เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์และผลิตภัณฑ์

                                                                                       เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์และผลิตภัณฑ์

พลังงานเป็นปัจจัยพื้นฐานที่สำคัญในการดำรงชีวิตของมนุษย์ สัตว์และพืช ในสมัยโบราณแหล่งพลังงานหลักจากธรรมชาติได้มาจากแสงอาทิตย์ ลม หรือน้ำ ปัจจุบันนี้เทคโนโลยีทางด้านอุตสาหกรรม การขนส่ง สื่อสารและด้านอื่นๆ มีความเจริญขึ้นมาก ทำให้ประชากรทั้งโลกมีความต้องการใช้พลังงานเชื้อเพลิงประเภทต่างๆ เพิ่มมากขึ้นตามไปด้วยและมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นต่อไปอีกในอนาคต เชื้อเพลิงที่นำมาใช้มากที่สุด 3 ประเภทแรก ได้แก่น้ำมัน แก๊สธรรมชาติและถ่านหิน ซึ่งทั้ง 3 ประเภทนี้จัดอยู่ในกลุ่มของเชื้อเพลิงที่เรียกว่า เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ ในบทนี้จะได้ศึกษาเชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ซึ่งได้แก่ ถ่านหิน หินน้ำมัน และปิโตรเลียม โดยศึกษาเกี่ยวกับการกำเนิดการสำรวจและขุดเจาะ ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการกลั่น ตลอดจนผลที่เกิดจากการผลิตและการใช้ผลิตภัณฑ์ต่อชีวิตและสภาพแวดล้อม

                                                                                          ลักษณะของถ่านหินชนิดหนึ่ง

                             ถ่านหิน

            ถ่านหินเป็นหินตะกอนที่กำเนิดมาจากซากพืชลักษณะแข็งแต่เปราะ มีสีน้ำตาลถึงดำ มีทั้งชนิดผิวมันและผิวด้าน องค์ประกอบหลักในถ่านหินคือธาตุคาร์บอน และธาตุอื่นๆ เช่น ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน และกำมะถัน นอกจากนี้อาจพบธาตุที่มีปริมาณน้อย เช่น ปรอท สารหนู ซิลีเนียม โครเมียม นิกเกิล ทองแดง และแคดเมียม ซึ่งเป็นสาเหตุสำคัญที่ก่อให้เกิดปัญหาต่อสุขภาพและสิ่งแวดล้อมเมื่อนำถ่านหินไปใช้เป็นเชื้อเพลิง มีการคาดคะเนว่าถ้าใช้ถ่านหินอย่างที่เป็นอยู่ทุกวันนี้ ปริมาณถ่านหินสำรองที่มีอยู่จะใช้ได้อีกประมาณ 250 ปี

             การเกิดถ่านหิน

เมื่อประมาณ 350 ถึง 280 ล้านปีในอดีต พืชต่างๆที่ตายแล้วจะทับถมและเน่าเปื่อยผุพังอยู่ใต้แหล่งน้ำและโคลนตม เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงของผิวโลก เช่น แผ่นดินไหว หรือภูเขาไฟระเบิด ซากพืชเหล่านี้จะจมลึกลงไปในผิวโลกภายใต้ความร้อนและความดันสูง ซากพืชเหล่านี้ซึ่งอยู่ในภาวะที่ขาดหรือมีออกซิเจนจำกัดจึงเกิดการย่อยสลายอย่างช้าๆ เนื่องจากโครงสร้างหลักของพืชเป็นเซลลูโลส น้ำและลิกนิน ซึ่งสารเหล่านี้ประกอบด้วยธาตุคาร์บอน ไฮโดรเจนและออกซิเจนเ เมื่อถูกย่อยสลาให้มีโมเลกุลเล็กลง คาร์บอนตั้งแต่ร้อยละ 50 โดยมวลหรือมากกว่าร้อยละ 70 โดยปริมาตร ส่วนไฮโดรเจนและออกซิเจนจะเกิดเป็นสารประกอบอื่นๆ แยกออกไป

                ถ่านหินที่พบและนำมาใช้งาน สามารถจำแนกตามอายุการเกิดหรือปริมาณคาร์บอนที่เป็นองค์ประกอบได้ดังรูป 12.2

ลักษณะและการเกิดของถ่านหินชนิดต่างๆ

>พีต         เป็นถ่านหินในขั้นเริ่มต้นของกระบวนการเกิดถ่านหิน ซากพืชบางส่วนยังสลายตัวไม่หมดและมีลักษณะให้เห็นเป็นลำต้น กิ่งหรือใบ มีสีน้ำตาลจนถึงสีดำ มีความชื้นสูงสารประกอบที่เกิดขึ้นมีปริมาณออกซิเจนสูงและมีปริมาณคาร์บอนต่ำ เมื่อนำพีตมาเป็นเชื้อเพลิงจึงต้องผ่านกระบวนการไล่ความชื้นหรือทำให้แห้งก่อน ความร้อนที่ได้จากการเผาพีตจะสูงกว่าที่ได้จากไม้ จึงนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงเพื่อการให้ความร้อนในบ้านและผลิตไฟฟ้า ข้อดีของพีตคือมีปริมาณร้อยละของกำมะถันต่ำกว่าน้ำมันและถ่านหินชนิดอื่นๆ

>ลิกไนต์    หรือถ่านหินสีน้ำตาล เป็นถ่านหินที่มีซากพืชเหลืออยู่เล็กน้อย ลักษณะเนื้อเหนียวและผิวด้าน มีปริมาณออกซิเจนและความชื้นต่ำแต่มีปริมาณคาร์บอนสูงกว่าพีตเมื่อติดไฟมีควันและเถ้าถ่านมาก ลิกไนต์ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับให้ความร้อนและใช้เพื่อการผลิตกระแสไฟฟ้า

>ซับบิทูนัส          เป็นถ่านหินที่เกิดนานกว่าลิกไนต์ มีสีน้ำตาลจนถึงสีดำ ลักษณะผิวมีทั้งผิวด้านและเป็นมัน มีทั้งเนื้ออ่อนร่วนและแข็ง มีปริมาณออกซิเจนและความชื้นต่ำ แต่มีปริมาณคาร์บอนสูงกว่าลิกไนต์ ใช้เป็นแหล่งพลังงานสำหรับผลิตกระแสไฟฟ้าและงานอุตสาหกรรม

>บิทูมินัส< เป็นถ่านหินที่เกิดนานกว่าซับบิทูมินัส มีเนื้อแน่นและแข็ง มีทั้งสีน้ำตาลจนถึงสีดำ มีปริมาณออกซิเจนและความชื้นต่ำแต่มีปริมาณคาร์บอนสูงกว่าซับบิทูมินัส ใช้เป็นเชื้อเพลิงในการถลุงโลหะและนำมาใช้เป็นวัตถุดิบเพื่อเปลี่ยนเป็นเชื้อเพลิงเคมีอื่นๆ ได้

>แอนทราไซต์ เป็นถ่านหินที่มีอายุการเกิดนานที่สุดมีสีดำ ลักษณะเนื้อแน่น แข็งและเป็นมัน มีปริมาณออกซิเจนและความชื้นต่ำแต่มีปริมาณคาร์บอนสูงกว่าถ่านหินชนิดอื่น จุดไฟติดยาก เมื่อติดไฟจะให้เปลวสีน้ำเงินจางๆ มีควันน้อยให้ความร้อนสูงและไม่มีสารอินทรีย์ระเหยออกมาจากการเผาไหม้

                ปริมาณร้อยละของธาตุองค์ประกอบในถ่านหินชนิดต่างๆ เมื่อเทียบกับไม้แสดงในตาราง 12.1

            ตาราง 12.1 ปริมาณร้อยละของธาตุองค์ประกอบและความชื้นของถ่านหินชนิดต่างๆ เทียบกับไม้

*ขึ้นกับชนิดของพันธุ์ไม้

- จากข้อมูลในตาราง ถ้าเผาไหม้ถ่านหินแต่ละชนิดที่มีมวลเท่ากันจะให้พลังงานแตกต่างกันหรือไม่    เพราะเหตุใด

        การเผาไหม้คาร์บอน (แกรไฟต์) จะให้พลังงานความร้อน 32.8 กิโลจูลต่อกรัม แต่การเผาไหม้ถ่านหินให้พลังงานความ

ร้อนเฉลี่ยประมาณ 30.6 กิโลจูลต่อกรัม จึงกล่าวได้ว่าพลังงานความร้อนที่ได้จากการเผาไหม้ถ่านหินขึ้นอยู่กับปริมาณของคาร์บอนที่เป็นองค์ประกอบในถ่านหิน ดังนั้นการเผาไหม้ถ่านหินแต่ละชนิดที่มีมวลเท่ากัน จะให้พลังงานความร้อนแตกต่างกันตามปริมาณคาร์บอนที่มีอยู่ในถ่านหิน ซึ่งมีลำดับจากมากไปน้อยดังนี้คือ แอนทราไซต์ บิทูมินัส ซับบิทูมินัส ลิกไนต์และพีต

12.1.2 การใช้ประโยชน์จากถ่านหิน

                ถ่านหินนำมาใช้เป็นแหล่งให้พลังงานความร้อนตั้งแต่ประมาณ 3,000 กว่าปีมาแล้ว ประเทศจีนเป็นประเทศแรกๆ ที่ใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงในการถลุงทองแดงนอกเหนือจากใช้ให้ความอบอุ่นในบ้าน ปัจจุบันการใช้ประโยชน์จากถ่านหินส่วนใหญ่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตกระแสไฟฟ้า การถลุงโลหะ การผลิตปูนซีเมนต์และอุตสาหกรรมต่างๆ ที่ใช้เครื่องจักรไอน้ำ พบว่าการผลิตกระแสไฟฟ้าทั่วโลกใช้เชื้อเพลิงจากถ่านหินประมาณร้อยละ 39 ดังรูป 12.3

                                                             รูป 12.3 ปริมาณร้อยละของกระแสไฟฟ้าทั่วโลกที่ผลิตจากเชื้อเพลิงชนิดต่างๆ

แหล่งถ่านหินในประเทศไทยมีกระจายอยู่ทั่วทุกภาคแหล่งถ่านหินที่ใหญ่ที่สุดและมีการผลิตมากที่สุดคิดเป็นร้อยละ 97 ของปริมาณสำรองที่มีในประเทศไทย คือ เหมืองแม่เมาะ จังหวัดลำปาง และรองลงมาคือ เหมืองกระบี่ จังหวัดกระบี่ ซึ่งดำเนินการโดยการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย ถ่านหินที่พบส่วนใหญ่เป็นลิกไนต์และซับบิทูมินัส ซึ่งมีคุณภาพอยู่ในเกณฑ์ต่ำ ให้ปริมาณพลังงานความร้อนไม่สูงมากนัก นอกจากจะใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงแล้ว ยังนำมาทำถ่านกัมมันต์เพื่อใช้เป็นสารดูดซับกลิ่นในเครื่องกรองน้ำ กรองอากาศหรือในเครื่องใช้ต่างๆ ทำคาร์บอนไฟเบอร์ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความแข็งแกร่งแต่น้ำหนักเบาสำหรับใช้ทำอุปกรณ์กีฬา เช่น ด้ามไม้กอล์ฟ ไม้แบดมินตัน ไม้เทนนิส นอกจากนี้นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามคิดค้นหาวิธีเปลี่ยนถ่านหินให้เป็นแก๊สและวิธีแปรสภาพถ่านหินให้เป็นของเหลว เพื่อเพิ่มเติมคุณค่าทางด้านพลังงานและความสะดวกในการขนส่งด้วยระบบท่อส่ง เชื้อเพลิงแก๊สและเชื้อเพลิงเหลวเหล่านี้จะถูกเปลี่ยนไปเป็นผลิตภัณฑ์เคมีอื่นๆ ที่มีประโยชน์ รวมทั้งเป็นการช่วยเสริมปริมาณความต้องการใช้เชื้อเพลิงธรรมชาติจากปิโตรเลียมด้วย

การใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงโดยตรงจะได้ผลิตภัณฑ์ทั้งในรูปแก๊สซึ่งเป็นออกไซด์ของธาตุที่เป็นองค์ประกอบในถ่านหินและเถ้าถ่าน แก๊สเหล่านี้ได้แก่   เป็นสาเหตุของการเกิดภาวะเรือนกระจก CO เป็นแก๊สที่ไม่มีกลิ่นและไม่มีสีถ้าสูดดมเข้าไปจะทำให้เกิดอาการมึนงง คลื่นไส้ อาจทำให้หมดสติหรือถึงตายได้ และ             ทำให้เกิดการระคายเคืองต่อระบบทางเดินหายใจและปอด เป็นสาเหตุสำคัญของภาวะมลพิษในอากาศ เกิดฝนกรดซึ่งทำให้น้ำในแหล่งน้ำต่างๆ มีความเป็นกรดสูงขึ้น ส่งผลต่อการเจริญเติบโตของทั้งพืชและสัตว์ ของเสียที่เป็นฝุ่นหรือเถ้าถ่านจะมีพวกโลหะต่างๆ ปนออกมาด้วย ถ้ากำจัดไม่ถูกต้องจะเกิดผลเสียต่อสิ่งมีชีวิตและภาพแวดล้อม เถ้าพวกนี้อาจกำจัดโดยนำมาผสมกับซีเมนต์เพื่อใช้ในการก่อสร้าง ใช้ถมถนนหรือนำไปผ่านกระบวนการเพื่อแยกโลหะออกมาใช้ประโยชน์ สำหรับฝุ่นที่เกิดขึ้นถ้าไม่มีกระบวนการกำจัดที่ดีจะฟุ้งกระจายไปในบรรยากาศ ปัจจุบันมีอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพซึ่งใช้หลักการทางไฟฟ้าสถิตช่วยในการจับฝุ่นเอาไว้

การลดผลกระทบที่เกิดขึ้นจาก         ทำได้โดยกำจัดกำมะถันออกไปก่อนการเผาไหม้ วิธีนี้นอกจากจะกำจัดกำมะถันแล้ว สารส่วนน้อยที่เป็นพิษ เช่น ปรอด ยังถูกกำจัดออกไปได้ด้วย ข้อเสียของการกำจัดโดยวิธีนี้คือทำให้เกิดการสูญเสียสารประกอบอินทรีย์ที่มีประโยชน์ไปด้วย การกำจัดอีกวิธีหนึ่งซึ่งเป็นการกำจัดหลังการเผาไหม้ โดยการฉีดหรือพ่นหินปูนเข้าไปในเตาเผาที่มีอุณหภูมิสูง หินปูนจะสลายตัวได้เป็นแคลเซียมออกไซต์ ซึ่งเมื่อทำปฏิกิริยากับแก๊ส                      จะได้สารประกอบของแคลเซียมซัลไฟต์ เป็นวิธีที่ลงทุนถูกกว่าและนิยมนำมาใช้