การพัฒนาเชื้อเพลิงทอริไฟด์จากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร ด้วยเทคนิคคลื่นไมโครเวฟ

Abstract

กระบวนการทอร์รีแฟคชั่นเป็นกระบวนการปรับปรุงคุณภาพของชีวมวล โดยการกำจัดความชื้นและสารระเหยที่อุณหภูมิต่ำ 200-400 oC ภายใต้ความดันบรรยากาศ ทั้งนี้เพื่อนำไปทดแทนการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลในอนาคตได้ อย่างไรก็ตามการป้อนความร้อนในกระบวนการทอร์รีแฟคชั่นมีการใช้พลังงานในการป้อนความร้อนสูง ดังนั้นจึงมีการนำเทคนิคคลื่นไมโครเวฟจึงถูกนำมาประยุกต์ใช้เพื่อเป็นแหล่งพลังงานให้แก่กระบวนการทอร์รีแฟคชั่น งานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อใช้ในศึกษาการเพิ่มคุณภาพวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรประเภทเศษไม้ลำไยและทางใบปาล์มด้วยกระบวนการทอร์รีแฟคชั่นด้วยเทคนิคคลื่นไมโครเวฟ โดยมีการวิเคราะห์และเปรียบเทียบผลกระทบของกำลังวัตต์ไมโครเวฟ และเวลาทอร์รีแฟคชั่นต่อคุณสมบัติทั้งทางเคมี กายภาพ และค่าความร้อนของเศษไม้ลำไยและทางใบปาล์มที่อยู่ในรูปแบบกาก โดยกำหนดกำลังวัตต์ไมโครเวฟเท่ากับ 180-600 W และเวลาเท่ากับ 10-20 min ผลการศึกษา พบว่า กำลังวัตต์ไมโครเวฟและระยะเวลาทอร์รีแฟคชั่นมีผลกระทบต่อคุณสมบัติ และค่าความร้อนของเศษไม้ลำไยและใบปาล์ม โดยเมื่อกำลังวัตต์และเวลาเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ความชื้นและสารระเหยลดลง ขณะเดียวกัน ปริมาณเถ้าและคาร์บอนคงตัวเพิ่มขึ้น ซึ่งส่งผลให้ค่าความร้อนของเชื้อเพลิงทอร์รีไฟด์เพิ่มขึ้น ทำให้ได้ว่าเงื่อนไขกำลังวัตต์และเวลาทอร์รีแฟคชั่นที่เหมาะสมสำหรับงานวิจัยนี้ คือ 450 W และ 20 min ตามลำดับ ซึ่งมีค่าความร้อนของเศษไม้ลำไยและทางใบปาล์มทอร์รีไฟด์เท่ากับ 23.12 MJ/kg และ 22.76 MJ/kg เพิ่มขึ้นจากชีวมวลตั้งต้น คิดเป็น 25.17% และ 27.50% ตามลำดับ การใช้พลังงานไฟฟ้าของกระบวนการทอร์รีแฟคชั่นเพิ่มขึ้นเมื่อกำลังวัตต์ไมโครเวฟและเวลาเพิ่มขึ้น โดยกำลังวัตต์ไมโครเวฟที่สูงขึ้นและเวลาลดลง มีการใช้พลังงานใกล้เคียงกับกรณีที่กำลังวัตต์ไมโครเวฟที่ต่ำกว่า แต่ใช้เวลาเพิ่มขึ้น สำหรับแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เอมไพริคอลสำหรับหาค่าความร้อนของเชื้อเพลิงทอร์รีไฟด์ สามารถพยากรณ์ค่าความร้อนได้ดี มีค่า R-squares เฉลี่ยอยู่ในช่วง 0.9390-0.9445 อัตราการใช้พลังงานไฟฟ้าโดยเฉลี่ยอยู่ในช่วง 0.04-0.22 kWh ส่งผลให้การผลิตมีต้นทุนพลังงานทั้งหมด 0.54 kWh/g จากการวิเคราะห์ SEM โครงสร้างชีวมวลเกิดการแตกหักและมีขนาดเล็กลงเมื่อกำลังวัตต์ไมโครเวฟเพิ่มสูงขึ้น และเมื่อดูจากอัตราส่วนอะตอม H/C และ O/C ที่เงื่อนไข 600 W 20 min มีค่าอยู่ในช่วง 0.0928-0.0934 % และ 0.5883-0.5622 % ลดลงจากชีวมวลเริ่มต้น ซึ่งถือเป็นข้อดีเพราะทำให้ควันและไอน้ำที่ก่อตัวน้อยลง