การใชประโยชนวสดชวมวลเหลอใชทางการเกษตร

สำาหรบกกเกบคารบอนและดดซบสารอนทรยระเหยงาย

ในชนบรรยากาศ

อาจารย ดร.สทธรตน กตตพงษวเศษ, ดร.ดวงกมล พหสตร และ พชชาพนธ รตนพนธ สถาบนวจยสภาวะแวดลอม และ ศนยความเปนเลศดานการจดการสารและของเสยอนตราย จฬาลงกรณมหาวทยาลยศาสตราจารย ดร. กตตคณ จงรกษ ผลประเสรฐคณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยธรรมศาสตร

บทนำา :

การเปลยนแปลงสภาพภมอากาศและการปนเปอนมลสารในชนบรรยากาศกำาลงเปนปญหาสงแวดลอมท

สำาคญในปจจบน และทวความรนแรงมากขนในหลายภมภาคทวโลก โดยมหลกฐานเชงประจกษทแสดงใหเหนถง

ผลกระทบของปญหาทชดเจนมากขน อาท การเพมขนของอณหภมผวนำาทะเลและชนบรรยากาศ การเพมขนของ

ระดบนำาทะเล การเปลยนแปลงรปแบบของฤดกาลในคาบเวลาทผานมาเทยบกบปปจจบน เปนตน ทงน กลม

นกวทยาศาสตรจากองคกรระหวางรฐบาลวาดวยการเปลยนแปลงสภาพภมอากาศ (Intergovernmental Panel on

Climate Change: IPCC) ไดสนนษฐานวาสาเหตสำาคญของปญหาดงกลาวนาจะเกดจากการสะสมของกาซเรอน

กระจกในชนบรรยากาศเนองจากกจกรรมตาง ๆ ของมนษย เชน การเผาไหมเชอเพลงนำามนและถานหน สำาหรบ

การผลตในภาคอตสาหกรรม พาณชยกรรม และการขนสง เปนตน รายงานขอมลการเพมขนของปรมาณกาซเรอน

กระจกในชนบรรยากาศในชวงค.ศ. 1800 - ค.ศ. 2000 ของ IPCC (2007) พบวา ปรมาณกาซคารบอนไดออกไซด

(CO2) เพมสงขนจาก 280 สวนในลานสวน (ppm) เปน 360 ppm เชนเดยวกบกาซมเทน (CH

4) ซงเพมสงขน

ปท 21 ฉบบท 3 กรกฎาคม-กนยายน 2560 61

62 วารสารสงแวดลอม ENVIRONMENTAL JOURNAL

กวาเทาตว จาก 750 สวนในพนลานสวน (ppb) เปน 1,750 ppb สวนกาซไนตรสออกไซด (N2O) มแนวโนมเพม

สงขน ตงแตมการปฏวตเกษตรกรรม โดยตรวจพบความเขมขนในชนบรรยากาศจาก 270 ppm เพมขนเปน 310 ppm

โดยการสะสมของกาซเรอนกระจกกลมดงกลาวในชนบรรยากาศ สงผลใหอณหภมเฉลยของผวโลกเพมสงขน

ประมาณ 0.74 ± 0.18 องศาเซลเซยสในรอบศตวรรษ

ถงแมวาในปจจบน (พ.ศ. 2560) ประเทศไทย ยงไมมพนธกรณในการลดการปลอยกาซเรอนกระจกภายใต

กลไกของพธสารเกยวโต แตจากการขยายตวของอตสาหกรรมและเศรษฐกจของประเทศ สงผลใหมการปลอยกาซ

เรอนกระจกสชนบรรยากาศอยางตอเนอง จากขอมลบญชกาซเรอนกระจกในป พ.ศ. 2543 รายงานวา การปลด

ปลอยกาซเรอนกระจกทงหมดของประเทศ มคา 229.08 ลานตนคารบอนไดออกไซดเทยบเทา โดยภาคพลงงานม

การปลอยกาซเรอนกระจกมากทสด (รอยละ 69.9) รองลงมา คอ ภาคการเกษตร (รอยละ 22.6) ภาคอตสาหกรรม

(รอยละ 7.2) และภาคของเสย (รอยละ 4.10) ตามลำาดบ จากสถานการณดงกลาว สงผลใหทกภาคสวนทเกยวของ

พยายามจดการกบปญหาการเปลยนแปลงสภาพภมอากาศ เชนเดยวกบปญหามลพษทางอากาศซงเปนผลจากการ

ขยายตวของภาคอตสาหกรรมหรอภาคเมอง สงผลใหคามลสารในอากาศสงเกนมาตรฐานทกำาหนด อาท สาร 1,3

บวทาไดอน, 1,2-ไดคลอโรอเทน เบนซน และคลอโรฟอรมซงพบวามความเขมขนสงเกนเกณฑมาตรฐานในหลาย

พนททงกรงเทพมหานคร ปทมธาน ราชบร และระยอง (กรมควบคมมลพษ, 2559) ดวยเหตน การศกษาความเปน

ไปไดในการพฒนาวสดดดซบชวมวลจากของเหลอใชทางการเกษตรนบเปนทางเลอกหนงในการเพมมลคาทรพยากร

และนำาของเสยกลบมาใชใหม (Waste Recovery) อยางมประสทธภาพ สงเสรมรปแบบการจดการธรกจสเขยวท

เปนมตรตอสงแวดลอม (Green Industry) อนจะเปนประโยชนตอสงแวดลอม รวมไปถงกลมวสาหกจชมชน และ

สงคมแบบบรณาการและยงยน

63ปท 21 ฉบบท 3 กรกฎาคม-กนยายน 2560

สถานการณปรมาณวสดเหลอใชทางการเกษตรของประเทศไทย

ประเทศไทยเปนประเทศเกษตรกรรมและเปนแหลงผลตและสงออกสนคาเกษตรทสำาคญแหงหนงของ

โลก โดยกลมธรกจภาคเกษตรกรรมจดอยในกลมวสาหกจขนาดกลางและขนาดยอมทมการเจรญเตบโตสงในระดบ

ประเทศ (SME High Growth Sectors) หากแตวสดเหลอทงทางการเกษตรยงไมไดถกนำามาใชประโยชนมากนก

อกทงยงมการจดการของเสยชวมวลโดยการเผาในทโลง (open burning) ซงเปนสาเหตหนงของการปลอยกาซ

เรอนกระจกและมลสารสชนบรรยากาศ โดยในป พ.ศ. 2552 ประเทศไทยมปรมาณวสดเหลอใชทางการเกษตรมาก

ถง 5.95 ลานตน (กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน, 2558) โดยแกลบ (รอยละ 51) และชานออย

(รอยละ 31) เปนวสดชวมวลทมสดสวนเหลอทงมากทสด ดงนน การศกษาและพฒนาแนวทางเลอกในการเพมมลคา

วสดชวมวลเหลอใชสำาหรบการผลตวสดดดซบทมคณสมบตในการดดซบมลสารในสงแวดลอมนบเปนวธการจดการ

ของเสยทเกดขนอยางเกดประโยชนสงสด

หลกการกกเกบกาซคารบอนไดออกไซดและดดซบมลสารอนทรย

ระเหยงายในชนบรรยากาศ

การดกจบและกกเกบคารบอน (Carbon Capture and Storage: CCS) เปนเทคโนโลยทประยกตใช เพอ

ลดความเขมขนของกาซเรอนกระจกในชนบรรยากาศและสงแวดลอม (IPCC,2005) โดยมหลกการดงน

1) การดกจบคารบอน (Carbon Capture) เปนกระบวนการดกจบกาซคารบอนไดออกไซดทออกจาก

กระบวนการเผาไหม สามารถทำาไดทงกอนการเผาไหม (Pre-combustion) หลงการเผาไหม (Post-combustion)

หรอระหวางการเผาไหม (Oxy-combustion) โดยการใชสารเคมดดซบ ลดอณหภม การใชเทคโนโลยเยอเลอกผาน

(membrane) หรอการพฒนาวสดดดซบทมพนทผวดดซบสง

2) การกกเกบคารบอน (Carbon Storage) ไดแก การกกเกบทางตรง (direct storage) โดยอาศยการกกเกบ

กาซคารบอนไดออกไซดในรปของกาซใตดนหรอของเหลวในมหาสมทร หรอการกกเกบทางออม (indirect storage)

โดยอาศยตนไมหรอพชสเขยวทนำากาซคารบอนไดออกไซดไปใชในกระบวนการสงเคราะหแสง เปนตน ปจจบน

การเกบกกหรอแยกกาซคารบอนไดออกไซดนำามาซงการสรางเทคโนโลยทหลากหลายอนเนองจากกระบวนการแยก

หรอการกำาจดสามารถนำาไปใชในหลายรปแบบ ไดแก การแยกกาซคารบอนไดออกไซดจากไอนำาจากโรงไฟฟา

บอขดเจาะกาซธรรมชาต และการแยกกาซคารบอนไดออกไซดจากกาซเชอเพลงตาง ๆ ทงน ในปจจบนเรมมการศกษา

การสงเคราะหและพฒนาวสดเพอใหมความสามารถในการดกจบและกกเกบคารบอนทงในการวจยขนพนฐานและ

การวจยประยกต เพอพฒนาตอยอดใหวสดมคณสมบตทเหมาะสมกบการนำาไปใชงานจรงในอนาคต ซงเกณฑสำาคญ

ทตองพจารณาในการพฒนาวสดดดซบดงกลาวประกอบดวย (1) ความเฉพาะเจาะจงของวสดในการเลอกเกบกก

โมเลกลของกาซคารบอนไดออกไซดเมออยในสภาวะทมกาซหลายชนดรวมกน และ (2) ความสามารถในการเกบกก

กาซคารบอนไดออกไซดตงแตปรมาณเลกนอยในบรรยากาศปกตจนถงสภาวะทมความเขมขนสง เปนตน สำาหรบการ

พฒนาวสดเพอการเกบกกกาซคารบอนไดออกไซดในปจจบน ผวจยมกใหความสนใจการพฒนาวสดทงายตอการนำา

ไปใชงานและมราคาถกกวาเทคโนโลยอน (D’Alessandro et al., 2010)

64 วารสารสงแวดลอม ENVIRONMENTAL JOURNAL

ทง น การนำ า เอา วส ด ดด ซบไปใชจ รง มก เ ปนการนำ า ไปใช ทง กอนการเผาไหมและหลงการ

เผาไหมตามความเหมาะสมของงาน (Figueroa et al., 2008) เนองจากเทคโนโลยทใชเพอการเกบ

กกกาซคารบอนไดออกไซดและสารอนทรยระเหยงายทพบในชนบรรยากาศ สวนใหญมพนฐานมาจากทฤษฎ

การดดซบ (adsorption) ทงสน (Yu et al., 2012) กลาวคอ การดดซบสามารถเกดไดทงในสภาวะท

สารเปนของแขง ของเหลว หรอกาซ โดยอาศยหลกการทคลายคลงกน คอ การดดซบโมเลกลบน

พนผวของวสดดดซบ ซงเรมตนจากการทสารตงตนมการแพรไปยงสวนทเปนตำาแหนงทวองไวบนพนผว

(active surface) จากนนจะเกดการดดซบของสารตงตนบนพนผว โดยจะเกดปฏกรยาระหวางพนผวและสาร

ตงตนบนพนผว (surface reaction) และเกดการปลอย/คายผลตภณฑออกจากพนผวและทายทสดโมเลกลทถก

ดดซบจะคายตวออกจากพนผว (desorption) ทงน มหลายปจจยทเกยวของกบกระบวนการดดซบ ไดแก

ตวดดซบ (substrate หรอ absorbent) ตวถกดดซบ (adsorbate) กระบวนการดดซบ (adsorption) การปกคลม

(coverage) บนพนผวของตวดดซบ รวมถง การสมผส (exposure) หรอการตรวจวดกาซบนพนผวทสงเกตได เปนตน

การพฒนาวสดดดซบกาซคารบอนไดออกไซดและมลสารอนทรย

ระเหยงายในชนบรรยากาศ

ปจจบนมการศกษาถงความเปนไปไดในการพฒนาวสดชวมวลใหเปนวสดดดซบ เชน ไมไผ ไมยางพารา

เศษไมทง รวมทงวสดเหลอทงทางการเกษตร ไดแก แกลบ ขเลอย กะลามะพราว ซงขาวโพด เปนตน โดยหลกการ

ทวไปของการดดแปรวสดชวมวลเปนวสดดดซบ คอ การเปลยนองคประกอบคารบอนในวสดซงทำาได 2 วธ ไดแก

วธการกระตนทางกายภาพ (physical activation) ซงเปนการกระตนโดยอาศยไอนำา ประกอบกบ การใชอณหภม

สงในการเผากระตน โดยไอนำาจะตองอยในรปไอนำาทรอนยงยวด (superheated stream) เพอทำาใหสารอนทรย

ตาง ๆ สลายไป วธการนนยมใชในการพฒนาวสดคารบอน (carbonization) ซงการใหความรอนลกษณะนเรยกวา

pyrolysis ซงเปนการใหความรอนแกวสดอนทรยโดยการจำากดปรมาณออกซเจน อณหภมของการเผาอยในชวง

200-500°C ขนอยกบประเภทของวสดเปนสำาคญ อกวธการหนงทใชในการเปลยนองคประกอบคารบอนในวสด

คอวธการกระตนทางเคม โดยใชสารเคมชนดตาง ๆ เชน แคลเซยมคลอไรด สงกะสคลอไรด กรดฟอสฟอรค เปนตน

โดยสารเคมจะแทรกซมเขาสโครงสรางของชวมวลสงผลใหองคประกอบทไมบรสทธถกกำาจดไดเรวขน จากนนจง

นำาไปเผาแบบไมจำากดออกซเจนโดยใชอณหภมเผาประมาณ 600-700 °C ทงน ยงสามารถใชการกระตนทงสองวธ

รวมกนได โดยการกระตนโดยใชสารเคมกอนแลวจงนำาไปกระตนทางกายภาพเพอเพมจำานวนรพรนของถานใหม

คณสมบตเหมาะสมสำาหรบการดดซบมากยงขน

การพฒนาวสดดดซบมลสารในชนบรรยากาศ

จากการทบทวนวรรณกรรมทเกยวของพบวา งานวจยสวนใหญในตางประเทศเปนการพฒนาวสดชวมวล

เหลอใชทางการเกษตรสำาหรบดดซบมลสารในชนบรรยากาศจำาพวกซลเฟอรไดออกไซด (SO2) ไนโตรเจนออกไซด

(NOx) และไฮโดรเจนซลไฟด (H

2S) ซงเมอพจารณาถงประเภทวตถดบทใชจะเหนไดวา สวนใหญมกใชประโยชนจาก

วสดชวมวลทพบในแตละพนท เชน Almond shell, African palm , Peat, Pistachio nut shell เปนตน ทงน

วสดชวมวลแตละชนดมประสทธภาพดดซบมลสารทแตกตางกนไป อาท เปลอกถวพทาชโอ มคาการดดซบมลสาร

65ปท 21 ฉบบท 3 กรกฎาคม-กนยายน 2560

จำาพวก SO2 ไดดกวากะลามะพราว สวนกะลามะพราวมประสทธภาพในการดดซบกาซ H

2S ไดดกวาวสดดดซบ

ชวมวลทสงเคราะหไดจากกะลาปาลม เปนตน นอกจากน งานวจยในตางประเทศไดทดลองศกษาประสทธภาพการ

ดดซบกาซคารบอนไดออกไซดโดยการสงเคราะหวสดดดซบชวมวลหลากหลายชนด ซงแตละชนดมความสามารถ

ในการดดซบทแตกตางกนไป เชน วสดดดซบทสงเคราะหไดจากปาลมแอฟรกนมประสทธภาพการดดซบกาซ

คารบอนไดออกไซด 160 มลลกรมตอกรมวสดดดซบ เปนตน (ตารางท 1)

ตารางท 1 การพฒนาวสดดดซบชวมวลและการนำาไปใชประโยชนในการดดซบมลสารในชนบรรยากาศ

วสดชวมวล รปแบบการใชประโยชน ประสทธภาพการดดซบ อางอง

Coconut shell วสดดดซบมลสารในชนบรรยากาศจำาพวกSO

2, NO

x, H

2S และ Aromatic VOCs

- 40 mg/g SO2

- 22 mg/g NOx

- 215.4 mg/g H2S

- 305.7 mg/g Aromatics

Lee et al., 2003

Palm shell วสดดดซบมลสารในชนบรรยากาศจำาพวก SO

2, NO

และ H

2S

- 73.7 mg/g SO2

- 3.7 mg/g NO- 53 mg/g H

2S

Sumathi et al., 2009; Guo et al., 2007

Wood วสดดดซบมลสารในชนบรรยากาศจำาพวก NO2 143-283 mg/g NO

2Kante et al., 2009

Pistachio nut shell วสดดดซบมลสารในชนบรรยากาศจำาพวก SO2

89.6 mg/g SO2

Lua et al., 2009

Peat วสดดดซบ CO2

0.77-3.98 mol/kg CO2

Garcıa et al., 2011

Wood และAlmond shell

วสดดดซบ CO2

7.3 mol/kg CO2;

11.7, 9.6 wt% CO2

Plaza et al., 2010

African palm วสดดดซบ CO2

160 mg/g CO2

Vargas et al., 2011

บทสรป

การใชประโยชนชวมวลเหลอใชทางการเกษตรสำาหรบกกเกบคารบอนและดดซบสารอนทรยระเหยงายในชน

บรรยากาศ นบเปนทางเลอกหนงในการจดการของเสยทางการเกษตรใหเกดประโยชนสงสด อยางไรกด เทคโนโลย

การดกจบและกกเกบกาซคารบอนไดออกไซดยงอยระหวางขนตอนการพฒนาซงมการวจยแพรหลายในตางประเทศ

แตการวจยในประเทศไทยยงมอยไมมากนก โดยมากจะเปนการวจยในการเตรยมวสดดดซบโดยการควบคมสภาพท

เหมาะสม ไดแก อณหภม สารเคม ระยะเวลาทใช สำาหรบตวอยางผลตภณฑเปาหมาย ไดแก ถานกมมนตทสงเคราะห

ไดจากซงขาวโพด ลกหกวาง ผกตบชวา ขเลอย กะลาตาลโตนด เปลอกเมลดยางพารา กากกาแฟ เมลดลำาไย เปลอก

เมลดทานตะวน เปนตน โดยเนนการใชประโยชนจากวสดดดซบดงกลาวในการบำาบดหรอกำาจดมลสาร กลมโลหะ

หนก สารฟอกยอม หรอสารปนเปอนอน ๆ ในสงแวดลอม หรอเปนการศกษาถงรปแบบและความเปนไปไดในการ

แปรรปวสดชวมวลเหลอใชเปนเชอเพลงในการผลตไฟฟา และพลงไอนำาใชสำาหรบกระบวนการผลตของอตสาหกรรม

และไดผลตอบแทนดานการลดปรมาณกาซเรอนกระจกในรปของคารบอนเครดตจากโครงการแปรรปชวมวลดงกลาว

เปนพลงงาน (waste-to-energy cogeneration) เปนตน (Kittipongvises and Polprasert, 2016) ดวยเหตน

การศกษาความเปนไปไดในการพฒนาวสดชวมวลพนถนมาสงเคราะหเปนวสดดดซบ เพอกกเกบคารบอนเพอชวย

บรรเทาปญหาการเปลยนแปลงสภาพภมอากาศและมลพษอากาศ เปนประเดนทนาสนใจทควรพฒนาตอยอดและ

พจารณาความคมคาทางเศรษฐศาสตร ตลอดจนวเคราะหความตองการทางการตลาดของกลมเปาหมายควบค

ไปพรอมกน

66 วารสารสงแวดลอม ENVIRONMENTAL JOURNAL

กตตกรรมประกาศ

ขอขอบคณสำานกงานคณะกรรมการวจยแหงชาต (วช.) และสำานกงานกองทนสนบสนนการวจย (สกว.) ท

ใหทนสนบสนนการวจย โครงการศกษาความเปนไปไดในการนำาวสดเหลอใชจากกลมวสาหกจชมชนการเกษตรมา

สงเคราะหเปนวสดดดซบเพอกกเกบคารบอนและบำาบดมลสารทางอากาศประเภทสารอนทรยระเหยงาย: กรณ

ศกษาประเภทแกลบและชานออย รวมถง จฬาลงกรณมหาวทยาลย ทไดอำานวยความสะดวกและสนบสนนในการ

ศกษาและองคความรอนเปนประโยชนตอการทำาวจยดงกลาว

เอกสารอางอง

ภาษาไทย

กรมควบคมมลพษ. 2559. สรปสถานการณสารอนทรยระเหยงายในบรรยากาศ (VOCs) ป 2558 [ออนไลน].

แหลงทมา: http://www.pcd.go.th/ [10 กมภาพนธ 2559]

กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน. 2558. ศกยภาพชวมวลในประเทศไทย [ออนไลน]. แหลงทมา:

http://www.dede.go.th/ewt_w3c/ewt_news.php?nid=486 [16 เมษายน 2558]

ภาษาองกฤษ

D’Alessandro, D. M., Smit B., Long J. R. 2010. Carbon dioxide capture: Prospects for new materials.

Angewandte Chemie International Edition 49: 6058-6082.

Figueroa, J. D., Fout, T., Plasynski, S., McIIvried, H., Srivastava, R. D. 2008. Advances in CO2 capture

technology–The U.S. Department of Energy’s Carbon Sequestration Program. International

Journal of Greenhouse Gas Control 2: 9-20.

Garcı´a, S., Gil, M. V., Martı´n, C. F., Pis, J. J., Rubiera, F., Pevida, C. 2011. Breakthrough adsorp-

tion study of a commercial activated carbon for pre-combustion CO2 capture. Chemical

Engineering Journal 171: 549–556.

Guo, J., Luo, Y., Lua, A. C., Chi, R., Chen, Y., Bao, X., Xiang, S. 2007. Adsorption of hydrogensulphide

(H2S) by activated carbons derived from oil-palm shell. Carbon 45: 330–336.

IPCC. 2005. IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage. United Kingdom and

New York, USA: Cambridge University Press.

IPCC. 2007. Climate Change 2007: The Physical Science Basis, Summary for Policymakers

[Online]. Available from: http://www.ipcc.ch/ [17 March 2015]

Kante, K., Deliyanni, E., Bandosz, T. J. 2009. Interactions of NO2 with activated carbons modified with

cerium, lanthanum and sodium chlorides. Journal of Hazardous Materials 165: 704–713.

67ปท 21 ฉบบท 3 กรกฎาคม-กนยายน 2560

Kittipongvises, S. and Polprasert, C. 2016. GHGs Emissions and Sustainable Solid Waste

Management. In O.P. Karthikeyan, K. Heimann, and S. S. Muthu (eds.), Recycling of Solid

Waste for Biofuels and Biochemicals, pp. 55-85. Singapore: Springer. DOI 10.1007/978-

981-10-0150-5

Lee, Y. W., Kim, H. J., Park, J. W., Choi, B. U, and Choi, D. K. 2003. Adsorption and reaction behavior

for the simultaneous adsorption of NO–NO2 and SO

2 on activated carbon impregnated

with KOH. Carbon 41: 1881–1888.

Lua, A. C., Yang, T. 2009. Theoritical and experimental SO2 adsorption onto pistachio-nut-shell

activated carbon for a fixed-bed column. Chemical Engineering Journal 155: 175-183.

Plaza, M. G., Garcı´a, S., Rubiera, F., Pis, J. J., and Pevida, C. 2010. Post-combustion CO2 capture with

a commercial activated carbon: comparison of different regeneration strategies. Chemical

Engineering Journal 163: 41–47.

Sumathi, S., Bhatia, S., Lee, K. T., and Mohamed, A. R. 2009. Optimization of microporous palm

shell activated carbon production for flue gas desulphurization: experimental and statistical

studies. Bioresource Technology 100: 1614–1621.

Vargas, D. P., Giraldo, L., Silvestre-Albero, J., and Moreno-Piraja´ n, J. C. 2011. CO2 adsorption on

binderless activated carbon monoliths, Adsorption 17: 497–504.

Yu, C.H., Huang, C. H., and Tan, C. S. 2012. A Review of CO2 Capture by Absorption and Adsorption.

Aerosol and Air Quality Research 12: 745–769.