อารัมภบท
"คนเอาถ่าน" น่าจะแปลตามคำโบราณว่า "คนเอาการเอางาน" คนเอาการเอางานน่าจะหมายถึง คนที่มุ่งมั่นทำงานทำการให้เกิดประโยชน์ต่อส่วนคนอื่น หรืออย่างน้อยที่สุดก็ต้องประโยชน์ต่อตนเอง (และต้องดีต่อสายตาของสังคมสมัยนั้น ๆ)
"คนเอาถ่าน" ที่หมายถึงในบันทึกนี้ ไม่ได้มีความหมายดังที่กล่าวมา แต่เป็นสำนวนของ รศ.ดร.ธีรพจน์ พุทธิกีฏกวีวงศ์ อาจารย์ผู้ใหญ่ในภาควิชาฟิสิกส์ มมส. ตอนนี้ท่านเกษียณอายุราชการแล้ว ผู้เชี่ยวชาญด้านพลังงานชีวมวล ท่านพัฒนาเตาเผาถ่านแบบแก๊สซิไฟเออร์ (Gassifier Stove) ท่านมักพูดเสมอเมื่อจะเริ่มการเล่าเรื่องถ่ายทอดความรู้ว่า "ผมมันคนเอาถ่าน" คำว่า "เอาถ่าน" ในที่นี้จึงหมายถึง คนเผาวัสดุอินทรีย์เพื่อที่จะเอาถ่าน เพื่อให้ได้เชื้อเพลิงพลังงานไปหุงต้มจริง ๆ.... ระลึกถึงท่านเมื่อได้มาเรียนรู้ทฤษฎีเรื่องการเผาถ่าน และระลึกเสียใจว่าไม่ได้ไปร่วมงานเกษียณท่าน....นั่นก็หลายปีแล้ว ....
ความคิดรวบยอดของการเกิดถ่าน
พลังงาน อาจแบ่งได้เป็น ๒ ประเภท (ผมจำแนกจากการฟังครูบาอาจารย์) ๑ คือ พลังงานที่ประกอบด้วยเจตนา และ พลังงานที่ไม่ประกอบด้วยเจตนา พลังงานที่ประกอบด้วยเจตนา อาจเรียกว่า "พลังจิต" ส่วนพลังงานที่ไม่มีเจตนา คือพลังงานทั่ว ๆ ไป ที่ใคร ๆ ก็รู้จัก เป็นพลังงานกายาหรือกายภาพทั่วไป เช่น พลังงานไฟฟ้า แสง ลม ไฟ ฯลฯ ทั้งที่จับต้องได้และจำต้องไม่ได้ ... เมื่อพูดถึงคำว่า "พลังงาน" ทุกคนจะนึกถึงพลังงานชนิดนี้
"พลังงาน" บนโลกนี้ทั้งมวล มาจากดวงอาทิตย์ เมื่อแสงอาทิตย์ฉายมายังโลก ต้นไม้ใบหญ้ารับเอาแสงมารวมเข้ากับน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ ผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสง กลายเป็นแป้งหรือน้ำตาล เก็บไว้ในกิ่งก้านใบ เติบใหญ่ขึ้น ๆ ตามกาลเวลา ... พลังงานถูกเก็บไว้ในเนื้อไม้ เรียกว่าเก็บไว้ในรูปเซลลูโลส
ต้นไม้ที่ยัง "เป็น" ยืนต้นอยู่ ท่อลำเลียงน้ำอาหารส่งไปยังกิ่งใบดอกผลอยู่ ย่อมมีน้ำ มีการลำเลียงน้ำ ย่อมไม่ง่ายที่จะ "เผาเอาถ่าน" หรือเอาไปใช้เป็นพลังงานได้ เพราะน้ำไม่ใช่เหตุให้เกิดไฟ ... ต้องนำไปตากให้แห้งเสียก่อน เมื่อน้ำแห้งไปจากภายในเกือบหมด เราให้ชื่อว่า "ฟืน" เมื่อนำไปจุดไฟหรือให้พลังงานสู่ภายใน กระบวนการ "เอาถ่าน" ก็เริ่มขึ้น เซลลูโลสเริ่มแตกตัวออกเป็นธาตุและก๊าซต่าง ๆ ที่เคยใช้เป็นวัตถุดิบในการสร้างมันขึ้นมา ได้แก่ น้ำ คาร์บอนได้ออกไซด์ ไฮโดรเจน คาร์บอน น้ำมัน ฯลฯ เรียกกระบวนการนี้ว่า การแตกตัว (Dissociation)
ถ้าอุณภูมิเพิ่มขึ้นและมีปริมาณออกซิเจนเพียงพอ ก็จะเกิดการสันดาป (Combusiton) หรือที่เราเรียกว่าเผาไหม้ในภาษาชาวบ้าน ภาษาเคมีเรียกว่า ออกซิเดชั่น (Oxidation) การก่อไฟในเตาหุงต้ม ก่อไฟในพิธีรอบกองไฟ ฯลฯ ส่วนใหญ่ก็เป็นไปตามกระบวนการนี้ .... ไม่มีอะไรเหลือ ไม่เหลืออะไร ยกไว้ขี้เถ้า ... เรียกว่า "เผาไม่เอาถ่าน" (เพราะเราเอาพลังงานไปทำอาหารหรือใช้ประโยชน์แล้ว)
ดังนั้นวิธีการ "เผาเอาถ่าน" จึงถูกนิยามว่า เป็นการเผาโดยควบคุมปริมาณออกซิเจน จำกัดปริมาณออกซิเจนให้น้อย ไม่ใช่ไม่ให้มีเลย เพราะถ้าไม่มีออกซิเจน จะไม่มีพลังงานไปใช้ในการแตกตัว เว้นแต่จะสร้างเตาด้วยการเผาจากพลังงานภายนอก การเผาทั่วไปที่ชาวบ้านทำได้ คือต้องให้ออกซิเจนเข้าไปเผาให้เกิดการสันดาป "ไม้บางส่วน" มักเรียนกว่า "ฟืน" พลังงานจากการเผาฟืนนี้ จะทำให้อุณหภูมิในเตาเผาเพิ่มขึ้นไปสู่ "โซน" ต่าง ๆ
คำว่า "โซน" ในที่นี้หมายถึง ช่วงของอุณหภูมิ โซนสันดาปอยู่ที่ ๑,๑๐๐ - ๑,๕๐๐ องศาสาเซลเซียส พลังงานที่ได้จากการสันดาปจะทำให้ไม้ที่อยู่บริเวณใกล้เคียงมีอุณภูมิสูงขึ้น ช่วงอุณหภูมิ ๑๐๐ - ๒๐๐ องศาเซลเซียส เรียกว่า โซนทำให้แห้ง (Drying Zone) ถ้าเพิ่มขึ้นเป็นช่วง ๔๐๐ - ๖๐๐ จะเกิดการ "ไพโรไลซิส" (Pyrolysis) เรียกว่า โซนไพโรไลซิส ในขณะที่อุณหภูมิอยู่ระหว่าง ๕๐๐ - ๙๐๐ องศาเซลเซียส ก็เกิดการ "รีดักชั่น" (Reduction) เรียกว่า "โซนรีดักชั่น" ...ดังนั้นคำว่า "โซน" ในที่นี้ อาจจะเข้าใจได้ว่าเป็นพื้นที่หรือบริเวณหรือตำแหน่งของไม้ในเตาเผา แต่ขอให้เข้าใจว่าหลักสำคัญคืออุณหภูมิ ไม่ใช่พื้นที่
พลังงานจากโซนสันดาป จะทำให้ "โซนใกล้เคียง" มีอุณหภูมิสูงขึ้น เข้าสู่ "โซนทำให้แห้ง" พลังงานความร้อนนี้จะทำให้เกิดกระบวนการแตกตัว ความชื้นในไม้จะถูกขับไล่ให้ระเหยออกมาเป็นไอน้ำเป็นควันขาว เมื่อไม้แห้งก็จะเข้าสู่กระบวนการไพโรไลซิส ในโซนไพโรไลซิสต่อไป
โซนไพโรไลซิส เกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิอยู่ในช่วง ๔๐๐ - ๖๐๐ องศาเซลเซียส หากควบคุมให้พื้นที่นั้นมีปริมาณอากาศจำกัด (ออกซิเจนน้อย) พลังงานจะทำให้เกิดการย่อยสลายของสารอินทรีย์โดยไม่ติดไฟ ผลผลิตที่ได้จะขึ้นอยู่กับชนิดของพืช อุณหภูมิ เมทธานอล น้ำมันต่าง ๆ (เรียกไพโรไลติกออยล์) หรือโอเลฟิน (Olefins) และก๊าซติดไฟประเภทต่าง ๆ ขบวนการนี้เองที่ทำให้ไม้กลายเป็นถ่าน จึงเรียกว่า คาร์บอนไนเซชั่น (Cabornization) การเผาถ่านทั้งหมดที่เกษตรกรทำนั้นจะได้ปริมาณถ่านมากน้อย ขึ้นอยู่กับการออกแบบเตาให้สามารถควบคุมปริมาณออกซิเจนและวิธีการขั้นตอนในการเผา ... โดยทั่วไป จะได้ถ่านอยู่เพียงร้อยละ ๒๐ เท่านั้น
เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นอีก เข้าสู่โซนรีดักชั่น (๕๐๐ - ๙๐๐ องศาเซลเซียส) ก๊าซไม่ติดไฟเหล่านี้ จะทำปฏิกิริยาเคมีความร้อนเรียกว่า "รีดักชั่น" เกิดเป็นก๊าซติดไฟ เช่น คาร์บอนมอนน๊อกไซด์ หรือมีเทน เกิดกลายเป็นปรากฎการณ์ที่เรียกว่า "แก๊สซิไฟเออร์" (Gassifier) ถ้าปล่อยก๊าซออกซิเจนเข้าไปเพียงพอจะได้พลังงานไฟที่ได้จากก๊าซเหล่านั้น อุณหภูมิสูงกว่าพันองศาทีเดียว... นักออกแบบเตาที่ดี จะหาวิธีเอาก๊าซเหล่านี้กลับมาเป็นพลังงานให้ระบบโดยไม่ต้องใช้ไม้ในเตาเป็น "ฟืน" ซึ่งจะทำให้ได้หปริมาณถ่านมากขึ้น
ถ่านที่เหมาะสำหรับนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงในการหุงต้ม คือถ่านที่ได้จากกระบวนการไพโรไลซิส เรียกว่า "ถ่าน" (Coal) ส่วนถ่านที่ได้จากกระบวนการเผาไหม้ที่อุณภูมิสูงโดยทำให้เกิดก๊าซในโซนรีดักชั่น ด้วยกระบวนการทำให้เกิดแก๊สซิฟิเคชั่น หรือเรียกว่า "การผลิตก๊าซชีวมวล" จะเป็นถ่านกัมมนต์ (Chacoal) เหมาะสำหรับนำไปใช้ในการดูดความชื้นในอุตสาหกรรม ใช้ในการกรองน้ำ หรือใช้ในการเกษตร ฯลฯ เพราะมีคุณสมบัติในการดูดความชื้น และนำไฟฟ้าได้
หลักการสำคัญ
สรุปจากการศึกษาทฤษฎี ตีความหลักการที่จะทำให้เราได้ถ่านปริมาณมาก และคุณภาพดี มีดังนี้
- กระบวนการเผาถ่านที่เกษตรทำกันโดยทั่วไปนั้น เป็นการควบคุมปริมาณออกซิเจนในการเผา เพื่อให้เกิดกระบวนการไพโรไลซิสกับไม้เพื่อให้ได้ถ่าน โดยต้องเสียสละไม้ส่วนหนึ่งเป็น "ฟืน" เพื่อสร้างพลังงานให้เพียงพอต่อการเพิ่มอุณหภูมิของไม้ส่วนอื่นเปลี่ยนรูปเป็นถ่าน
- ถ้าต้องการให้ได้ถ่านมากที่สุด จะต้องควบคุมอุณหภูมิของไม้ (ส่วนใหญ่) ไม่ให้เกิน ๖๐๐ องศาเซลเซียส
- ด้วยหลักการนี้ วิธีที่จะทำให้ได้ถ่านมากที่สุด คือการ "แยกฟืนออกจากไม้"
- คือ ออกแบบเตาโดยไม่ให้เกิดการเผาไหม้โดยตรง เผาฟื้นในพื้นที่ที่หนึ่งของเตา แล้วพาเอาความร้อนไปเพิ่มอุณหภูมิของไม้ให้เข้าสู่กระบวนการไพโรไลซิส แล้วนำเอาก๊าซคาร์บอนมอนน็อคไซด์และไฮโดรเจนซึ่งติดไฟ ไปเป็นเชื้อเพลิงกลับมาเผาให้ความร้อนอีกที ... นักเผาถ่านเรียกวิธีนี้ว่า การเผาแบบไพโรไลซิส
ผมเพิ่งจะมาเรียนรู้ภาคปฏิบัติเกี่ยวกับการเผาถ่าน เมื่อมีนิสิตสนใจจะเรียนรู้การเผาถ่านนี้เอง ดังนั้น ผิดถูกอย่างไร มาเรียนรู้ทั้งภาคทฤษฎีและปฏิบัติไปด้วยกันครับ
มาเป็น "คนเอาถ่าน" กันครับ
(ขออ้างอิงไปยังเปเปอร์นี้ครับ คลิก
ที่นี่)
