Published with Blogger-droid v1.7.4

พลังงานทดแทน

น้ำมันเชื้อเพลิงที่ได้มาจากผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมได้มีการนำไปใช้ประโยชน์อย่างแพร่หลายไปทั่วโลกและเพิ่มปริมาณความต้องการมากขึ้นทุกปี แต่สิ่งที่ควรตระหนักเป็นอย่างยิ่งก็คือ เชื้อเพลิงเหล่านี้ย่อมมีวันหมดไปจากโลกได้ในที่สุดนับตั้งแต่บ่อน้ำมันแห่งแรกของโลกได้ถูกขุดเจาะขึ้นที่มลรัฐเพนซิลเวเนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา เมื่อปี พ.ศ. 2404 นักธรณีวิทยาคาดไว้ว่า หากไม่มีการสำรวจเพิ่มเติมพลังงานสำรองของโลกจะหมดไปในไม่ช้า โดยมีการคาดการณ์กันว่าน้ำมันปิโตรเลียมจะเหลือใช้อีก 40-50 ปี ส่วนแก๊สธรรมชาติจะเหลือใช้อีก 60-70 ปี จึงมีความจำเป็นอย่างยิ่งในการหาแหล่งพลังงานอื่นๆ มาเป็นพลังงานทางเลือกเพื่อทดแทนพลังงานปิโตรเลียม

          

1 พลังงานนิวเคลียร์

                จากที่ได้ทราบมาแล้วว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์นั้นให้พลังงานออกมาจำนวนมาก ปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นเกิดจากธาตุกัมมันตรังสียูเรเนียม -235 แตกตัวเป็นธาตุที่นิวเคลียสเล็กลง และคายพลังงานออกมาจำนวนมาก เราสามารถนำพลังงานดังกล่าวมาใช้ในการผลิตไอน้ำที่ใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าต่อไป อย่างไรก็ตาม ปัญหาที่สำคัญของพลังงานนิวเคลียร์ คือ กากธาตุกัมมันตรังสีที่เหลือจากการทำปฏิกิริยาซึ่งกำจัดได้ยาก และถ้าเกิดการรั่วไหลของกัมมันตรังสีก็จะส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตในบริเวณกว้าง ดังเหตุการณ์โรงไฟฟ้าเซอร์โนบิล (Chernobyl) ในประเทศยูเครน

    

2 พลังงานน้ำ

                ไฟฟ้าพลังน้ำเป็นกระแสไฟฟ้าที่ผลิตจากพลังงานที่เกิดจากการไหลของน้ำจากที่สูงสู่ที่ต่ำ ดังเช่นในเขื่อนกักเก็บน้ำต่างๆ ซึ่งถือเป็นพลังงานราคาถูก เนื่องจากเป็นการใช้ประโยชน์จากทรัพยากรที่มีอยู่และพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตจากเขื่อนเก็บกักน้ำก็ถือเป็นพลังงานหลักที่ใช้ในประเทศ อย่างไรก็ตาม ข้อเสียคือ ต้องใช้พื้นที่บริเวณภูเขาในการสร้างเขื่อน ซึ่งส่งผลกระทบต่อถิ่นที่อยู่อาศัยของมนุษย์และสัตว์ และยังเป็นการทำลายผืนป่าบริเวณนั้นอาจทำให้เกิดอุทกภัยได้

           

3 พลังงานลม

                เป็นการใช้พลังงานลมเปลี่ยนให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ซึ่งเหมาะสำหรับบริเวณที่เป็นพื้นที่กว้าง และความเร็วของกระแสลมค่อนข้างสูงพบได้แถบทวีปยุโรป แต่ก็มีข้อเสีย คือ เสียงที่ค่อนข้างดังของกังหันลม ซึ่งกินบริเวณกว้าง

                 

4 พลังงานแสงอาทิตย์

                เป็นการใช้พลังงานแสงอาทิตย์มากกระตุ้นให้เซลล์พลังงานแสงอาทิตย์ (Solar cell) ผลิตกระแสไฟฟ้า ข้อเสียคือราคาของเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีราคาสูง และต้องใช้หลายเซลล์เพื่อให้เกิดกระแสไฟฟ้าที่สูงพอจะใช้งานได้และกรณีฤดูฝนรวมทั้งฤดูหนาวที่มีแสงอาทิตย์น้อย

               

5 ไบโอดีเซลและไบโอเบนซิน

                ไบโอดีเซล หมายถึง เชื้อเพลิงเหลวที่เกิดจากกระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันของน้ำมันพืชกับแอลกอฮอล์บางชนิด ได้เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีลักษณะคล้ายน้ำมันดีเซล แต่ในปัจจุบันน้ำมันสูตรผสมต่างๆ เช่น น้ำมันก๊าดกับน้ำมันพืช น้ำมันปาล์มกับน้ำมันดีเซล ก็เรียกว่าไบโอดีเซล สำหรับประเทศไทยมีไบโอดีเซลที่ได้มาจากภูมิปัญญาคนไทย เช่น ที่อำเภอทับสะแก จังหวัดประจวบคีรีขันธ์ ซึ่งเป็นไบโอดีเซล จากน้ำมันมะพร้าวผสมกับน้ำมันดีเซล และเมื่อไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์ไทย ดร.ทรงศักดิ์    เกียรติสุข ได้คิดค้นน้ำมันไบโอเบนซิน โดยใช้วัสดุจากธรรมชาติมาแปรเปลี่ยนเป็นสารที่มีคุณภาพคล้ายน้ำมันเบนซินได้สำเร็จ ซึ่งถ้าสามารถผลิตได้ปริมาณมากก็จะมีประโยชน์ในเชิงพานิชย์ต่อประเทศชาติอย่างมาก

          

6 เอทานอล

                เอทานอลสามารถนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงทดแทนน้ำมันเบนซินได้เช่นเดียวกัน โดยนำไปผสมกับน้ำมันเบนซินในปริมาณ น้ำมันเบนซิน 90 ต่อแอลกอฮอล์ 10 ได้เป็นแก๊สโซฮอล์ (Gasohol) โดยเอทานอลได้จากกระบวนการหมักของพืชที่มีแป้งหรือน้ำตาลมาก เช่น ข้าว ข้าวโพด อ้อย มันสำปะหลัง กากน้ำตาล

ผลกระทบจากการใช้เชื้อเพลิงปิโตรเลียม

ผลกระทบจากการใช้เชื้อเพลิงปิโตรเลียม

              

  การเผาไหม้ของเชื้อเพลิงทุกชนิดจะก่อให้เกิดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เป็นจำนวนมาก แก๊สนี้เองเป็นแก๊สที่ทำให้เกิดปรากฎการณ์เรือนกระจกและฝนกรด ซึ่งปัญหาทางสิ่งแวดล้อมที่สำคัญยิ่ง

                

ปรากฎการณ์เรือนกระจก

              

     เป็นปรากฎการณ์ที่มีแก๊สบางชนิดเรียกว่าแก๊สเรือนกระจกอยู่ในบรรยากาศมาก เมื่อแสงและความร้อนจากดวงอาทิตย์ผ่านเข้ามายังโลกแล้วแก๊สเหล่านี้จะกักเก็บความร้อนเอาไว้ไม่ให้คายกลับออกไปได้โดยง่าย เหมือนกับเรือนกระจกที่ใช้ปลูกพืช

                อย่างไรก็ตาม แก๊สเหล่านี้มีความสำคัญมาก เนื่องจากทำให้บรรยากาศของโลกไม่หนาวหรือเย็นจัด ทำให้โลกอบอุ่น แต่เมื่อมีแก๊สเหล่านี้มากเกินไปจนเสียสมดุล ก็จะทำให้บรรยากาศของโลกมีความร้อนสะสมมาก อุณหภูมิสูงขึ้นจนกระทั่งอาจเป็นอันตรายได้ แก๊สที่มีความสามารถในการกักเก็บความร้อนได้ดีที่สุด คือแก๊สมีเทน ส่วนแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์แม้ไม่สามารถเก็บความร้อนได้มาก แต่เมื่อมีปริมาณมากก็เป็นสาเหตุสำคัญให้โลกร้อนขึ้นได้ การที่แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์มีปริมาณมากขึ้นนั้น เนื่องจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงซึ่งเพิ่มขึ้นมากหลังการปฏิวัติอุตสาหกรรม

แก๊สเรือนกระจกถ้ามีมากในชั้นบรรยากาศก็จะส่งผลถึงอุณหภูมิบนดาวเคราะห์นั้นๆ ด้วย เช่น ดาวศุกร์มีแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ถึงร้อยละ 96.50 ทำให้อุณหภูมิบนดาวศุกร์สูงถึง 470 องศาเซลเซียส เพราะว่าแก๊สเรือนกระจกนั้นจะกักเก็บความร้อนที่ได้จากดวงอาทิตย์เอาไว้ได้มาก

ตาราง ปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศของโลกและดาวศุกร์

ฝนกรด

                ฝนกรดก็เป็นอีกสาเหตุหนึ่งที่เกิดจากแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ แก๊สไนโตรเจนไดออกไซด์ และแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ซึ่งทั้งหมดนี้เป็นผลิตผลที่ได้จากการเผาไหม้เชื้อเพลิง เมื่อแก๊สเหล่านี้อยู่ในบรรยากาศจะสามารถรวมตัวกับน้ำฝนเกิดเป็นฝนกรด ซึ่งจะทำลายสิ่งแวดล้อมอย่างหนัก ประเทศไทยก็เคยได้รับผลกระทบอย่างมากเมื่อครั้งแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์รั่วที่โรงไฟฟ้าถ่านหินแม่เมาะ ซึ่งได้แก็สซัลเฟอร์ไดออกไซด์จากการเผาถ่านหินลิกไนต์เป็นเชื้อเพลิง

               

ปิโตรเลียม 2

การกลั่นน้ำมัน

                จากที่เราทราบแล้วว่าปิโตรเลียมที่ได้จากการขุดเจาะขึ้นมาที่เรียกว่าน้ำมันดิบนั้น จะประกอบไปด้วยสารประกอบจำนวนมากซึ่งจะแตกต่างกันออกไปตามท้องถิ่นหรือแหล่งที่พบ จึงจำเป็นต้องนำมาแยกออกจากกันก่อนแล้วจึงจะสามารถนำไปใช้ได้ โดยวิธีการแยกของผสมของปิโตรเลียมนั้นจะใช้วิธีการกลั่นลำดับส่วน

ส่วนต่างๆ ที่ได้จากการกลั่นน้ำมันโดยใช้หอกลั่นน้ำมัน แสดงดังตารางต่อไปนี้

หลังจากการกลั่นแล้ว น้ำมันที่ได้ออกมาในส่วนต่างๆ ก็จะถูกลำเลียงโดยท่อไปสู่การปรับปรุงคุณภาพ หรือนำส่งต่อเข้าสู่การแปรรูปอื่นๆ ต่อไป

                ในการแปรรูปน้ำมันหรือแก๊สที่ได้จากการกลั่นน้ำมันปิโตรเลียมนั้น โรงงานอุตสาหกรรมจะแบ่งประเภทของสารออกเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีจำนวนคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ 1-4 อะตอม ได้แก่ แก๊สมิกซ์ซีโฟร์ (mix C4) และสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีจำนวนคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ 5-10 อะตอม ซึ่งนำไปผลิตเป็นน้ำมันเชื้อเพลิงชนิดต่างๆ

1.              C₁-C₄

ส่วนหนึ่งจะถูกนำไปอัดด้วยความดันสูงลงสู่ถัง ได้เป็นสารที่เรียกว่า แก๊สปิโตรเลียมเหลว หรือแก๊สหุงต้ม (Liquefied Petroleum Gas : LPG) ซึ่งประกอบด้วยโพรเพน (Propane : C₃H₈) และบิวเทน (Butane : C₄H₁₀) เป็นสารที่ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น จึงมีการเติมสารประกอบบางชนิดเข้าไปเพื่อให้มีกลิ่น จะได้ทราบได้เวลาเกิดแก๊สรั่ว

อีกส่วนหนึ่งจะนำไปทำพอลิเมอร์หรือพลาสติกบางชนิดเพื่อให้มีราคาสูงขึ้น โดยพอลิเมอร์นั้นก็คือการนำสารโมเลกุลเล็กๆ เหล่านี้บางชนิดมาทำปฏิกิริยาต่อเชื่อมกันให้เป็นโมเลกุลสายยาวขนาดใหญ่ซึ่งเรียกว่าปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน (Polymerization) ได้เป็นพอลิเมอร์ซึ่งมีอยู่มากมายหลากหลายชนิด แต่ละชนิดก็จะนำไปใช้งานต่างกัน เนื่องจากสมบัติที่แตกต่างกันของพอลิเมอร์เหล่านั้น เพราะมีสารตั้งต้นต่างกันไป

2.              C₅-C₁₀

ค่อนข้างใช้กันมากที่สุด เนื่องจากเป็นองค์ประกอบของน้ำมันเบนซินซึ่งมีความต้องการทางการตลาดสูงมาก นิยมใช้เป็นเชื้อเพลิงรถยนต์

นอกจากจะได้จากการกลั่นน้ำมันดิบโดยตรงแล้ว น้ำมันที่มีจำนวนคาร์บอนมากๆ ก็นิยมที่จะนำมาทำปฏิกิริยาแตกสลายให้โมเลกุลมีขนาดเล็กลงเป็น C5-10 เพื่อใช้เป็นน้ำมันเบนซินเช่นกันซึ่งสามารถขายได้ราคาดีกว่า เป็นการปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่สำคัญมากทีเดียว นอกจากนั้นยังมีการเติมสารอื่นๆ เข้าไปเพิ่มเติมเพื่อให้ได้คุณภาพของน้ำมันที่ดี คือ เผาไหม้ได้สมบูรณ์ มีเขม่าและแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ออกมาน้อย

สำหรับการปรับปรุงคุณภาพของน้ำมันนั้น สามารถทำได้หลายวิธี เช่น

·       กระบวนการแตกสลาย (Cracking process) เป็นการนำสารประกอบไฮโดรคาร์บอนโมเลกุลใหญ่มาทำให้เป็นโมเลกุลเล็กลง ซึ่งใช้ประโยชน์ได้หลากหลายกว่า

·       กระบวนการรีฟอร์มมิง (Reforming process) เป็นการเปลี่ยนสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีโครงสร้างแบบโซ่ตรง ให้เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนแบบโซ่กิ่ง

·       วิธีแอลคิเลชัน (Alkylation) เป็นการรวมโมเลกุลของแอลเคน (C_nH_2n+2) กับแอลคีน(C_nH_2n) ให้ได้โมเลกุลแอลเคนแบบกิ่ง

·       วิธีโอลิโกเมอไรเซชัน (Oligomerization) เป็นการรวมสารประกอบของไฮโดรคาร์บอนแอลคีน(ไม่อิ่มตัว) เล็กๆ เข้าด้วยกัน

        น้ำมันเบนซินนั้นเป็นสารที่ได้มาจากปิโตรเลียมที่มีความยาวของคาร์บอนอะตอม C₅-C₁₀ องค์ ประกอบหลักของน้ำมันเบนซิน คือ สารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีโครงสร้างแบบโซ่กิ่ง ซึ่งจะมีคุณภาพดีกว่าโครงสร้างแบบโซ่ตรง เพราะจะทำให้เครื่องยนต์เดินเรียบไม่กระตุก

        การกำหนดคุณภาพของน้ำมันเบนซินนั้นจะใช้ค่าออกเทนเป็นตัวกำหนด ค่าออกเทน คือ ค่าที่แสดงถึงความสามารถในการต้านทานการน็อกของเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ มาตรฐานสำหรับการเปรียบเทียบได้แก่ ไอโซออกเทน (Isooctane) ซึ่งไอโซออกเทนบริสุทธิ์จะมีค่าออกเทน 100 และ นอร์มัลเฮปเทน (n-Heptane) ซึ่งนอร์มัลเฮปเทนบริสุทธิ์จะมีค่าออกเทน 0 เช่น น้ำมันเบนซินออกเทน 95 คือ น้ำมันที่มีคุณภาพเช่นเดียวกับเชื้อเพลิงเปรียบเทียบของไอโซออกเทน 95% ผสมกับนอร์มัลออกเฮปเทน 5% น้ำมันเบนซินมีค่าออกเทนสูง ก็จะมีความต้านทานการน็อกสูง อย่างไรก็ตาม เราสามารถเพิ่มค่าออก-เทนให้แก่น้ำมันเบนซินได้โดยการเติมสารเคมีบางประเภทลงไป เช่น เตตระเอทิลเลด [(C₂H₅)₄Pb] แต่สารประกอบออกไซด์ของตะกั่วที่เกิดขึ้นจากกระบวนการเผาไหม้ในเครื่องยนต์นั้นเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิต ในปัจจุบันจึงห้ามใช้น้ำมันเบนซินที่มีส่วนประกอบของตะกั่วแล้ว โดยใช้น้ำมันไร้สารตะกั่วแทน (Unleaded gasoline : ULG) ซึ่งก็คือน้ำมันเบนซินที่ใช้สารเมทิลเทอร์เซียรีบิวทิลอีเทอร์ (Methyl Tetiary-Butyl Ether : MTBE) ซึ่งเป็นสารเพิ่มค่าออกเทน และยังทำหน้าที่ลดการเกิดแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ที่ปล่อยออกมาจากไอเสียของเครื่องยนต์เบนซินอีกด้วย

ปิโตรเลียม

ปิโตรเลียม

ปัจจุบันนี้ปิโตรเลียมและผลิตภัณฑ์ที่ได้จากอุตสาหกรรมปิโตรเลียมนั้น เข้ามามีบทบาทในชีวิตประจำวันของคนเราเป็นอย่างมาก เราได้ใช้สารที่ได้จากน้ำมันและอุตสาหกรรมการแปรรูปสารเหล่านั้นออกมาเป็นผลิตภัณฑ์อื่นๆ อีกมากมาย

 ปิโตรเลียมเกิดขึ้นได้อย่างไร

            

           ปิโตรเลียมเกิดขึ้นมาจากการทับถมกันของซากสิ่งมีชีวิตซึ่งตายและจมลงสู่ก้นทะเล น้ำทะเลจะพัดพาเอาทรายและหินมาทับถมกันไป นานวันเข้าก็จะกดทับให้ซากสิ่งมีชีวิตเหล่านั้นจมลงสู่เบื้องล่างลึกลงไปทุกที เนื่องจากไม่มีจุลินทรีย์ที่อาศัยในส่วนลึกที่มีแรงดันสูงของโลก อีกทั้งยังเป็นสภาวะที่ไม่มีออกซิเจน ซากสัตว์ที่ทับถมกันจึงไม่สามารถเกิดการย่อยสลายได้เหมือนบนบก แต่จะกลายไปเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนในสถานะต่างๆ คือ ปิโตรเลียม อันได้แก่ น้ำมัน และแก๊สธรรมชาติขึ้นแทน ซึ่งโดยมากมักจะพบทั้ง 2 อย่างอยู่รวมกัน ปิโตรเลียมที่พบอาจจะมีองค์ประกอบต่างๆ ไม่เท่ากันได้ตามแหล่งที่พบ แหล่งปิโตรเลียมที่อยู่พบบนผิวโลกไม่ได้อยู่ใต้ทะเลหรือมหาสมุทรก็มีอยู่เช่นกัน

น้ำมันและแก๊สธรรมชาติ

                

      มนุษย์ได้รู้จักขุดเจาะเอาปิโตรเลียมและแก๊สธรรมชาติมาใช้นานแล้ว เดิมทีเชื้อเพลิงในสมัยแรกเริ่มคือถ่านซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลาย หลังจากนั้นได้มีการนำเอาถ่านหินมาใช้ ซึ่งมีบทบาทมากในช่วงการปฏิวัติอุตสาหกรรม เนื่องจากต้องใช้ถ่านหินมาเป็นเชื้อเพลิงในการต้มน้ำเพื่อนำไอน้ำที่ได้ไปปั่นเครื่องจักรไอน้ำ แต่หลังจากการนำน้ำมันมาใช้แล้ว ถ่านหินก็ลดบทบาทลงไป

                สารที่ได้จากแหล่งขุดเจาะนั้นจะประกอบด้วย 2 องค์ประกอบด้วยกัน คือ น้ำมันปิโตรเลียม และแก๊สธรรมชาติ ซึ่งทั้ง 2 ชนิดนี้องค์ประกอบหลักจะเป็นสารประกอบประเภทไฮโดรคาร์บอนซึ่งจะมีมากมายหลายชนิดผสมกันอยู่ สารประกอบไฮโดรคาร์บอนคือสารประกอบที่มีเฉพาะธาตุไฮโดรเจนและคาร์บอนเป็นองค์ประกอบเท่านั้น แต่ก็อาจจะพบธาตุอื่นๆ ปนอยู่บ้าง เช่น ไนโตรเจน ออกซิเจน และกำมะถัน

                1 น้ำมันปิโตรเลียม

                ปิโตรเลียมเป็นของเหลวชนิดหนืด มีสีเหลืองเข้มเรื่อยไปถึงน้ำตาล หรือดำแกมเขียว ซึ่งขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของน้ำมันนั้น อันจะแตกต่างกันไปในแต่ละแหล่งที่ค้นพบ โดยองค์ประกอบทางเคมีที่พบในน้ำมันดิบจะมีคาร์บอนประมาณ 82-87% ไฮโดรเจน 11-14% และกำมะถัน 0.1-5%

                2 แก๊สธรรมชาติ

                โดยมากแล้วองค์ประกอบสำคัญจะเป็นแก๊สมีเทน (Methane CH₄) ซึ่งมักจะมีอยู่สูงถึงร้อยละ 97 นอกนั้นก็จะเป็นแก๊สชนิดอื่นๆ เช่น อีเทน(C₂H₆) โพรเพน (C₃H₈) และบิวเทน (C₄H₁₀)

                สำหรับแก๊สธรรมชาตินั้น ปัจจุบันก็มีการนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงแทนน้ำมันอยู่มากเนื่องจากมีการเผาไหม้ได้สมบูรณ์ดี มีเขม่าและแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ออกมาน้อยมาก จัดเป็นเชื้อเพลิงที่สะอาดกว่าน้ำมันเบนซินหรือน้ำมันดีเซลมาก โดยใช้ในเครื่องยนต์แบบสันดาปภายใน (Internal Combustion

 Engine)