผาทิ้งจะเป็นส่วนที่ต้องกลายเป็นถ่านไบโอชาร์ไป โดยที่จากสัดส่วน 100% ของเตา ชีวมวลที่จะเป็นเชื้อเพลิงกินพื้นที่ 12% และชีวมวลที่จะเผาเป็นถ่านอยู่ที่ 82% ซึ่งก็ถือว่ายังเป็นสัดส่วนคล้ายเดิมที่ใช้ชีวมวลเชื้อเพลิงน้อยกว่าชีวมวลที่เปลี่ยนเป็นถ่าน สิ่งที่ต่างจากเดิมอีกประการคือเตาแบบ 2 in 1 นี้มีขนาดเล็กลงมาก เป็นขนาดที่เหมาะสมกับการใช้งานในครัวเรือนโดยเฉพาะ

ด้วยทรงกระบอกของส่วนบรรจุเชื้อเพลิงจึงทำให้อากาศเข้าไปได้น้อย เช่นเดียวกับเตาชีวมวลโดยทั่วไป เช่นนี้การจุดเชื้อเพลิงในส่วนกลางเตาเพื่อผลิตถ่านไบโอชาร์จึงเหมือนกับการเผาไม้ในเตาชีวมวลที่ได้แก๊สชีวมวลมาหุงต้ม ประกอบกับมีการถ่ายเทความร้อนไปสู่ชีวมวลที่บรรจุอยู่รอบนอก พื้นที่บรรจุชีวมวลรอบนอกจะมีรูเชื่อมต่อมาสู่ส่วนเผาไหม้เชื้อเพลิงที่อยู่แกนกลาง แก๊สชีวมวลที่เกิดขึ้นในส่วนนอกที่ได้รับความร้อนจากแกนกลางและเกิดการแยกสลายด้วยความร้อนจึงผ่านเข้าไปเผาไหม้ได้อีก เท่ากับว่าได้ทั้งแก๊สชีวมวลมาใช้หุงต้ม ได้ความร้อนมาใช้ในกระบวนการไพโรไลซิส และได้ผลผลิตออกมาเป็นถ่านไบโอชาร์

ส่งเสริมกลุ่มชาวนาทำถานจากฟางข้าว ปรับปรุงดินเพื่อผลผลิตข้าว ลดการเผาปลดปล่อยคาร์บอน
เตา 2 in 1 ตัวใหม่นี้ได้รับการจดอนุสิทธิบัตรในประเทศไทย อาจารย์อรสาและทีมงานได้พัฒนาและทดสอบการใช้งานกันมาอย่างดี ความตั้งใจคือเป็นรูปแบบเตาที่เข้าไปเสริมในครัวเรือนเพื่อใช้หุงต้มทดแทนแก๊ส LPG วัสดุที่มุ่งเน้นให้เกษตรกรนำมาใช้เปลี่ยนเป็นถ่านไบโอชาร์คือฟางข้าว ด้วยพื้นที่ที่นำเตาไปส่งเสริมจะเป็นเขตอำเภอรอบนอกของจังหวัดนครพนมมีการทำนาปลูกข้าวเป็นอาชีพหลักของเกษตรกร การนำฟางข้าวที่ได้จากแปลงนามาผลิตเป็นถ่านไบโอชาร์เพื่อนำกลับไปปรับปรุงดินจึงเป็นเรื่องที่น่าสนใจ

โดยเบื้องต้นจากข้อมูลในต่างประเทศ พบว่า หากใช้ถ่านไบโอชาร์ที่ผลิตมาจากฟางข้าวกับนาข้าว ผลผลิตข้าวจะเพิ่มขึ้นถึง 2 เท่า เมื่อผลิตถ่านไบโอชาร์จากฟางข้าวในประเทศไทยอาจารย์อรสาและทีมงานจึงได้นำส่งเข้าห้องปฏิบัติการเพื่อตรวจวัดผล พบว่าถ่านไบโอชาร์จากฟางข้าวมีพื้นที่ผิวให้จุลินทรีย์สามารถเกาะยึดได้มาก ประกอบกับการตรวจสอบดินนาในพื้นที่พบว่ามีค่าความเป็นกรดอยู่ที่ 3 การใช้ไบโอชาร์จากฟางข้าวที่มีค่าความเป็นด่างมากจะช่วยปรับปรุงดินที่เป็นกรดได้ดี ในรายงานของต่างประเทศจะช่วยปรับให้ค่าความเป็นกรดด่างของดินเปลี่ยนไปที่ระดับ 7 ได้เลยทีเดียว ซึ่งก็จะเป็นส่วนช่วยให้สิ่งมีชีวิตที่เคยอาศัยอยู่ในดิน เช่น ไส้เดือน ตัวห้ำ ตัวเบียน ฯลฯ กลับมาใช้ชีวิตอยู่ได้ดังเดิม การใช้ปุ๋ยเคมีที่มีความเสี่ยงต่อการเกิดไนตรัสออกไซด์ในดินก็สามารถแก้ปัญหาด้ด้วยการใช้ถ่านไบโอชาร์ดูดซับไว้ ตลอดจนสารพิษจำพวกโลหะหนักก็ถูกถ่านดูดซับไม่ให้ถูกดูดซึมเข้าเซลล์พืชได้เป็นอย่างดี

การสร้างเตาผลิตแก๊สชีวมวลและไบโอชาร์ 2 in 1

ส่วนประกอบ
1. ส่วนบรรจุชีวมวลที่ต้องการแยกแก๊สและเปลี่ยนเป็นถ่านไบโอชาร์ เป็นการนำเอาถังเหล็กแบบมีฝาปิดขนาดเท่าถังสีทั่วไปมาดัดแปลงเป็นเตาเผา ซึ่งจะเจาะรูเพื่อสวมท่อตรงกลางสำหรับบรรจุเชื้อเพลิง แต่กับชีวมวลที่จะเผาเป็นถ่านจะบรรจุอยู่รอบช่องว่างของถังที่เหลือ
2. ส่วนบรรจุชีวมวลที่ใช้เป็นเชื้อเพลิง เป็นเหมือนท่อกลางเตาที่ใช้บรรจุชีวมวลที่จะเป็นเชื้อเพลิง ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของส่วนนี้สามารถปรับหรือลดขนาดได้ ซึ่งมีผลต่างกันเมื่อใช้งาน จากการทดสอบพบว่า
ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 10 ซม.จะเหมาะกับการใช้งานเพื่อหุงต้มอาหารปกติในครัวเรือน
ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 12 ซม. ให้เปลวไฟที่ค่อนข้างแรง
ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 15 ซม. ให้เปลวไฟที่แรงสูง มีความสูงขึ้นมาราว 1 ฟุต
3. ส่วนที่มีการลุกไหม้ของแก๊สที่ผ่านการแยกออกมาจากชีวมวล เป็นรูที่เชื่อมกันระหว่างเตาบรรจุเชื้อเพลิงชีวมวลและเตาบรรจุชีวมวลเผาถ่าน เพื่อให้แก๊สที่เกิดขึ้นจากกระบวนการแยกสลายด้วยความร้อนสามารถไหลจากส่วนบรรจุชีวมวลเผาถ่านไปยังส่วนบรรจุเชื้อเพลิงซึ่งกำลังเผาไหม้อยู่ได้ แก๊สจึงติดไฟและเกิดการลุกไหม้ต่อไปได้