: จากของเสียมาเป็นพลังงาน เป้าหมายการพัฒนาที่ยั่งยืน

 

จากของเสียมาเป็นพลังงาน เป้าหมายการพัฒนาที่ยั่งยืน

 

                                                                                                                         ดร.สุนีรัตน์ รัตนะ

                                                                                                             นักวิชาการสิ่งแวดล้อมชำนาญการ

                                                                                                                 ส่วนควบคุมคุณภาพสิ่งแวดล้อม

                                                                                                         สำนักงานสิ่งแวดล้อมภาคที่ 13(ชลบุรี)

               พลังงานสะอาดที่ทุกคนเข้าถึงได้ เป็นหนึ่งใน 17 เป้าหมายการพัฒนาที่ยั่งยืน (Sustainable Development Goals- SDGs) ที่กำหนดว่า ภายในปี พ.ศ. 2573 จะมีการลงทุนในแหล่งพลังงานสะอาด เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม พลังงานความร้อน และพลังงานจากชีวมวล เพิ่มมากขึ้น  ทำให้เกิดการผลิตไฟฟ้าที่เหมาะสมในทุกที่ ลดการพึ่งพาพลังงานจากเชื้อเพลิงฟอสซิลที่ปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกปริมาณมากสู่สิ่งแวดล้อม1
                
เมื่อได้ยินคำว่า ก๊าซชีวภาพ หรือ ไบโอแก๊ส (Biogas) เราก็มักคิดถึงก๊าซมีเทน หรือ ก๊าซที่สามารถนำมาใช้หุงต้มอาหาร หรือจุดให้ไฟติดได้ สามารถนำมาต้มน้ำให้เกิดเป็นไอน้ำ เพื่อหมุนกังหันไอน้ำสำหรับผลิตกระแสไฟฟ้าได้ จริงๆ แล้วก๊าซชีวภาพ ไม่ได้มีเฉพาะก๊าซมีเทนเท่านั้น แต่ยังมีก๊าซชนิดอื่นๆ ปะปนอยู่ด้วย โดยทั่วไปแล้วก๊าซชีวภาพ มีก๊าซมีเทนเป็นองค์ประกอบประมาณ 50-60 เปอร์เซ็นต์ ที่เหลือเป็นก๊าซอื่น ได้แก่ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ประมาณ 30 กว่าเปอร์เซ็นต์ ก๊าซไนโตรเจน และก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ เป็นองค์ประกอบอีกเล็กน้อย และถึงแม้ว่าก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ จะมีอยู่ในปริมาณที่น้อยมาก แต่กลับเป็นก๊าซที่หากเกิดขึ้นแล้ว และไม่มีระบบที่กำจัดออกไปอย่างมีประสิทธิภาพ จะส่งผลต่ออัตราการผลิตก๊าซทั้งหมด ทำให้ก๊าซชีวภาพโดยรวมมีปริมาณลดลง จนถึงจุดที่ระบบไม่สามารถทำงานได้เลย นอกจากนี้ก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ ยังเป็นสาเหตุของกลิ่นไม่พึงประสงค์ ที่เรียกว่า ก๊าซไข่เน่า ซึ่งหากร่างกายของเราได้รับก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์อย่างต่อเนื่อง ที่ระดับความเข้มข้น 2,000-5,000 ส่วนในพันล้านส่วน หรือ พีพีบี (ppb) เป็นเวลานาน จะทำให้เกิดอาการคลื่นไส้ น้ำตาไหล ปวดหัว หรือนอนไม่หลับ และหากได้รับที่ความเข้มข้น 20,000 ppb จะทำให้เกิดอาการอ่อนเพลีย และเบื่ออาหาร2

 

 
 
  

 

ก๊าซชีวภาพเกิดขึ้นได้อย่างไร
 

ก๊าซชีวภาพ เกิดจากการย่อยสลายของสารอินทรีย์ หรือ เศษอาหาร เศษวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรชนิดต่างๆ  มูลสัตว์ รวมทั้งของเหลือใช้จากโรงงานแปรรูปอาหาร โรงงานผลิตแป้งมันสำปะหลัง โรงงานผลิตเอธานอล หรือแม้กระทั่งกากตะกอนจากระบบบำบัดน้ำเสียภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจน (Anaerobic)   ก๊าซจากระบบฝังกลบขยะมูลฝอย ก็จัดเป็นก๊าซชีวภาพเช่นกันเนื่องจากขยะมีเศษอาหารและสิ่งที่ย่อยสลายได้ปะปนอยู่ เมื่อทับถมกันภายใต้สภาวะไร้อากาศ จึงเกิดเป็นก๊าซชีวภาพขึ้น และปัจจัยสำคัญที่ทำให้การย่อยสลายเกิดขึ้นได้ ก็คือ สิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก นั่นเอง

สิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก ที่ว่า คืออะไร และมีหน้าที่อะไรบ้าง

สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่มองด้วยตาเปล่าไม่เห็น และทำให้เกิดกระบวนการย่อยสลายจนได้ก๊าซชีวภาพ มี  2 ชนิด ชนิดแรก คือ แบคทีเรีย ชนิดที่สอง คือ อาร์เคีย อาร์เคียจะทำหน้าที่ต่อจากแบคทีเรียทำให้เกิดก๊าซมีเทนขึ้น โดยเราเรียกอาร์เคียกลุ่มนี้โดยเฉพาะว่า เมทาโนเจน 
 

                   กระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์ในสภาวะไร้ออกซิเจน ต้องอาศัยการทำงานร่วมกันของทั้งแบคทีเรียและอาร์เคียในอุณหภูมิที่เหมาะสม คือ ประมาณ 20-45°C โดยเริ่มจากสารอินทรีย์ในรูปของแป้ง น้ำตาล ไขมัน และโปรตีน ถูกทำให้แตกตัวจากโมเลกุลใหญ่เป็นโมเลกุลเล็ก ผ่านกระบวนการแตกตัวหรือไฮโดรไลซิส (Hydrolysis) เกิดเป็นสารอินทรีย์โมเลกุลเล็ก ในรูปของโมโนแซคคาไลน์ (คาร์โบไฮเดรตโมเลกุลเล็ก) กรดไขมัน และกรดอะมิโน จากนั้นสารอินทรีย์โมเลกุลเล็กเหล่านี้ จะถูกแบคทีเรียที่ทำหน้าที่ย่อยสลายผ่านกระบวนการหมัก (Fermentation) เกิดเป็นกรดไขมันระเหยง่ายสายสั้นๆ ที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบเพียง 3 หรือ 4 ตัว ที่เรียกว่า โพรพิโอเนต (Propionate) บิวทิเรต (Butyrate) ตามลำดับ ซึ่งกรดไขมันระเหยง่ายทั้งสองชนิดนี้ สามารถถูกย่อยสลายโดยแบคทีเรียชนิดต่างๆ เกิดเป็นกรดไขมันระเหยง่ายที่มีคาร์บอนเพียง 1 ตัว เป็นองค์ประกอบ หรือ อะซิเตท (Acetate) ขณะเดียวกันทั้งโพรพิโอเนต บิวทิเรต และอะซิเตท ยังสามารถเปลี่ยนเป็นก๊าซไฮโดรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ได้อีกด้วย การเกิดปฏิกิริยาในขั้นนี้ สามารถเกิดกลับไปกลับมาได้ขึ้นอยู่กับสภาวะของระบบ และการทำงานของแบคทีเรียชนิดต่างๆ ดังที่กล่าวมาแล้ว และขั้นตอนสุดท้ายการที่จะได้ก๊าซมีเทนออกมา อาศัยการทำงานของเมทาโนเจนที่ทำหน้าที่เปลี่ยนอะซิเตท ก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์บางส่วน เป็นก๊าซมีเทนและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งรวมเรียกว่า ก๊าซชีวภาพ

การผลิตก๊าซชีวภาพจากเศษวัสดุเหลือใช้จากกระบวนการผลิตของโรงงาน ไม่ว่าจากโรงงานผลิตแป้งมันสำปะหลัง โรงงานผลิตเอธานอล หรือจากฟาร์มสุกร เพื่อนำมาใช้เป็นพลังงานทดแทนนั้น ถือเป็นแนวทางหนึ่งในการลดการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากการเผาผลาญเชื้อเพลิงฟอสซิลโดยเฉพาะจากน้ำมัน ซึ่งถือเป็นพลังงานที่ใช้แล้วหมดไป และเนื่องจากก๊าซมีเทนมีค่าศักยภาพในการทำให้เกิดภาวะโลกร้อน (Global Warming Potential, GWP) ในช่วงระยะเวลา 100 ปี เท่ากับ 25 เมื่อเทียบกับ GWP ของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ การนำก๊าซชีวภาพในรูปของก๊าซมีเทนมาใช้ประโยชน์ จึงเป็นการลดการเกิดภาวะโลกร้อนที่เกิดจากก๊าซมีเทน ซึ่งถือเป็นหนึ่งในก๊าซเรือนกระจกที่สำคัญได้

การดำเนินโครงการเพื่อลดการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจก ไม่ว่าจะเป็นการดำเนินงานตามกลไกการพัฒนาที่สะอาด (Clean Development Mechanism, CDM) หรือตามความตกลงใหม่ Paris Agreement จากการประชุมรัฐภาคีอนุสัญญาสหประชาชาติว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ สมัยที่ 21 (COP21)⁴ ที่ผ่านมานั้น  ประเทศไทยนอกจากจะให้ความสำคัญกับภาคคมนาคมซึ่งมีส่วนสำคัญในการลดก๊าซเรือนกระจกแล้ว ยังควรต้องหันมาให้ความสำคัญกับภาคส่วนการจัดการขยะและน้ำเสียเพิ่มมากขึ้นด้วยโดยเฉพาะการนำก๊าซชีวภาพจากระบบฝังกลบขยะมูลฝอยชุมชนมาใช้ประโยชน์เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าหากได้มีการออกแบบระบบรวบรวมก๊าซอย่างเหมาะสม และการนำกากตะกอนเข้มข้นจากระบบบำบัดน้ำเสีย (Sludge) มาเข้าสู่ระบบบ่อหมักแบบไร้อากาศ (Anaerobic Digestion) ซึ่งหากได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีเพิ่มมากขึ้น นอกจากผลประโยชน์ที่จะได้รับจากการผลิตก๊าซมีเทนที่นำมาใช้เผาไหม้ได้โดยตรงเช่นในปัจจุบันแล้ว ยังสามารถนำก๊าซแอมโมเนียที่เกิดขึ้นจากการย่อยสลายโปรตีนมาใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตปุ๋ย หรือต่อยอดเพื่อผลิตเป็นเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนหรือเป็นก๊าซไฮโดรเจนสำหรับใช้เติมรถยนต์แทนน้ำมันเชื้อเพลิงได้ในอนาคต ถือเป็นแนวคิดใหม่ในการเปลี่ยนของเสียเป็นพลังงานสะอาดที่ทุกคนเข้าถึงได้ ตามเป้าหมายการพัฒนาที่ยั่งยืน
 

 

 

 

 

 

 

เอกสารอ้างอิง

¹ http://www.un.or.th/globalgoals/th/the-goals/ เข้าถึง เมื่อ 5 ธันวาคม  2559

²รายงานผลการดำเนินงานของกรมควบคุมมลพิษ กรณีกลิ่นเหม็นรบกวน ประจำวันที่ 4-5 ธันวาคม 2559

³    Klass, D.L. (1984) Methane from anaerobic fermentation. Science 223(4640), 1021-1028.

   Stams, A.J.M. (1994) Metabolic interactions between anaerobic bacteria in methanogenic environment. Antonie van Leeuwenhoek 66(1-3), 271-294.

  Rittmann, B.E. and McCarty, P.L. (2001) Environmental Biotechnology: Principles and Applications, The McGraw-Hill Companies, Inc., New York, NY.

⁴ เอกสารสรุป การประชุมรัฐภาคีอนุสัญญาสหประชาชาติว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ สมัยที่ 21  สำนักงานนโยบายและแผนทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม 2558