โปรแกรมพัฒนาการผลิตและใช้พลังงานจากพืชพลังงานเป็นพลังงานหลักทดแทนการนำเข้าพลังงานจากต่างประเทศ

บทคัดย่อ

บทคัดย่อ โครงการโปรแกรมพัฒนาการผลิตและใช้พลังงานจากพืชพลังงานเป็นพลังงานหลักทดแทนการนำเข้า พลังงานจากต่างประเทศ มีวัตถุประสงค์เพื่อ 1) ศึกษาหาแนวทางการบริหารจัดการพลังงานพืชพลังงาน หญ้าเนเปียร์อย่างครบวงจรตลอดกระบวนการ ตั้งแต่กระบวนการเพาะปลูก การเก็บเกี่ยว การแปรรูป และ การผลิตพลังงานทดแทนที่เหมาะสม สำหรับรองรับการขยายตัวความต้องการพลังงานในอนาคต 2) เพื่อ พัฒนารูปแบบการผลิตพลังงานทดทนจากพืชพลังงานหญ้าเนเปียร์อย่างครบวงจรที่มีประสิทธิภาพสูงและ ต้นทุนต่ำ ได้แก่ ต้นแบบโรงงานผลิตเชื้อเพลิงชีวมวลจากหญ้าเนเปียร์ (Napier Grass Feedstock Plant) ต้นแบบโรงงานผลิตแก๊สชีวภาพจากหญ้าเนเปียร์ (Napier Grass Biogas Power Plant) ในระดับอุตสาหกรรม ที่เหมาะสมกับขยายผลสู่เชิงพาณิชย์ ผลการศึกษาสรุปได้ดังนี้ การศึกษาการปลูกพืชพลังงานหญ้าเนเปียร์ในระดับเชิงพาณิชย์ใช้พื้นที่ฟาร์มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุร นารี จำนวน 100 ไร่ เป็นแปลงสาธิตปลูกหญ้าเนเปียร์แปลงใหญ่ เลือกพันธุ์หญ้าเนเปียร์ปากช่อง 1 เนื่องจาก เจริญเติบโตเร็ว ให้ผลผลิตต่อไร่สูง โปรตีนสูง ทำการเตรียมท่อนพันธุ์ เตรียมดิน เตรียมระบบน้ำ การเพาะปลูก ดูแลรักษา ให้ปุ๋ยและน้ำในช่วงตลอดการเก็บข้อมูลโครงการฯ ผลผลิตหญ้าเนเปียร์ในช่วงอายุต่างๆ โดยสุ่ม ตัวอย่าง จากแปลงปลูก วัดความสูงของหญ้าเนเปียร์ปากช่อง 1 ที่อายุ45,70,90,120,150 และ 180 วัน พบว่า ความสูงของหญ้าแปรผันโดยตรงกับอายุของหญ้าโดยมีค่าเท่ากับ2.73,3.39,3.45,4.23,4.68 และ 5.33 เมตร ตามลำดับเช่นเดียวกับปริมาณผลผลิตเฉลี่ยต่อไร่ที่อายุ45,70,90,120,150 และ 180 วัน พบว่า แปรผัน โดยตรงกับอายุของหญ้าโดยมีค่าเท่ากับ 7,680 , 8,720 , 10,440 , 13,764 , 16,880 และ 21,800 กิโลกรัม ตามลำดับ แต่อย่างไรก็ตามความชื้นที่อายุ 45,70,90,120,150 และ 180 วัน พบว่าความชื้นของหญ้าในช่วง อายุ 45 ถึง 150 วัน มีค่าลดลงตามอายุของหญ้าที่เพิ่มขึ้นแต่หญ้าที่อายุ 180 วัน มีเปอร์เซนต์ความชื้นเพิ่มขึ้น เมื่อเทียบกับหญ้าอายุ 150 วัน ทั้งนี้เนื่องจากหญ้าอายุ 180 วัน จะมีหน่อหญ้าขึ้นมาใหม่ในปริมาณมากซึ่งจะมี ความชื้นสูงส่งผลให้ความชื้นของหญ้าอายุ 180 วัน มีค่าสูงขึ้น ทั้งนี้จากข้อมูลการปลูกหญ้าเนเปียร์ปากช่อง 1 จะพบว่า การให้ผลผลิตน้ำหนักสดจะมีช่วงกว้างโดยอยู่ในช่วง 40 - 100 ตันสดต่อไร่ต่อปี หรือมากกว่านั้นใน บางกรณีและมีความแปรผันตามพื้นที่เพาะปลูก การชลประทาน และการดูแล กรณีของโครงการฯ การปลูก หญ้าเนเปียร์ใช้เป็นพืชพลังงานในพื้นที่แปลงทดลอง ปริมาณผลผลิตน้ำหนักสดต่อไร่ที่ผลิตได้เฉลี่ย อยู่ที่ 7.68 ตันต่อไร่ต่อรอบ x รอบการตัดฟันปริมาณ 6-8 ครั้งต่อปี ประเมินผลผลิตได้ในช่วง 42- 65 ตันต่อไร่ต่อปี เห็น ได้ผลผลิตหญ้าเนเปียร์อยู่ในช่วงเกณฑ์ ผลวิเคราะห์คุณสมบัติหญ้าเนเปียร์ ในช่วงอายุต่างๆ การศึกษาคุณสมบัติทางความร้อน พบว่าที่ช่วง อายุหญ้าเนเปียร์มากขึ้น ค่าพลังงานความจะสูงขึ้น นั้นมาจากปริมาณความชื้นของหญ้าลดลงตามที่กล่าว ข้างต้น ในเชิงการบริหารจัดการ Feed stock การนำหญ้าเนเปียร์ไปผลิตเป็นเชื้อเพลิงชีวมวล จึงควรเลือก หญ้าเนเปียร์ที่รอบเก็บเกี่ยว 120-150 วัน เป็นช่วงที่วัตถุดิบมีความชื้นต่ำ ค่าความร้อนสูง และผลผลิต 13.76- 16.880 ตันต่อไร่ ต่อรอบผลิตต่อแก๊สชีวภาพรอบ x รอบการตัดฟันปริมาณ 2-3 ครั้งต่อปี ประเมินผลผลิตได้ ในช่วง 44 ตันต่อไร่ต่อปี ในเชิงการบริหารจัดการ Feed stock การนำหญ้าเนเปียร์ไปผลิตเป็นแก๊สชีวภาพใน ค เชิงการบริหารจึงควรเลือกรอบเก็บเกี่ยว 45 วัน เพราะมีความชื้นสูง คุณสมบัติของธาตุอาหารหลัก Protein Fat สูง และFiber ต่ำ ผลผลิตน้ำหนักสดต่อไร่ที่ผลิตได้เฉลี่ย อยู่ที่ 7.68 ตันต่อไร่ต่อรอบ x รอบการตัดฟัน ปริมาณ 6 -7 ครั้งต่อปี ประเมินผลผลิตได้ในช่วง 40-50 ตันต่อไร่ต่อปี การศึกษาแนวทางการเก็บเกี่ยว การรวบรวม และการแปรรูปพืชพลังงานหญ้าเนเปียร์โดยการเก็บ เกี่ยวตัวอย่างหญ้าเนเปียร์ที่อายุการเจริญเติบโต ประมาณ 45-50 วัน โดยใช้เครื่องเก็บเกี่ยวหญ้า เนเปียร์ (Napier Chopper) ใช้เครื่องเก็บเกี่ยวแบบตัดสองจังหวะ (Double chopper) เครื่องเก็บเกี่ยวจะ สับย่อยหญ้ามีขนาดตามที่โรงงานต้องการ ใส่รถบรรทุกส่งเข้าโรงงานผลิตก๊าซชีวภาพ /โรงงานเชื้อเพลิงชีว มวล ภายใน 1 วันการประเมินต้นทุนการปลูกหญ้าเนเปียร์ที่อัตราการให้ผลผลิต 55-60 ตันสด/ไร่/ปี ซึ่งเป็น การแสดงต้นทุนการปลูกหญ้าเนเปียร์ และการประเมินกำไรสุทธิในการปลูก ซึ่งจะพบว่า (1) ต้นทุนหน้าไร่ โดยรวมต้นทุนการปลูก และการดูแลรักษา มีต้นทุนเฉลี่ย 242 บาท/ตัน (2) ต้นทุนหน้าโรงงาน (กรณี โรงงานเข้าไปเก็บเกี่ยวและรวบรวม) โดยรวมต้นทุนการปลูก การดูแลรักษา การ เก็บเกี่ยว และการขนส่ง มีต้นทุนเฉลี่ย 242 บาท/ตัน เท่ากับ 450 บาท/ตันสด (ข้อมูลเฉลี่ยในหนึ่งรอบ ระยะเวลาการปลูก 4 ปี) ซึ่งเห็นได้ว่าต้นทุนวัตถุดิบหญ้าเนเปียร์ต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับต้นทุนของเชื้อเพลิง ชีวมวล ทั้งนี้ข้อมูลดังกล่าว จะนำมาใช้กำหนดราคารับซื้อหญ้าเนเปียร์ที่ ณ แปลงปลูกของเกษตรกร และ ราคาการประกันราคาของโครงการ ประมาณ 500 บาท/ตันสด/รอบการเก็บเกี่ยว ดังกล่าวจะทำให้เกษตรกร มีกำไรสุทธิเฉลี่ยอยู่ที่ 3,058 บาท/ไร่/ปี ศักยภาพเชิงพลังงานเพื่อผลิตเป็นก๊าซชีวภาพ เลือกหญ้าเนเปียร์สด (ตัดที่อายุ 45 วัน) มี) มีความชื้น เท่ากับ 82.43% ปริมาณสารที่ระเหย (%VS :Dry weight) อยู่ที่ 81.1 % โดยมีปริมาณโปรตีน ไขมัน คาร์โบไฮเดรต และเยื่อใย ปริมาณ 8.52% 1.44% 41.99% และ30.48% ตามลำดับ โดยคิดความสามารถ ในการผลิตก๊าซชีวภาพจากพืชพลังงานจะพิจารณาจากอัตราการผลิตก๊าซมีเทนต่อของแข็งระเหยง่าย (Volatile Solids; VS) ทั้งนี้ ความสามารถในการผลิตก๊าซมีเทนของพืชพลังงานจะอยู่ที่ 120-500 m3 /tonVS ศักยภาพเชิงพลังงานของหญ้าเนเปียร์ในเชิงการผลิตเป็นก๊าซชีวภาพ จึงถือว่ามีศักยภาพสูง งานพัฒนา ต้นแบบโรงงานผลิตแก๊สชีวภาพจากหญ้าเนเปียร์เทคโนโลยีแก๊สชีวภาพแบบถังกวนต่อเนื่อง (Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR) ขนาด 300 ลูกบาศก์เมตร ประกอบด้วย 1) ถัง CSTR ขนาดความจุ 300 ลบ. ม. อุปกรณ์ท่อ วาล์ว และอื่นๆ 2) บ่อผสมหญ้า 3) พื้นที่เตรียมวัตถุดิบป้อนระบบ 4) อาคารควบคุมและระบบ ควบบคุมพื้นฐาน5) ชุดระบายแก๊สและ Flare gas station 6) บ่อดินเก็บปุ๋ยน้ำ ในการทดสอบประสิทธิภาพ การผลิตแก๊สชีวภาพ ใช้หญ้าเนเปียร์สด เป็นวัตถุดิบเดินระบบ รอบเก็บเกี่ยว 45 วัน (ขนาด 5 mm - 25 mm ความหนาแน่นขยะ 45 kg/m3 ) ความชื้น 74.11 %wb ทั้งนี้ จะเห็นว่าหญ้าเนเปียร์สด มีความชื้น (% MC) ของแข็งทั้งหมด (%TS) และ ของแข็งระเหยได้ (%VS) ร้อยละ 74.11% 25.89% และ 23.61% ตามลำดับ ศักยภาพการผลิตแก๊สชีวภาพจากหญ้าเนเปียร์ของโรงงานต้นแบบ เท่ากับ 57.65 Nm3/tonวัตถุดิบ สัดส่วน CH4 ประมาณ 55%v ศักยภาพเชิงพลังงานเพื่อผลิตเป็นเชื้อเพลิงชีวมวลหญ้าเนเปียร์ มีศักยภาพเทียบเท่า เชื้อเพลิงชีว มวลประเภทอื่นๆ และก็ยังมีข้อจำกัดเหมือนเชื้อเพลิงชีวมวลทั่วไป คือมี ความชื้นสูง โดยหญ้าเนเปียร์ มี ง ความชื้นประมาณ 70.11% จึงจำเป็นต้องมีกระบวนการแปรรูปเพื่อเป็นชีวมวลพร้อมใช้ต่อไป ทั้งนี้กรณีที่ผ่าน กระบวนกาแปรรูปเชื้อเพลิงชีวมวล (Biomass Feed stock) จะทำให้เชื้อเพลิงชีวมวลต่างๆ เหมาะสมที่จะ นำไปใช้เป็นวัตถุดิบผลิตพลังงานโดยเทคโนยีทางความร้อนได้ต่อไป คุณสมบัติทางเคมีของหญ้าเนเปียร์ หาก พิจารณา หญ้าเนเปียร์ที่ความชื้น 5.65 % จะมีค่าความร้อน เท่ากับ 15,950 KJ/kg ค่า Volatile Matter 81.20 % และสอดคล้องกับปริมาณธาตุ %C %H ซึ่งเป็นธาตุหลักที่ให้พลังงาน มีคุณสมบัติเทียบเคียงได้กับ เชื้อเพลิงชีวมวลต่างๆ ที่ใช้กันในเชิงพาณิชย์ งานพัฒนาต้นแบบโรงงานผลิตแก๊สชีวภาพจากหญ้าเนเปียร์ การ แปรรูปรูปเชื้อเพลิงชีวมวลเบื้องต้นจะมีแกนหลักของกระบวนการในการแปรรูป ได้แก่ การลำเลียงขนถ่าย การ สับ/ย่อยลดขนาด การอบแห้งลดความชื้น การแปรรูปเป็นเชื้อเพลิงอัดแท่ง เลือกเนเปียร์ที่อายุ 120-150 วัน คุณสมบัติของเชื้อเพลิงที่นำมาแปรรูป สำหรับโรงงานต้นแบบนี้จะมีกำลังการผลิตเชื้อเพลิงแข็งอัดเม็ด 1.0 ตัน ต่อชั่วโมง ความหนาแน่น 515.89 kg/m3 ค่าความร้อน 17,592 KJ/kg ข้อเสนอแนะเชิงนโยบายและแผนการจัดการพลังงานทดแทนจากพืชพลังงาน เห็นควรให้ภาครัฐ ส่งเสริมการปลูกหญ้าเนเปียร์ ท่อนพันธุ์หญ้าเนเปียร์ที่มีคุณภาพ ให้ความรู้ทั้งด้านวิชาการการเตรียมการปลูก การดูแลรักษาการจัดการตัดฟันที่ถูกต้องเหมาะสม ส่งเสริมการจัดตั้งศูนย์ส่งเสริมและรับซื้อหญ้าเนเปียร์แบบ ครบวงจร มีมาตรการประกันราคาหญ้าเนเปียร์ โดยกำหนดราคาหญ้าเนเปียร์ขั้นต้น มีสัญญาซื้อขายแบ่ง สัดส่วนให้เกษตรกรแต่ละคนอย่างชัดเจน

คำสำคัญ