Development of suitable technologies and prototypes for biogas purification and hydrogen production from biogas

โครงการนี้เสนอแนวทางการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจนโดยใช้วัตถุดิบก๊าซชีวภาพ ทั้งนี้เมื่อพิจารณาเปรียบเทียบเทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจน พบว่าประเทศไทยนั้นมีความเหมาะสมกับเทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจนจากชีวภาพทั้งชีวมวลและก๊าซชีวภาพ เนื่องจากประเทศไทยเป็นผู้ผลิตผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร อีกทั้งยังมีภูมิอากาศที่ร้อนชื้นเหมาะแก่การเพาะปลูกและหมักก๊าซชีวภาพ คณะผู้วิจัยจึงเสนอแนวคิดในการผลิตและกักเก็บไฮโดรเจนที่สามารถทำการเพิ่มและขยายกำลังได้ เพื่อเติมเต็มข้อจำกัดของการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียน โดยการผลิตไฮโดรเจนจากวัตถุดิบก๊าซชีวภาพจากบ่อขยะ หมายความว่า พลังงานไฮโดรเจนที่ผลิตได้นั้นจะมาจากของเหลือในชุมชน โดยจะผลิตไฮโดรเจนจากกระบวนการเคมีความร้อนหลายกระบวนการเพื่อทำการเปรียบเทียบกัน ได้แก่ กระบวนการปฏิรูปด้วยไอน้ำ (steam reforming) กระบวนการออกซิเดชันบางส่วน (partial oxidation) และกระบวนการ autothermal reforming เพื่อเลือกกระบวนการที่เหมาะสมสำหรับพัฒนาต่อไป ในส่วนก๊าซผลิตภัณฑ์ที่ได้นั้นจะถูกนำไปผ่านกระบวนการ water gas shift เพื่อเพิ่มปริมาณไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นจากกระบวนการ โดยจะสามารถนำไปเป็นแหล่งพลังงานขนาดเล็กในชุมชน อีกทั้งยังทำให้ไม่มีข้อจำกัดในการกักเก็บพลังงาน และจะนำออกมาใช้เมื่อมีความต้องการใช้ไฟฟ้าโดยผ่านหอเซลล์เชื้อเพลิง โดยคณะวิจัยจะทดสอบกระบวนการผลิตไฮโดรเจน ออกแบบและพัฒนาระบบการผลิต เพิ่มความบริสุทธิ์และกักเก็บไฮโดรเจนโดยใช้วัตถุดิบก๊าซชีวภาพจากบ่อขยะให้มีประสิทธิภาพสูงสุด จากนั้นทำการทดสอบความน่าเชื่อถือในการผลิตไฮโดรเจนโดยใช้วัตถุดิบก๊าซชีวภาพมีเทนจากบ่อขยะ (ทำการทดสอบระบบแบบต่อเนื่องเป็นระยะเวลาอย่างน้อย 50 ชั่วโมง ที่กำลังการผลิต 20 ลิตรต่อนาที) รวมถึงสร้างความพร้อมบุคลากรให้มีความรู้และเข้าใจในกระบวนการผลิตไฮโดรเจนจนถึงการใช้งาน
ทั้งนี้คณะวิจัยมีประสบการณ์ในการพัฒนาองค์ความรู้และต่อยอดสู่การออกแบบและสร้างระบบการผลิตไฮโดรเจนจากวัตถุดิบต่างๆ ที่หาได้ในประเทศไทยมาเป็นระยะเวลายาวนาน ตั้งแต่ พ.ศ. 2544 คณะวิจัยได้เริ่มมีการศึกษาและวิจัยเกี่ยวกับทางด้านพลังงานไฮโดรเจน โดยได้เริ่มทำการวิจัยเกี่ยวกับเซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์ของแข็ง (solid oxide fuel cell, SOFC) และ ในปี พ.ศ. 2549 ได้เริ่มมีการศึกษาและวิจัยเกี่ยวกับการผลิตไฮโดรเจนจากก๊าซธรรมชาติ โดยขณะนั้นมีกำลังการผลิตไฮโดรเจนจากก๊าซธรรมชาติได้ถึง 20 ลิตรต่อนาที ซึ่งเพียงพอต่อการผลิตไฟฟ้าจากเซลล์เชื้อเพลิงได้มากถึง 1 กิโลวัตต์ (kW) จากนั้นในปี พ.ศ. 2559 คณะวิจัยยังได้มีการศึกษาและวิจัยเกี่ยวกับการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตไฮโดรเจนจากไบโอเอทานอลด้วย นอกจากงานวิจัยทางด้านการผลิตไฮโดรเจน ในปี พ.ศ. 2549 คณะวิจัยยังได้เริ่มมีการศึกษาและวิจัยเกี่ยวด้านกระบวนการทำความสะอาดก๊าซชีวภาพ เนื่องจากส่วนประกอบของก๊าซชีวภาพส่วนใหญ่ประกอบไปด้วยก๊าซมีเทน (methane, CH4) ปริมาณร้อยละ 60-70 และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (carbon dioxide, CO2) อีกร้อยละ 30-40 และ ก๊าซอื่นๆ เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์ (carbon monoxide, CO) และไฮโดรเจนซัลไฟด์ (hydrogen sulfide, H2S) อีก ซึ่งไม่สามารถนำไปผลิตไฮโดรเจนได้ จึงจำเป็นต้องมีกระบวนการทำความสะอาดก๊าซชีวภาพก่อนจึงจะสามารถนำไปผลิตเป็นไฮโดรเจนได้ คณะผู้วิจัยหวังว่าโครงการวิจัยนี้ จะสามารถนำไปพัฒนาต่อยอดเพื่อนำไปใช้ในการกักเก็บพลังงานไฟฟ้า เพื่อความมั่นคงทางด้านพลังงาน โดยไม่มีผลกระทบและไม่ก่อให้เกิดความเป็นพิษต่อมนุษย์ สัตว์ต่างๆ และสิ่งแวดล้อม นอกจากนี้ยังทำให้ประเทศเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันของประเทศทั้งในระดับภูมิภาคและระดับนานาชาติ