นวัตกรรมการเปลี่ยนรูปคาร์บอนไดออกไซด์ เพื่อผลิตคอนกรีตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

บทคัดย่อ

โครงการวิจัยนี้ ได้พัฒนากระบวนการดักจับและกักเก็บก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ด้วยผงเหล็ก ในระดับห้องปฏิบัติ และนำผลิตภัณฑ์เฟอร์รัสคาร์บอเนตที่ได้ไปผสมกับส่วนผสมให้อยู่ในรูปของ “เฟอร์ร็อก” จากนั้นนำมาใช้เป็นวัสดุทดแทนปูนซีเมนต์สำหรับผลิตเป็นคอนกรีตผสม โดยให้ค่าความแข็งแรงของคอนกรีตตามมาตรฐานอุตสาหกรรม (มอก.) สามารถนำไปใช้เป็นวัสดุคอนกรีตทางเลือกในอุตสาหกรรมปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ ประเภท 1 สำหรับงานโครงสร้าง ซึ่งผลงานวิจัยสามารถแสดงได้ 4 ส่วน ดังนี้ ส่วนที่ 1 ด้านการศึกษาการดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยก้อนวัสดุผสมผงเหล็ก ได้ดำเนินการโดยการผสมและขึ้นรูปตัวอย่างก้อนวัสดุผสมผงเหล็ก ที่สัดส่วนผงโลหะเหล็กในปริมาณ 60 เปอร์เซ็นต์ กับวัสดุส่วนผสมอื่น ๆ ได้แก่ เถ้าลอย, แคลเซียมคาร์บอเนต,เมตาเกาลิน และกรดออกซาลิก ที่สัดส่วน 20, 10, 8 และ 2 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก พบว่า เมื่อระยะเวลาการบ่มในบรรยากาศของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่นานขึ้นจะทำให้สีของก้อนวัสดุผสมผงเหล็กด้านนอกเข้มขึ้น และสีจะจางลงสู่ภายใน ซึ่งหมายถึงอาจเกิดเป็นสารประกอบเฟอร์รัสคาร์บอเนตที่เพิ่มขึ้น โดยปริมาณการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ของก้อนวัสดุผสมผงเหล็กได้ 0.0271 กรัมคาร์บอนไดออกไซด์ต่อกรัมวัสดุ ส่วนที่ 2 ได้ทำการศึกษาการดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยสารเคมีชนิดต่าง ๆ ในระดับห้องปฏิบัติการ ได้แก่ สารละลายเหล็กไอออน, สารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์, สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ และสารละลายแคลเซียมไฮดรอกไซด์ ในการทดสอบได้ใช้สารละลายกลุ่มไฮดรอกไซด์ ที่ความเข้มข้น 1 โมลาร์ ปริมาตร 1 ลิตร เทียบกับการใช้สารละลายเหล็กไอออนที่เตรียมจากการละลายเหล็ก 400 กรัม ในน้ำ 1 ลิตร ดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ความเข้มข้น 100 เปอร์เซ็นต์โดยปริมาตร อัตราการไหลก๊าซ 25 ลิตรต่อนาที ผลการศึกษา สรุปได้ว่า สารละลายเหล็กไอออน, สารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์, สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ และสารละลายแคลเซียมไฮดรอกไซด์ สามารถดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เท่ากับ 2.12, 26.33, 9.18 และ 2.04 เปอร์เซ็นต์โดยปริมาตร ตามลำดับ และการดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยสารละลายเหล็กไอออน จะทำให้ได้ผลิตภัณฑ์เฟอร์รัสคาร์บอเนต 2.071 กรัมต่อกรัมโลหะเหล็ก ซึ่งผลิตภัณฑ์ที่ได้จะถูกนำไปใช้ศึกษาเพื่อใช้ประโยชน์ต่อไป ส่วนที่ 3 ได้ศึกษาการใช้สารประกอบเฟอร์รัสคาร์บอเนตขึ้นรูปเป็นวัสดุผสมในซีเมนต์เพสต์ มอร์ตาร์ และคอนกรีต โดยพิจารณาใช้วัสดุทดแทน Cement : FeCO3 และ Cement : Ferrock เป็นส่วนผสมที่สัดส่วน 0-100 เปอร์เซ็นต์ พบว่า สัดส่วน Cement : FeCO3 และ Cement : Ferrock ที่ทำให้สมบัติทางวิศวกรรมของก้อนตัวอย่างซีเมนต์เพลสอยู่ในค่ามาตรฐานอุตสาหกรรมปูนซีเมนต์ ประเภท 1 สำหรับงานโครงสร้าง คือที่สัดส่วน 80:20 – 40:60 ทั้งกรณีผสมในรูปเฟอร์รัสคาร์บอเนต และในรูปเฟอร์ร็อก โดยที่สัดส่วนดังกล่าว จะให้ค่าความแข็งแรงต่อแรงอัด อยู่ในช่วง 28.72-56.27 และ 28.09-39.25 เมกกะปาสคาล และค่าการดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ อยู่ในช่วง 0.076-0.228 และ 0.047-0.140 กิโลกรัมคาร์บอนไดออกไซด์ต่อกิโลกรัมวัสดุ. ตามลำดับ เมื่อขึ้นรูปเป็นมอร์ตาร์ และคอนกรีต พบว่า สมบัติทางวิศวกรรม ยังอยู่ในค่ามาตรฐานที่จะนำไปใช้ประโยชน์ในงานโครงสร้างได้ โดยกรณีมอร์ตาร์ที่ผสม เฟอร์รัสคาร์บอเนต และเฟอร์ร็อก จะให้ค่าความแข็งแรงต่อแรงอัด อยู่ในช่วง 4.80-21.03 และ 18.04-18.33 เมกกะปาสคาล และค่าการดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ อยู่ในช่วง 0.020-0.061 และ 0.012-0.037 กิโลกรัมคาร์บอนไดออกไซด์ต่อกิโลกรัมวัสดุ ตามลำดับ แต่กรณีคอนกรีตที่ผสม ควรผสมเฟอร์รัสคาร์บอเนตและเฟอร์ร็อกสูงสุดไม่เกิน 40 และ 60 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก โดยจะให้ค่าความแข็งแรงต่อแรงอัด ไม่ต่ำกว่า 25.09 และ 28.44 เมกกะปาสคาล และค่าการดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ ไม่ต่ำกว่า 0.0344 และ 0.0316 กิโลกรัมคาร์บอนไดออกไซด์ต่อกิโลกรัมวัสดุ ตามลำดับ และส่วนสุดท้าย ด้านการประเมินต้นทุนการดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ได้ใช้สารละลายจำนวน 4 ชนิด ในระดับห้องปฏิบัติการ ได้ว่า ต้นทุนการดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ สารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์, สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์, สารละลายแคลเซียมไฮดรอกไซด์ และสารละลายเหล็กไอออน มีค่าเท่ากับ 3,471, 5,025, 21,703 และ 12,566 บาทต่อกิโลกรัมคาร์บอนไดออกไซด์ ตามลำดับ สำหรับต้นทุนวัสดุทดแทนปูนซีเมนต์ ได้ว่า ปูนซีเมนต์ผสมเฟอร์รัสคาร์บอเนต ที่สัดส่วนสูงสุด 40 เปอร์เซ็นต์ และผสมเฟอร์ร็อก ที่สัดส่วนสูงสุด 60 เปอร์เซ็นต์ จะมีต้นทุนสูงขึ้นเป็น 4,434 และ 4,459 บาทต่อตันซีเมนต์ ตามลำดับ ซึ่งสูงกว่าต้นทุนปูนซีเมนต์ 100% ที่มีต้นทุนเท่ากับ 3,140 บาทต่อตัน ผลการวิจัยภายใต้โครงการนี้ เป็นการพัฒนากระบวนการดักจับและกักเก็บก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ด้วยผงเหล็ก ทำให้ได้สารประกอบเฟอร์รัสคาร์บอเนต ซึ่งสามารถนำไปใช้เป็นวัสดุทดแทนปูนซีเมนต์ได้ แต่หากเป็นการดักจับและกักเก็บก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในก๊าซผสม หรือก๊าซไอเสียที่ปล่อยทิ้งจากโรงงานอุตสาหกรรมหรือโรงไฟฟ้า ผลิตภัณฑ์พลอยได้ที่ได้รับจะไม่ได้มีเพียงแค่สารประกอบเฟอรัสคาร์บอเนตเพียงอย่างเดียว เมื่อนำไปพัฒนาเป็นวัสดุทดแทนซีเมนต์ จะทำให้ได้ค่าความแข็งแรงที่ต่างออกไป

คำสำคัญ