ก๊าซชีวภาพ
หลักการ การประยุกต์ใช้ และประโยชน์ของการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน
การย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน
การย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน (Anaerobic digestion) คือกระบวนการทางชีวภาพที่จุลินทรีย์ย่อยสลายสารอินทรีย์ที่ย่อยสลายได้ภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจน และเปลี่ยนให้เป็นพลังงานที่ใช้ประโยชน์ได้ในรูปของก๊าซชีวภาพ ซึ่งประกอบด้วยมีเทน (CH4) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เป็นหลัก รวมถึงก๊าซปนเปื้อนอื่น ๆ ในปริมาณเล็กน้อย
กระบวนการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจนประกอบด้วย 4 ขั้นตอนหลัก ดังนี้
ไฮโดรไลซิส (HYDROLYSIS)
ไฮโดรไลซิสเป็นขั้นตอนแรกของกระบวนการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน ซึ่งโปรตีน คาร์โบไฮเดรต และไขมัน จะถูกย่อยเป็นสารอินทรีย์โมเลกุลเล็ก เช่น กรดอะมิโน น้ำตาล และกรดไขมัน
แอซิโดเจเนซิส (ACIDOGENESIS)
อะซิเตต ไฮโดรเจน และคาร์บอนไดออกไซด์ จะถูกจุลินทรีย์ผลิตมีเทนนำไปใช้ในขั้นตอนเมทาโนเจเนซิส ส่วนสารตัวกลางอื่น ๆ จะถูกเปลี่ยนต่อเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายสำหรับการสร้างมีเทน
เมทาโนเจเนซิส (METHANOGENESIS)
ขั้นตอนสุดท้าย จุลินทรีย์ผลิตมีเทนจะเปลี่ยนผลิตภัณฑ์เหล่านั้นเป็นมีเทน (CH4) คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และก๊าซอื่น ๆ
วัตถุดิบ
แหล่งวัตถุดิบ ได้แก่
- ของเสียอินทรีย์จากอุตสาหกรรมและครัวเรือน
- ของเสียทางการเกษตรและพืชพลังงาน
- ของเสียอินทรีย์จากหลุมฝังกลบ
- น้ำเสียชุมชน
องค์ประกอบของก๊าซชีวภาพ
ก๊าซอื่น ๆ ในปริมาณเล็กน้อย เช่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ไนโตรเจน ออกซิเจน ไฮโดรเจน และแอมโมเนีย
ผลิตภัณฑ์สำคัญอื่น ๆ จากกระบวนการย่อยสลาย
ปุ๋ยชีวภาพชนิดแข็ง
ตะกอนที่ผ่านการย่อยแล้วอุดมด้วยธาตุอาหาร สามารถใช้เป็นปุ๋ยชีวภาพทดแทนปุ๋ยเคมีได้
ปุ๋ยน้ำ
น้ำที่ผ่านระบบแล้วมีธาตุอาหาร จึงใช้เป็นปุ๋ยน้ำได้
การใช้ประโยชน์ก๊าซชีวภาพ
ก๊าซชีวภาพสามารถใช้ทดแทนแหล่งพลังงานที่ใช้แล้วหมดไป เช่น ปิโตรเลียม ถ่านหิน และก๊าซธรรมชาติ วิธีใช้ประโยชน์ที่นิยมมากที่สุด ได้แก่
- เป็นแหล่งความร้อนสำหรับหม้อไอน้ำ และการอบแห้งอาหารในอุตสาหกรรม
- ผลิตไฟฟ้า
- ระบบผลิตไฟฟ้าและความร้อนร่วม (Co-generation)
ประหยัดทรัพยากร
นอกจากก๊าซชีวภาพแล้ว กระบวนการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจนยังให้ผลพลอยได้เป็นปุ๋ยชีวภาพและปุ๋ยน้ำซึ่งเป็นที่ต้องการในปัจจุบัน การส่งเสริมให้เกษตรกรใช้ปุ๋ยชีวภาพช่วยลดต้นทุนการลงทุน พร้อมทั้งช่วยพัฒนาเศรษฐกิจท้องถิ่นและลดความเสี่ยงจากการขาดแคลนวัตถุดิบ นับเป็นการใช้ทรัพยากรอย่างมีประสิทธิภาพ ลดการใช้น้ำ และลดปริมาณของเสีย
ความมั่นคงทางพลังงาน
เทคโนโลยีก๊าซชีวภาพเป็นแนวทางหนึ่งในการรับมือวิกฤตพลังงานในอนาคตจากการลดลงของเชื้อเพลิงฟอสซิล ความไม่แน่นอนของราคาน้ำมันและพลังงานที่เพิ่มขึ้นทำให้การคาดการณ์ราคาเป็นเรื่องยาก การผลิตพลังงานใช้เองอย่างก๊าซชีวภาพจึงช่วยเสริมความมั่นคงทางพลังงานเมื่อเทียบกับการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล
พลังงานหายากและราคาพลังงานสูง
พลังงานส่วนใหญ่ที่เราใช้ผลิตจากแหล่งพลังงานที่ใช้แล้วหมดไป เช่น น้ำมัน ถ่านหิน และก๊าซธรรมชาติ ซึ่งกำลังจะหมดลง ขณะที่ความต้องการพลังงานของโลกเพิ่มสูงขึ้น ส่งผลให้ราคาพลังงานสูงขึ้น
ลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก
การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลกเป็นปัญหาใหญ่ที่สุดที่โลกกำลังเผชิญ ซึ่งเกิดจากการปล่อยก๊าซเรือนกระจก (คาร์บอนไดออกไซด์ มีเทน ไนตรัสออกไซด์) คาร์บอนไดออกไซด์เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น ถ่านหิน น้ำมัน ดีเซล และก๊าซธรรมชาติ ส่วนก๊าซมีเทนเกิดขึ้นในบ่อเปิดของโรงงานอุตสาหกรรม เนื่องจากมีเทนเป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีผลรุนแรงกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ ระบบก๊าซชีวภาพจึงช่วยดักจับมีเทน พร้อมทั้งลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลได้อย่างมาก
เปลี่ยนของเสียให้เป็นรายได้
การใช้ระบบก๊าซชีวภาพจัดการของเสียและน้ำเสียจากอุตสาหกรรมเกษตร ไม่เพียงช่วยปรับปรุงคุณภาพน้ำและกำจัดกลิ่น แต่มีเทนที่ดักจับได้ยังสามารถนำไปผลิตไฟฟ้าหรือใช้ในหม้อไอน้ำของโรงงานเพื่อผลิตไอน้ำ โครงการลักษณะนี้ยังสามารถได้รับคาร์บอนเครดิต (CER) ที่ซื้อขายได้ผ่านกลไกการพัฒนาที่สะอาด (CDM)