การพัฒนาระบบสาธิตขนาดอุตสาหกรรมเพื่อการผลิตก๊าซชีวภาพจากกากมันสำปะหลังที่อุณหภูมิสูง

อุตสาหกรรมแป้งมันสำปะหลังในประเทศไทยผลิตกากมันสำปะหลังมากกว่า 9 ล้านตันต่อปี [1] ปัจจุบันโรงงานผลิตแป้งมันสำปะหลังไทยพยายามหาช่องทางในการใช้ประโยชน์จากกากมันเหล่านั้น หนึ่งในรูปแบบการจัดการที่นิยมคือการขายในรูปของกากมันสด โดยมีผู้รับซื้อเพื่อใช้เป็นอาหารสัตว์ เพาะเห็ดฟาง ผลิตปุ๋ยหมัก ผลิตกรดซิตริก เป็นต้น [2] อย่างไรก็ตามอัตราของการรับซื้อกากมันสำปะหลังยังคงน้อยกว่าอัตราของการผลิตกากมันสำปะหลังในแต่ละวัน ทำให้โรงงานผลิตแป้งมันสำปะหลังส่วนใหญ่มักมีกากมันสำปะหลังตกค้างภายในโรงงานจำนวนมาก การสะสมของกากมันภายในโรงงานทำให้เกิดการหมักตามธรรมชาติ ที่สร้างกลิ่นรบกวนชุมชนโดยรอบ รวมทั้งปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจก (Greenhouse gas: GHG) ออกสู่ชั้นบรรยากาศที่เป็นสาเหตุของภาวะโลกร้อน [3]

     การผลิตก๊าซชีวภาพจากกากมันสำปะหลังประกอบด้วย 4 ขั้นตอนหลักคือ 1. ขั้นตอนการย่อยสลายสารอินทรีย์โมเลกุลใหญ่ (Hydrolysis step) เช่น คาร์โบไฮเดรต ไขมัน และโปรตีน เป็นต้น ให้มีโมเลกุลขนาดเล็ก เช่น น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว กรดไขมัน กรดอะมิโน เป็นต้น 2. ขั้นตอนการเปลี่ยนสารโมเลกุลขนาดเล็กไปเป็นกรดอินทรีย์ (Acidogenesis) เช่น กรดอะซิติก กรดโพรพิโอนิก กรดบิวทิริก เป็นต้น 3. ขั้นตอนการเปลี่ยนกรดอินทรีย์ไปเป็นกรดอะซิติก (Acetogenensis) และ 4. ขั้นตอนการเปลี่ยนกรดอะซิติก ก๊าซไฮโดรเจน และคาร์บอกไดออกไซด์ไปเป็นก๊าซมีเทน (Methanogenesis) ซึ่งขั้นตอนการย่อยสลายสารอินทรีย์ถือเป็นขั้นตอนที่กำหนดปฏิกิริยาของการผลิตก๊าซชีวภาพจากกากมันสำปะหลัง เนื่องจากกากมันสำปะหลังมีโครงสร้างที่ซับซ้อนทำให้เชื้อจุลินทรีย์ทำการย่อยสลายได้ยาก ทำให้งานวิจัยส่วนใหญ่มุ่งเน้นการเพิ่มความสามารถในการย่อยสลายสารอินทรีย์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการผลิตก๊าซชีวภาพจากกากมันสำปะหลัง

     โรงงานแป้งมันสำปะหลังในประเทศไทยเริ่มให้ความสำคัญกับการใช้กากมันสำปะหลังเป็นวัตถุดิบให้กับระบบผลิตก๊าซชีวภาพเพื่อผลิตไฟฟ้า เทคโนโลยีที่นิยมใช้อย่างแพร่หลาย คือ ระบบผลิตก๊าซชีวภาพแบบบ่อคลุม (modified covered lagoon: MCL) ที่เป็นเทคโนโลยีการย่อยสลายแบบไม่ใช้อากาศแบบอัตราย่อยสลายต่ำ (Low-rate anaerobic digestion) ซึ่งเป็นระบบที่ง่ายต่อการควบคุมระบบและการบำรุงรักษา และเหมาะสำหรับโรงงานที่มีความพร้อมด้านพื้นที่เนื่องจากต้องอาศัยระยะเวลาย่อยสลายที่อาจสูงถึง 40-60 วัน ทำให้ใช้พื้นที่สำหรับการก่อสร้างขนาดใหญ่

     หลายปีที่ผ่านมา บางโรงงานนำเข้าเทคโนโลยีการผลิตก๊าซชีวภาพจากกากมันสำปะหลังแบบอุณหภูมิสูง (Thermophilic anaerobic digestion) ที่มีส่วนประกอบเป็นถังปฏิกรณ์ผลิตก๊าซชีวภาพแบบถังกวนผสมสมบูรณ์ (Continuous stirred tank reactor: CSTR) ที่สามารถควบคุมอุณหภูมิ ทำให้ระบบมีอัตราการย่อยสลายสูงกว่าเทคโนโลยีแบบ Low-rate anaerobic digestion และใช้พื้นที่สำหรับก่อสร้างน้อยกว่า โดยเทคโนโลยีชนิดนี้เหมาะสำหรับโรงงานที่ต้องการอัตราการย่อยสลายกากมันสำปะหลังสูง ด้วยระบบที่ใช้พื้นที่ก่อสร้างน้อย อย่างไรก็ดี เทคโนโลยีชนิดนี้มีความอ่อนไหวต่อการเปลี่ยนแปลงสภาวะภายในระบบ ทำให้ประสิทธิภาพของระบบมีการเปลี่ยนแปลงได้อย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะขั้นของการเริ่มต้นระบบที่ต้องทำให้เชื้อจุลินทรีย์สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูง ตลอดจนการควบคุมระบบในระยะยาวจำเป็นต้องใช้บุคลากรที่มีความเชี่ยวชาญในการดำเนินการ จึงจะสามารถใช้งานเทคโนโลยีได้อย่างมีประสิทธิภาพและมีเสถียรภาพ จนอาจเป็นเหตุให้บางโรงงานไม่สามารถใช้งานเทคโนโลยีได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ

     ดังนั้น เพื่อเป็นการส่งเสริมให้เทคโนโลยีการผลิตก๊าซชีวภาพจากกากมันสำปะหลังประสิทธิภาพสูง ถูกถ่ายทอดเพื่อสร้างศักยภาพด้านการผลิตและใช้พลังงานทดแทนในอุตสาหกรรมแป้งมันสำปะหลังไทยในวงกว้าง ผ่านการสร้างแบบอย่างความสำเร็จของการใช้เทคโนโลยีประสิทธิภาพสูงเพื่อผลิตก๊าซชีวภาพ

     ศูนย์ความเป็นเลิศเฉพาะทางด้านการจัดการและใช้ประโยชน์จากของเสียอุตสาหกรรมการเกษตร (Excellent Center of Waste utilization and management; EcoWaste) ภายใต้ความร่วมมือระหว่างไบโอเทคและมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี มีความเชี่ยวชาญมากกว่า 35 ปี ด้านการพัฒนาและถ่ายทอดเทคโนโลยีการผลิตและใช้ประโยชน์จากก๊าซชีวภาพแก่อุตสาหกรรม อีกทั้งมีผลงานด้านการพัฒนาหลักสูตรฝึกอบรมด้านการผลิตและใช้ประโยชน์จากก๊าซชีวภาพให้กับภาคเอกชนตั้งแต่ระดับผู้ปฏิบัติการจนถึงระดับผู้บริหาร ที่ผ่านมามีผลงานด้านการพัฒนาหลักสูตรฝึกอบรมแก่บุคลากรทั้งภายในและภายนอกประเทศ ทั้งรูปแบบ On-site และ Online จึงเสนอแผนงานวิจัย “การพัฒนาระบบสาธิตขนาดอุตสาหกรรมและถ่ายทอดเทคโนโลยีการผลิตก๊าซชีวภาพจากกากมันสำปะหลังที่อุณหภูมิสูง” โดยศูนย์ EcoWaste จะนำองค์ความรู้ด้านการออกแบบและการควบคุมระบบผลิตก๊าซชีวภาพจากกากมันสำปะหลังประสิทธิภาพสูง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของระบบผลิตก๊าซชีวภาพให้แก่ระบบผลิตก๊าซชีวภาพของผู้ประกอบการที่ได้นำเข้าเทคโนโลยี ผ่านวิธีการควบคุมสารอาหารที่จำเป็น และทำระบบให้สามารถทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพที่อุณหภูมิ 40 และที่ 55 องศาเซลเซียส  เพื่อสร้างองค์ความรู้เชิงลึกด้านการควบคุมระบบที่มีความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์สำหรับผู้ประกอบการ เพื่อเป็นแบบอย่างความสำเร็จของการผลิตก๊าซชีวภาพจากกากมันสำปะหลังให้ผู้ประกอบการรายอื่น อันจะช่วยกระตุ้นให้เกิดการใช้เทคโนโลยีการผลิตก๊าซชีวภาพจากกากมันสำปะหลังด้วยเทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพสูงในวงกว้าง ที่จะนำไปสู่การลดปริมาณการปลดปล่อยก๊าซ GHG

     จากการประมาณการปลดปล่อยก๊าซ GHG จากกากมันสำปะหลังภายในโรงงานผลิตแป้งมันสำปะหลังที่มีกำลังการผลิตแป้งแห้ง 120 ตัน/วัน เปรียบเทียบกรณีที่โรงงานใช้และไม่ใช้ระบบผลิตก๊าซชีวภาพจากกากมันพบว่า หากโรงงานขาดการจัดการกากมันสำปะหลังอย่างเหมาะสม โดยปล่อยให้กากมันสำปะหลังเกิดการหมักตามธรรมชาติภายในบ่อเปิด อาจทำให้เกิดการปลดปล่อยก๊าซมีเทนและคาร์บอกไดออกไซด์ที่เป็นก๊าซ GHG สูงถึง 50,527 tCO₂e ประกอบกับการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลเพื่อให้ความร้อนในกระบวนการผลิตแป้งทำให้เกิดก๊าซ GHG อีก 16,626 tCO₂e ทำให้โรงงานปลดปล่อยก๊าซ GHG รวมไม่น้อยกว่า 67,154 tCO₂e เมื่อเทียบกับโรงงานที่มีการใช้ระบบผลิตก๊าซชีวภาพจากกากมันสำปะหลัง ทำให้ลดการปลดปล่อยก๊าซ GHG เหลือเพียง 13,175 tCO₂e

           ดังนั้นจะเห็นว่าเทคโนโลยีการผลิตก๊าซชีวภาพจากกากมันสำปะหลังที่อุณหภูมิสูงในโครงการนี้ นอกจากช่วยลดต้นทุนด้านพลังงานและเพิ่มศักยภาพด้านการแข่งขันให้กับอุตสาหกรรมแป้งมันสำปะหลังไทย ยังส่งเสริมภาพลักษณ์ของ กฟผ. ที่มุ่งมั่นสร้างความมั่นคงด้านกิจการไฟฟ้า ควบคู่การให้ความสำคัญด้านสิ่งแวดล้อม  เพิ่มเติมจากการส่งเสริมด้านพลังงานทดแทนจากก๊าซชีวภาพ