ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับถ่านหิน

ข้อมูลที่รวบรวมมาดังต่อไปนี้เป็นข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับถ่านหิน อันได้แก่ ประเภทของถ่านหิน การทำเหมืองถ่านหิน เทคโนโลยีที่ใช้ในการเผาไหม้ถ่านหิน ตลอดจนปริมาณถ่านหินที่ประเทศต่างๆ มีอยู่ ทำการผลิตและบริโภคในแต่ละปี

ประเภทของถ่านหิน

ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงจากซากดึกดำบรรพ์(ฟอสซิล) ซึ่งหมายถึงแต่เดิมถ่านหินเป็นอินทรียวัตถุ ที่ผ่านความกดดันและความร้อนจึงเกิดการอัดตัวและอุดมไปด้วยคาร์บอนเป็นเวลาหลายล้านปี

ทั้งนี้ คุณภาพของถ่านหินจะขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอน ซึ่งปริมาณคาร์บอนดังกล่าวก็ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความกดดันที่มีในการก่อรูปของถ่านหิน ยิ่งถ่านหินมีปริมาณคาร์บอนสูงเท่าใด ก็จะยิ่งมีค่าพลังงานสูงตามไปด้วย และหมายถึงระดับความร้อนจากการเผาไหม้ที่มากขึ้นไปด้วย ค่าพลังงานดังกล่าวมักจะวัดด้วยหน่วยความร้อนอังกฤษ(British Thermal Units;BTU) ซึ่งค่า BTU ของถ่านหินประเภทต่างๆ จะมีความแตกต่างกันอย่างมาก ตัวอย่างเช่น พีตจะมีค่าที่ 4,500 BTU ในขณะที่ถ่านหินที่แข็งที่สุดอาจมีมากกว่า 14,000 BTU

ถ่านหินสามารถแบ่งได้หลายประเภท แต่ส่วนใหญ่จะแบ่งเป็น 4 ประเภทดังต่อไปนี้

ลิกไนต์ (Lignite) (หรือที่เรียกว่าถ่านหินสีน้ำตาล) เป็นถ่านหินที่มีปริมาณคาร์บอนต่ำสุดและมีปริมาณความชื้นสูงสุด ลิกไนต์เป็นถ่านหินที่มีอายุน้อยกว่าถ่านหินประเภทอื่นๆ และมักนำมาใช้ผลิตไฟฟ้า ถ่านหินสีน้ำตาลนี้เป็นถ่านหินประเภทที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมสูงสุด เนื่องจากขั้นตอนในการแปลงถ่านหินประเภทนี้เป็นพลังงานที่นำมาใช้ได้ประกอบด้วยกระบวนการหลาย ตัวอย่างเช่น จะต้องใช้ปริมาณลิกไนต์ถึงห้าตันเพื่อให้ได้พลังงานในระดับเดียวกันกับการใช้ถ่านหินที่แข็งกว่านี้แต่ใช้เพียงหนึ่งตัน

ซับบิทูมินัส (Subbituminous) เป็นถ่านหินที่มีปริมาณคาร์บอนมากกว่าถ่านหินลิกไนต์และมีความชื้นน้อย ถ่านหินประเภทนี้มักนำมาใช้ในการผลิตไฟฟ้าเช่นเดียวกับลิกไนต์ นอกจากนี้ยังใช้เพื่อวัตถุประสงค์อื่นๆ รวมถึงการทำปูนซีเมนต์

บิทูมินัส (Bituminous) เป็นถ่านหินแข็ง โดยมีคาร์บอนคงที่จากน้ำหนักสูงสุดถึงร้อยละ 86 (คาร์บอนที่ยังคงอยู่ในถ่านหินหลังจากที่สัดส่วนของสารระเหยถูกกำจัดออกไปก่อนการเผาไหม้) นอกจากถ่านหินประเภทนี้จะถูกนำมาใช้ในการผลิตไฟฟ้าแล้ว ยังมักนำมาแปรรูปเป็นถ่านโค้กเพื่อนำไปใช้ในการผลิตเหล็กและเหล็กกล้า

แอนทราไซต์ (Anthracite) เป็นถ่านหินที่แข็งที่สุดและมีคาร์บอนคงที่จากน้ำหนักมากกว่าร้อยละ 90 ด้วยค่าพลังงานที่สูงกว่าถ่านหินประเภทอื่น ถ่านหินประเภทนี้จึงมักนำไปใช้เชื้อเพลิงให้ความร้อน

การทำเหมืองถ่านหิน

เหมืองถ่านหินสามารถทำได้สองประเภท ได้แก่ เหมืองถ่านหินแบบเปิดหน้าดิน (หรือเรียกว่าเหมืองแบบ mountaintop หรือ strip mining) และการทำเหมืองใต้ดิน วิธีการในการทำเหมืองแต่ละวิธีการจะมีต้นทุนค่าใช้จ่าย ประเด็นทางด้านสุขภาพ ความปลอดภัยและประเด็นด้านสิ่งแวดล้อมที่แตกต่างกัน

เหมืองถ่านหินแบบเปิดหน้าดิน

วิธีการทำเหมืองถ่านหินแบบเปิดจะใช้เมื่อพบชั้นถ่านหินใกล้กับพื้นผิวของโลก การทำถ่านหินประเภทนี้มีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าการทำเหมืองใต้ดินและว่ากันว่า ‘มีประสิทธิภาพมากกว่า’ เนื่องจากมีอัตราการได้ถ่านหินอยู่ที่ร้อยละ 90 ในการทำเหมืองถ่านหินแบบเปิด ดินและหินที่ปกคลุมอยู่บนชั้นของแร่(หรือที่เรียกว่าดินหน้าแร่) จะถูกระเบิดออกไปและนำไปไว้ที่อื่น จากนั้น ชั้นแร่ที่ถูกเผยออกมาจะถูกเจาะเพื่อให้แตกและนำไปใช้ต่อไป ทั้งนี้ การทำเหมืองถ่านหินแบบเปิดมีสัดส่วนอยู่ร้อยละ 60 ของเหมืองถ่านหินทั่วโลก แต่ในบางประเทศตัวเลขของการทำเหมืองถ่านหินแบบเปิดมีสูงกว่านี้มาก เช่น ออสเตรเลียมีการทำเหมืองถ่านหินประเภทนี้ถึงร้อยละ 80 และในสหรัฐอเมริกาตัวเลขอยู่ที่ร้อยละ 67

เหมืองถ่านหินแบบเปิดทำลายสภาพภูมิทัศน์ ป่าไม้ และสัตว์ป่า ด้วยการระเบิดยอดเขาและทำลายทัศนียภาพแวดล้อม วิธีการทำเหมืองถ่านหินประเภทนี้นำไปสู่การทำลายป่าไม้ การชะล้างพังทลายของดิน การทรุดตัวของดิน ทำให้ระดับพื้นผิวของน้ำบาดาลลดลง และทำลายที่ดินทางการเกษตรอีกด้วย นอกจากนี้สุขภาพของคนงานในเหมือง และชุมชนท้องถิ่นยังตกอยู่ในอันตรายจากฝุ่นละอองที่เกิดจากการระเบิดและการขุดเจาะอีกด้วย

เหมืองถ่านหินใต้ดิน

วิธีการทำเหมืองใต้ดินจะใช้เพื่อให้เข้าถึงถ่านหินที่ฝังอยู่ลึกเกินกว่าจะใช้เทคนิคการทำเหมืองถ่านหินแบบเปิด เป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพน้อยกว่า ใช้แรงงานมากกว่า และมีค่าใช้จ่ายสูงกว่าการทำเหมืองถ่านหินแบบเปิด แต่จากการที่ถ่านหินส่วนใหญ่ในโลกถูกฝังอยู่ลึก จึงเป็นเหตุให้เหมืองแร่ส่วนใหญ่เป็นแบบเหมืองใต้ดิน

เทคนิคหลักในการทำเหมืองใต้ดินประกอบด้วยสองเทคนิค คือ เทคนิคช่องทางสลับค้ำยัน(Room and pillar) และเหมืองใต้ดินแบบผนังยาว วิธีการทำเหมืองใต้ดินแบบช่องทางสลับค้ำยัน จะใช้กับชั้นถ่านหินที่อยู่ตื้นกว่า และประกอบด้วยการขุดดินเป็นช่องและเว้นบางส่วนไว้เป็นเสาค้ำยัน(จึงเป็นการลดอัตราการระเหยของแร่) ส่วนเทคนิคการทำเหมืองใต้ดินแบบผนังยาวนั้นจะมีอัตราการระเหยของแร่สูงกว่า เนื่องจากใช้เครื่องมือขุดถ่านหิน(mechanical shearers) พร้อมอุปกรณ์รองรับเพื่อให้เหมืองมีความคงตัว หลังจากที่โครงสร้างที่รองรับถูกรื้อถอนออกไปเหมืองดังกล่าวก็จะทรุดตัวลง

การทำเหมืองใต้ดินทำให้เกิดกองดินและหินจำนวนมหาศาลขึ้นมาอยู่บนพื้นดิน ซึ่งมักกลายเป็นขยะที่มีพิษหลังจากสัมผัสกับอากาศและน้ำ นอกจากนี้การทำเหมืองใต้ดินยังทำให้เกิดการทรุดตัวของดินจากการที่เหมืองถล่ม และดินที่อยู่ด้านบนจมตัวลง ซึ่งการทรุดตัวดังกล่าวอาจทำให้เกิดความเสียหายร้ายแรงเชิงโครงสร้างกับอาคารและที่อยู่อาศัย และอาจทำให้ระบบโครงสร้างพื้นฐานอย่าง ทางหลวง อาคาร และสะพานเกิดความเสียหายรุนแรงได้ ในออสเตรเลีย แผ่นดินไหวที่มีสาเหตุมาจากการทำเหมืองใต้ดิน ในปี 2532 ทำลายบ้านเรือนไปหลายร้อยหลังคาเรือน คร่าชีวิตคนไปกว่า 13 คน และมีผู้บาดเจ็บกว่า 165 คน ค่าเสียหายที่เกิดจากภัยพิบัติดังกล่าวคิดเป็นมูลค่าสูงกว่ากำไรที่ได้จากเหมืองแร่ นับตั้งแต่เปิดดำเนินกิจการมาเมื่อ 90 ปีก่อน ผลกระทบอื่นๆ จากการทรุดตัวของดินที่สร้างความเสียหายน้อยกว่า ยังรวมไปถึงการชะล้างพังทลายของดิน การทำลายพื้นผิวและการระบายน้ำใต้ดิน และพื้นที่ชุ่มน้ำ นอกจากนี้ยังทำให้ระดับน้ำบาดาลลดลง ส่งผลให้การไหลของน้ำบาดาลและลำธารเปลี่ยนทิศทางไป

การเผาไหม้ถ่านหิน

โรงไฟฟ้าถ่านหินในปัจจุบันสามารถแบ่งได้สามประเภท ได้แก่

เทคโนโลยีการเผาไหม้ถ่านหินแบบผง (Pulverised coal-fired : PCF) โรงไฟฟ้าประเภทนี้ ถ่านหินจะถูกบดให้เป็นผงแป้งเนื้อละเอียด จากนั้นจึงเป่าเข้าไปในหม้อกำเนิดไอน้ำ ผงถ่านหินดังกล่าวจะถูกเผาไหม้ที่อุณหภูมิระหว่าง 1,300 – 1,700 องศาเซลเซียส ทำให้เกิดไอน้ำที่เป็นตัวขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและกังหัน วิธีการดังกล่าวเป็นวิธีการที่มีมายาวนานที่สุดและใช้อย่างแพร่หลายที่สุดในสามวิธีการ โรงไฟฟ้าแบบ PCF สามารถผลิตไฟฟ้าคิดเป็นสัดส่วนมากกว่าร้อยละ 90 ของไฟฟ้าทั้งหมดที่ผลิตจากถ่านหิน และคิดเป็นสัดส่วนร้อยละ 38 ของพลังงานที่ผลิตได้จากแหล่งต่างๆ ทั่วโลก

ข่าวร้ายก็คือโรงไฟฟ้าเทคโนโลยี PCF มีประสิทธิภาพต่ำมาก ขณะที่โรงไฟฟ้าแบบใหม่ที่เรียกว่าโรงไฟฟ้าเทคโนโลยี super-critical และ ultra-critical มีประสิทธิภาพการให้ความร้อนสูงสุดถึงร้อยละ 50 แต่ประสิทธิภาพเฉลี่ยของโรงไฟฟ้าเทคโนโลยี PCF ทั่วโลกอยู่ที่น้อยว่าร้อยละ 32

เทคโนโลยีการเผาไหม้ FBC สามารถใช้กับถ่านหินคุณภาพต่ำ หรือถ่านหินที่ผสมกับเชื้อเพลิงอื่นๆ อาทิ เชื้อเพลิวชีวมวล โดยจะให้ประสิทธิภาพความร้อนระหว่างร้อยละ 40-44 อุณหภูมิการเผาไหม้ที่ต่ำกว่าของระบบ FBC จะช่วยลดปริมาณปริมาณมลพิษที่เกิดจากไนโตรเจนในถ่านหิน (NOx) ได้ นอกจากนี้แล้ว จากการที่หม้อไอน้ำของระบบ FBC สามารถดักจับสารมลพิษกำมะถัน (SO2) จากถ่านหินได้ถึงร้อยละ 95 จึงทำให้โรงไฟฟ้าเทคโนโลยี PCF สร้างกำมะถันออกมาน้อยกว่าอีกด้วย

เทคโนโลยี Integrated gasification combined cycle (IGCC) เป็นโรงไฟฟ้าที่ใช้เทคโนโลยีใหม่ที่สุดในสามประเภทนี้ โดยให้ประสิทธิภาพความร้อนที่ร้อยละ 40 ปัจจุบันการใช้เทคโนโลยี IGCC ในการผลิตไฟฟ้าโดยใช้ถ่านหินนั้นยังมีจำกัดอยู่ โดยทั่วโลกมีโรงไฟฟ้าที่สาธิตการใช้เทคโนโลยี IGCC ในการผลิตไฟฟ้าโดยใช้ถ่านหินดำเนินการอยู่เพียงสี่แห่งเท่านั้น  โดยสองในสี่แห่งตั้งอยู่ในสหรัฐอเมริกา แห่งหนึ่งอยู่ในสเปน และอีกแห่งหนึ่งอยู่ในเนเธอร์แลนด์ กระบวนการที่ใช้ในการผลิตไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าเทคโนโลยี IGCC นั้นประกอบด้วยสองขั้นตอนคือ ขั้นตอนแรกถ่านหินจะถูกเปลี่ยนเป็นก๊าซผ่าน “สภาวะไร้อากาศ” ภายใต้ปริมาณที่ควบคุมและทำในเครื่องปฏิกรณ์ความดันสูงระบบปิด (enclosed pressurised reactor) จากนั้นก๊าซที่ได้ ซึ่งจะมีส่วนประกอบของคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO)  และไฮโดรเจน(H2)  จะเรียกว่า Syngas จะนำไปเผาไหม้เพื่อใช้ขับเคลื่อนกังหันก๊าซ ในขั้นตอนที่สอง ก๊าซเสียที่ปล่อยออกจากขั้นตอนแรกจะถูกนำไปใช้เพื่อสร้างไอน้ำที่ใช้ขับเคลื่อนเครื่องกังหันก๊าซอีกเครื่องหนึ่ง โดยทั่วไปแล้วเครื่องกังหันก๊าซในขั้นตอนแรกจะให้พลังไฟฟ้าที่ร้อยละ 60-70 และส่วนที่เหลือเป็นพลังไฟฟ้าที่มาจากกังหันไอน้ำ

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s