เครื่องปั่นไฟระบบ Gasifier คืออะไร? ประวัติ 300 ปี ข้อดี ข้อเสีย และเหมาะกับใคร

เครื่องปั่นไฟระบบ Gasifier (แก๊สซิไฟเออร์) คือชุดผลิตไฟฟ้าที่ไม่ได้เติมน้ำมันดีเซลหรือเบนซินเข้าเครื่องยนต์โดยตรง แต่เอาเชื้อเพลิงแข็ง เช่น เศษไม้ ซังข้าวโพด กะลาปาล์ม แกลบ หรือถ่าน มาเผาแบบจำกัดออกซิเจนในเตาให้กลายเป็นก๊าซเชื้อเพลิงก่อน แล้วจึงส่งก๊าซนั้นเข้าเครื่องยนต์สันดาปภายในเพื่อขับเจนเนอเรเตอร์ ก๊าซที่ได้เรียกกันว่า Producer Gas หรือ Wood Gas ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่เก่าแก่กว่าเครื่องยนต์ดีเซลเสียอีก และเคยขับเคลื่อนรถยนต์เกือบหนึ่งล้านคันทั่วโลกในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง

บทความนี้เล่าตั้งแต่หลักการทำงาน ประวัติความเป็นมากว่า 300 ปีตั้งแต่การทดลองในห้องแล็บศตวรรษที่ 17 จนถึงโรงไฟฟ้าชีวมวลแบบแก๊สซิฟิเคชันในปัจจุบัน ตลอดจนข้อดีและข้อเสียของระบบนี้แบบตรงไปตรงมา โดยอ้างอิงจากรายงานของ FAO เอกสารวิชาการ และข้อมูลผู้ผลิตจริง เพื่อให้ตัดสินใจได้ว่าระบบนี้เหมาะกับงานของคุณหรือไม่

1. เครื่องปั่นไฟระบบ Gasifier คืออะไร และต่างจากระบบอื่นอย่างไร

กระบวนการแก๊สซิฟิเคชัน (Gasification) คือการให้ความร้อนกับเชื้อเพลิงแข็งที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ ในสภาวะที่จ่ายอากาศเข้าไป น้อยกว่าปริมาณที่ต้องใช้ในการเผาไหม้สมบูรณ์ ผลที่ได้จึงไม่ใช่ความร้อนกับเถ้า แต่เป็นก๊าซเชื้อเพลิงที่มีคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) และไฮโดรเจน (H2) เป็นตัวให้พลังงาน ก๊าซนี้เมื่อผ่านการทำความสะอาดและทำให้เย็นแล้ว สามารถป้อนเข้าเครื่องยนต์เบนซินที่ดัดแปลง หรือเข้าเครื่องยนต์ดีเซลแบบเชื้อเพลิงคู่ (Dual Fuel) เพื่อปั่นไฟได้

จุดที่คนสับสนบ่อยที่สุดคือการแยกไม่ออกระหว่างสามระบบนี้

Gasifier ใช้เชื้อเพลิงแข็ง เปลี่ยนเป็นก๊าซด้วยความร้อนในเตา ก๊าซที่ได้เจือจางด้วยไนโตรเจนจากอากาศ ค่าความร้อนต่ำ
ไบโอแก๊ส ใช้จุลินทรีย์ย่อยสลายของเสียอินทรีย์แบบไร้อากาศ ได้ก๊าซมีเทนเป็นหลัก ค่าความร้อนสูงกว่ามาก อ่านรายละเอียดได้ในบทความ เครื่องปั่นไฟ Biogas ทำงานยังไง หลักการทำงาน ข้อดี ข้อเสีย
ดีเซล ฉีดน้ำมันเข้าห้องเผาไหม้โดยตรง ไม่ต้องมีเตาหรือระบบก๊าซใด ๆ

2. ก๊าซที่ได้มีองค์ประกอบอะไร และทำไมกำลังเครื่องถึงตก

รายงาน Wood gas as engine fuel (FAO Forestry Paper 72, ปี 1986) ระบุองค์ประกอบของก๊าซที่ผลิตจากไม้ไว้ดังนี้

องค์ประกอบ	สัดส่วนโดยปริมาตร
ไนโตรเจน (N2)	50 – 54%
คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO)	17 – 22%
ไฮโดรเจน (H2)	12 – 20%
มีเทนและก๊าซอื่น	ส่วนที่เหลือเล็กน้อย
ค่าความร้อนของก๊าซ	5,000 – 5,900 kJ ต่อลูกบาศก์เมตร

สังเกตว่าครึ่งหนึ่งของก๊าซคือไนโตรเจนที่ติดมากับอากาศที่ป้อนเข้าเตา ไนโตรเจนไม่ให้พลังงานเลยแต่กินปริมาตรในกระบอกสูบ นี่คือต้นเหตุของข้อจำกัดที่สำคัญที่สุดของระบบนี้ FAO ระบุว่าเมื่อผสมก๊าซกับอากาศตามอัตราส่วนสำหรับเผาไหม้ ส่วนผสมที่ได้มีค่าความร้อนราว 2,500 kJ ต่อลูกบาศก์เมตร เทียบกับส่วนผสมเบนซินกับอากาศที่ราว 3,800 kJ ต่อลูกบาศก์เมตร พลังงานที่อัดเข้าไปได้ต่อรอบการทำงานจึงน้อยกว่าอย่างชัดเจน กำลังของเครื่องยนต์ตัวเดิมจึงตกลงเสมอเมื่อเปลี่ยนมาเดินด้วยก๊าซจากเตา

อีกตัวเลขที่ใช้ประมาณขนาดระบบได้เร็ว คือ FAO ระบุว่าเชื้อเพลิงแห้ง 1 กิโลกรัม ให้ก๊าซประมาณ 2.5 ลูกบาศก์เมตร ในสภาวะปกติ

เรื่องกำลังที่ตกลงนี้สำคัญมากเวลาเลือกขนาดเครื่อง เพราะพิกัดกำลังที่เขียนบนป้ายเครื่องยนต์เป็นพิกัดตอนใช้เชื้อเพลิงเดิม ไม่ใช่ตอนเดินด้วยก๊าซ หากยังไม่คุ้นกับการอ่านพิกัดกำลัง แนะนำอ่าน พิกัดกำลังของเครื่องปั่นไฟ และ ความต่างของพิกัด Standby Prime และ Continuous ประกอบ

3. โครงสร้างของระบบ: สี่ส่วนที่ขาดไม่ได้

3.1 เตาผลิตก๊าซ (Gasifier Reactor)

ภายในเตาแบ่งเป็นสี่โซนปฏิกิริยาที่เกิดต่อเนื่องกัน ได้แก่ โซนอบแห้งที่ไล่ความชื้นออกจากเชื้อเพลิง โซนไพโรไลซิสที่สลายเนื้อไม้ด้วยความร้อนจนได้ก๊าซระเหยและถ่านชาร์ โซนออกซิเดชันที่จ่ายอากาศเข้าไปเผาบางส่วนเพื่อสร้างความร้อนให้ทั้งระบบ และโซนรีดักชันที่คาร์บอนร้อนทำปฏิกิริยากับคาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำจนเกิด CO และ H2 ซึ่งเป็นก๊าซที่เราต้องการ

3.2 ชุดทำความสะอาดและทำให้ก๊าซเย็น

ส่วนนี้คือหัวใจที่ตัดสินว่าระบบจะอยู่ได้นานหรือพังใน 200 ชั่วโมง ก๊าซที่ออกจากเตายังร้อนจัดและปนเปื้อนฝุ่น เถ้า ไอน้ำ และน้ำมันดิน (Tar) จึงต้องผ่านไซโคลนแยกฝุ่น เครื่องทำความเย็น และชุดกรองก่อนเข้าเครื่องยนต์ FAO กำหนดค่าที่เครื่องยนต์ทั่วไปรับได้ไว้ว่า ฝุ่นต้องต่ำกว่า 50 มิลลิกรัมต่อลูกบาศก์เมตร โดยควรอยู่ที่ 5 มิลลิกรัม น้ำมันดินต้องต่ำกว่า 500 มิลลิกรัมต่อลูกบาศก์เมตร และกรดต้องต่ำกว่า 50 มิลลิกรัมต่อลูกบาศก์เมตร

3.3 เครื่องยนต์

มีสองแนวทาง แนวทางแรกคือใช้เครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยหัวเทียนเดินด้วยก๊าซล้วน 100% แนวทางที่สองคือเครื่องยนต์ดีเซลแบบเชื้อเพลิงคู่ ซึ่งดูดก๊าซเข้าไปพร้อมอากาศแล้วยังฉีดน้ำมันดีเซลจำนวนหนึ่งเข้าไปจุดระเบิด เพราะก๊าซจากเตาจุดระเบิดด้วยแรงอัดเองไม่ได้ FAO ระบุว่าการสูญเสียกำลังของเครื่องยนต์ดีเซลแบบฉีดตรงในโหมดเชื้อเพลิงคู่ มักคุมได้ที่ 15 – 20% ขณะที่เครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยหัวเทียนที่ดัดแปลงอย่างถูกต้องจะเสียกำลังราว 30% ส่วนรายงานภาคสนามในอดีตที่รวบรวมโดยนิตยสาร Low-tech Magazine พบว่าในการใช้งานจริงกำลังตกได้ถึง 35 – 50%

3.4 เจนเนอเรเตอร์และระบบควบคุม

ส่วนนี้เหมือนเครื่องปั่นไฟทั่วไป คือมีอัลเทอร์เนเตอร์ ตู้ควบคุม ระบบป้องกัน และระบบระบายความร้อน สิ่งที่ต่างคือระบบควบคุมต้องรับมือกับค่าความร้อนของก๊าซที่แกว่งตามคุณภาพเชื้อเพลิงในเตา ซึ่งเป็นโจทย์ที่ยากกว่าการควบคุมเครื่องยนต์ดีเซลมาก

4. ประเภทของเตาแก๊สซิไฟเออร์

เตาที่ใช้กันมีหลายแบบ และความแตกต่างสำคัญที่สุดคือปริมาณน้ำมันดินที่ติดไปกับก๊าซ ซึ่งเป็นตัวชี้ว่าเตานั้นเหมาะกับการต่อเครื่องยนต์หรือเหมาะกับการเผาให้ความร้อนเฉย ๆ

ชนิดเตา	ทิศทางการไหล	ปริมาณน้ำมันดิน	เหมาะกับ
Updraft	ก๊าซไหลสวนทางกับเชื้อเพลิง	สูงมาก	เผาให้ความร้อนโดยตรง ไม่เหมาะต่อเครื่องยนต์
Downdraft	ก๊าซไหลลงผ่านโซนร้อนจัด	ต่ำ	ต่อเครื่องยนต์ปั่นไฟ เป็นแบบที่ใช้กันมากที่สุด
Crossdraft	ก๊าซไหลตัดขวาง	ต่ำถึงปานกลาง	เชื้อเพลิงถ่าน ตอบสนองโหลดเร็ว
Fluidized bed	เชื้อเพลิงลอยตัวในเบดทราย	ปานกลาง	โรงงานขนาดใหญ่ เชื้อเพลิงหลากหลาย

เหตุผลที่แบบ Downdraft ครองตลาดงานปั่นไฟ คือก๊าซถูกบังคับให้ไหลผ่านโซนที่ร้อนที่สุดของเตา น้ำมันดินที่เกิดขึ้นจึงถูกแตกตัวไปเป็นส่วนใหญ่ก่อนออกจากเตา

5. ประวัติและความเป็นมา จากอดีตถึงปัจจุบัน

5.1 ค.ศ. 1669 – 1804: ยุคทดลองทำก๊าซจากเชื้อเพลิงแข็ง

งานรวบรวมประวัติของ Kaupp และ Goss ในหนังสือ Small Scale Gas Producer-Engine Systems (ปี 1984) บันทึกลำดับเหตุการณ์ยุคแรกไว้ว่า ปี 1669 Thomas Shirley ทำการทดลองอย่างหยาบกับก๊าซไฮโดรคาร์บอน ปี 1699 Dean Clayton ได้ก๊าซถ่านหินจากการเผาแบบไพโรไลซิส ระหว่างปี 1788 ถึง 1791 มีการออกสิทธิบัตรฉบับแรก ๆ ให้กับ Robert Gardner และ John Barber โดย สิทธิบัตรของ Barber ปี 1791 ระบุถึงการใช้ก๊าซจากเตาผลิตก๊าซขับเครื่องยนต์สันดาปภายในไว้แล้ว ทั้งที่ตอนนั้นเครื่องยนต์สันดาปภายในยังไม่ถือกำเนิดในเชิงพาณิชย์ด้วยซ้ำ

ต่อมาปี 1792 William Murdock ผลิตก๊าซจากถ่านหินและใช้จุดไฟให้แสงสว่างในบ้านของตัวเอง ปี 1798 Lebon ทดลองผลิตก๊าซจากไม้ ปี 1801 Lampadius สาธิตการนำก๊าซทิ้งจากการเผาถ่านไม้มาใช้ประโยชน์ และปี 1804 Fourcroy อธิบายการผลิตก๊าซน้ำ ช่วงนี้คือรากฐานทางเคมีทั้งหมดของเทคโนโลยีที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนี้

5.2 ค.ศ. 1878 – 1901: Dowson ทำให้เตาผลิตก๊าซใช้กับเครื่องยนต์ได้จริง

คนที่เปลี่ยนแก๊สซิฟิเคชันจากการทดลองให้เป็นสินค้าคือวิศวกรชาวอังกฤษชื่อ Joseph Emerson Dowson ตามบันทึกของ Graces Guide เขาจดสิทธิบัตรวิธีทำก๊าซราคาถูกสำหรับให้ความร้อนและสำหรับเดินเครื่องยนต์ก๊าซในราวปี 1878 จากนั้นปี 1879 ชุดผลิตก๊าซ Dowson ก็ถูกนำมาเดินคู่กับเครื่องยนต์ Crossley ได้สำเร็จ

ปี 1881 Dowson นำเสนอผลงานเรื่องการเดินเครื่องยนต์ด้วยก๊าซแบบดูด (Suction Gas) ในการประชุม British Association ที่เมือง York พร้อมสาธิตด้วยเครื่องยนต์ Otto ขนาดเล็กที่ต่อกับชุดผลิตก๊าซของเขา ต่อมาชุดสาธิตนี้ถูกนำไปแสดงในงาน Smoke Abatement Exhibition และได้รับเหรียญทองจาก Sir William Siemens ภายหลังเทคโนโลยีนี้ถูกขยายขนาดขึ้นจนถึงระดับ 520 แรงม้า และ Dowson ได้ตั้งบริษัท Dowson Economic Gas and Power ก่อนจะควบรวมเป็น Dowson and Mason Gas Plant Company ในปี 1910

ส่วนการนำมาใช้กับยานพาหนะ มีบันทึกว่า Thomas Hugh Parker สร้างยานยนต์คันแรกที่รู้จักกันซึ่งขับเคลื่อนด้วยก๊าซจากไม้ในปี 1901

5.3 ทศวรรษ 1920: Georges Imbert กับเตาที่ติดรถได้

วิศวกรชาวฝรั่งเศสชื่อ Georges Imbert พัฒนาเตาแบบ Downdraft ที่กะทัดรัดและใช้งานได้จริงในทศวรรษ 1920 จุดเด่นคือติดตั้งบนรถยนต์มาตรฐานได้ง่าย เตาแบบนี้ถูกเรียกตามชื่อเขาว่า Imbert Gasifier และกลายเป็นต้นแบบของเตาปั่นไฟขนาดเล็กแทบทุกตัวในปัจจุบัน

5.4 สงครามโลกครั้งที่สอง: จุดสูงสุดที่ยังไม่เคยเกิดซ้ำอีกเลย

เมื่อน้ำมันถูกปันส่วน ยุโรปทั้งทวีปหันมาใช้เตาผลิตก๊าซแบบเร่งด่วน FAO ระบุว่า การใช้งานขึ้นถึงจุดสูงสุดในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง เมื่อมีเตาผลิตก๊าซเกือบหนึ่งล้านชุดถูกใช้งานทั่วโลก ส่วนใหญ่ติดตั้งกับยานพาหนะที่หันมาใช้เชื้อเพลิงแข็งในประเทศแทนน้ำมันเบนซิน

กรณีของสวีเดนถูกบันทึกไว้ละเอียดที่สุด FAO ระบุว่าจำนวนยานพาหนะที่เดินด้วยก๊าซในสวีเดนเพิ่มจาก ไม่ถึง 1,000 คันในปี 1939 เป็นมากกว่า 70,000 คันในปี 1942 และรถบนถนนกับรถแทรกเตอร์การเกษตรส่วนใหญ่ของประเทศเดินด้วยเตาไม้หรือเตาถ่านในช่วงนั้น

ตัวเลขรายประเทศต่อไปนี้มาจากการรวบรวมของนิตยสาร Low-tech Magazine ซึ่งอ้างอิงเอกสารประวัติศาสตร์ยุคนั้น ควรอ่านเป็นภาพรวมมากกว่าตัวเลขทางการ

ประเทศ	จำนวนยานพาหนะที่ใช้ก๊าซจากเตา
เยอรมนี (ปลายสงคราม)	ราว 500,000 คัน
สวีเดน (ปี 1942)	ราว 73,000 คัน
ออสเตรเลีย	ราว 72,000 คัน
ฝรั่งเศส (ปี 1942)	ราว 65,000 คัน
ฟินแลนด์ (ปี 1944)	ราว 43,000 คัน
เดนมาร์ก (ปี 1942)	ราว 10,000 คัน
ออสเตรียและนอร์เวย์ (ปี 1942)	ประเทศละราว 9,000 คัน
สวิตเซอร์แลนด์ (ปี 1942)	เกือบ 8,000 คัน

5.5 หลังสงคราม: หายไปเกือบหมดภายในไม่กี่ปี

บทเรียนสำคัญที่สุดของเทคโนโลยีนี้อยู่ตรงนี้ FAO บันทึกว่าเมื่อเชื้อเพลิงเหลวกลับมาหาซื้อได้ตามปกติหลังปี 1945 ก็เกิดการเปลี่ยนกลับไปใช้เชื้อเพลิงเหลวอย่างสมบูรณ์ Low-tech Magazine ระบุว่าในเยอรมนีตะวันตกช่วงต้นทศวรรษ 1950 เหลือรถที่เดินด้วยก๊าซจากไม้เพียงราว 20,000 คันเท่านั้น กล่าวอีกอย่างคือระบบนี้ชนะเมื่อน้ำมันหายาก แต่แพ้ทันทีที่น้ำมันกลับมา เพราะความยุ่งยากในการใช้งานประจำวันสูงกว่ามาก

5.6 ทศวรรษ 1970 – 1980: วิกฤตน้ำมันกับการกลับมาบนหน้ากระดาษ

วิกฤตน้ำมันทำให้ความสนใจกลับมาอีกครั้ง FAO แสดงกราฟจำนวนบทความวิชาการเรื่องแก๊สซิฟิเคชันที่ขึ้นสู่จุดสูงสุดตลอดกาลในปี 1979 หลังจากเงียบมาตลอดทศวรรษ 1950 และ 1960 แต่ FAO เองก็เตือนไว้ตรง ๆ ว่า ในอดีตความสนใจทางวิชาการที่เพิ่มขึ้นมาพร้อมกับจำนวนเตาที่ใช้งานจริงที่เพิ่มขึ้น ขณะที่ความสนใจรอบใหม่นี้ ยังไม่ได้แปลงเป็นกิจกรรมเชิงปฏิบัติและเชิงพาณิชย์มากนัก ข้อสังเกตนี้เขียนไว้ตั้งแต่ปี 1986 และยังคงอธิบายสถานะของเทคโนโลยีได้ดีจนถึงทุกวันนี้

ในฝั่งสหรัฐอเมริกา หน่วยงาน FEMA ได้เผยแพร่คู่มือการสร้างเตาผลิตก๊าซแบบ Stratified Downdraft สำหรับใช้ในภาวะฉุกเฉินด้านเชื้อเพลิงเมื่อเดือนมีนาคม ปี 1989

5.7 ปัจจุบัน: โรงไฟฟ้าร่วมความร้อนขนาดเล็กในยุโรป

ทุกวันนี้แก๊สซิไฟเออร์ไม่ได้อยู่บนรถอีกแล้ว แต่ไปอยู่ในรูปของโรงไฟฟ้าร่วมความร้อน (CHP) ขนาดเล็กที่ขายไฟและขายความร้อนพร้อมกัน รายงานการประชุมเชิงปฏิบัติการของ IEA Bioenergy Task 33 ที่เมือง Innsbruck ประเทศออสเตรีย เมื่อวันที่ 3 พฤษภาคม ปี 2017 ซึ่งมีผู้เชี่ยวชาญ 56 คนจาก 11 ประเทศเข้าร่วม รายงานสถานะติดตั้งสะสม ณ สิ้นปี 2016 ไว้ว่า

Spanner ส่งมอบแล้ว 623 ชุด ขนาด 9 – 45 kWe ประสิทธิภาพไฟฟ้าราว 23 – 25%
Burkhardt ส่งมอบแล้ว 171 ชุด ขนาด 50 – 180 kWe ประสิทธิภาพไฟฟ้าราว 30%
Holz Energie Wegscheid มีระบบเดินเครื่องอยู่ 107 ชุด

รายงานฉบับเดียวกันชี้ว่าอุปสรรคสำคัญที่ยังแก้ไม่จบคือการปนเปื้อนของก๊าซ ทั้งน้ำมันดินและความชื้น รวมถึงการปล่อยสาร VOC และ CO ให้ผ่านเกณฑ์ และเตือนว่าแรงจูงใจอย่างการรับซื้อไฟในอัตราพิเศษกำลังถูกลดทอน ซึ่งกระทบต่อความคุ้มค่าของโครงการโดยตรง

ในเชิงตัวเลขการใช้งานจริง แคตตาล็อกของ Spanner ระบุว่ารุ่น HKA 35 ให้กำลังไฟฟ้า 35 kW และความร้อน 79.5 kW ใช้เศษไม้สับ 0.9 กิโลกรัมต่อหน่วยไฟฟ้า 1 kWh ส่วนรุ่น HKA 70 ให้ไฟฟ้า 68 kW และความร้อน 123 kW ใช้เศษไม้ 0.85 กิโลกรัมต่อ kWh โดยเงื่อนไขเชื้อเพลิงคือ ความชื้นต่ำกว่า 13% และมีเศษละเอียดไม่เกิน 30% ด้าน Burkhardt ระบุรุ่นในสายผลิตภัณฑ์ปัจจุบันไว้ที่ 190 kW และ 390 kW สำหรับเชื้อเพลิงไม้อัดเม็ด และ 160 kW ถึง 330 kW สำหรับไม้สับ พร้อมอายุการเดินเครื่องมากกว่า 8,000 ชั่วโมงต่อปี

ในระดับโรงไฟฟ้าที่ใหญ่ขึ้น โครงการที่เมือง Güssing ประเทศออสเตรีย ซึ่งเป็นโครงการของสหภาพยุโรปในปี 2005 เดินเตาผลิตก๊าซคู่กับเครื่องยนต์ก๊าซ ผลิตไฟฟ้าได้ 2 เมกะวัตต์และความร้อน 4.5 เมกะวัตต์

5.8 สถานะในประเทศไทย

ประเทศไทยมีชีวมวลเหลือทิ้งจำนวนมากจากภาคเกษตร จึงมีการนำแก๊สซิฟิเคชันมาใช้ในระดับโครงการอยู่บ้าง ตัวอย่างที่เป็นข่าวคือโรงไฟฟ้าแบบแก๊สซิฟิเคชันขนาด 5 เมกะวัตต์ ที่ตำบลในควน อำเภอย่านตาขาว จังหวัดตรัง ซึ่งใช้รากไม้ยางพาราเป็นเชื้อเพลิง ดำเนินการโดยบริษัท แปลน อีโคเอ็นเนอร์ยี่ จำกัด ร่วมกับมูลนิธิพลังงานเพื่อสิ่งแวดล้อม ด้วยงบลงทุนราว 500 ล้านบาท ตามรายงานข่าวเมื่อปี 2556

อย่างไรก็ตาม ในตลาดเครื่องปั่นไฟเชิงพาณิชย์ของไทย ระบบที่ใช้งานแพร่หลายจริงยังคงเป็นเครื่องยนต์ดีเซลและเครื่องยนต์ก๊าซชีวภาพ ส่วนแก๊สซิไฟเออร์ยังอยู่ในกลุ่มโครงการเฉพาะทางที่มีเชื้อเพลิงของตัวเองอยู่แล้ว

6. ข้อดีของระบบ Gasifier

ใช้เชื้อเพลิงที่มีอยู่ในพื้นที่ เศษไม้ ซังข้าวโพด กะลา และของเหลือทิ้งจากโรงงานแปรรูปเกษตร กลายเป็นเชื้อเพลิงได้โดยไม่ต้องซื้อน้ำมัน
เปลี่ยนของเสียเป็นรายได้ โรงงานที่ต้องจ่ายค่ากำจัดเศษวัสดุอยู่แล้วจะได้ประโยชน์สองทาง คือลดค่ากำจัดและได้ไฟฟ้า
ได้ทั้งไฟฟ้าและความร้อน ระบบ CHP นำความร้อนเหลือทิ้งไปอบแห้งวัตถุดิบหรือทำน้ำร้อนได้ ทำให้ประสิทธิภาพรวมของระบบสูงกว่าการผลิตไฟฟ้าอย่างเดียวมาก
ลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงนำเข้า เป็นเหตุผลเดียวกับที่ยุโรปหันมาใช้ในช่วงสงคราม และยังใช้ได้กับพื้นที่ห่างไกลที่ขนส่งน้ำมันลำบาก
คาร์บอนสุทธิต่ำกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิล เพราะคาร์บอนที่ปล่อยออกมาเป็นคาร์บอนที่พืชเพิ่งดูดกลับเข้าไปในรอบการเติบโต
ยืดหยุ่นกับเครื่องยนต์เดิม เครื่องยนต์ดีเซลที่มีอยู่สามารถดัดแปลงเป็นแบบเชื้อเพลิงคู่ได้ โดยยังสลับกลับไปเดินด้วยดีเซลล้วนได้เมื่อจำเป็น

7. ข้อเสียและข้อจำกัดที่ต้องรู้ก่อนตัดสินใจ

กำลังตกแน่นอน ตามตัวเลข FAO คือ 15 – 20% สำหรับดีเซลเชื้อเพลิงคู่ และราว 30% สำหรับเครื่องยนต์หัวเทียนที่ดัดแปลงดี ๆ หมายความว่าต้องเผื่อขนาดเครื่องยนต์ไว้ตั้งแต่แรก
น้ำมันดินคือศัตรูตัวจริง ถ้าระบบทำความสะอาดทำงานไม่ดี น้ำมันดินจะไปเกาะวาล์ว แหวน และท่อไอดี ทำให้เครื่องยนต์เสียหายเร็วผิดปกติ นี่คือสาเหตุอันดับหนึ่งที่โครงการแก๊สซิไฟเออร์ล้มเหลว
เชื้อเพลิงต้องคุมคุณภาพเข้มงวด ผู้ผลิตระดับพาณิชย์กำหนดความชื้นต่ำกว่า 13% และคุมขนาดกับสัดส่วนเศษละเอียด ซึ่งหมายความว่าต้องมีลานตากหรือเครื่องอบ และต้องมีการคัดขนาด ไม่ใช่โยนอะไรลงเตาก็ได้
สตาร์ตไม่ทันโหลดฉุกเฉิน เตาต้องใช้เวลาจุดและอุ่นจนก๊าซมีคุณภาพพอเข้าเครื่องยนต์ ระบบนี้จึงไม่เหมาะกับงานไฟฟ้าสำรองที่ต้องรับโหลดภายในไม่กี่วินาที ซึ่งเป็นงานของเครื่องยนต์ดีเซล อ่านเพิ่มเติมที่ ระบบไฟฟ้าสำรองในอาคาร
ต้องมีคนดูแลประจำ ต้องเติมเชื้อเพลิง เขี่ยขี้เถ้า ล้างไส้กรอง และระบายน้ำจากคอนเดนเสท ต่างจากเครื่องปั่นไฟดีเซลที่เติมน้ำมันแล้วปล่อยเดินได้
คาร์บอนมอนอกไซด์เป็นก๊าซพิษไม่มีกลิ่น ระบบต้องออกแบบให้อยู่ในที่ระบายอากาศดี มีการตรวจรอยรั่ว และมีขั้นตอนความปลอดภัยชัดเจน
ต้นทุนต่อกิโลวัตต์สูงและคืนทุนช้ากว่าที่คิด รายงาน IEA ชี้ว่าโครงการขนาดเล็กจำนวนมากพึ่งพากลไกรับซื้อไฟราคาพิเศษ เมื่อกลไกนี้ถูกลดลง ความคุ้มค่าก็ลดตาม
หาอะไหล่และช่างในไทยยาก เทียบกับเครื่องยนต์ดีเซลยี่ห้อหลักที่มีอะไหล่และศูนย์บริการทั่วประเทศ

8. เทียบให้เห็นภาพ: Gasifier กับไบโอแก๊ส กับดีเซล

หัวข้อ	Gasifier	ไบโอแก๊ส	ดีเซล
เชื้อเพลิง	ชีวมวลแข็ง เศษไม้ แกลบ กะลา	ของเสียอินทรีย์ผ่านการหมัก	น้ำมันดีเซล
เวลาสตาร์ตถึงรับโหลด	ต้องอุ่นเตาก่อน ไม่ทันงานฉุกเฉิน	เร็ว ถ้าระบบก๊าซพร้อม	เร็วที่สุด รับโหลดได้ในไม่กี่วินาที
กำลังที่ได้จากเครื่องยนต์ตัวเดียวกัน	ตก 15 – 30% ขึ้นกับรูปแบบ	ตกกว่าดีเซลเล็กน้อย	เต็มพิกัด
งานดูแลประจำวัน	มากที่สุด เติมเชื้อเพลิง เขี่ยเถ้า ล้างกรอง	ปานกลาง ต้องดูแลระบบกำจัด H2S	น้อยที่สุด
เหมาะกับ	โรงงานที่มีชีวมวลเหลือทิ้งและเดินโหลดคงที่	ฟาร์มและโรงงานแปรรูปอาหารที่มีน้ำเสียอินทรีย์	งานสำรองฉุกเฉินและงานทั่วไปทุกประเภท

ถ้ากำลังเทียบต้นทุนระหว่างสองระบบหลังในตารางนี้ อ่านต่อได้ที่ เครื่องยนต์ดีเซลกับไบโอแก๊สที่ kVA เท่ากัน ราคาต่างกันแค่ไหน และหากสนใจทางเลือกพลังงานอื่น ๆ ที่กำลังมา ลองอ่าน เครื่องยนต์ไฮโดรเจนกับอนาคตของเครื่องปั่นไฟ และ ระบบกักเก็บพลังงานเทียบกับเครื่องปั่นไฟดีเซล

9. ใครเหมาะ และใครไม่ควรใช้

เหมาะ คือกิจการที่มีชีวมวลของตัวเองในปริมาณสม่ำเสมอตลอดปี เช่น โรงเลื่อย โรงงานแปรรูปไม้ โรงสี โรงงานน้ำมันปาล์ม หรือกิจการที่ต้องใช้ทั้งไฟฟ้าและความร้อนพร้อมกัน และเดินเครื่องแบบโหลดค่อนข้างคงที่วันละหลายชั่วโมงต่อเนื่อง โดยมีคนดูแลระบบประจำ

ไม่เหมาะ คืองานไฟฟ้าสำรองฉุกเฉินสำหรับอาคารสำนักงาน โรงพยาบาล ดาต้าเซ็นเตอร์ หรือโรงงานที่ต้องการไฟกลับมาทันทีเมื่อไฟดับ งานเหล่านี้ต้องใช้เครื่องยนต์ดีเซลที่สตาร์ตและรับโหลดได้ในไม่กี่วินาที และต้องผ่านการทดสอบรับโหลดตามมาตรฐาน ดูวิธีทดสอบได้ที่ Load Test เครื่องปั่นไฟคืออะไร ส่วนการเลือกขนาดสำหรับโรงงานและ SME อ่านได้ที่ เลือกเครื่องปั่นไฟให้เหมาะกับโรงงานและ SME

อนึ่ง ไม่ว่าจะเลือกระบบใด การติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในโรงงานมีเรื่องใบอนุญาตและข้อกฎหมายที่ต้องดำเนินการ อ่านสรุปได้ที่ กฎหมายและการขออนุญาตติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

10. สรุป

เครื่องปั่นไฟระบบ Gasifier เป็นเทคโนโลยีที่ผ่านการพิสูจน์มาแล้วกว่าร้อยปี และเคยเป็นทางรอดด้านพลังงานของทั้งทวีปยุโรปในช่วงสงคราม แต่ประวัติศาสตร์ก็บอกอีกด้านไว้ชัดเจนว่า ทันทีที่เชื้อเพลิงเหลวกลับมาหาง่าย ผู้ใช้เกือบทั้งหมดก็เลิกใช้ เพราะภาระในการดูแลรายวันสูงกว่ามาก ปัจจุบันระบบนี้จึงเหมาะกับผู้ที่มีชีวมวลของตัวเองและต้องการทั้งไฟฟ้าและความร้อน มากกว่าจะเป็นทางเลือกทั่วไปสำหรับงานไฟฟ้าสำรอง

หากกำลังมองหาเครื่องปั่นไฟที่ใช้งานได้จริงในเชิงพาณิชย์ S.E.A. Power Gent จำหน่ายและติดตั้ง เครื่องปั่นไฟ Cummins เครื่องปั่นไฟ SDEC เครื่องปั่นไฟ Mitsubishi และ เครื่องปั่นไฟไบโอแก๊ส พร้อมทีมวิศวกรติดตั้งและบริการหลังการขายทั่วประเทศ ดูบริการทั้งหมดได้ที่ สินค้าและบริการ หรือปรึกษาการเลือกขนาดและขอใบเสนอราคาได้ที่ ติดต่อเรา โทร 097-146-3594 และ 080-056-0777

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับเครื่องปั่นไฟระบบ Gasifier

เครื่องปั่นไฟ Gasifier ต่างจากเครื่องปั่นไฟไบโอแก๊สอย่างไร

ต่างกันที่วิธีได้มาซึ่งก๊าซ ระบบ Gasifier ใช้ความร้อนในเตาเปลี่ยนชีวมวลแข็งเป็นก๊าซภายในไม่กี่วินาที ก๊าซที่ได้มีคาร์บอนมอนอกไซด์และไฮโดรเจนเป็นตัวให้พลังงาน และมีไนโตรเจนเจือปนราวครึ่งหนึ่ง ส่วนไบโอแก๊สใช้จุลินทรีย์ย่อยของเสียอินทรีย์แบบไร้อากาศเป็นเวลาหลายวัน ได้ก๊าซมีเทนเป็นหลักซึ่งมีค่าความร้อนสูงกว่ามาก

ใช้ก๊าซจากเตาแล้วกำลังเครื่องยนต์ตกลงเท่าไร

รายงาน FAO ระบุว่าเครื่องยนต์ดีเซลแบบฉีดตรงที่เดินในโหมดเชื้อเพลิงคู่มักคุมการสูญเสียกำลังได้ที่ 15 ถึง 20% ส่วนเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยหัวเทียนที่ดัดแปลงอย่างถูกต้องจะเสียกำลังราว 30% ในการใช้งานจริงภาคสนามมีรายงานว่ากำลังตกได้ถึง 35 ถึง 50%

ทำไมน้ำมันดินถึงเป็นปัญหาใหญ่ของระบบนี้

เพราะน้ำมันดินที่ติดมากับก๊าซจะควบแน่นและเกาะที่วาล์ว แหวนลูกสูบ และท่อไอดี ทำให้เครื่องยนต์สึกหรอเร็วผิดปกติและต้องซ่อมบ่อย FAO กำหนดว่าก๊าซที่จะเข้าเครื่องยนต์ควรมีน้ำมันดินต่ำกว่า 500 มิลลิกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ฝุ่นต่ำกว่า 50 มิลลิกรัมต่อลูกบาศก์เมตร และควรอยู่ที่ 5 มิลลิกรัมต่อลูกบาศก์เมตร

ใช้เครื่องปั่นไฟ Gasifier เป็นไฟฟ้าสำรองฉุกเฉินได้ไหม

ไม่เหมาะ เพราะเตาต้องใช้เวลาจุดและอุ่นจนก๊าซมีคุณภาพพอที่จะเข้าเครื่องยนต์ได้ ระบบจึงรับโหลดทันทีเหมือนเครื่องยนต์ดีเซลไม่ได้ งานไฟฟ้าสำรองสำหรับอาคาร โรงพยาบาล และดาต้าเซ็นเตอร์ จึงยังต้องใช้เครื่องปั่นไฟดีเซลที่สตาร์ตและรับโหลดได้ภายในไม่กี่วินาที

เชื้อเพลิงชีวมวล 1 กิโลกรัม ผลิตไฟฟ้าได้ประมาณเท่าไร

ขึ้นอยู่กับระบบ แต่ข้อมูลจากผู้ผลิตเชิงพาณิชย์อย่าง Spanner ระบุการใช้เศษไม้สับราว 0.85 ถึง 0.9 กิโลกรัมต่อการผลิตไฟฟ้า 1 กิโลวัตต์ชั่วโมง โดยเชื้อเพลิงต้องมีความชื้นต่ำกว่า 13% ส่วน FAO ระบุว่าเชื้อเพลิงแห้ง 1 กิโลกรัมให้ก๊าซประมาณ 2.5 ลูกบาศก์เมตร

แหล่งอ้างอิง

FAO Forestry Paper 72, Wood gas as engine fuel, องค์การอาหารและเกษตรแห่งสหประชาชาติ ปี 1986 (องค์ประกอบก๊าซ ค่าความร้อน การสูญเสียกำลัง เกณฑ์ความสะอาดของก๊าซ และสถิติช่วงสงคราม)
Kaupp, A. และ Goss, J.R., History of Small Gas Producer Engine Systems, ใน Small Scale Gas Producer-Engine Systems, สำนักพิมพ์ Vieweg และ Teubner ปี 1984 (ลำดับเหตุการณ์ ค.ศ. 1669 ถึง 1804)
Graces Guide, ประวัติ Joseph Emerson Dowson (สิทธิบัตรราวปี 1878 การเดินเครื่องกับ Crossley ปี 1879 และการสาธิตปี 1881)
IEA Bioenergy Task 33, รายงานการประชุมเชิงปฏิบัติการเรื่อง Small scale gasification for CHP เมือง Innsbruck ปี 2017 (จำนวนเครื่องติดตั้ง ประสิทธิภาพไฟฟ้า และอุปสรรค)
แคตตาล็อกผลิตภัณฑ์ Spanner Re2 และหน้าเทคโนโลยีของ Burkhardt Energy (พิกัดกำลัง อัตราสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง และเงื่อนไขความชื้น)
Low-tech Magazine, Wood Gas Vehicles: Firewood in the Fuel Tank ปี 2010 (การรวบรวมสถิติยานพาหนะรายประเทศช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง)
ผู้จัดการออนไลน์, รายงานข่าวโรงไฟฟ้าแก๊สซิฟิเคชันจากรากไม้ยางพารา จังหวัดตรัง ปี 2556
Wikipedia, Wood gas generator (ยานยนต์คันแรกปี 1901 เตา Imbert ทศวรรษ 1920 คู่มือ FEMA ปี 1989 และโครงการ Güssing ปี 2005)