มองโรงไฟฟ้าถ่านหินผ่านแนวคิดวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และสังคม

บันทึกนี้จะเสนอข้อมูลโรงไฟฟ้าถ่านหิน ซึ่งๆไม่ค่อยมีคนได้ประมวลไว้

        ทำไมเราถึงต่อต้านการสร้างโรงไฟฟ้าถ่านหิน (Coal power plant) เราแน่ใจแล้วหรือ ว่าเป็นอันตรายทั้งๆที่หลายคนก็ไม่เคยได้เห็นโรงไฟฟ้าประเภทนี้ด้วยตาตนเอง ข่าวสารในปัจจุบันมีมากมายทั้งฝ่ายสนับสนุนว่ามีเทคโนโลยีถ่านหินสะอาด (Clean coal technology) หรือฝ่ายที่ต่อต้านว่าอย่างไรโรงไฟฟ้าถ่านหินก็ปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่ทำให้เกิดภาวะโลกร้อน (Global warming) และสารพิษอยู่ดี ตกลงเราจะเชื่อใครดี?

รูปที่ 1 Maxim Gorky watches the building of the Dnieper hydroelectric power plant. By Pyotr Ivanovich Kotov.
ที่มา : Energy Transitions, HistoryToday (August 2012) http://www.historytoday.com เข้าถึงเมื่อ 25 กันยายน 2555

        สิ่งที่ทำให้มนุษย์ในสมัยโบราณต่างจากสัตว์ประเภทอื่นนั้น มากจากความสามารถในการใช้ไฟ ซึ่งทำให้มนุษย์มีความเจริญก้าวหน้ามาโดยลำดับ เราเชื่อว่ามีการใช้ถ่านหินเพื่อหลอมทองแดงของชาวจีนในสมัยราชวงศ์ฮั่น ในช่วงประมาณ 200 ปีก่อนคริสตกาล (Encyclopedia Britannica, ม.ป.ป.) และมีการนำถ่านหินมาใช้เป็นเชื้อเพลิงอย่างมากมายเกิดในช่วงปฏิวัติอุตสาหกรรมและผลจากการคิดค้นกลจักรไอน้ำ ซึ่งในส่วนของประเทศไทยได้มีการใช้ถ่านหินในการผลิตไฟฟ้าในปี 2497 โดยรัฐบาลได้ตราพระราชกฤษฎีกาจัดตั้งองค์การพลังงานไฟฟ้าลิกไนต์ และก่อสร้างโรงจักรแม่เมาะขนาดกำลังผลิต 12, 500 กิโลวัตต์ ใช้ถ่านลิกไนต์เป็นเชื้อเพลิง มีพิธีเปิดโรงไฟฟ้า เมื่อวันที่ 28 พฤศจิกายน 2503 ต่อมาในปี พ.ศ. 2512 รัฐบาลในขณะนั้นได้ตั้งการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทยเพื่อควบคุมดูแลการผลิตไฟฟ้าและโรงไฟฟ้าต่างๆ ซึ่งเหมืองถ่านหินของประเทศไทยมีสองแห่งคือเหมืองถ่านหินแม่เมาะ และเหมืองถ่านหินกระบี่ (สุพัตร์, ม.ป.ป.) ถ่านหินที่นำมาใช้ในภาคอุตสาหกรรมการใช้ภายในประเทศไทยมี 2 ภาคได้แก่ การผลิต คือ ภาคการผลิตไฟฟ้า(Power Sector) และภาคอุตสาหกรรม(Non-power Sector or Industrial Sector) เชื้อเพลิงถ่านหินจะถูกนำไปเผาไหม้ในหม้อไอน้ำเพื่อนำความร้อนไปผลิตไฟฟ้า หรือผลิตไอน้ำเช่นอุตสาหกรรมปูนซีเมนต์ โรงบ่มยาสูบ อุตสาหกรรมสิ่งท่อ เคมีภัณฑ์ ฯลฯ  ซึ่งถ่านหินที่พบส่วนใหญ่ร้อยละ 99 เป็นลิกไนต์ (Lignite) และซับบิทูมินัส (Subbituminous) กองสื่อสารพัฒนาโครงการ การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย, ม.ป.ป.) ทั้งนี้กระบวนการผลิตไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าถ่านหินมีมากมายหลายรูปแบบในปัจจุบัน ในที่นี้ขอเสนอข้อมูลเผยแพร่ของ บริษัท บ้านปู (บริษัท บ้านปู จำกัด, ม.ป.ป.)

รูปที่ 2 แสดงกระบวนการผลิตไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนร่วม บริษัท บ้านปู จำกัด (มหาชน)
ที่มา: http://www.banpu.com/th/03-group-operations/processing-power.php

        จากรูปข้างต้น อาศัยข้อมูลเผยแพร่ของ บริษัท บ้านปู (บริษัท บ้านปู จำกัด, ม.ป.ป.) การผลิตไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าถ่านหินนั้นจะมีขั้นตอนหลัก ดังนี้
            หมายเลข 1 และ 2 กระบวนการขนส่งถ่านหินจากลานกองถ่านหินไปยังยุ้งถ่าน (Coal Bunker)
            หมายเลข 3 กระบวนการขนส่งถ่านหินจากยุ้งถ่านส่งไปยังเครื่องบดละเอียด (Coal Pulverizer) ซึ่งจะบดถ่านหินเป็นผงละเอียดแล้วส่งไปยังหม้อไอน้ำ (Boiler) ซึ่งการบดจะช่วยให้ปฏิกิริยาการเผาไหม้ถ่านหินสูงขึ้น เนื่องจากขนาดของถ่านหินที่เล็กลง ส่งผลให้ความหนาแน่นพลังงาน (Energy density) มากขึ้น ส่งผลให้เกิดพลังงานความร้อนได้เต็มประสิทธิภาพ
            หมายเลข 4 ถ่านหินเกิดการเผาไหม้จะทำให้น้ำร้อนขึ้นจนเกิดไอน้ำซึ่งจะถูกส่งไปยังกังหันไอน้ำ
            หมายเลข 5 เมื่อไอน้ำผ่านกังหันจะทำให้กังหันหมุน โดยแกนของกังหันที่เชื่อมต่อไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงาน
            หมายเลข 6 และ 7 เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุนจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า และถูกยกระดับแรงดันด้วยเครื่องแปลงไฟฟ้า จากนั้น ไฟฟ้าจะถูกส่งไปยังระบบการจ่ายไฟฟ้าต่อไป
            หมายเลข 8 ไฟฟ้าจะถูกส่งไปยังระบบการจ่ายไฟฟ้าต่อไป
            หมายเลข 9 และ 11 ไอน้ำที่ไปหมุนกังหันบางส่วนจะถูกส่งไปยังเครื่องควบแน่น และระบบ Cooling System เพื่อส่งกลับไปยังหม้อไอน้ำต่อไป

รูปที่ 3 แสดงกระบวนการเผาไหม้ถ่านหินของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนร่วม บริษัท บ้านปู จำกัด (มหาชน)
ที่มา: http://www.banpu.com/th/03-group-operations/processing-coal.php

        พิจารณารูปที่ 3 อาศัยข้อมูลเผยแพร่ของ บริษัท บ้านปู (บริษัท บ้านปู จำกัด, ม.ป.ป.) กระบวนการเผาไหม้ถ่านหินภายในโรงไฟฟ้าถ่านหินนอกเหนือไปจากภาพที่ 1 เมื่อพิจารณา หมายเลข 4 การเผาไหม้จะทำให้น้ำร้อนขึ้นจนเกิดไอน้ำซึ่งจะถูกส่งไปยังกังหันไอน้ำ ส่วนอีกด้านหนึ่งก็จะทำให้เกิดก๊าซที่เหลือจากการเผาไหม้ หรือก๊าซเชื้อเพลิง (Flue Gas) ซึ่งจะออกมาพร้อมกับเถ้าถ่านหินซึ่งมีน้ำหนักเบา หรือที่เรียกว่าเถ้าลอย (Fly Ash) ในขั้นตอนหมายเลข 5 เถ้าลอย (Fly Ash) ซึ่งมีขนาดเล็กและละเอียดมาก มีซิลิกอนไดออกไซด์ (SiO2) และแคลเซียมออกไซด์ (CaO) ปะปนอยู่ ซึ่งถ้ามีปริมาณเถ้าลอยในชั้นบรรยากาศมาก ก็อาจก่อให้เกิดปัญหามลภาวะของอากาศได้ ดังนั้นการลดมลภาวะในขั้นนี้คือ การดักจับเถ้าลอยด้วยเครื่องดักจับฝุ่นระบบไฟฟ้าสถิต (ESP) เป็นต้น และปัจจุบันเราพบว่าเถ้าลอยสัมผัสกับน้ำภายใต้อุณหภูมิปกติ จะเกิดปฏิกิริยาเคมีทำให้มีคุณสมบัติเชื่อมประสาน (Cementitious) ได้อย่างดี จึงได้มีแนวคิดที่จะใช้เถ้าลอยในอุตสาหกรรมซีเมนต์ (กรมควบคุมมลพิษ, ม.ป.ป.) ในส่วนหมายเลข6 และ 7 เป็นกระบวนการเผาไหม้ถ่านหินซึ่งมีกำมะถันจะมีก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ซึ่งก๊าซนี้จะถูกดักจับด้วยเครื่องดักจับก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (FGD) ก่อนที่ก๊าซที่เหลือจากการเผาไหม้จะถูกปล่อยผ่านปล่องสู่ชั้นบรรยากาศต่อไป
 

รูปที่ 4 สัดส่วนของเชื้อเพลิงที่ใช้ในการผลิตพลังงานไฟฟ้าของโลกในปี 2549 และของไทยในปี 2550
ที่มา: หนึ่งในทางเลือก...พลังงานไทย http://projects-pdp2010.egat.co.th/projects1 เข้าถึงเมื่อ 25 กันยายน 2555

        จากข้อมูลกระบวนการผลิตไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าถ่านหิน ผลกระทบที่มีต่อชุมชน สังคม และโลก เกิดจากกระบวนการในการผลิตไฟฟ้า ตั้งแต่การทำเหมืองถ่านหิน การขนส่งถ่านหิน กระบวนการเผาไหม้ ไปจนขั้นตอนจัดการของเสียจากโรงไฟฟ้าซึ่งล้วนส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศโดยรอบบริเวณโรงไฟฟ้าและผลกระทบต่อโลกผ่านภาวะโลกร้อนที่ทวีความรุนแรงขึ้นในปัจจุบัน ซึ่งปัจจุบันได้มีการใช้เทคโนโลยีถ่านหินสะอาด (Clean Coal Technology) ซึ่งเป็นการพัฒนาด้านเทคโนโลยีการกำจัดหรือลดมลพิษเพื่อนำถ่านหินมาใช้เป็นเชื้อ เพลิง ให้เกิดประโยชน์สูงสุด โดยให้มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยที่สุด ซึ่งจากข้อมูลของ กองสื่อสารพัฒนาโครงการ การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กองสื่อสารพัฒนาโครงการ การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย. ม.ป.ป.) สามารถแบ่งเทคโนโลยีถ่านหินสะอาดได้เป็น 3 ประเภท ดังนี้
         1. เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดก่อนการเผาไหม้ อาจเรียกขั้นตอนนี้ว่าการปรับระดับถ่านหิน (coal upgrading) เพื่อลดปริมาณขี้เถ้าและกำมะถันที่ปะปนอยู่ในถ่านหิน ในขณะเดียวกันจะเป็นการเพิ่มค่าความร้อนของถ่านหินด้วย การทำความสะอาดก่อนการเผาไหม้นี้มีด้วยกัน 3 วิธี คือ
             1.1 การทำความสะอาดโดย วิธีทางกายภาพ (physical cleaning) เป็นการกำจัดสิ่งเจือปนประเภท ฝุ่นละออง ดิน หิน และสารประกอบพวกกำมะถันอนินทรีย์ โดยอาศัยหลักการความแตกต่างของความหนาแน่นของถ่านหินกับสารเหล่านี้ จะทำให้สิ่งเจือปนต่างๆ ที่ไม่ต้องการจะถูกแยกออกจากเนื้อถ่านหิน ซึ่งวิธีนี้จะทำให้ไพไรติกซัลเฟอร์ถูกกำจัดออกได้ประมาณร้อยละ 90
             1.2 การทำความสะอาดโดยวิธีทางเคมี (chemical cleaning) เป็นการใช้สารเคมีเข้าไปทำปฏิกิริยากับผงถ่านหิน ซึ่งสารเคมีดังกล่าวมีคุณสมบัติในการกำจัดพวกสิ่งเจือปน ต่างๆ ที่ไม่สามารถกำจัดโดยวิธีทางกายภาพได้
             1.3 การทำความสะอาดโดยวิธีทางชีวภาพ biological cleaning) วิธีนี้เป็นเทคโนโลยีที่ยังค่อนข้างใหม่ โดยใช้สิ่งมีชีวิตเล็กๆ จำพวกแบคทีเรียและเชื้อราบางชนิด
         2.เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดขณะเผาไหม้หรือเมื่อนำไปใช้ประโยชน์ โดยมีการเทคโนโลยีต่างๆ ที่ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อนำมาใช้ในกระบวนการเผาไหม้ถ่านหินหรือในขณะที่นำถ่าน หินไปใช้ประโยชน์มีด้วยกันหลายอย่างเช่น เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดขณะเผาไหม้ (Pulverized Fuel combustion, Fluidized Bed Combustion, Integrated Gasification Combined Cycle และ Pressurized Fluidized Bed Combustion Combined Cycle)เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดโดยการแปรรูป และเทคโนโลยีสังเคราะห์เชื้อเพลิงสะอาด ซึ่งแต่ละเทคโนโลยีจะช่วยลดปริมาณสิ่งเจือปนต่างๆ โดยเฉพาะกำมะถันในถ่านหินลงได้เป็นอย่างดี
         3.เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดหลังการเผาไหม้ เป็นการกำจัด มลพิษที่เกิดขึ้นจากการเผาไหม้ถ่านหิน ก่อนที่จะถูกปล่อยออกสู่สภาพแวดล้อม ซึ่งมีทั้งที่อยู่ในรูปของฝุ่นละอองต่างๆ และก๊าซ (โรงไฟฟ้าแม่เมาะ จังหวัดลำปาง) ดังนี้
             3.1 การกำจัดฝุ่นละออง เมื่อถ่านหินถูกเผาไหม้จะมีฝุ่นละอองต่างๆ เกิดขึ้นในกระบวนการจะมีการใช้อุปกรณ์สำหรับการดักจับ ฝุ่นละอองที่เกิดนี้ ซึ่งโดยทั่วที่ใช้กันอยู่ ได้แก่
                 • เครื่องดักฝุ่นด้วยไฟฟ้า (electrostatic precipitator) ระบบนี้ถือว่ามีประสิทธิภาพสูงมากในการดักจับฝุ่น
                 • เครื่องแยกฝุ่นแบบลมหมุน (cyclone Separator) ใช้หลักของแรงเหวี่ยงเพื่อให้ก๊าซซึ่งมีฝุ่นละอองผสมอยู่เกิดการหมุนตัว จะทำให้ฝุ่นละอองซึ่งมีน้ำหนักมากกว่ารวมตัวกันและถูกแยกออกมา
                 • เครื่องกรองฝุ่นแบบถุง (bag filter) เป็นอุปกรณ์ที่มีถุงกรองเป็นตัวกรองแยกฝุ่นละอองออกจากก๊าซที่เกิดจากการเผาไหม้ถ่านหิน
             3.2 การกำจัดก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ซึ่งมีความจำเป็นอย่างมาก เนื่องจาก ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ และไนตรัสออกไซด์ที่ถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศ จะเกิดปฏิกิริยาเคมีกับโมเลกุลของไอน้ำและออกซิเจนในอากาศจะกลาย เป็นกรดซัลฟิวริก (H2SO4) และกรดไนทริก (H2NO3) ซึ่งจะเกาะตัวเข้ากับโมเลกุลของฝน ฝุ่นหรือหิมะ แล้วตกลงสู่พื้นโลก (อชิตพล ศศิธรานุวัฒน์, 2548) ซึ่งการดักจับก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ทำได้โดยการฉีดส่วนผสมของน้ำกับหินปูนเข้าไปทำปฏิกิริยากับก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ที่ผสมอยู่ในก๊าซทิ้งนั้น ผลของปฏิกิริยาดังกล่าวจะทำให้เกิดการรวมตัวและตกตะกอนเป็นยิบซัมที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ (กองสื่อสารพัฒนาโครงการ การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย. ม.ป.ป.)
        โดยสรุป ถ่านหินเกิดจากซากพืชที่สะสมและถูกทับถม เป็นเวลาหลายร้อยล้านปี ภายใต้สภาพอากาศ การเปลี่ยนแปลงทางชีววิทยา การเปลี่ยนแปลงทางเคมี ความร้อน และความกดดันที่เหมาะสม ปัจจุบันเราจำแนกถ่านหินเป็น 4 ประเภท ตามเกณฑ์ความแตกต่างของค่าความร้อน ค่าความชื้น ปริมาณกำมะถัน และปริมาณคาร์บอน สามารถเรียงลำดับตามคุณภาพจากมากไปน้อยได้แก่ แอนทราไซต์ บิทูมินัส ซับบิทูมินัสและลิกไนต์ ถ่านหินส่วนใหญ่ถูกใช้เพื่อเป็นเชื้อเพลิงในการผลิตกระแสไฟฟ้า ส่วนที่เหลือถูกใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เนื่องจากถ่านหินมีสารที่เป็นมลพิษเจือปนอยู่ค่อนข้างมาก การใช้ประโยชน์จากถ่านหินจึงหลีกเลี่ยงไม่ได้ที่จะส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศและสิ่งแวดล้อม ไม่ว่าจะเป็น การเกิดฝนกรด ปรากฏการณ์เรือนกระจก หรือภาวะโลกร้อน ซึ่งในปัจจุบันได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีที่เรียกว่าเทคโนโลยีถ่านหินสะอาดขึ้นเพื่อช่วยลดมลพิษจากถ่านหิน โดยเทคโนโลยีนี้ถูกนำไปใช้ในกระบวนการต่างๆ ตั้งแต่การทำเหมือง การจัดการถ่านหินก่อนนำมาใช้ และการใช้ประโยชน์ถ่านหิน และการจัดการหลังการใช้ถ่านหิน ทำให้น่าเชื่อว่าการใช้ประโยชน์จากถ่านหินมีความปลอดภัยมากขึ้น แต่หากเราใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ และเกิดประโยชน์สูงสุด น่าจะเป็นการดีที่สุด

บรรณานุกรม
[1] กรมควบคุมมลพิษ. (ม.ป.ป.). ความสำเร็จในการจัดการมลพิษไทย. http://www.pcd.go.th/info_serv/pol_suc_ash.html เข้าถึงเมื่อ 25 กันยายน 2555.
[2] กองสื่อสารพัฒนาโครงการ การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย. (ม.ป.ป.). เทคโนโลยีถ่านหิน. http://projects-pdp2010.egat.co.th/projects1/index.php?option=com_content&view=article&id=3:coal-technology&catid=1:introduction-of-coal&Itemid=8. เข้าถึงเมื่อ 25 กันยายน 2555.
[3] บริษัท บ้านปู จำกัด. (ม.ป.ป.). กระบวนการผลิตถ่านหินและไฟฟ้า. http://www.banpu.com/th/03-group-operations/virtual-plant-tours.php. เข้าถึงเมื่อ 25 กันยายน 2555.
[4] สุพัตร์ พิมพ์กลาง. (ม.ป.ป.).  ประวัติเหมืองแม่เมาะ. http://maemohmine.egat.co.th/. เข้าถึงเมื่อ 25 กันยายน 2555.
[5] อชิตพล ศศิธรานุวัฒน์. (2548). วิทยาศาสตร์พลังงาน. http://science.uru.ac.th/pro_doc/doc/10.doc. เข้าถึงเมื่อ 25 กันยายน 2555.
[6] Encyclopedia Britannica. (ม.ป.ป.). Coal. http://www.britannica.com/EBchecked/topic/122863/coal เข้าถึงเมื่อ 25 กันยายน 2555.