“ถ่านหิน” ดูจะเป็นคำที่โดดเด่นที่สุดของยุคนี้ในอุตสาหกรรมผลิตไฟฟ้า เพราะอยู่ท่ามกลางความต้องการเชื้่อเพลิงหาได้ง่ายราคาถูกแล้ว ยังเป็นตัวการสำคัญของข้อจำกัดการปล่อยมลภาวะสิ่งแวดล้อม จังหวะนี้มีแต่คนอยากใช้ถ่านหินเกรดต่ำกันทั่วโลก Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) จึงเป็นทางเลือกสำคัญของยุคนี้
ย้อนกลับไปดูประวัติศาสตร์การผลิตไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าถ่านหิน แล้วจะพบว่า ระบบการผลิตกระแสไฟฟ้ามีความต้องการที่เฉพาะเจาะจงมากในเรื่องของคุณสมบัติของเชื้อเพลิงที่ใช้ โดยเฉพาะเมื่อพูดถึงโรงไฟฟ้าถ่านหินที่พัฒนาก่อนปี 1990 ได้ออกแบบสำหรับถ่านหินเกรดสูง คือ ถ่านหินที่มี Heating Value สูงกว่า 5000 kcal/kg. หลังจากนั้น จึงทำให้อุตสาหกรรมนี้มุ่งสู่การใช้ถ่านหินเกรดสูงเป็นปริมาณมาก ส่งผลให้ต้นทุนเชื้อเพลิงและค่าใช้จ่ายการเดินเครื่องสูงขึ้นอย่างเห็นได้ชัด แม้ว่าเทคโนโลยีปัจจุบันพัฒนาการใช้ถ่านหินเกรดต่ำ (Low Rank Coal) แต่โรงไฟฟ้าที่เดินเครื่องในปัจจุบันยังคงใช้ถ่านหินเกรดสูงอยู่ ประกอบกับการลงทุนในการเปลี่ยนระบบจากการใช้ถ่านหินเกรดสูงมาเป็นเกรดต่ำนั้น ใช้เงินลงทุนสูงอยู่มาก
แต่สิ่งสำคัญที่ต้องคำนึงถึงในการเลือกใช้เชื้อเพลิงคือ เชื้อเพลิงอื่นๆ ไม่ว่าจะเป็นน้ำมัน High Speed Diesel (HSD) หรือก๊าซธรรมชาติ ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงหลักในระบบ Combined Cycle Power Plant ย่อมไม่ใช่ทางเลือกที่ดีที่สุดเพราะย่อมตามมาด้วยปัญหาต้นทุนการผลิตที่สูงกว่าโรงไฟฟ้าถ่านหินแน่นอน
สถานการณ์ด้านสิ่งแวดล้อมยิ่งทำให้การผลิตกระแสไฟฟ้าต้องทำการควบคุมมลภาวะไม่ให้เกินจากมาตรฐานที่กำหนดของแต่ละประเทศ เทคโนโลยีที่พัฒนาใหม่จึงต้องมุ่งไปสู่การทำให้มีประสิทธิภาพสูงสุด เพื่อลดมลภาวะด้านสิ่งแวดล้อมให้ต่ำที่สุด
จากเหตุผลข้างต้นจึงนำไปสู่ Clean Coal Technology สำหรับการผลิตกระแสไฟฟ้า และวิธีการสำคัญในการปรับปรุงใช้กับโรงไฟฟ้าไปสู่เทคโนโลยีนี้คือ Gasification
Principle of Coal Gasification
Gasification คือกระบวนการเปลี่ยนเชื้อเพลิงแข็งหรือของเหลวไปเป็นเชื้อเพลิงก๊าซ ที่เรียกว่า Synthetic Gas ซึ่งมีส่วนประกอบหลักคือ Hydrogen (H2) และ Carbon Monoxide (CO)
Gasification มีความแตกต่างจากระบบเผาไหม้สมบูรณ์ คือ ระบบการเผาไหม้สมบูรณ์จะเปลี่ยนพลังงานในเชื้อเพลิงไปเป็นพลังงานความร้อนผ่านปฏิกริยาเคมีที่มี Oxygen (O2) อย่างเพียงพอ ในขณะที่ระบบ Gasification มีจุดประสงค์เพื่อเปลี่ยนพลังงานที่สะสมในเชื้อเพลิงให้เป็น H2 และ CO (Syngas) มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ ซึ่ง Syngas นั้นสามารถนำไปเผาไหม้ในกระบวนการถัดไปได้อย่างง่ายดาย ดังนั้น จะเห็นได้ว่าปริมาณ O2 ที่ต้องการใช้นั้นน้อยกว่าการเผาไหม้แบบสมบูรณ์ถึง 30%-40% ในรายละเอียดแสดงด้วย Carbon Reaction ด้านล่างคือการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ (Partial Oxidation) เพื่อผลิต CO
2C + O2 —> 2CO
Product ของการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์คือ CO ไม่ใช่ CO2 มีข้อดีกว่าคือ CO เป็นเชื้อเพลิงที่เผาไหม้ได้ง่ายกว่าอีกด้วย ส่วนการเปลี่ยน CO ไปเป็น H2 แสดงดัง CO Shift Reaction ดังนี้
CO + H2O <--> H2 + CO2
ปฏิกริยาในกระบวนการ Gasification อย่างสมบูรณ์ซึ่งเปลี่ยนเชื้อเพลิงของแข็ง เช่น ถ่านหิน, ถ่านโค้ก, ถ่าน แสดงดังนี้
Combustion reactions:
C + 1/2O2 —> CO
CO + 1/2O2 —> CO2
H2 + 1/2O2 —> H2O
Boudouard reaction:
C + CO2 —> 2CO
Water shift reaction:
C + H2O —> CO + H2
Methanetion reaction
C + 2H2 —> CH4
จะว่าไปรู้สึกว่าประเทศไทยมีความโชคดีที่มีถ่านหินลิกไนต์ (เกรดต่ำ)สร้างกระแสไฟฟ้ากันมาตั้งแต่ 30-40 ปีที่แล้ว
(source : ARSEPE2009 by Dr. Willy Adriansyah – Lab. Termodinamika, ITB)