Municipal solid waste-to-energy conversion

การแปรรูปขยะมูลฝอยชุมชนเป็นพลังงาน

การเพิ่มขึ้นของจำนวนประชากรและการขยายตัวของชุมชนเมือง รวมถึงการส่งเสริมการท่องเที่ยวในหลายภูมิภาคของประเทศไทย ทำให้มีการใช้ทรัพยากรและการบริโภคเพิ่มมากขึ้น ซึ่งส่งผลให้ปริมาณขยะเพิ่มสูงขึ้นในแต่ละปีอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ จนเป็นปัญหาใหญ่ระดับประเทศที่ยังทวีความรุนแรงมากขึ้น จากรายงานของกรมควบคุมมลพิษระบุว่า ปริมาณขยะมูลฝอยและของเสียอันตรายในปี พ.ศ. 2561 มีกว่า 27.8 ล้านตัน เพิ่มขึ้น 1.64% เมื่อเทียบกับปี พ.ศ. 2560 กรุงเทพมหานครถือเป็นจังหวัดที่มีปริมาณขยะสูงที่สุด 4.85 ล้านตัน หรือคิดเป็น 17% ของขยะมูลฝอยทั้งประเทศ สิ่งที่น่าวิตกคือ ในปี พ.ศ. 2563 ประเทศไทยมีปริมาณขยะที่ไม่ได้ถูกกำจัดอย่างถูกต้องถึง 7.8 ล้านต้น หรือคิดเป็น 31% ของปริมาณขยะทั้งหมดที่เกิดขึ้นในแต่ละปี ขยะส่วนนี้ทำให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมและเป็นแหล่งของเชื้อโรค นอกจากนี้ยังมีการลักลอบทิ้งขยะในพื้นที่สาธารณะ ทำให้ขยะปนเปื้อนในแหล่งน้ำจืดและลงสู่ทะเล ซึ่งส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตในบริเวณดังกล่าวจนเป็นข่าวที่เราได้ยินบ่อยครั้งในปัจจุบัน

ขยะมูลฝอยชุมชน (Municipal solid waste) สามารถแบ่งแยกตามประเภทได้ 4 ประเภท ได้แก่ 

1. ขยะที่ย่อยสลายได้หรือขยะอินทรีย์ (Compostable waste) เป็นขยะที่เน่าเสียและย่อยสลายได้ง่าย ส่วนใหญ่อยู่ในรูปเศษอาหารเหลือทิ้ง เป็นประเภทขยะที่พบมากที่สุดคิดเป็น 64% ของขยะทั้งหมด
2. ขยะรีไซเคิล (Recyclable waste) เป็นที่ขยะสามารถนำกลับมาใช้ประโยชน์ใหม่ได้หากมีการคัดแยกอย่างถูกวิธี เช่น กระดาษ แก้ว ขวดพลาสติก โลหะ ซึ่งขยะประเภทนี้มีปริมาณกว่า 30% ของขยะทั้งหมด
3. ขยะอันตราย (Hazardous waste) เป็นขยะที่มักพบได้น้อยที่สุดแต่จำเป็นต้องกําจัดหรือบําบัดด้วยวิธีการเฉพาะ เช่น หลอดไฟ ถ่านไฟฉาย ยาฆ่าแมลง วัตถุไวไฟ เคมีภัณฑ์หรือสิ่งอื่นใดที่อาจทำให้เกิดอันตรายแก่บุคคล สัตว์ พืช ทรัพย์สินหรือสิ่งแวดล้อม
4. ขยะทั่วไป (General waste) เป็นขยะประเภทอื่นนอกเหนือจาก 3 ประเภทข้างต้น เป็นขยะที่ย่อยสลายตามธรรมชาติได้ยากและไม่คุ้มค่าในการรีไซเคิล เช่น ซองขนม กล่องโฟม ถุงพลาสติก โดยมีปริมาณใกล้เคียงกับขยะอันตราย

การแปรรูปขยะมูลฝอยเป็นพลังงานถือเป็นแนวทางหนึ่งที่น่าสนใจในการลดปริมาณขยะ ซึ่งมีหลายวิธี

• การเผา (Incineration) เป็นเทคโนโลยีที่เป็นที่ยอมรับและแพร่หลายมากที่สุดในโลก สามารถลดปริมาณขยะได้มากโดยการเผาสารอินทรีย์ในขยะเพื่อผลิตพลังงานและไฟฟ้า เตาเผาขยะส่วนใหญ่ทำงานที่อุณหภูมิสูงประมาณ 850–1,100 องศาเซลเซียส นอกจากความร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้แล้ว ยังมีแก๊สจากการเผาไหม้ (Flue gas) ที่มีองค์ประกอบเป็น คาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจนออกไซด์ และแก๊สชนิดอื่น ๆ ซึ่งจะนำไปใช้ในการผลิตไอน้ำความดันสูง (High-pressure steam) เพื่อผลิตไฟฟ้าด้วยกังหันไอน้ำ (Steam turbine) จากนั้นจึงผ่านแก๊สเข้าสู่กระบวนการบำบัดอย่างเหมาะสมก่อนปล่อยสู่บรรยากาศ ส่วนเถ้า (Ash) สามารถนำไปใช้ประโยชน์ต่อในอุตสาหกรรมซีเมนต์หรือกำจัดด้วยการฝังกลบ (Landfill)
• ไพโรไลซิส (Pyrolysis) เป็นกระบวนการแตกสลายสารอินทรีย์ด้วยความร้อนในบรรยากาศที่ไม่มีแก๊สออกซิเจน กระบวนการนี้สามารถดึงพลังงานจากคาร์บอนที่เป็นองค์ประกอบในขยะให้กลับมาได้ถึง 80% ไพโรไลซิสแบ่งออกเป็น 3 รูปแบบ ได้แก่ ไพโรไลซิสแบบช้า (Slow pyrolysis) ไพโรไลซิสแบบเร็ว (Fast pyrolysis) และไพโรไลซิสแบบเร็วมาก (Flash pyrolysis) ซึ่งมีความแตกต่างกันของกระบวนการทั้งอุณหภูมิ อัตราการให้ความร้อน ระยะเวลา และขนาดอนุภาคของวัตถุดิบ ดังแสดงในตาราง ไพโรไลซิสทั้ง 3 รูปแบบ จะให้ปริมาณผลิตภัณฑ์แก๊ส ของเหลว และของแข็งที่แตกต่างกัน โดยไพโรไลซิสแบบเร็วมากมีปริมาณของเหลวสูงที่สุด ขณะที่ปริมาณแก๊สและของแข็งมากที่สุดในกรณีไพโรไลซิสแบบช้า

• แกซิฟิเคชัน (Gasification) เป็นกระบวนการแปรสภาพสารอินทรีย์เป็นแก๊ส โดยทำปฏิกิริยากับแก๊สผสมที่ประกอบด้วยแก๊สออกซิเจนในปริมาณที่จำกัดและไอน้ำที่อุณหภูมิสูงประมาณ 800 องศาเซลเซียส โดยปกติผลผลิตของแก๊สที่ได้จะสูงมากและอาจถึง 85% โดยขึ้นกับปัจจัยหลายอย่าง เช่น อุณหภูมิ ชนิดของแก๊สที่ทำปฏิกิริยา ความชื้นและขนาดอนุภาคของวัตถุดิบ ผลิตภัณฑ์แก๊สที่ได้เรียกอีกชื่อหนึ่งว่า แก๊สสังเคราะห์ (Synthetic gas) หรือซินแก๊ส (Syngas) ซึ่งมีส่วนประกอบหลักคือ แก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ และแก๊สไฮโดรเจน นอกจากนี้ยังมีแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และมีเทนปะปนด้วย สามารถนำมาใช้โดยตรงในกังหันแก๊ส (Gas turbine) เพื่อผลิตไฟฟ้าร่วมกับความร้อน (Combined heat and power: CHP) หรือนำไปใช้ผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์ (Synthetic fuels) ในภาคการขนส่ง นอกจากนี้ยังใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมปุ๋ยและเคมีภัณฑ์อื่น ๆ
• การย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน (Anaerobic digestion) เป็นกระบวนการทางชีวเคมี (Biochemical process) ที่อาศัยจุลินทรีย์ (Microorganisms) ในการย่อยสลายสารอินทรีย์ในขยะโดยทำงานในสภาวะที่ไม่มีแก๊สออกซิเจน ผลิตภัณ ฑ์หลักที่เกิดขึ้นคือ แก๊สชีวภาพ (Biogas) ที่มีองค์ประกอบหลักเป็นแก๊สมีเทน (50–80 %) และแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (20–50 %) นอกจากนี้ยังมีแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์และแอมโมเนียอยู่ด้วยเล็กน้อย กระบวนการทำงานของจุลินทรีย์แบ่งออกเป็นหลายขั้นตอนซึ่งมีความอ่อนไหวต่อระดับความเป็นกรด-เบสของระบบและจำเป็นต้องควบคุมสภาวะอื่น ๆ ให้เหมาะสมเพื่อให้ได้ปริมาณผลิตภัณฑ์ที่สูง แก๊สชีวภาพที่ผลิตได้สามารถนำไปใช้ทดแทนแก๊สธรรมชาติ (Natural gas) ในการผลิตไฟฟ้าร่วมกับความร้อนแต่ประสิทธิภาพจะต่ำกว่า เนื่องจากแก๊สชีวภาพมีค่าความร้อน (Calorific value) ต่ำกว่าแก๊สธรรมชาติประมาณ 35%