การเผาถ่านแบบถังครึ่ง_๑๒ ทฤษฎีน้ำส้มควันไม้และการเก็บน้ำส้มควันไม้

เอกสารคู่มือการผลิตถ่านคุณภาพสูงของสุพรชัย มั่งมีสิทธิ์ (คลิกที่นี่) บอกองค์ความรู้พื้นฐานสำหรับน้ำส้มควันไม้ไว้แล้ว บันทึกนี้จึผมเพียงแต่หยิบเอาทฤษฎีบางประเด็นที่น่าสนใจ มาเรียบเรียงประกอบกับที่อ่านทบทวนจากแหล่งอื่น เช่น งานทบทวนของ Stephen Joseph (สนใจอ่านเองคลิก20201003170143.pdf) แต่ที่ผมจำและได้เรียนรู้มากที่สุดคือ สิ่งที่ อ.กิตติ เลิศล้ำ ได้นำมาสอนสมาชิกในกลุ่มผู้ใช้เตาเผาถ่านแบบถังครึ่ง 

ทบทวนหลักการเผาถ่านพิทักษ์โลก

ไม้ประกอบด้วยสสารหลัก ๓ ประการ ที่ควรรู้จักคือ เซลลูโลส (ประมาณ ๔๕ เปอร์เซ็นต์) เฮมิเซลลูโลส (ประมาณ ๓๐ เปอร์เซ็นต์) และลิกนิน (ประมาณ ๒๐ เปอร์เซนต์) ที่เหลือเป็นธาตุต่าง ๆ อื่น (ประมาณ ๕ เปอร์เซนต์) ซึ่งแม้จะมีน้อยแต่มีคุณประโยชน์มาก 

ถ้ามีการเผาไหม้ องค์ประกอบเกือบทั้งหมดจะกลายกลับไปเป็นพลังงานสู่อากาศในรูปของน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ และก๊าซอื่น ๆ ซึ่งทำให้เกิดมลภาวะและภาวะโลกร้อน เหลือไว้แต่เพียงขี้เถ้าเล็กน้อยเท่านั้น 

แต่ถ้าทำให้ไม้กลายเป็นถ่าน การควบคุมไม่ให้เกิดออกซิเจนโดยการควบคุมออกซิเจนให้น้อยหรือไม่มีเลย จะทำให้เกิดการสลายตัวของไม้ แยกน้้ำและของเหลวต่าง ๆ ออกจากคาร์บอน เรียกกระบวนการนี้เป็นสากลว่า ไพโรไรซีส (Pyrolysis Process) ซึ่งจะเกิดตามลำดับจากเฮมิเซลลูโลส (ช่วง ๑๘๐ ถึง ๒๗๐ องศา) เซลลูโลส (๒๗๕ ถึง ๔๐๐ องศา) และลิกนิน (มากกว่า ๔๐๐ องศา) ไม้ที่มีลิกนินมากเนื้อไม้จะแข็งมาก และเมื่อเป็นถ่านจะได้ถ่านที่แกร่งมาก 

การเลือกไม้จึงเป็นปัจจัยสำคัญอย่างหนึ่ง เพราะแม้แต่เป็นไผ่เหมือกัน เป็นไผ่คนละพันธุ์ การสะสมคาร์บอนก็ต่างกัน อายุของไผ่แต่ละลำซึ่งย่อมไม่เท่ากันก็มีผล และแม้แต่เป็นไผ่ลำเดียวกัน โคนต้นยังมีองค์ประกอบแตกต่างจากกลายต้นและปลายต้น ... ศิษย์มีครูเท่านั้นจึงจะพอมีภูมิรู้เรื่องลึกระดับนั้น (เพราะถ้าจะอาศัยประสบการณ์ลองผิดลองถูก คงต้องใช้หลายช่วงอายุคน)

http://www.warrencc.org.au/wp-content/uploads/2015/12/CharcoalVinegar-with-pictures.pdf

https://www.researchgate.net/figure/3-Structure-of-lignocellulosic-biomass-with-cellulose-hemicellulose-and-lignin_fig3_321075806

ช่วงที่เราจะเริ่มเก็บเอาน้ำส้มควันไม้ คือช่วงที่เซลลูโลสเริ่มสลายตัว คืออุณภูมิเนื้อไม้อยู่ที่ ๓๐๐-๔๐๐ องศา หากเริ่มเก็บก่อนช่วงนี้สิ่งที่ได้คือน้ำ แต่ถ้าเก็บหลังจากนี้ ที่อุณหภูมิเนื้อไม้ถึง ๔๒๕ องศา น้ำมันดิน(ทาร์) จะแตกตัวเป็นสารก่อมะเร็ง 

น้ำส้มควันไม้

น้ำส้มควันไม้ (wood vinegar) คือของเหลวที่ถูกแยกออกจากเนื้อไม้ในการย่อยสลายเซลลูโลสและเฮมิเซลลูโลสในช่วง ๓๐๐-๔๐๐ องศา ปริมาณของน้ำส้มควันไม้ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย ความสดแห้งของไม้ ชนิดไม้ ขนาดไม้ และประสิทธิภาพในการควบแน่นในกระบวนการกลั่น โดยทั่วไปถ้าไม้ ๑๐๐ กิโลกรัมซึ่งกลายเป็นถ่าน ๒๕ กิโลกรัม จะได้น้ำส้มควันไม้ประมาณ ๗.๕-๑๐.๐ กิโลกรัม (๓๐-๔๐ เปอร์เซนต์ของน้ำหนักถ่าน) และหลังจากกระบวนการตกตะกอนเอาน้ำมันดิน กรองหรือกลั่นเอาสิ่งเจือปนอื่นออก จะเหลือน้ำส้มควันไม้ที่นำไปใช้ประโยชน์ประมาณ ๔.๕-๗.๐ กิโลกรัม (๖๐-๗๐ เปอร์เซนต์ของน้ำหนักน้ำส้มฯ ที่เก็บได้)  เนื่องจากความถ่วงจำเพาะมีค่าเกือบเท่ากับ ๑ ดังนั้น น้ำส้มที่ได้จากไม้ ๑๐๐ กิโลกรัมก็คือ ๔.๕-๗.๐ ลิตร ... มักคิดคร่าว ๆ ว่า ๕ ลิตร หรือ ๕ เปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักไม้ 

ผมทดลองเก็บน้ำส้มควันไม้ด้วยเตาแบบถังครึ่งหลายครั้ง แต่ละครั้งบรรจุไม้ได้ประมาณ ๗๐ กิโลกรัม ผมเก็บน้ำส้มฯ ได้ครั้งละประมาณ ๕๐๐ มิลลิลิตร แทนที่จะได้ ๓.๕ ลิตร ดังนั้นสิ่งที่มีผลมากต่อปริมาณน้ำส้มฯ ที่ได้ คือ ชุดเก็บน้ำส้มฯ นั่นเอง 

http://www.warrencc.org.au/wp-content/uploads/2015/12/CharcoalVinegar-with-pictures.pdf

ไม้ไผ่ ก็คือไม้ ... ไม้เป็นฉนวนความร้อน คือวัสดุไม่นำความร้อน ดังนั้น การใช้ไม้ไผ่ในการเก็บน้ำส้มควันไม้จึงต้องมีประสิทธิภาพต่ำเป็นธรรมดา

น้ำส้มควันไม้ที่ตกตะกรอนและกรองเอาน้ำมันดินออกแล้ว จะประกอบด้วย น้ำ ๘๕ เปอร์เซนต์ เป็นกรดอะซิติกหรือกรดอินทรีย์ ๓ เปอร์เซนต์ งานวิจัยบอกว่ามีสารต่าง ๆ มากกว่า ๒๐๐ ชนิดรวมประมาณ ๑๒ เปอร์เซ็นต์ และมีประโยชน์มากมาย จนได้ชื่อว่า เป็นน้ำสารพัดประโยชน์ครอบจักรวาลชนิดหนึ่ง 

น้ำส้มควันไม้มีคุณสมบัติทางกายภาพ ดังตารางด้านล่าง เป็นกรดมีค่า pH ประมาณ ๑.๕-๓.๗ ค่า สีแดงอ่อน แดงอ่อน ส้ม ส้มอ่อน หรือไม่มีสี แล้วแต่ความบริสิทธิ์และชนิดของไม้ มีกลิ่นควันไม้ 

วิธีเก็บน้ำส้มควันไม้

เมื่อเกิดควันบ้าพวยพุ่งออกมาก ให้เริ่มวัดอุณหภูมิที่ปากปล่อง และรอจนอุณหภูมิปากปล่องที่ ๘๕ องศา ให้เริ่มเก็บน้ำส้มควันไม้ และหยุดเก็บที่ ๑๕๐ องศา โดยใช้วิธีควบแน่นตัวอย่างดังภาพ ... ผมได้อธิบายเชิงทฤษฎีไปแล้วในบันทึกที่ผ่านมา จึงนำเอาแค่ภาพหลักการมาแสดงครับ คิดแบบฝรั่งภาพบน คิดแบบญี่ปุ่นภาพล่างครับ 

http://www.warrencc.org.au/wp-content/uploads/2015/12/CharcoalVinegar-with-pictures.pdf

https://nittokusin.jp/mokutan_mokuchikusakueki/mokuchikusakueki/

อ.กิตติ ท่านเน้นย้ำว่า จะต้องมีกระโจมรับควัน เพื่อป้องกันไม่ให้การเก็บน้ำส้มควันไม้ไปกระทบต่อกระบวนการเผาไหม้ในเตา ซึ่งเป็นภูมิปัญญาของชาวญี่ปุ่นที่พัฒนาต่อกันมาเป็นร้อยปี  ... ผมอยากให้ผู้อ่านได้มีโอกาสดูคลิปที่ อ.กิตติท่าน สาธิตให้ดูว่า ควรจะเริ่มเก็บตอนไหน เข้าใจว่าน่าจะสามารถสืบค้นดูได้ไม่ยากครับ 

ขอจบภาคทฤษฎีเท่านี้ครับ สำหรับน้ำส้มควันไม้ ... บันทึกหน้าค่อยมาว่าถึง ผลการทดลองเผาเตาที่ ๑๐ กันต่อครับ