การกำจัดขยะด้วยพลาสมาร้อน

14 มกราคม 2562

 

1.บทนำ

 

 

(ก)

 

 

(ข)

 

รูปที่ 1 ตัวอย่างปัญหาจากขยะในจ. สุรินทร์ (ก) ที่อ. ศีขรภูมิ (ที่มารูป:
https://www.youtube.com/watch?v=UegcyBqnwMk) และ
(ข) ที่ ต. สลักได อ.
เมือง (จากนสพ. ไทยโพสต์, ฉบับวันที่ 11 มกราคม 2562)

 

        ไม่ว่าจะเป็นประเทศใดก็มีปัญหาขยะด้วยกันทั้งนั้น (รูปที่ 1) ว่ากันว่าปริมาณขยะเพิ่มขึ้นตาม GDP ของประเทศ เช่นคนไทยสร้างขยะ 1.14 กิโลกรัม/คน/วัน โดยเฉลี่ย  แต่คนอเมริกันสร้างขยะ 2 กิโลกรัม/คน/วัน (ในปีพ.ศ. 2558) ไม่แต่เพียงเท่านี้ ภาคอุตสาหกรรม, โรงพยาบาล ฯลฯ ก็สร้างขยะอุตสาหกรรมและขยะอันตรายออกมาทุกวันเหมือนกัน แต่ที่ผ่านมาปัญหาขยะมักถูกซุกเอาไว้ใต้พรมก่อน เพราะชอบบอกตัวเองกันว่ามีปัญหาอย่างอื่นสำคัญกว่าและ/หรือเร่งด่วนกว่า แต่เมื่อขยะที่ซุกไว้กองโตขึ้นเรื่อยๆ จนลามปามไปเบียดเบียนสัตว์ไม่รู้อิโหน่อิเหน่ในทะเล ดังที่ปรากฏเป็นข่าวอยู่เนืองๆทางสื่อต่างๆในระยะหลังนี้ สัตว์มนุษย์ผู้ประเสริฐผู้เป็นตัวก่อขยะคงจะทำเป็นทองไม่รู้ร้อนหรือผลัดวันประกันพรุ่งต่อไปอีกไม่ได้แล้ว ถึงเวลาที่ต้องแสดงความรับผิดชอบอย่างจริงจังเสียทีกระมัง

 

2.ขยะใคร ขยะมัน กำจัดกันเอง

 

        ใครๆก็ยกย่องกันว่าประเทศสิงคโปร์นั้นสะอาดมาก ไม่มีขยะให้เห็นอุจาดตาเลย แสดงว่านอกจากคนสิงคโปร์จะมีวินัยสูงแล้ว ระบบเก็บขยะของสิงคโปร์ยังมีประสิทธิ์ภาพมากอีกด้วย แต่เมื่อเก็บขยะไปแล้ว อย่างไรเสียก็ต้องกำจัด ไม่ด้วยวิธีใดก็วิธีหนึ่ง สิงคโปร์เป็นประเทศเล็กมากอย่างที่รู้กันอยู่ ที่ดินมีค่าสูงเกินกว่าจะเอามาใช้เป็นที่ทิ้งขยะกลางแจ้งเหมือนอย่างบ้านเรา วิธีกำจัดขยะของสิงคโปร์ที่ผ่านมาก็คือ แยกขยะพลาสติกออกมาต่างหาก (ซึ่งมีประมาณ 25% ของขยะทั้งหมด) ส่งไปขายให้กับโรงงานรีไซเคิลพลาสติกในต่างประเทศเพื่อผลิตเป็นเม็ดพลาสติกป้อนภาคอุตสาหกรรม ขยะที่เหลือที่รีไซเคิลไม่ได้ก็กำจัดโดยการเผา ไม่มีชาวบ้านมาประท้วงไม่เอาโรงเผาขยะ เพราะเขาบริหารจัดการอย่างมีมาตรฐานสูงทั้งเรื่องกลิ่น, แก๊สพิษและละอองฝุ่นควัน, น้ำเสีย ฯลฯ (รูปที่ 2) ประชาชนไว้ใจ แต่การเผาแบบ incineration นี้หนีไม่พ้นที่จะมีขี้เถ้า (incinerated ash) เกิดขึ้น ซึ่งสิงคโปร์ก็กำจัดโดยการขนขี้เถ้าใส่เรือ แล้วเอาไปฝังกลบที่เกาะ Semakau อยู่ทางด้านใต้ของประเทศ ห่างจากเกาะหลักประมาณ 8 กิโลเมตร เริ่มถูกใช้งานมาตั้งแต่ปีพ.ศ. 2542 (ด้วยงบลงทุน 610 ล้านดอลลาร์สิงคโปร์ หรือประมาณ 1.4 หมื่นล้านบาท) ทำท่าว่าเป็นแผนการที่ดี ได้ทั้งการกำจัดขยะออกจากเกาะหลักและได้ขยายพื้นที่เกาะ Semakau บางส่วน แต่กลับเป็นว่าตอนนี้เริ่มมีปัญหาแล้ว ประการแรก ประเทศจีนซึ่งเคยเป็นประเทศที่นำเข้าขยะพลาสติกมากกว่าครึ่งหนึ่งของโลกเพื่อรีไซเคิลเป็นเม็ดพลาสติกป้อนภาคอุตสาหกรรมของประเทศที่กำลังเติบใหญ่อย่างรวดเร็ว  ได้เปลี่ยนนโยบายใหม่เมื่อเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2560 เป็นห้ามนำเข้าขยะพลาสติกอีกต่อไป มีตัวเลขว่าในปีพ.ศ. 2559 สิงคโปร์ส่งออกขยะพลาสติกไปยังประเทศจีน, มาเลเซีย (ซึ่งหลายโรงงานเป็นของคนจีน เม็ดพลาสติกที่ผลิตได้ประมาณ 90% ส่งกลับประเทศจีน), เวียตนาม และอินโดนีเซียรวมกันเป็นจำนวน 42,000 ตัน  ตอนนี้ขยะพลาสติกจึงเหลือตกค้างในสิงคโปร์ ไม่อย่างนั้นก็ต้องขอให้อีก 3 ประเทศที่เหลือนำเข้ามากขึ้น แต่จะยั่งยืนหรือ? เชื่อกันว่าในอนาคตประเทศอื่นๆก็ต้องทำตามแบบประเทศจีน จะไม่มีใครยอมเป็นที่ทิ้งขยะของประเทศอื่นอีก “ขยะใคร ขยะมัน กำจัดกันเอง” หรือในที่สุดแล้วก็ต้องกำจัดด้วยการรีไซเคิลเองหรือโดยการเผา อีกประการหนึ่ง ที่เคยคิดกันว่าเกาะ Semakau จะสามารถรองรับขี้เถ้าและขยะอีกบางประเภทได้ถึงปีพ.ศ. 2588 นั้น แต่ด้วยความเจริญและจำนวนนักท่องเที่ยวของสิงคโปร์ที่เพิ่มขึ้นตลอด จุดอิ่มตัวของเกาะ Semakau น่าจะร่นมาเหลือเป็นปีพ.ศ. 2578 เท่านั้น

 

 

รูปที่ 2 Tuas South Incineration Plant เป็นโรงกำจัดขยะโรงที่ 4 ที่เป็นโรงล่าสุดและใหญ่ที่สุดของสิงคโปร์ มีมูลค่า 890 ล้านดอลลาร์สิงคโปร์ (ประมาณ 2.1 หมื่นล้านบาท) สร้างเสร็จเมื่อเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2543 กำจัดขยะได้  3,000 ตัน / วัน และมีกำลังการผลิตไฟฟ้า 80 เมกะวัตต์ (ที่มารูป: http://www.jdc-corpn.com.sg/civil_plant.html)

 

3.การกำจัดขยะโดยการเผาแบบ Incineration

 

        การกำจัดขยะแบบทิ้งกลางแจ้งเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดและถูกที่สุด แต่ก็เป็นความจริงของชีวิตที่ว่า “อะไรๆที่ง่ายและถูก จะเป็นของดีจริงนั้นหายาก” การทิ้งขยะกลางแจ้งนั้นก่อปัญหาเรื่องกลิ่น, เป็นแหล่งเพาะเชื้อโรคและแมลง, สร้างแก๊สมีเทน (CH4) ซึ่งเป็นแก๊สเรือนกระจกที่ร้ายกว่าแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ถึง 20 เท่า, เกิดสารเคมีและโลหะหนักซึมลงแหล่งน้ำ ฯลฯ ซึ่งเป็นปัญหาที่เราส่งมอบให้เป็นมรดกที่ลูกหลานไม่อยากรับก็ต้องรับ ที่ดีขึ้นมาหน่อยก็คือการฝังกลบอย่างถูกวิธี (landfill) แต่ขยะก็ยังคงอยู่ข้างใต้พื้นดินตรงนั้น สารเคมีอันตรายก็ยังคงละลายออกมาปนเปื้อนพื้นที่บริเวณนั้น เกิดการสะสมของมลพิษ และว่ากันว่าเป็นแหล่งกำเนิดแก๊สมีเทนเช่นกัน [1]  วิธีฝังกลบยังใช้ไม่ได้กับประเทศหรือเกาะที่มีพื้นที่จำกัด ดังนั้นเราจะไม่พูดถึงวิธีกำจัดขยะแบบนี้ จึงเหลือแต่วิธีการกำจัดด้วยการเผา จุดประสงค์พื้นฐานของการเผาขยะก็คือการลดปริมาตร ซึ่งสามารถลดลงได้ถึง 90% (หรือ ลดลง 75% โดยน้ำหนัก) ประเทศญี่ปุ่นกำจัดขยะชุมชน (municipal solid waste หรือ MSW) ด้วยการเผาถึง 79% ประเทศสวิตเซอร์แลนด์, เดนมาร์กและนอร์เวย์ใช้วิธีการเผา MSW มากกว่า 50% แต่ประเทศที่มีพื้นที่มากอย่างสหรัฐอเมริกาใช้วิธีการกำจัด MSW ด้วยการเผา 13% ส่วนกากตะกอนที่เกิดจากระบบบำบัดน้ำเสีย ประเทศสวิตเซอร์แลนด์และสหรัฐอเมริกากำจัดด้วยการเผา 100% และ 19% ตามลำดับ  สำหรับของประเทศไทยกำจัดขยะ MSW ด้วยการเผาเพียงประมาณ 1% เท่านั้น [2] (รูปที่ 3)

 

 

รูปที่ 3 โรงกำจัดขยะ หรือ โรงไฟฟ้าพลังขยะแห่งแรกของกรุงเทพมหานคร ซึ่งใหญ่ที่สุดในประเทศไทยขณะนี้ ตั้งอยู่ภายในศูนย์จัดเก็บขยะมูลฝอยหนองแขม เริ่มใช้งานเมื่อวันที่ 23 มีนาคม พ.ศ. 2559 กำจัดขยะโดยการเผาที่อุณหภูมิไม่ต่ำกว่า 850 เซลเซียส ได้ 300-500 ตัน/วัน (กทม.เก็บขยะได้เฉลี่ย 9,900-10,000 ตัน/วัน) มีกำลังการผลิตไฟฟ้า 5-9.5 เมกะวัตต์  กรองแก๊สพิษได้ 99.99% มูลค่า 2,124 ล้านบาท ลงทุนและบริหารจัดการโดยบริษัทซีแอนด์จีเอ็นไวรอนเมนทอล (ประเทศไทย) จำกัด สัมปทาน 20 ปี กทม.จ่ายค่ากำจัดขยะ 970 บาท/ตัน [3,4] (ที่มารูป: http://www.bangkokbiznews.com/news/detail/798550)

 

        วิธีเผาขยะที่ส่วนใหญ่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันมีหลายแบบ ซึ่งจะไม่ลงรายละเอียดในที่นี้ แต่จะเรียกรวมๆว่าวิธี incineration ซึ่งก็คล้ายกับการเผาขยะแบบที่ชาวบ้านทำกันมาช้านานแล้วนั่นเอง คือการเผาไหม้โดยตรง แต่ทำให้เป็นระบบมากขึ้นเพื่อการเผาขยะจำนวนมากที่สามารถควบคุมให้เกิดการเผาไหม้ได้โดยสมบูรณ์มากที่สุดและให้ปลดปล่อยมลพิษน้อยที่สุด ดังแสดงตัวอย่างในรูปที่ 4

 

 

รูปที่ 4 แผนผังของโรงกำจัดขยะแบบ incineration ที่มีมาตรฐาน ซึ่งมีระบบกำจัดแก๊สอันตรายใน flue gas และเถ้าเขม่าขนาดเล็กก่อนปล่อยออกไปทางปล่องควัน อีกทั้งยังสามารถผลิตไฟฟ้าหรือน้ำร้อนป้อนให้กับชุมชนได้ด้วย อีกโฉมหน้าหนึ่งจึงเป็น “โรงไฟฟ้าพลังขยะ” (ที่มารูป: http://30.aspire-atlantis.de/tion/waste-incinerator-diagram.html)

 

        เมื่อปั้นจั่นเหนือศีรษะ (overhead crane) กอบขยะ MSW จากบ่อขยะใส่เข้าไปในเตา (incinerator) ขยะจะถูกทำให้ร้อนประมาณ 450 เซลเซียส (ความร้อนกระตุ้น) วัสดุอินทรีย์ใน MSW จะปลดปล่อยแก๊สเชื้อเพลิง (fuel gas) ออกมา (เช่นแก๊สไฮโดรเจนและไฮโดรคาร์บอน) เมื่อปล่อยอากาศเข้าไปในเตา ออกซิเจนซึ่งมีอยู่ในอากาศ 20.95% โดยปริมาตร แสดงบทบาทสำคัญเข้าทำปฏิกิริยาการเผาไหม้ (combustion reaction) กับแก๊สเชื้อเพลิง เช่น

 

ไฮโดรเจน + ออกซิเจน -----> น้ำ + พลังงาน                                                    (1)

 

ไฮโดรคาร์บอน + ออกซิเจน ----->  คาร์บอนไดออกไซด์ + น้ำ + พลังงาน       (2)

 

        ทั้งสองปฏิกิริยาเป็น exothermic reaction จึงมีการปลดปล่อยพลังงาน เช่นในสมการที่ 1 จะเกิดพลังงานขึ้น 572 กิโลจูลส์ เป็นต้น โดยทั่วไปอุณหภูมิภายในเตาจะมีค่าประมาณ 800 เซลเซียส แก๊สที่มีอุณหภูมิสูงที่เกิดขึ้นสามารถนำไปใช้ต้มน้ำเพื่อผลิตน้ำร้อนสำหรับระบบทำความร้อนของชุมชนสำหรับประเทศที่มีอากาศหนาวหรือใช้ในภาคอุตสาหกรรม หรือต้มน้ำให้เป็นไอน้ำเอาไปขับดันกังหันผลิตไฟฟ้า จะเห็นได้ว่าผลพลอยได้ของการกำจัดขยะแบบนี้ก็คือพลังงานความร้อนซึ่งต้องนำไปใช้ประโยชน์ทันที ไม่สามารถเก็บไว้ใช้ทีหลังได้

 

        สมการที่ 2 เป็นปฏิกิริยาการเผาไหม้ของแก๊สไฮโดรคาร์บอนแบบที่สมบูรณ์คือมีจำนวนออกซิเจนโมเลกุลเข้าทำปฏิกิริยามากพอ หรือก็คืออากาศถูกป้อนเข้าระบบอย่างเหลือเฟือนั่นเอง แต่ถ้าการเผาไหม้เป็นแบบที่ไม่สมบูรณ์ คือมีปริมาณออกซิเจนน้อยเกินไป จะเกิดปฏิกิริยาอีกแบบดังนี้

 

ไฮโดรคาร์บอน + ออกซิเจน -----> คาร์บอนมอนอกไซด์ + คาร์บอน + น้ำ + พลังงาน     (3)

 

        นั่นคือจะเกิดแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ ซึ่งเป็นแก๊สพิษ เพราะเข้าแย่งจับตัวกับโปรตีนฮีโมโกลบินในเม็ดเลือดแดงได้ดีกว่าออกซิเจน ทำให้เซลล์ต่างๆของร่างกายได้รับออกซิเจนไม่เพียงพอ ส่วนคาร์บอนอยู่ในรูปของเขม่า (soot) เพราะฉะนั้นเตาเผาแบบ incineration จึงต้องการอากาศในปริมาณมากเพื่อเกิดการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ เพราะโรงกำจัดขยะแบบนี้เป็นระบบเปิด

 

        พวกวัสดุอนินทรีย์ที่เผาไหม้ไม่ได้จะกลายเป็นเถ้าหนัก (bottom ash) และเถ้าลอย (fly ash) เถ้าลอยที่เป็นเถ้าขนาดเล็กสามารถถูกพัดพาไปตามกระแสของ flue gas ได้ ซึ่งต้องถูกดักจับออกให้มากที่สุด และนำไปฝังกลบเช่นเดียวกับเถ้าหนัก  flue gas ที่เกิดขึ้นภายในเตา incinerator ที่ระดับอุณหภูมิดังกล่าวข้างต้น ยังประกอบไปด้วยแก๊สพิษอื่นๆนอกเหนือจากแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) เช่น ไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl), ซัลเฟอร์ออกไซด์ (SOx), ไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) ซึ่งเป็นสาเหตุของฝนกรด และ ไดออกซิน (dioxins) กับ ฟูแรน (furans) ซึ่งเป็นสารก่อมะเร็ง เป็นต้น ดังนั้นโรงกำจัดขยะที่ดีที่มีความรับผิดชอบ จึงต้องพ่วงระบบกำจัดแก๊สพิษและเถ้าลอยที่มีประสิทธิภาพสูงเข้าไว้ด้วย เพื่อที่ปล่องควันจะปล่อยออกไปแต่แก๊สที่ไม่มีพิษและไอน้ำ ดังเช่นโรงกำจัดขยะล่าสุดของประเทศเดนมาร์ก (รูปที่ 5) ไม่ใช่เอาแต่เรื่องราคาถูกเป็นตัวตั้ง แล้วลดหย่อนมาตรฐานความปลอดพิษปลอดภัย เมื่อต่อมาเกิดปัญหามลพิษ ประชาชนไม่ใว้วางใจเสียแล้ว จะส่งผลเสียอย่างมากกับโครงการที่จะเกิดตามมา แม้จะเป็นโครงการที่ดีและมีความรับผิดชอบสูงเพียงใดก็ตาม  ขยะเป็นของที่คนโยนทิ้งอย่างไร้ค่าก็จริง แต่กระบวนการกำจัดขยะไม่จำเป็นต้องมีราคาถูกไปด้วย ความสะดวกและสุขสบายย่อมมีค่าใช้จ่าย

 

 

รูปที่ 5 โรงกำจัดขยะ Amager Bakke ใกล้กรุงโคเปนเฮเกน ประเทศเดนมาร์ก มูลค่าประมาณ 670 ล้านดอลลาร์สหรัฐ (ประมาณ 2.2 หมื่นล้านบาท) เปิดใช้งานเมื่อวันที่ 30 มีนาคม พ.ศ. 2560  สามารถกำจัดขยะ MSW ได้ 400,000 ตัน/ปี และมีกำลังการผลิตไฟฟ้า 63 เมกะวัตต์ หรือ 247 เมกะวัตต์สำหรับน้ำร้อน ได้ชื่อว่าเป็นเตาเผาแบบ incineration ที่สะอาดที่สุดในโลก โปรดสังเกตุว่าปล่องควันถูกออกแบบให้สามารพ่นควันเป็นรูปวงแหวนได้ และหลังคาที่มีความลาดเอียงยาวประมาณ 610 เมตร สามารถขึ้นไปเล่นสกีได้ (ที่มารูป : https://qz.com/quartzy/1103633/copenhagens-newest-architectural-gem-is-a-waste-management-plant/)

 

4.การกำจัดขยะโดยการเผาแบบ Thermal Plasma Gasification

 

        การเผาแบบ gasification ไม่ได้ทำให้ขยะเผาไหม้โดยตรงเหมือนกรณี incineration  ความร้อนมากกว่า 800 เซลเซียสจะแยกโครงสร้างโมเลกุลต่างๆของเชื้อเพลิงเช่นขยะอินทรีย์ (organic waste) หรือพลาสติกออกจากกัน แต่ในสภาวะที่มีออกซิเจนน้อยและมีไอน้ำ  เศษโมเลกุลเหล่านี้เมื่อไปรวมตัวกับชิ้นส่วนโมเลกุลอื่นๆจะเกิดเป็นแก๊สที่เรียกว่า synthesis gas หรือ syngas ซึ่งหลักๆแล้วประกอบด้วยแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์, ไฮโดรเจน และแก๊สอื่นๆอีกเล็กน้อย เช่นมีเทน (ขึ้นกับชนิดของเชื้อเพลิง)  syngas เป็นแก๊สที่ติดไฟได้ง่าย บ่อยครั้งจึงถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์สันดาปภายใน กระบวนการ gasification ต้องอาศัยแก๊สออกซิเจนก็จริง แต่ใช้ในปริมาณน้อยไม่เพียงพอที่จะส่งผลให้เกิดการเผาไหม้ เทคโนโลยี gasification มีประสิทธิภาพสูงกว่าเทคโนโลยี incineration กล่าวคือเทคโนโลยี incineration เปลี่ยนขยะ MSW 1 ตัน ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้ 550 กิโลวัตต์-ชั่วโมง แต่เทคโนโลยี gasification เปลี่ยนขยะ MSW 1 ตัน ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้ 1,000 กิโลวัตต์-ชั่วโมง  นอกจากนั้นในเตา gasification ซึ่งขาดแคลนออกซิเจน จะลดโอกาสของการเกิดแก๊ส CO2, NOx, SOx, ไดออกซิน และฟูแรนลงอย่างมาก จะเห็นได้ว่าผลพลอยได้ของการกำจัดขยะแบบนี้นอกจากจะมีพลังงานความร้อนจากแก๊สที่มีอุณหภูมิสูงให้ใช้ประโยชน์ในทันทีได้แล้ว องค์ประกอบของแก๊สที่เกิดขึ้นในเตาส่วนที่เป็น syngas ที่เย็นลงแล้วยังสามารถเก็บไว้ทำประโยชน์ในตอนหลังได้ เช่นใช้ผลิตเชื้อเพลิงอย่างเอทานอล (ethanol) และเมทานอล (methanol), สารเคมี และ ปุ๋ย เป็นต้น

 

        การมีอุณหภูมิภายในเตาสูงยังมีประโยชน์อีกด้าน นั่นคือทำให้เถ้าหนักอยู่ในสภาพหลอมเหลว เมื่อถูกถ่ายออกจากก้นเตา gasifier สแลกหลอมเหลว (molten slag) จะถูกแยกออกจากโลหะหลอมเหลวเพราะมีความหนาแน่นที่แตกต่างกัน โลหะหลอมเหลวจะถูกนำไปใช้งานต่อ ส่วนสแลกหลอมเหลวจะถูกทำให้เย็นลงแบบฉับพลัน เช่นเทลงในน้ำเย็น เกิดการแข็งตัวและแตกเป็นเศษเล็กเศษน้อยคล้ายเศษแก้วที่ไม่สามารถถูกละลายหรือชะล้างได้ ถือว่าไร้พิษภัย สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในงานก่อสร้างได้ เช่นผสมกับซีเมนต์หรือยางมะตอยเป็นต้น ผิดกับเถ้าหนักจาก incinerator ที่ในหลายประเทศถือว่าเป็นกากพิษที่ยังไม่สามารถเอาไปฝังกลบได้ ต้องถูกนำไปบำบัดต่อ เช่นนำไปเผาอีกครั้งในแบบ gasification แหล่งกำเนิดความร้อนสูงที่มีประสิทธิภาพและความคล่องตัวสูง อีกทั้งไม่ต้องอาศัยเชื้อเพลิงใดๆ ก็คือพลาสมาร้อน (thermal plasma)

 

 

รูปที่ 6 แผนภาพของเตาเผา thermal plasma gasifier (มีความสูงประมาณ 12 เมตร) ตัวให้ความร้อนหลักคือเครื่องพ่นพลาสมาร้อน (plasma torch) 4 ตัวรอบส่วนล่างของเตา แต่ละตัวมีขนาดกำลังไฟฟ้าระดับ 3 เมกะวัตต์ บริเวณนี้จะมีอุณหภูมิได้หลายพันเซลเซียส (ขึ้นกับขนาดกำลังไฟฟ้าของเครื่องพ่นพลาสมาร้อน) แต่ที่แน่ๆก็คือมีอุณหภูมิสูงกว่าจุดหลอมเหลวของเถ้าและโลหะ (มากกว่า 1,500 เซลเซียส) สิ่งต่างๆที่ตกลงมาถึงบริเวณนี้จะถูกหลอมเหลว ขยะส่วนที่อยู่เหนือบริเวณนี้จะเกิดการ gasification แก๊สต่างๆที่เกิดขึ้นรวมทั้งเถ้าลอยซึ่งมีอุณหภูมิระดับพันเซลเซียสจะลอยออกจากช่องว่างช่วงบนของเตา (freeboard zone) ไปตามท่อเพื่อนำไปต้มน้ำผลิตไฟฟ้า แก๊สที่เย็นลงจะถูกนำไปเข้ากระบวนการทำความสะอาดและแยกเอา syngas ออกเพื่อนำไปใช้ประโยชน์ต่อไป (ที่มารูป https://www.researchgate.net/figure/Alter-NRG-plasma-gasification-reactor-47_fig9_228920819)

 

        เตา thermal plasma gasifier มีลักษณะดังแสดงในรูปที่ 6 เครื่องพ่นพลาสมาร้อน (plasma torch) ผลิตลำพลาสมาร้อน (thermal plasma) โดยอาศัยหลักการสร้างความต่างศักย์ไฟฟ้าสูงระหว่างขั้วบวก (anode) กับขั้วลบ (cathode) จนเกิดการอาร์ค (arc) ดังแสดงในรูปที่ 7(ก) ประจุไฟฟ้าที่วิ่งระหว่างขั้วไฟฟ้าทั้งสองจะทำให้แก๊ส (หรืออากาศ) ในบริเวณนั้นแตกตัวขนานใหญ่ (ionization) สถานะหลังจากที่โมเลกุลต่างๆของแก๊ส (หรืออากาศ) แตกตัวเป็นไอออนบวก, ไอออนลบ และอนุภาคอิเล็กตรอนคือสถานะที่  4 ของสสาร เรียกว่าพลาสมา  ที่สามารถมีอุณหภูมิสูงสุดได้ถึง 10,000 เซลเซียส (อุณหภูมิสูงสุดที่ทำได้จากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงฟอสซิลคือ 2,000 เซลเซียสเท่านั้น) [5] การเกิดพลาสมาในเครื่องดังกล่าวนี้คล้ายพลาสมาที่เกิดขึ้นในแนวฟ้าผ่าเนื่องจากความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างเมฆกับพื้นโลก ซึ่งมีอุณหภูมิสูงได้ถึง 25,000 เซลเซียส

 

 

(ก)

 

 

(ข)

 

รูปที่ 7 แผนภาพแสดงหลักการ (ก) และภาพถ่าย (ข) ของเครื่อง arc plasma torch แบบหนึ่งที่นิยมใช้กัน ส่วนหัวของเครื่องพ่นพลาสมาร้อนจะมีอุณหภูมิสูงมากจึงต้องระบายความร้อนด้วยน้ำ ปัจจุบันมีหลายสิบบริษัทในหลายประเทศที่ผลิตเครื่องพ่นพลาสมาร้อนแบบนี้ขาย เช่น บริษัท Phoenix Solutions ของสหรัฐอเมริกา ผลิตเครื่องพ่นพลาสมาร้อนขนาดกำลังไฟฟ้า 3 เมกะวัตต์ มีอายุการใช้งานประมาณ 2,300 ชั่วโมง หรือบริษัท Europlasma ของประทศฝรั่งเศส ผลิตเครื่องพ่นพลาสมาร้อนขนาดกำลังไฟฟ้า 4 เมกะวัตต์ ที่มีอายุการใช้งานประมาณ 1,500 ชั่วโมง เป็นอาทิ (ที่มารูป http://www.ee.co.za/article/plasma-gasification-waste-arcs-microwaves-offer-advantages.html และ https://www.picswe.com/pics/plasma-torch-7e.html)

 

        ด้วยระดับเทคโนโลยีที่สูงและใหม่กว่า จำนวนโรงเผาขยะแบบ thermal plasma gasification จึงยังมีอยู่น้อยเมื่อเทียบกับโรงเผาขยะแบบ incineration ประเทศที่ดูเหมือนจะสนใจในเทคโนโลยีนี้มากกว่าใครๆก็คือญี่ปุ่น เพราะนอกจากจะมีอยู่หลายโรงแล้ว ยังเป็นผู้บุกเบิกอีกด้วย เช่นโรงเผาขยะที่เมือง Mihama (รูปที่ 8) เปิดใช้งานมาตั้งแต่ปีพ.ศ. 2545  ส่วนที่ฝรั่งเศส โรงไฟฟ้าพลังขยะจากเทคโนโลยี thermal plasma gasification แห่งแรกของประเทศเพิ่งได้รับอนุญาตจากทางการให้ดำเนินการได้เมื่อไม่นานมานี้ (รูปที่ 9) ที่สหรัฐอเมริกากำลังมีการก่อสร้างโรงงานเปลี่ยนขยะเป็นเชื้อเพลิงคาร์บอนต่ำปลอดกำมะถันใช้กับเครื่องยนต์ไอพ่นสำหรับอุตสาหกรรมการบิน ซึ่งจะช่วยลดการปล่อยแก๊สเรือนกระจกได้ถึง 80% เมื่อเทียบกับการใช้น้ำมันปิโตรเลียม (รูปที่ 10) สำหรับประเทศไทย เตาเผาขยะต้นแบบเพื่อผลิตพลังงานขนาด 100 กิโลวัตต์ด้วยเทคโนโลยี thermal plasma gasification แห่งแรกตั้งอยู่ที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี จ. นครราชสีมา ซึ่งใช้เครื่องพ่นพลาสมาขนาด 50 กิโลวัตต์ มีขยะและไม้สับในสัดส่วน 70 : 30 % โดยน้ำหนัก เป็นเชื้อเพลิง [6] ส่วนที่มหาวิทยาลัยวลัยลักษณ์ จ. นครศรีธรรมราช คณะทำงานนำโดย ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร. หมุดตอเล็บ หนิสอ ก็กำลังพัฒนาเตาเผาขยะอันตราย (hazardous waste) จากโรงพยาบาลด้วยเทคโนโลยี thermal plasma gasification [7] ที่มีอุณหภูมิสูงระดับ 1,200 เซลเซียส ซึ่งจะไม่ปลดปล่อยสิ่งหลงเหลือที่เป็นพิษ

 

 

รูปที่ 8 โรงเผาขยะ Mihama-Mikata Waste Gasification Plant ของบริษัท Hitachi Metals ที่เมือง Mihama เขต Mikata บนเกาะฮอนชูทางฝั่งทะเลญี่ปุ่น  ใช้เทคโนโลยี Plasma Gasification ของ Westinghouse Plasma Corporation ออกแบบมาสำหรับใช้กำจัดขยะ MSWและปฏิกูลจากการขับถ่ายแห้ง ในปริมาณ 24 ตัน/วัน ผลิต syngas ได้ประมาณ 13,860 ลูกบาศก์เมตร / วัน  (ที่มารูป: http://www.alternrg.com/waste_to_energy/projects/mm1-3/)

 

 

รูปที่ 9 โรงผลิตไฟฟ้าพลังขยะ CHO Morcenx Waste-to-Energy Power Plant ของกลุ่ม Europlasma บริษัทชั้นนำด้านเทคโนโลยีพลาสมาสำหรับอุตสาหกรรมและด้านพลังงานหมุนเวียนของฝรั่งเศส ตั้งอยู่ทางตะวันตกเฉียงใต้ของประเทศฝรั่งเศส ใช้เทคโนโลยี Plasma Gasification ของ Europlasma เอง ผลิต syngas จากขยะเพื่อเอาไปผลิตไฟฟ้า กำจัดขยะได้ 150 ตัน / วัน มีกำลังการผลิตไฟฟ้า 12 เมกะวัตต์ (ที่มารูป: https://renewablesnow.com/news/europlasma-secures-eur-30m-loan-from-eib-606941/)

 

 

(ก)

 

 

(ข)

 

รูปที่ 10 (ก) แบบจำลองของโรงผลิตเชื้อเพลิงจากขยะ Sierra Biofuels Plant ของบริษัท Fulcram BioEnergy Inc (ข) ใช้เทคโนโลยี Plasma-Melter Gasification System ของบริษัท InEnTec เพื่อเปลี่ยนขยะ MSW ประมาณ 175,000 ตัน/ปี เป็นเอทานอลและเมทานอลประมาณ 47 ล้านลิตร/ปี เฟส-2 มีมูลค่าประมาณ 8.96 พันล้านบาท กำลังก่อสร้างอยู่ขณะนี้ทางตอนเหนือของรัฐเนวาดา คาดว่าจะเริ่มการผลิตได้ในปีพ.ศ. 2563 ซึ่งจะเป็นโรงผลิตเชื้อเพลิงจากขยะระดับอุตสาหกรรมแห่งแรกของสหรัฐอเมริกา (เฟสแรกที่เป็นโรงจัดเตรียมขยะ หรือ feedstock processing facility ขนาดพื้นที่ 6,039 ตร. เมตร สร้างเสร็จเมื่อปีพ.ศ. 2559) [8]  (ที่มารูป: http://biomassmagazine.com/articles/11898/fulcrum-awards-abengoa-epc-contract-for-10-mmgy-biofuel-plant และ http://energy.mit.edu/news/turning-waste-into-clean-fuels/)

 

5. บทส่งท้าย

 

         ว่ากันตามจริงแล้วไม่มีระบบกำจัดขยะแบบใดที่สมบูรณ์พร้อม ไม่ว่าจะเป็นการฝังกลบ, การเผาแบบ incineration หรือการเผาแบบ thermal plasma gasification ล้วนมีจุดอ่อนให้ตำหนิได้ทั้งนั้น ไม่แง่ใดก็แง่หนึ่ง ที่ดีที่สุดก็คือการไม่มีขยะ แต่คำว่า “zero waste” ซึ่งฟังดูดีมากนั้น หมายถึงอะไรกันแน่ สังคมมนุษย์จะไม่สร้างขยะได้จริงหรือ ขยะเกิดมาจากกิจกรรมของสังคมมนุษย์ในหลายด้านด้วยกัน เช่น ขยะจากครัวเรือน, ขยะจากการขับถ่าย, ขยะจากภาคเกษตร, ขยะจากภาคอุตสาหกรรม, ขยะอิเล็กทรอนิกส์-แบตเตอรี่, ขยะจากการก่อสร้างและรื้อถอนอาคาร, ขยะจากโรงพยาบาล, ขยะจากร้านอาหารและโรงแรม ฯลฯ “zero waste” ของประเทศสิงคโปร์จึงหมายถึง “จะไม่มีการเอาขยะไปฝังกลบอีกต่อไป”  [9] ซึ่งนั่นหมายถึงว่าจะต้องบริหารจัดการเรื่องขยะอย่างเอาจริงเอาจังทั้งในเรื่อง การรณรงค์ให้เกิดวัฒนธรรมสร้างขยะแต่น้อยในสังคม, การคัดแยก / จัดเก็บขยะอย่างมีประสิทธิภาพ, การรีไซเคิลขยะให้มากที่สุด และกำจัดขยะที่เหลือด้วยเทคโนโลยีที่ดีที่สุด ซึ่ง thermal plasma gasification เป็นตัวเลือกใหม่ที่น่าสนใจ

 

เอกสารอ้างอิง

 

1. Bary Wilson, “Comparative Assessment of Gasification and Incineration in Integrated Waste Management Systems”, EnviroPower Renewable, Inc., http://www.eprenewable.com/uploads/files/63_5__Gasification_White_Paper_10-08-2014.pdf

2. “สถานการณ์ขยะของไทย วิกฤติขยะ 26ล้านตัน กำจัดได้อย่างถูกต้องแค่ 7.2 ล้านตัน”, ไทยพับลิก้า, 2 กันยายน 2014, ดูที่ https://thaipublica.org/2014/09/thailands-garbage-crisis/

3. “เปิดแล้วโรงไฟฟ้าพลังขยะแห่งแรกในกรุงเทพ”, TCIJ, 12 พฤษภาคม 2559, ดูที่ https://www.tcijthai.com/news/2016/12/current/6192

4. “แปลงขยะผลิตเป็นไฟฟ้า ชม รง.เตาเผาขยะ กทม.แห่งแรกเกิดแล้วที่หนองแขม”, สำนักข่าวอิศรา, 15 มิถุนายน 2559 เวลา 12:54 น, ดูที่ https://www.isranews.org/thaireform-other-news/47710-c-g.html

5. Youngchul Byun, Moohyun Cho, Soon-Mo Hwang and Jaewoo Chung, “Thermal Plasma Gasification of Municipal Solid Waste (MSW)”, Chapter 7 in “Gasification for Practical Applications”, Ed.: Yonseung Yun, ISBN: 978-953-51-0818-4, 2012, ดูที่ https://www.intechopen.com/books/gasification-for-practical-applications/thermal-plasma-gasification-of-municipal-solid-waste-msw-

6. ทิพย์สุภินทร์ หินซุย, "การศึกษาการกำจัดขยะชุมชนเพื่อผลิตพลังงานโดยใช้เทคโนโลยีพลาสมาแก๊สซิฟิเคชั่น", วิทยานิพนธ์ปริญญาวิศวกรรมศาสตรดุษฎีบัณฑิต, มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี, ปีการศึกษา 2556, ดูที่ http://sutir.sut.ac.th:8080/sutir/bitstream/123456789/4978/1/Fulltext.pdf

7. โครงการพัฒนาเทคโนโลยีพลาสมาไพโรไลซิส-แก๊สซิฟิเคชันสำหรับกำจัดขยะติดเชื้อและขยะอันตรายจากโรงพยาบาล, โปรแกรมวิจัยทางฟิสิกส์เพื่อสังคมและการแพทย์, ในเว็บไซต์นี้

8. “Fulcrum-Sierra BioFuels Plant-Nevada-Project Profile”, JSB Market Research, 30 April 2018, ดูที่ https://www.jsbmarketresearch.com/construction/fulcrum-sierra-biofuels-plant-nevada-project-profile

9. John Geddie, “In Singapore, Where Trash Becomes Ash, Plastics are Still a Problem”, World News, 6 June 2018, ดูที่ https://www.reuters.com/article/us-singapore-waste/in-singapore-where-trash-becomes-ash-plastics-are-still-a-problem-idUSKCN1J20HX

บทความย้อนหลัง

หน้ากากผ้า


ฟิสิกส์ของการผัดข้าวผัด


ภาวะโลกร้อน: มุมมองเชิงฟิสิกส์


สนามแม่เหล็กโลก – สลับขั้ว?


ไฟฟ้ากับแมลง


กราฟีน : วัสดุมหัศจรรย์ประโยชน์อนันต์


การกำจัดขยะด้วยพลาสมาร้อน


คาร์บอน-14


ดวงอาทิตย์กับกลศาสตร์ควอนตัม


กลศาสตร์ควอนตัมในชีวิตประจำวัน


การบำบัดรักษาด้วยลำอนุภาคโปรตอน (Proton Therapy)


เรื่องของหลอดไส้


เตาอบไมโครเวฟ


เรื่องน่ารู้เกี่ยวกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ารอบตัวเราที่ชื่อว่าไวฟาย (WiFi)


ประกวดออกแบบตราสัญลักษณ์ ศูนย์ความเป็นเลิศด้านฟิสิกส์


ฟิล์มกันความร้อนติดรถยนต์


ฟิสิกส์ของรถจักรยาน


วิธีคลายร้อนให้เมือง


ทำไมคนเราถึงเดินแกว่งมือ


แอลอีดีความเข้มสูง (High Brightness LED)


บทความทั้งหมด