การผลิตแก๊สชีวภาพจากกากตะกอนดีแคนเตอร์โรงงานสกัดน้ำมันปาล์มร่วมกับมูลสุกร

ก า ก ต ะ ก อ น ดีแ ค น เ ต อ ร์เ ป็นวัสดุเ ศ ษ เ ห ลือ จา ก กระบวนการสกัดน้ำ มันปาล์ม ซึ่งสามารถนำ มาใช้ให้เกิดประโยชน์โดยการผลิตแก๊สชีวภาพได้ งานวิจัยนี้จึงเป็นการศึกษาการหมักร่วมกันระหว่างกากตะกอนดีแคนเตอร์กับมูลสุกร ที่
อัตราส่วนผสมต่างๆ เพื่อหาอัตราส่วนผสมที่ดีที่สุดในการผลิตแก๊สชีวภาพ โดยใช้อัตราส่วน น้ำหนักกากตะกอนดีแคนเตอร์ 0.5 กิโลกรัมต่อมูลสุกร 50 มล. (10%) 100 มล. (20%) 150 มล.(30%) 200 มล. (40%) และ 250 มล. (50%) โดยปริมาตร ระบบ
หมักแบบไร้อากาศ (Anaerobic Digester) ทำการหมักเป็นระยะเวลา 12 วัน ภายใต้อุณหภูมิห้อง (27 ± 3 องศาเซลเซียส) เก็บตัวอย่างน้ำหมักวัดค่า pH และปริมาตรแก๊สทุก 3 วัน วัดป ริม า ณ แ ก๊ส ชีว ภ า พ ที่เ กิด ขึ้น โ ด ย ก า ร แ ท น ที่น้ำ ( fluid displacement method) พบว่า การหมักกากตะกอนดีแคนเตอร์ร่วมกับมูลสุกร แบบไร้อากาศ อัตราส่วนมูลสุกรที่ทำให้เกิดแก๊สสูงสุด คือ อัตราส่วนผสมมูลสุกร 10% ซึ่งมีปริมาณแก๊สชีวภาพเท่ากับ มิลลิลิตรต่อวัน รองลงมา คือ 40% และ30%

ระบบการหมักแบบไร้อากาศจำลองในห้องปฏิบัติการ
การหมักกากตะกอนดีแคนเตอร์จากโรงงานสกัดน้ำมันปาล์มร่วมกับมูลสุกร โดยใช้อัตราส่วน น้ำหนักกากตะกอนดีแคนเตอร์ 0.5 กิโลกรัมต่อมูลสุกร 50 มล. (10%) 100 มล. (20%)150 มล. (30%) 200 มล. (40%) และ 250 มล. (50%) โดยปริมาตร ทำการทดลอง 3 ซ้ำ
ชุดที่ 1 ผสมกากตะกอนดีแคนเตอร์ต่อมูลสุกร ด้วยอัตราส่วน น้ำหนัก 0.5 ก.ก. ต่อ 50 มล. (10%)
ชุดที่ 2 ผสมกากตะกอนดีแคนเตอร์ต่อมูลสุกร ด้วยอัตราส่วน น้ำหนัก 0.5 ก.ก. ต่อ100 มล. (20%)
ชุดที่ 3 ผสมกากตะกอนดีแคนเตอร์ต่อมูลสุกร ด้วยอัตราส่วน น้ำหนัก 0.5 ก.ก. ต่อ 150 มล. (30%)
ชุดที่ 4 ผสมกากตะกอนดีแคนเตอร์ต่อมูลสุกร ด้วยอัตราส่วน น้ำหนัก 0.5 ก.ก. ต่อ 200 มล. (40%)
ชุดที่ 5 ผสมกากตะกอนดีแคนเตอร์ต่อมูลสุกร ด้วยอัตราส่วน น้ำหนัก 0.5 ก.ก. ต่อ 250 มล. (50%)
แบบจำ ลองระบบหมักแบบไร้อากาศ (Anaerobic Digester) มีลักษณะเป็นขวดแก้ว ขนาด 1 ลิตร ปริมาตรการใช้งาน 0.8 ลิตร ปิดปากขวดด้วยจุกยางพันทับด้วยพาราฟิล์ม

ผลการทดลองและอภิปรายผล
1) ลักษณะของวัสดุหมัก
วัสดุที่ใช้สำหรับหมัก คือ กากตะกอนดีแคนเตอร์โรงงานสกัดน้ำมันปาล์ม จากจากบริษัททักษิณน้ำมันปาล์ม จ.สุราษฎ์ธานี ส่วนหัวเชื้อไร้อากาศ (Pig Manure) จากบ่อพักมูลสุก ร ภ า ค วิช า สัต ว ศ า ส ต ร์ ค ณ ะ ท รัพ ย า ก ร ธ ร ร ม ช า ติมหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ วิทยาเขตหาดใหญ่ ซึ่งจากการวิเคราะห์สมบัติของมูลสุกรสดที่นำมาใช้ในการทดลอง พบว่า มูลสุกรมีค่า pH ที่ 5.56 ค่า TS เท่ากับ 36.58 mg/L ค่า TSSเท่ากับ 22.12 mg/L
2) ผลการทดลองของระบบการหมักแบบไร้อากาศในห้องปฏิบัติการ
ในการทดลองนี้ เป็นการศึกษาประสิทธิภาพการผลิตแก๊สชีวภาพจากการหมักกากตะกอนดีแคนเตอร์กับมูลสุกรที่อัตราส่วนผสมระดับต่างๆ โดยผสมกันในอัตราส่วนผสมน้ำหนักกากตะกอนดีแคนเตอร์ 0.5 กิโลกรัมต่อมูลสุกร 50 มล. (10%) 100
มล. (20%) 150 มล. (30%) 200 มล. (40%) และ 250 มล.(50%) โดยปริมาตร ทำการทดลอง 3 ซ้ำ โดยทำการหมักแบบกะ(batch) ภายใต้อุณหภูมิห้อง (27.7-29.5 องศาเซลเซียส) เป็นเวลา 12 วัน โดยวัดแก๊สที่เกิดขึ้น 3 วัน โดยอาศัยหลักการแทนที่น้ำ ในระหว่างการทดลองได้ทำการวิเคราะห์ค่าอุณหภูมิ ความเป็นกรด-ด่าง (pH) และองค์ประกอบของแก๊สชีวภาพ ซึ่งมีรายละเอียดในการวิเคราะห์ผลดังต่อไปนี้

2.1) อุณหภูมิ (Temperature)
อุณหภูมิมีผลต่อจุลินทรีย์เป็นอย่างมาก โดยอัตราการย่อยสลายสารอินทรีย์หรือปฏิกิริยาทางชีวเคมีของจุลินทรีย์ขึ้นกับอุณหภูมิ อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้นเมื่อมีการเพิ่มอุณหภูมิในการทดลองครั้งนี้ทดลองภายใต้อุณหภูมิห้อง (27.7-29.5 องศาเซลเซียส) เมื่อเริ่มเดินระบบ พบว่า อุณหภูมิเริ่มต้นของวัสดุหมักที่ป้อนเข้าระบบมีค่าอยู่ระหว่างช่วง 29.0-30.5 องศาเซลเซียสและอุณหภูมิวันสิ้นสุดการทดลองมีค่าอยู่ในช่วง 29.9-30.2 องศาเซลเซียส (Grady et al., 1999) ได้รายงานว่าช่วงอุณหภูมิ 10องศาเซลเซียส จุลินทรีย์ยังสามารถทำงานได้ แต่ประสิทธิภาพต่ำ
และค่าแนะนำต่ำสุดที่เป็นไปได้ในทางปฏิบัติ คือ 20-25 องศาเซลเซียส จะเห็นได้ว่า ค่าอุณหภูมิตลอดการทดลองมีค่าสูงกว่าค่าแนะนำต่ำสุด ดังนั้น อุณหภูมิจึงไม่มีผลกระทบต่อการทำงานและเติบโตของจุลินทรีย์สร้างมีเทนและไม่จำ เป็นต้องป้อนพลังงานใดๆ เพื่อเพิ่มอุณหภูมิแก่ระบบ

2.2) ความเป็นกรด-ด่าง (pH)
จากการศึกษาค่าพีเอชของวัสดุหมัก ก่อนป้อนเข้าสู่ถัง ปฏิกรณ์หมัก พบว่า ในทุกอัตราส่วนผสม มีค่าอยู่ระหว่าง 4.10- 4.17 (ภาพประกอบที่ 4) เมื่อเดินระบบ จะเห็นว่าค่าพีเอชของ ระบบเพิ่มขึ้นเล็กน้อย อาจเป็นเพราะจุลินทรีย์สร้างมีเทนมีการเจริญเติบโตได้เร็วกว่าจุลินทรีย์สร้างกรด และมีจำนวนเพิ่มขึ้น

2.3) อัตราการผลิตแก๊สชีวภาพ (Biogas production)
จากการทดลองได้ทำการวัดปริมาณแก๊สชีวภาพที่เกิดขึ้นโดยการแทนที่น้ำ โดยปริมาณแก๊สชีวภาพที่เกิดขึ้นเป็นตัวบ่งชี้ถึงประสิทธิภาพการเกิดแก๊ส เมื่อเดินระบบ พบว่า แก๊สชีวภาพในช่วง 2 วันแรกเกิดขึ้นสูงสุด (ภาพประกอบที่ 5) และจะลดลง
ต่ำสุดในช่วงวันที่ 4 และ 5 จากนั้นแก๊สชีวภาพที่เกิดขึ้นจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อย ในทุกอัตราส่วนผสมต่างๆ ทั้งนี้เนื่องจากจุลินทรีย์จะใช้สารอาหารที่ย่อยง่ายก่อนในวันแรกๆ จึงทำให้ได้แก๊สชีวภาพอย่างรวดเร็ว หลังจากนั้นจะเหลือสารอินทรีย์ที่ย่อยยาก อีกทั้งค่าพีเอชที่ต่ำลงกว่า 5.0 เป็นช่วงที่ไม่เหมาะสมต่อการผลิตแก๊ส
ชีวภาพของจุลินทรีย์ เมื่อพิจารณาปริมาณแก๊สชีวภาพ(ภาพประกอบที่ 5)อัตราส่วนที่ให้ปริมาณแก๊สชีวภาพต่อวันสูงสุด คือ อัตราส่วนผสมน้ำหนักกากตะกอนดีแคนเตอร์ 0.5 กิโลกรัมต่อมูลสุกร 50 มล. (10%) ให้แก๊สชีวภาพ เท่ากับ498.33 มล. อัตราส่วนมูลสุกร.40% ให้แก๊สรองลงมาเท่ากับ420.00 มล. และที่อัตราส่วนผสมมูลสุกรที่ระดับ 50% ให้แก๊สชีวภาพน้อยที่สุดเท่ากับ 143.33 มล.ปริมาณแก๊สชีวภาพสะสม (ภาพประกอบที่ 6) อัตราส่วนผสมที่ให้แก๊สชีวภาพสะสมสูงสุด คือ อัตราส่วนผสมน้ำหนักกากตะกอนดีแคนเตอร์ 0.5 กิโลกรัมต่อมูลสุกร 50 มล. (10%) ให้แก๊สชีวภาพ เท่ากับ 1,362.33 มล. อัตราส่วนมูลสุกร.40% ให้แก๊สรองลงมาเท่ากับ 1,175.33 มล. และที่อัตราส่วนผสมมูลสุกรที่ระดับ 50% ให้แก๊สชีวภาพน้อยที่สุดเท่ากับ 633.66 มล.

3. สรุป
การศึกษาการหมักกากตะกอนดีแคนเตอร์ร่วมกับมูลสุกรแบบไร้อากาศ พบว่า อัตราส่วนมูลสุกรที่ทำให้เกิดแก๊สสูงสุด คือ อัตราส่วนผสม 10% รองลงมา คือ 30% และ50%

เอกสารอ้างอิง
[1] วธิดา คะนะแนม. 2552. ผลของมูลไก่ กากตะกอนดีแคนเตอร์ และดินแดงในการผลิตปุ๋ยหมักจากทะลายปาล์มเปล่าปาล์มน้ำมัน.วิทยานิพนธ์วิทยาศาสตร์
มหาบัณฑิตสาขาวิชาการจัดการสิ่งแวดล้อม มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์.
[2] สมฤดี ฤทธิ์ยากุล. 2551. ศักยภาพการผลิตแก๊สชีวภาพและผลพลอยได้จากการหมักมูลสุกรร่วมกับสาหร่ายหนามจากทะเลสาบสงขลา. วิทยานิพนธ์วิทยาศาสตร์มหาบัณฑิต สาขาวิชาการจัดการสิ่งแวดล้อม มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์.
[3] Grady, C.P., Daigger, G.T. and Lim, H.C. 1999.Biotechnology Wastewater Treatment. NewYork : Margel Dekker,Inc

ขอขอบคุณ
[1] คุณจุรีย์ ช่วยชาติ โรงเรียนบ้านคลองโตน อำเภอวังวิเศษ จังหวัดตรัง 92210
[2] บทความวิจัย จากเว็ป ครูเพาะพันธุ์ปัญญา

การเปรียบเทียบปริมาณก๊าซชีวภาพจากการหมักมูลสุกรร่วมกับใบยางพารา และมูลสุกรร่วมกับทางปาล์ม

Abstract

This research attempted to compare the amount of biogas produced by anaerobic co-digestion between pig manure with rubber leaves and pig manure with palm frond. The pig manure was blended with the rubber leaves or palm frond in the ratio of 15 : 1 by weight. The blends were fed into the two reactors of 150 L in two times, first time in the first day and second time in the third day. The experiment was set under room temperature. It was found that the cumulative amount of the gas for the fifteen days digestion was 73.12 L and 91.68 L for rubber leaves mixed and palm frond mixed, respectively. In addition, the produced biogas

was burnt to find out the total thermal energy by heating water. It was found that the thermal energy were about 17.4 kcal and 129.6 kcal for rubber leaves mixed and palm frond mixed, respectively. The study indicated that the amount of gas from the co-digestion of pig manure with the palm frond is much than the pig manure with rubber leaves. And also the methane in biogas is over 60%.

ปฏิกิริยาการเกิดก๊าซชีวภาพ

การวิจัยในครั้งนี้เป็นการศึกษาเพื่อเปรียบเทียบปริมาณก๊าซชีวภาพจากการหมักมูลสุกรร่วมกับใบยางพาราและมูลสุกรร่วมกับทางปาล์ม ในอัตราส่วน 15 : 1 กิโลกรัม เติมวัสดุหลังจากหมักไปแล้ว 3 วัน ในถังหมักขนาด 150 L ภายใต้อุณหภูมิห้อง จากการศึกษาพบว่าปริมาณก๊าซชีวภาพสะสมเท่ากับ 73.12 L และ91.68 L ตามลำดับ ตลอดระยะเวลาการหมัก 15 วัน และเมื่อนำก๊าซชีวภาพไปเผาต้มน้ำ พบว่า ให้พลังงานความร้อน 17.4 kcal และ 129.6 kcal ตามลำดับ จากผลการศึกษาบ่งชี้ให้เห็นว่าปริมาณก๊าซชีวภาพจากการหมักมูลสุกรร่วมกับทางปาล์มมากกว่าการหมักมูลสุกรร่วมกับใบยางพาราและจากผลการตรวจสอบก๊าซที่ได้พบว่ามีก๊าซมีเทนสูงกว่า 60% ของก๊าซมาตรฐาน

1)ขั้นตอนและปฏิกิริยาการเกิดก๊าซชีวภาพ
กระบวนการย่อยสลายแบบไร้อากาศ (AnaerobicDigestion)ประกอบไปด้วย 3 ขั้นตอน
ขั้นตอนที่ 1 การย่อย ( Hydrolysis )ในขั้นตอนนี้ สารอินทรีย์โมเลกุลใหญ่ ได้แก่
คาร์โบไฮเดรต โปรตีน และไขมัน จะถูกแบคทีเรียย่อยสลายให้กลายเป็นสาอินทรีย์โมเลกุลเล็ก ความเร็วของกระบวนการย่อยสลายขึ้นอยู่กับเอนไซม์ที่ถูกปล่อยออกมาจากแบคทีเรีย รวมถึงความเข้มข้นของสารอินทรีย์ ความเข้มข้นของเอนไซม์ อุณหภูมิและการสัมผัสระหว่างเอนไซม์กับสารอินทรีย์ เป็นต้น
ขั้นตอนที่ 2 และ 3 การสร้างกรด ( Acidogenesis andAcetogenesis)
ในขั้นตอนนี้ สารอินทรีย์โมเลกุลเล็กซึ่งเป็นสารผลิตภัณฑ์ของการย่อยในขั้นแรก จะถูกเปลี่ยนเป็นกรดอินทรีย์ชนิดโมเลกุลเล็ก เช่น กรดอะซิติก (Acitic Acid) กรดโพรไพโอนิก (PropionicAcid) กรดวาเลอริก (Valeric Acid) และกรดแลคติก (LacticAcid) โดยแบคทีเรียสร้างกรดโดยกรดที่เกิดขึ้นจะมีกรดอะซิติกสูงสุดในปริมาณที่มากที่สุด และมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และไฮโดรเจนเกิดขึ้นในขั้นตอนนี้ด้วย อัตราการเจริญเติบโตของแบคทีเรียสร้างกรดจะสูงและทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมได้ดีกว่าแบคทีเรียสร้างมีเทน เนื่องจากระบวนการสร้างมีเทนส่วนใหญ่ต้องการใช้กรดอะซิติกเป็นสารตั้งต้น แต่กรดไขมันระเหยง่ายที่ได้จากกระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์มีหลายชนิด ซึ่งบางชนิดแบคทีเรียสร้างมีเทนไม่สามารถนำไปใช้ในกระบวนการสร้างมีเทนได้ โดยเป็นกรดไขมันระเหยง่ายขนาดใหญ่ เช่น กรดโพรไพโอนิก กรดบิวทิริก เป็นต้น ทำให้เกิดการสะสมของกรดอินทรีย์ประเภทนี้ในระบบ ธรรมชาติจึงได้สร้างกระบวนการในการเปลี่ยน
กรดไขมันระเหยง่ายที่มีขนาดใหญ่ให้กลายเป็นกรดอะซิติก(Acetogenesis) ซึ่งช่วยทำให้ไม่เกิดการสะสมของกรดอินทรีย์ในระบบ
ขั้นตอนที่ 4 การสร้างมีเทน (Methanogenesis)
ก๊า ซ มีเ ท น จ ะ ส ร้า ง จ า ก ก ร ด อ ะ ซิติก ก๊า ซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และก๊าซไฮโดรเจน (H2) ที่ได้จากกระบวนการสร้างกรด โดยแบคทีเรียสร้างมีเทน (MethaneFormer Bacteria) การสร้างก๊าซมีเทน มี 2 แบบ แบบแรกเกิด
จากการเปลี่ยนกรดอะซิติกเป็นก๊าซมีเทน คิดเป็น 70% ของก๊าซมีเทนที่เกิดขึ้นได้ในระบบ อีกแบบหนึ่งเกิดจากการรวมตัวกันของคาร์บอนไดออกไซด์และไฮโดรเจน
แบคทีเรียที่เป็นตัวสร้างมีเทนเจริญเติบโตได้ช้าและสภาพแวดล้อมมีผลต่อการเจริญเติบโตค่อนข้างมาก ช่วงค่าพีเอชที่เหมาะสมต่อการทำงานของแบคทีเรียแคบ โดยสามารถเจริญเติบโตได้ดีในช่วงพีเอชประมาณ 6.8 - 7.2 (Yadvika et
al., 2004) นอกจากนี้อุณหภูมิก็มีผลต่ออัตราการเจริญเติบโตเช่นกัน อีกทั้งแบคทีเรียในกลุ่มนี้ต้องการสารอาหารที่โครงสร้างไม่ซับซ้อนในการดำรงชีพ ดังนั้นการเติบโตของแบคทีเรียที่เป็นตัวสร้างมีเทนจึงขึ้นอยู่กับการทำงานของแบคทีเรียในขั้นตอนไฮโดรไลซีสและการสร้างกรด โดยแบคทีเรียทุกกลุ่มต้องทำงาน
อย่างสัมพันธ์กัน

2)ผลการทดลองและวิจารณ์ผล
2.1 ปริมาณก๊าซชีวภาพจากการหมักมูลสุกรร่วมกับใบยางพาราและมูลสุกรร่วมกับทางปาล์มผลการศึกษาปริมาณก๊าซชีวภาพจากการหมักมูลสุกรร่วมกับใบยางพาราและมูลสุกรร่วมกับทางปาล์ม พบว่าปริมาณก๊าซชีวภาพที่ได้จากการหมักมูลสุกรร่วมกับใบยางพารา และมูลสุกรร่วมกับทางปาล์ม เท่ากับ 73.12 L และ 91.68 L ตามลำดับจะเห็นว่า ก๊าซชีวภาพสะสมจากการหมักมูลสุกรร่วมกับทางปาล์ม มากกว่าการหมักมูลสุกรร่วมกับใบยางพารา

2.2 ปริมาณความร้อนที่ได้จากการเผาไหม้ก๊าซชีวภาพที่ได้จากการหมักมูลสุกรร่วมกับใบยางพาราและมูลสุกรร่วมกับทางปาล์ม ด้วยวิธีการต้มน้ำ ดังตารางที1

ผลการศึกษาปริมาณความร้อนที่ได้จากการต้มน้ำระหว่างก๊าซชีวภาพที่ได้จากการหมักมูลสุกรร่วมกับใบยางพาราและก๊าซชีวภาพที่ได้จากการหมักมูลสุกรร่วมกับทางปาล์มพบว่าปริมาณความร้อนที่ได้จากการหมักมูลสุกรร่วมกับทางปาล์ม มากกว่าการหมักมูลสุกรร่วมกับใบยางพาราจากผลการวิจัย ปริมาณก๊าซชีวภาพที่ได้จากการหมักมูลสุกรร่วมกับใบยางพาราและการหมักมูลสุกรร่วมกับทางปาล์ม
มีปริมาณใกล้เคียงกัน แต่ปริมาณความร้อนที่ได้แตกต่างกันเนื่องมาจากถังเก็บก๊าซจากการหมักมูลสุกรร่วมกับใบยางพาราเกิดรอยรั่วบริเวณบอลวาล์วด้านบน ทำให้ปริมาณความร้อนที่ได้เกิดความคลาดเคลื่อน

3) สรุป
การศึกษาปริมาณก๊าซชีวภาพจากการหมักมูลสุกรร่วมกับใบยางพาราและมูลสุกรร่วมกับทางปาล์ม พบว่าการหมักมูลสุกรร่วมกับทางปาล์ม เกิดก๊าซชีวภาพมากกว่าการหมักมูลสุกรร่วมกับใบยางพารา และ ปริมาณความร้อนที่ได้จากการหมัก
มูลสุกรร่วมกับใบยางพาราและมูลสุกรร่วมกับทางปาล์ม ด้วยวิธีการต้มน้ำปรากฏผลปริมาณความร้อนที่ได้จากการหมักมูลสุกรร่วมกับทางปาล์ม ให้พลังงานความร้อนมากกว่า และจากผลการตรวจสอบก๊าซที่ได้พบว่ามีก๊าซมีเทนสูงกว่า 60 เปอร์เซ็นต์ของก๊าซมาตรฐาน

เอกสารอ้างอิง
[1] ก๊าซชีวภาพ : จากปัญหาสิ่งแวดล้อมสู่ประโยชน์ทางด้านพลังงาน[ระบบออนไลน์].http://www.tj.co.th/optnews/modules/articles/article.php?id=234
(วันที่ 18 เม.ย. 2553)
[2] สมฤดี ฤทธิ์ยากุล. 2552. ประสิทธิภาพของการผลิตก๊าซชีวภาพจากการหมักมูลสุกรร่วมกับสาหร่ายหนามจากทะเลสาบสงขลา.มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ วิทยาเขตหาดใหญ่.
[3] Yadvika,Santosh,Sreekrishnan,T.R.,Kohli,S.andRana,V.2004. Enhancement of biogas production from solid substrates using different techniques – a review. Bioresource Technology. vol 95 page 1-10.

ขอขอบคุณ
บทความวิจัย จากเว็ป ครูเพาะพันธุ์ปัญญา

ปัจจัยและสภาพแวดล้อมต่างๆที่มีผลต่อการผลิตก๊าซชีวภาพ

การย่อยสลายสารอินทรีย์และการผลิตก๊าซมีปัจจัยต่าง ๆ เกี่ยวข้องดังต่อไปนี้

• อุณหภูมิในการเดินระบบ (operating temperature) เมทาโนเจน ไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิที่ต่ำมากหรือสูงมากได้ ถ้าหากอุณหภูมิลดลงต่ำกว่า10 °Cแบคทีเรียจะหยุดทำงาน
  • อุณหภูมิในการเดินระบบแบ่งเป็นสองระดับตามสปีชีส์ของเมทาโนเจน ได้แก่เมโซฟิลิก(Mesophilic)และเทอร์โมฟิลิก(Thermophilic)
    • อุณหภูมิที่เหมาะที่เมโซฟิลิก ทำงานได้ดีคือประมาณ 20 °C – 45 °C แต่ที่เหมาะสมที่สุดคือ ช่วง 37 °C – 41 °C โดยในช่วงอุณหภูมิระดับนี้แบคทีเรียส่วนใหญ่ในถังหมักจะเป็นเมโซฟิลิก
    • เทอร์โมฟิลิก ทำงานได้ดีในช่วงอุณหภูมิที่สูงกว่า โดยอุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุดคือประมาณ 50 °C – 52 °C แต่ก็สามารถทำงานในอุณหภูมิที่สูงขึ้นไปถึง 70 °C

แบคทีเรียเมโซฟิลิกนั้นมีจำนวนสปีชีส์มากกว่าเทอร์โมฟิลิก นอกจากนี้ยังสามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมได้ดีกว่าเทอร์โมฟิลิกอีกด้วย ทำให้ระบบหมักก๊าซชีวภาพที่ใช้เมโซฟิลิก เสถียรกว่า แต่ขณะเดียวกันอุณหภูมิซึ่งสูงกว่าในระบบที่ใช้เทอร์โมฟิลิกก็เป็นการช่วยเร่งปฏิกิริยาส่งผลให้อัตราการผลิตก๊าซสูงกว่า ข้อเสียอีกข้อของระบบเทอร์โมฟิลิก คือการที่ต้องใช้พลังงานจากภายนอกมาเพิ่มความร้อนให้ระบบ ทำให้อาจได้พลังงานสุทธิที่ต่ำกว่า

• ความเป็นกรด-ด่าง (pH Value) ค่าpH ที่เหมาะสมที่สุดในการผลิตก๊าซชีวภาพคือระหว่าง 7.0 – 7.2 ค่าpHในถังหมักขึ้นอยู่กับช่วงของการหมักด้วย เพราะในช่วงแรกแบคทีเรียที่สร้างกรดจะสร้างกรดเป็นจำนวนมากและทำให้ค่าpHลดลง ซึ่งถ้าหากpHลดลงต่ำกว่า5ก็จะหยุดกระบวนการย่อยและหมักทั้งหมดหรืออีกนัยหนึ่งก็คือแบคทีเรียตาย Methanogen นั้นอ่อนไหวต่อความเป็นกรดด่างมาก และจะไม่เจริญเติบโตหากpHต่ำกว่า6.5 ในช่วงท้ายของกระบวนการ ความเข้มข้นของ NH4 จะมากขึ้นตามการย่อยสลายไนโตรเจนที่เพิ่มขึ้น ซึ่งจะส่งผลให้ค่าpHเพิ่มโดยอาจเกิน 8 จนกระทั่งระบบผลิตเริ่มมีความเสถียร pH จะอยู่ระหว่าง 6.8 – 8

• อัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจน(C/N Ratio) อัตราส่วนของคาร์บอนต่อไนโตรเจนของขยะอินทรีย์ที่สามารถใช้ผลิตก๊าซชีวภาพคือตั้งแต่ 8– 30 แต่อัตราส่วนที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการผลิตก๊าซชีวภาพคือประมาณ 23 ถ้าอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจน สูงมาก ไนโตรเจนจะถูกMethanogenนำไปใช้พื่อเสริมโปรตีนให้ตัวเองและจะหมดอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้ได้ก๊าซน้อย แต่ถ้าหากC/N Ratio ต่ำมากๆ ก็จะทำให้ไนโตรเจนมีมากและไปเกาะกันเป็นแอมโมเนีย แอมโมเนียจะไปเพิ่มค่าpHซึ่งถ้าหากค่าpHสูงถึง8.5ก็จะเริ่มเป็นพิษกับแบคทีเรียทำให้จำนวนMethanogenลดลง นอกจากนี้หากC/N ratio อยู่นอกเหนือจากช่วง 8-30 จะทำให้มีสัดส่วนปริมาณก๊าซที่ได้เป็นก๊าซอื่นๆ เช่นคาร์บอนไดออกไซด์สูงขึ้น

มูลสัตว์โดยเฉพาะวัวควายมีอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนที่เหมาะสมที่สุด รองลงมาก็ได้แก่พวกดอกจอกผักตบและเศษอาหาร ขณะที่ฟางมีอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนที่ค่อนข้างจะสูง อย่างไรก็ตามสามารถนำวัตถุดิบที่มีอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนสูงมาผสมกับวัตถุดิบที่มีอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนต่ำได้ เพื่อให้ได้วัตถุดิบที่มีอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนที่ต้องการ

• ปริมาณสารอินทรีย์เข้าสู่ระบบ(Loading) ปริมาณสารอินทรีย์เข้าสู่ระบบคือ ปริมาณสารอินทรีย์ที่เราเติมใส่ถังหมักในแต่ละวัน ซึ่งถ้าหากว่าปริมาณที่เราเติมนั้นมากเกินไป ก็จะส่งผลให้ค่า pH ลดลงมากเกินไป(เนื่องจากในช่วงแรกของกระบวนการคือ acidogenesis กรดจะถูกผลิตขึ้นมา)จนทำให้ระบบล้มเหลวเนื่องจาก methanogen ตายหมด ซึ่งหากสิ่งนี้เกิดขึ้นจริงก็จะต้องเริ่มต้นระบบใหม่หมด แต่ถ้าหากปริมาณสารอินทรีย์เข้าสู่ระบบน้อยก๊าซที่ผลิตได้ก็จะน้อยตามไปด้วย เท่ากับว่าไม่ได้เดินระบบเต็มตามกำลังการผลิต ทำให้ถังหมักมีขนาดใหญ่เกินไปโดยไม่จำเป็น

• ระยะเวลาการกักเก็บสารอินทรีย์ในถังหมัก (Retention time) ระยะเวลาในการกักเก็บสารอินทรีย์ในถังหมักขึ้นอยู่กับปริมาณ และประเภทของสารอินทรีย์ที่เติมเข้าไปซึ่งมีลักษณะและคุณสมบัติที่แตกต่างกันไป รวมถึงรูปแบบของระบบ/ถังหมัก หากระยะเวลาในการกักเก็บสั้นไปก็จะไม่พอสำหรับแบคทีเรียที่จะผลิตก๊าซชีวภาพ นอกจากนี้แบคทีเรียยังจะถูกถ่ายออกจากระบบเร็วเกินไปส่งผลให้จำนวนแบคทีเรียลดลงไป ทำให้แบคทีเรียที่เหลืออยู่ทำการย่อยไม่ทันและอาจทำให้ค่าpHในถังหมักลดลงขึ้น ขณะเดียวกัน การที่ระยะเวลากักเก็บนานเกินไปจะทำให้เกิดตะกอนของสารอินทรีย์ที่แบคทีเรียย่อยสลายแล้วสะสมอยู่ทำให้ถังหมักมีขนาดใหญ่โดยไม่จำเป็น ระยะเวลาในการกักเก็บส่วนใหญ่จะประมาณ 14- 60 วัน ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ คือ ค่าTSC อุณหภูมิขนาดและประเภทของdigesterและปริมาณสารอินทรีย์ที่เติม ระยะเวลาในการกักเก็บนั้นเป็นตัวบ่งชี้ว่าแบคทีเรียจะมีชีวิตได้นานเท่าไหร่โดยไม่มีการเติมอาหาร เนื่องจากระยะเวลาการกักเก็บนั้นหมายถึงระยะเวลาที่แบคทีเรียต้องการเพื่อย่อยอาหารให้หมด ดังนั้นเมื่อไหร่ก็ตามที่แบคทีเรียยังย่อยอาหารไม่หมดก็หมายความว่าแบคทีเรียจะยังไม่ตายจากการขาดอาหาร

• ปริมาณของแข็ง (Total Solid Content, TSC)
  • Solid content ของสารอินทรีย์ในการผลิตก๊าซชีวภาพแบ่งเป็นสองระดับคือ
    • High-solid (ปริมาณของแข็งสูง) TSC สูงกว่า ~ 20%
    • Low-solid (ปริมาณของแข็งต่ำ) TSC ต่ำกว่า ~ 15%

ถังหมักที่ออกแบบสำหรับเติมสารอินทรีย์ high solid จะต้องใช้พลังงานมากกว่าในการสูบน้ำตะกอน (slurry) แต่เนื่องจากในระบบ high solid ความเข้มข้นของน้ำในถังหมักสูงกว่า พื้นที่ที่ใช้ก็จะน้อยกว่า ในทางกลับกัน ถังหมัก Low solid สามารถใช้เครื่องสูบน้ำทั่วไปที่ใช้พลังงานน้อยกว่าสูบน้ำตะกอน แต่ก็ต้องใช้พื้นที่มากกว่าเนื่องจากปริมาตรต่อสารอินทรีย์ที่เติมเข้าไปสูงขึ้น กระนั้นก็ดี การที่น้ำตะกอนมีความใสกว่าก็ทำให้การหมุนเวียนและกระจายตัวของของแบคทีเรียและสารอินทรีย์ดีขึ้นและการที่แบคทีเรียสามารถสัมผัสสารอินทรีย์อย่างทั่วถึงก็ช่วยให้การย่อยและการผลิตก๊าซเร็วขึ้น

• การคลุกเคล้า (Mixing) การคลุกเคล้าตะกอน น้ำ และ สารอินทรีย์ เป็นส่วนที่สำคัญอีกส่วนเพราะจะทำให้แบคทีเรียสัมผัสกับสารอินทรีย์ได้อย่างทั่วถึง ทำให้แบคทีเรียทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ส่งผลให้การเกิดก๊าซเร็วขึ้นและมากขึ้น นอกจากนี้ยังป้องกันการตกตะกอนและตะกอนลอย(Scum) ซึ่งตะกอนอาจจะไปอุดช่องทางสำหรับระบายของเหลวจากถัง

• สารอาหาร(nutrient) สารอาหารที่แบคทีเรียต้องการเพื่อการเจริญเติบโต นอกเหนือไปจากคาร์บอนและไฮโดรดเจนแล้ว ยังมีไนโตรเจน ซัลเฟอร์ ฟอสฟอรัส โปแตสเซียม แคลเซียม นอกจากนี้ก็มีธาตุที่จำเป็นในปริมาณน้อยมากๆ เช่น เหล็ก แมงกานีส ลิบดินัม สังกะสี โคบอลต์ ซิลิเนียม ทังเสตน และนิเกิลเป็นต้น แต่ขยะอินทรีย์โดยทั่วไปจะมีธาตุอาหารเหล่านี้ในระดับที่สมดุลพอเพียง เพราะฉะนั้น ในการหมักจึงไม่จำเป็นต้องเติมสารอาหารใดๆ ลงไป

• สารยับยั้งและสารพิษ (inhibiting and Toxic Materials) เช่น กรดไขมันระเหยได้ ไฮโดรเจน หรือแอมโมเนีย รวมถึงธาตุไอออน, สารพิษ, โลหะหนัก, สารทำความสะอาดต่างๆ เช่นสบู่ น้ำยาล้างต่างๆ และยาปฏิชีวนะ สามารถส่งผลยับยั้งการเจริญเติบโตและการผลิตก๊าซของแบคทีเรียได้

ธาตุไอออนในปริมาณน้อย(เช่น โซเดียม, โปแตสเซียม, แคลเซียม, แมกนีเซียม, ซัลเฟอร์, แอมโมเนียม)สามารถช่วยกระตุ้นการเติบโตของแบคทีเรียเช่นกัน แต่ถ้าหากปริมาณนั้นมากก็จะส่งผลเป็นพิษได้ ยกตัวอย่างเช่นแอมโมเนียในปริมาณ50-200มิลิกรัมต่อลิตรจะเป็นผลดี ช่วยในการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย แต่เมื่อใดที่ความเข้มข้นของแอมโมเนียสูงกว่า1,500 มิลิกรัมต่อลิตรก็จะเริ่มส่งผลเสีย ในทางเดียวกัน โลหะหนักบางประเภท(เช่น ทองแดง, นิเกิล, โครเมียม, สังกะสี, ตะกั่ว และอื่นๆ) ในปริมาณที่น้อยๆ ช่วยในการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย แต่เมื่อความเข้มข้นสูงก็จะเป็นพิษ

• อัลคาลินิตี้ (Alkalinity) ค่าอัลคาลินิตี้ หมายถึง ความสามารถในการรักษาระดับความเป็นกรด-ด่าง ค่าอัลคาลินิตี้ที่เหมาะสมต่อการหมักมีค่าประมาณ ๑,๐๐๐-๕,๐๐๐ มิลลิกรัม/ลิตร ในรูปของแคลเซียมคาร์บอร์เนต (CaCO3)

• ชนิดและแบบของบ่อแก๊สชีวภาพ (Biogas Plant) บ่อแก๊สชีวภาพ แบ่งตามลักษณะการทำงาน ลักษณะของของเสียที่เป็นวัตถุดิบ และประสิทธิภาพการทำงานได้เป็น ๒ ชนิดใหญ่ ดังนี้
• บ่อหมักช้าหรือบ่อหมักของแข็ง บ่อหมักช้าที่มีการสร้างใช้ประโยชน์กันและเป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไป มี ๓ แบบหลักคือ
  • แบบยอดโดม (fined dome digester)
  • แบบฝาครอบลอย (floating drum digester) หรือแบบอินเดีย (Indian digester)
  • แบบพลาสติกคลุมราง (plastic covered ditch) หรือแบบปลั๊กโฟลว์ (plug flow digester)
• บ่อหมักเร็วหรือบ่อบำบัดน้ำเสีย แบ่งได้เป็น ๒ แบบหลัก คือ
• แบบบรรจุตัวกลางในสภาพไร้ออกซิเจน (Anaerobic Filter) หรืออาจเรียกตามชื่อย่อว่า แบบเอเอฟ (AF) ตัวกลางที่ใช้ทำได้จากวัสดุหลายชนิด เช่น ก้อนหิน กรวด พลาสติกเส้นใยสังเคราะห์ ไม้ไผ่ตัดเป็นท่อน เป็นต้น ในลักษณะของบ่อหมักเร็วแบบนี้ จุลินทรีย์จะเจริญเติบโตและเพิ่มจำนวนบนตัวกลางที่ถูกตรึงอยู่
• แบบยูเอเอสบี (UASB หรือ Upflow Anaerobic Sludge Blanker) บ่อหมักเร็วแบบนี้ใช้ตะกอนของสารอินทรีย์ (sludge) ที่เคลื่อนไหวภายในบ่อหมักเป็นตัวกลางให้จุลินทรีย์เกาะ ลักษณะการทำงานของบ่อหมักเกิดขึ้น โดยการควบคุมความเร็วของน้ำเสียให้ไหลเข้าบ่อหมักจากด้านล่างขึ้นสู่ ด้านบนตะกอนส่วนที่เบาจะลอยตัวไปพร้อมกับน้ำเสียที่ไหลล้นออกนอกบ่อตะกอนส่วนที่หนัก จะจมลงก้นบ่อ

บทความจาก : วิกีพีเดีย/ก๊าซชีวภาพ

การผลิตไฟฟ้าจากขยะ โดยการฝังกลบขยะมูลฝอย

เทคโนโลยีการผลิตพลังงานจากหลุมฝังกลบขยะมูลฝอย เพื่อลดการปล่อยก๊าซมีเทนที่เกิดจากกระบวนการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจนภายในหลุมฝังกลบ โดยปริมาณขยะมูลฝอยในพื้นที่ตลอดอายุการดำเนินงานฝังกลบเหมาะสมที่จะนำมาผลิตกระแสไฟฟ้าควรมีปริมาณไม่น้อยกว่า 1 ล้านตันขึ้นไป

ขั้นตอนการนำขยะมาผลิตกระแสไฟฟ้า

1. นำขยะมาแยกประเภทก่อนที่จะนำไปฝังกลบในหลุมขยะ(แลนด์ฟิลล์)    ซึ่งจะต้องเป็นขยะที่ย่อยสลายได้เท่านั้น
2. หลังจากนำขยะมารวมในบ่อแล้ว เมื่อฝนตกน้ำจะไปทำปฏิกิริยาทำให้เกิดก๊าซหลายชนิด ซึ่งจะมีก๊าซมีเทน ปนอยู่ประมาณ 30-55%  ขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำฝน
—3. แยกก๊าซ โดยภายในบ่อฝังขยะจะมีการติดตั้งท่อนำก๊าซ ไปยังเครื่องแยกก๊าซ เพื่อแยกก๊าซมีเทน ออกมาเข้าเครื่องผลิตกระแสไฟฟ้า อยู่ที่จะเลือกวิธีไหนในการผลิตไฟฟ้า ซึ่งมีวิธีหลักๆ อยู่ 3 วิธีดังนี้
      1. ระบบกังหันไอน้ำ
      2. ระบบกังหันก๊าซเดินคู่กับระบบกังหันไอน้ำ
      3. ระบบเครื่องยนต์ก๊าซสันดาปภายใน

—4. หลังจากนำขยะมาฝังกลบแล้ว ต้องใช้เวลาหมักขยะอย่างต่ำหนึ่งปีครึ่ง จึงจะมีก๊าซเพียงพอในการผลิตกระแสไฟฟ้าได้

กลุ่มประเทศที่มีการผลิตพลังงานโดยใช้ก๊าซชีวภาพจากหลุมฝังกลบขยะมูลฝอยกันมากได้แก่ ประเทศในกลุ่มยุโรป สหรัฐอเมริกา แคนนาดา ออสเตรเลีย นิวซีแลนด์และประเทศในแถบเอเชีย (เกาหลีใต้ ฟิลิปินส์ เป็นต้น)
สำหรับในประเทศไทยได้มีการเริ่มนำร่องขึ้นในปี พ.ศ. 2538 โดยศูนย์ปฏิบัติการ วิศวกรรมพลังงานและสิ่งแวดล้อม คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ซึ่งมีเป้าหมายผลิตกระแสไฟฟ้าขนาด 650 kW

โรงไฟฟ้าก๊าซชีวภาพ - การผลิตพลังงานไฟฟ้าจากก๊าซชีวภาพ

การผลิตพลังงานไฟฟ้าจากก๊าซชีวภาพสามารถกระทำได้ด้วยวิธีหลัก ๆ 3 วิธี กล่าวคือ
1. ระบบกังหันไอน้ำ
2. ระบบกังหันก๊าซเดินคู่กับระบบกังหันไอน้ำ
3. ระบบเครื่องยนต์ก๊าซสันดาปภายใน

1. การผลิตพลังงานไฟฟ้าด้วยระบบกังหันไอน้ำ

วิธีนี้เป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไป โดยระบบกังหันไอน้ำแต่ละระบบจะต่างกันตรงชนิดเชื้อเพลิงที่นำมาเผาให้ความร้อนแก่หม้อน้ำเท่านั้น ระบบนี้เป็นการนำก๊าซชีวภาพมาเผาเพื่อต้มน้ำในหม้อน้ำโดยตรงให้กลายเป็นไอน้ำ จากนั้นใช้ไอน้ำไปหมุนกังหันไอน้ำที่ต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอีกทอดหนึ่ง อุปกรณ์หลักประกอบด้วย เตาเผาก๊าซชีวภาพ หม้อน้ำ (BOILER) ระบบจ่ายน้ำและบำบัดน้ำ เครื่องควบแน่น (CONDENSER) หอหล่อเย็น (COOLING TOWER) กังหันไอน้ำ (TURBINE) และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งประกอบด้วยอุปกรณ์สำคัญที่ซับซ้อนหลายชนิด

จุดเด่นของระบบ
คุณภาพและความดันของก๊าซชีวภาพที่ใช้ไม่จำเป็นต้องสูงมากนัก สิ่งที่ต้องระวังก็คือ อย่าให้การเผาก๊าซก่อความเสียหายแก่เตาเผา การจัดการกับก๊าซในระบบนี้ ทำได้ง่าย

จุดด้อยของระบบ
ระบบนี้มีความซับซ้อนมาก ค่าใช้จ่ายในการลงทุนสูง การติดตั้งต้องใช้เวลานานและใช้พื้นที่มาก การเคลื่อนย้ายระบบทำได้ลำบาก ปริมาณน้ำที่ใช้สูง ใช้แรงงานในการจัดการมาก และประสิทธิภาพของระบบต่ำ อยู่ที่ประมาณ 15 %

2. การผลิตพลังงานไฟฟ้าด้วยระบบกังหันก๊าซเดินคู่กับระบบกังหันไอน้ำ

วิธีนี้น่าจะมีประสิทธิภาพดีที่สุด หลักการทำงานก็คือ ใช้ระบบกังหันก๊าซชนิดเดียวกับที่ใช้ในเครื่องบินไอพ่น โดยอัดอากาศผ่านเครื่องอัดความดันสูง แล้วนำอากาศความดันสูงที่ได้มาเผาร่วมกับก๊าซชีวภาพในห้องเผาไหม้ ซึ่งทำให้ ก๊าซที่เผาไหม้แล้วเกิดการขยายตัวทันที กลายเป็นพลังงานไปหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

เนื่องจากก๊าซเสีย (ก๊าซผสม ที่ปล่อยทิ้ง) มีอุณหภูมิสูงถึง 450–550 องศา ดังนั้น จึงสามารถนำไปใช้ให้ความร้อนแก่หม้อน้ำ เพื่อไปหมุนกังหันไอน้ำที่ใช้ขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้อีกทอดหนึ่ง ระบบนี้ให้ประสิทธิภาพโดยรวมประมาณ 30%

จุดเด่นของระบบ
การทำงานของระบบมีความแน่นอนเชื่อถือได้ เมื่อพิจารณาถึงคุณภาพของก๊าซชีวภาพ แม้จะมีกำมะถันและสิ่งอื่นเจือปนอยู่บ้างก็ไม่เป็นปัญหา เนื่องจากระบบกังหันก๊าซมีประสิทธิภาพสูง แต่ขนาดไม่ใหญ่ สะดวกต่อการเคลื่อนย้าย ดังนั้น จึงเหมาะกับโครงการก๊าซชีวภาพที่ไม่มีความแน่นอนในเรื่องวัตถุดิบที่นำมาทำเชื้อเพลิง (ทั้งนี้ ยังไม่รวมส่วนของระบบกังหันไอน้ำที่ใช้ก๊าซเสียจากระบบกังหันก๊าซเป็นแหล่งความร้อน)

จุดด้อยของระบบ
ใช้พลังงานสูงในกระบวนการผลิตไฟฟ้า โดยเฉพาะระบบกังหันก๊าซซึ่งแม้จะมีประสิทธิภาพสูง แต่ก็ต้องการพลังงานสูงเช่นกันในการอัดก๊าซผสมจำนวนมาก ทำให้พลังงานไฟฟ้าที่ได้ลดลงถึง 15–20% เมื่อรวมกับพลังงานไฟฟ้าจากระบบกังหันไอน้ำ ส่งผลให้ประสิทธิภาพต่ำลง 10–15% นอกจากนี้ยังมีข้อเสียอื่น ๆ ของระบบกังหันไอน้ำเช่นเดียวกับวิธีที่ใช้ผลิตไฟฟ้าด้วยระบบกังหันไอน้ำ

3. การผลิตพลังงานไฟฟ้าด้วยระบบเครื่องยนต์ก๊าซสันดาปภายใน

เครื่องยนต์สันดาปภายในเครื่องแรกที่ใช้ก๊าซเป็นเชื้อเพลิง ผลิตขึ้นในปี ค.ศ.1876 ที่ประเทศเยอรมันนี ต่อมาอีก 10 ปี เครื่องยนต์สันดาปภายใน 4 จังหวะที่ใช้น้ำมันเป็นเชื้อเพลิงได้ถือกำเนิดขึ้นที่เยอรมันเช่นกัน สำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้ก๊าซธรรมชาติและใช้ก๊าซชีวภาพนั้น การทำงานของเครื่องยนต์จะมีลักษณะเหมือนกับการทำงานของเครื่องยนต์ในรถยนต์ที่ใช้น้ำมันเบนซิน ซึ่งต้องมีการจุดระเบิดโดยใช้หัวเทียน แต่มีส่วนประกอบหรือชิ้นส่วนต่าง ๆ เหมือนกับเครื่องยนต์ดีเซลมากกว่า โดยก๊าซที่เผาไหม้ในกระบอกสูบของเครื่องยนต์ก๊าซสันดาปภายในที่จุดศูนย์กลาง อาจมีอุณหภูมิสูงถึง 1,400 องศา ทำให้ประสิทธิภาพของการผลิตไฟฟ้าด้วยระบบนี้สูงกว่าระบบที่ใช้กังหันก๊าซเดินคู่กับระบบกังหันไอน้ำโดยมีค่าอยู่ที่ 32–40 % และค่าเฉลี่ยทั่วไปจะอยู่ที่ 35%

จุดเด่นของระบบ
1. คุณภาพของก๊าซไม่จำเป็นต้องสูงมากนักและไม่ต้องเพิ่มความดันให้กับก๊าซที่นำมาใช้ ถ้าปริมาณ H2S ในก๊าซชีวภาพไม่เกิน 200 mg/cu.m. ก็สามารถนำมาใช้ได้โดยตรง
2. ประสิทธิภาพในการผลิตพลังงานไฟฟ้าสูงถึง 32 – 40 % หากนำความร้อนจากไอเสียมาใช้ให้เป็นประโยชน์ โดยทำน้ำร้อนและน้ำเย็นเพื่อใช้เป็นระบบปรับอากาศ อาจจะได้ประสิทธิภาพสูงถึง 80 %
3. การสูญเสียพลังงานในระบบการผลิตมีน้อย ปริมาณน้ำที่ใช้ไม่มาก พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในกระบวนการผลิตประมาณ 2-4%
4. ค่าใช้จ่ายในการลงทุนต่ำ การติดตั้งใช้เวลาน้อย เครื่องยนต์ก๊าซสันดาปภายในใช้เทคโนโลยีไม่สูง ส่วนประกอบของเครื่องยนต์ 80% เหมือนกับเครื่องยนต์ดีเซล การซ่อมบำรุงรักษาทำได้ง่าย การรื้อถอนและขนย้ายทำได้สะดวก
5. สามารถสร้างได้ตั้งแต่ขนาดเล็กจนถึง 10 MW

บทความจากเว็ป :  protectionrelay.blogspot.com

Thai Biogas Generator : Biomass Gasification

Operational Mechanism

After the raw biomass material was put into the gasifier, chemical processes like pyrolysis reaction and deoxidization were taken place with the burning, part of raw material was burned with the oxygen, provide heat for the pyrolysis, but more biomass materials were pyrolyzed in high temperature, and separate out volatile and char. The volatile reacted for the second time within the high temperature region and the tar was pyrolyzed further into gas. At the same time, reduction reactions were happened between the char and gas, and between the gases themselves. In the end, gas phase tar and gas went to the separator, accompanying with some small char particles and ash particles and gas phase been separated, part of the char re-circulate to the gasifier to react again, gas phase tar was cleaned by water after scrubber. And the clean gas meets with the requirement of the gas engine to generate power.

Operational Parameters

This system is used air as gasification medium, and the operating temperature should between 650-850 C? The components of fuel gas include: N₂ (nitrogen), O₂ (oxygen), H₂ (hydrogen), CO2 (carbon dioxide), CO (carbon monoxide), CH₄ (methane) and C_nH_m, etc. and the heat value of the gas in between 4600-6300kJ/Nm³.

Take an example of 1 MW rice hull gasification and power generation system. After the successful ignition of the gasifier, the power generating system begins to operate. Comparing with other kinds of biomass materials, rice hull has a high ash content, as much as 20%,When the temperature is more than 850 C? silica and potassium oxide in the ash will slag on the surface of the rice husk particles, forming a glass-like barrier, which prevents the further reaction of the remaining char and jams in exit of the ash; When the temperature is less than 700 C? part of carbon in the fuel remains un-burnt and accumulates in the reactor, resulting in lower efficiencies. Due to such characteristics of the ash, the CFB gasifier is supposed to be a promising choice for rice husk, since the bed temperature can be kept below the ash slagging temperature by controlling its operating parameters properly. At general condition, the reacting temperature inside the gasifier should be steadily kept around 750-850 C?

Credit to : web: china-power-contractor.cn

ขั้นตอนการเกิดก๊าซชีวภาพหรือไบโอแก๊ส

ก๊าซชีวภาพหรือไบโอแก๊สเกิดจากการทำงานของเชื้อแบคทีเรีย 3 กลุ่ม ซึ่งจะต้องมีปริมาณสัมพันธ์กัน เพราะหากสารอาหารหรือมูลสัตว์มีมากเกินไป เชื้อแบคทีเรียกลุ่มที่ 1 และ 2 จะผลิตกรดออกมามาก จะทำให้เชื้อแบคทีเรียกลุ่มที่ 3 หยุดทำงาน ก๊าซชีวภาพหรือไบโอแก๊สก้อไม่เกิด

แต่หากสารอาหารหรือมูลสัตว์มีน้อยเกินไปเชื้อแบคทีเรียกลุ่มที่ 1 และ 2 จะเจริญเติบโตช้า ส่งผลให้ผลิตก๊าซชีวภาพได้น้อย   หากได้มีการกวนผสมสารอาหารหรือมูลสัตว์พอสมควร จะทำให้แบคทีเรียทั้ง 3 กลุ่ม ทำงานสัมพันธ์ได้ดีขึ้น ก๊าซชีวภาพหรือไบโอแก๊สจะเกิดในปริมาณมากขึ้น 

แก๊สซิไฟเออร์(Gasifier) คืออะไร

คือแก๊สที่เกิดจากการเผาชีวมวล ในที่อับอากาศ แก๊สที่ได้เป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ มีพลังงานประมาณราว ๆ 13-15 KJ/ลบ.ม ในขณะที่ ไบโอแก๊สมีค่าพลังงานประมาณ 21MJ/ ลบ.ม

การใช้งานมีสองแบบคือ
1) เอาแก๊สที่ได้ไปผ่านกระบวนการทำความสะอาด แล้วส่งให้แก่เครื่องยนต์สันดาปภายใน
เนื่องจากค่าพลังงานของแก๊สซิไฟเออร์ต่ำมาก เครื่องยนต์ที่ใช้จึงต้องมีขนาดใหญ่เดินเครื่องที่ไม่เกิน 500 RPM

2)เอาไปเผาไหม้โดยตรงได้อุณหภูมิสูงแต่ปริมาณความร้อนต่ำ ได้ความร้อนไปใช้งาน

เครื่องปั่นไฟพลังงานทดแทน : ขบวนการเกิดก๊าซชีวภาพ

น้ำมูลสัตว์ ถูกย่อยสลายด้วยแบคทีเรียในสภาวะไร้ก๊าซออกซิเจน(Anaerobic Digestion) ในบ่อหมักแบบบิด
ขบวนการย่อยสลายจนได้ก๊าซชีวภาพมี 3 ขั้นตอน

1) การย่อยสลายสารโมเลกุลใหญ่ (Hydrolysis)

น้ำมูลสัตว์ประกอบด้วยสารอินทรีย์ต่าง ๆ คือ โปรตีน คาร์โบไฮเดรท และไขมัน จะถูก ย่อยสลายโดยเอนไซม์ที่ปล่อยออกมาจากแบคทีเรียพวก Hydrolytic Organisms ทําให้สารอินทรีย์แตกตัวมีขนาดโมเลกุลเล็กลง

2)การผลิตกรดอินทรีย์ (Acidogenesis)

สารอินทรีย์ที่มีโมเลกุลเล็กลง จะถูกย่อยสลายด้วยแบคทีเรียพวกสร้างกรด (Acid Former) เป็นกรดอินทรีย์ระเหยง่าย(Volatile acid) และสารอื่น ๆ กรดที่เกิดขึ้นส่วนใหญ่ คือ กรดอะซีติค (Acetic acid) และกรดโพรพิโอนิค (Propionic acid)

3)การผลิตก๊าซมีเธน (Methanogenesis)

กรดอินทรีย์ระเหยง่าย(Volatile acid) จะถูกย่อยสลายต่อไปจนได้ ก๊าซ มีเธน (CH4) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เป็นส่วนใหญ่ ยังเกิดมีก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) ก๊าซไนโตรเจน (N2) ก๊าซไฮโดรเจน (H2) และไอน้ำ ซึ่งรวมกันเรียกว่า “ก๊าซชีวภาพ(Bio Gas)”

เครื่องปั่นไฟพลังงานทดแทน : ก๊าซชีวภาพกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ส่วนประกอบก๊าซในบ่อก๊าซชีวภาพ

ไบโอแก๊สหรือก๊าซชีวภาพ คือ ก๊าซที่เกิดจากขบวนการย่อยสลายมูลสัตว์ หรือสารอินทรีย์ต่างๆ โดยเชื้อจุลินทรีย์ในสภาพไม่มีอากาศ ก๊าซชีวภาพที่เกิดขึ้นได้แก่ ก๊าซมีเทน (CH4) ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ก๊าซไนโตรเจน (N2) และก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S)

แต่ส่วนใหญ่เป็นก๊าซมีเทน(CH4-ติดไฟ)ประมาณซัก 60% แล้วก็คาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 40%

ขนาดเครื่องยนต์กับก๊าซชีวภาพ

ก๊าซชีวภาพที่ 1 ปริมาตร จะประกอบด้วยแก๊สมีเทน(CH4) 60% แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์(CO2) 40% เมื่อก๊าซชีวภาพเข้าสู่ห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ จะทำให้กำลังเครื่องยนต์หายไปเกือบครึ่ง ถ้าเครื่องยนต์เดิมๆ มีกำลัง 200 แรงม้า ถ้าใช้ก๊าซชีวภาพเป็นเชื้อเพลิง กำลังเครื่องยนต์จะหายไปเกือบครึ่ง

ด้วยเหตุผลนี้เครื่องยนต์ที่นำมาทำเครื่องปั่นไฟก๊าซชีวภาพ จึงต้องมีขนาดแรงม้ามาก เพื่อชดเชยกับค่าเชื้อเพลิงที่ทำให้กำลังเครื่องยนต์ลดลง