การผลิตไฟฟ้าจากขยะในประเทศไทย มีเทคโนโลยีและแหล่งของเสียใดบ้างที่เกี่ยวข้อง และนำไปสู่การลดการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์อย่างไร

ปริมาณการใช้ไฟฟ้าของประเทศไทยปี พ.ศ. 2556 ในทุกภาคส่วนอยู่ที่ประมาณ 164,341 กิกกะวัตต์-ชั่วโมง (GWh) แบ่งเป็น ภาคที่อยู่อาศัย 37,657 กิกกะวัตต์-ชั่วโมง ภาคบริการทั่วไปขนาดเล็ก 18,374 กิกกะวัตต์-ชั่วโมง ภาคธุรกิจ 30,413 กิกกะวัตต์-ชั่วโมง ภาคอุตสาหกรรม 72,536 กิกกะวัตต์-ชั่วโมง ภาครัฐและองค์กรไม่แสวงหาผลกำไร 149 กิกกะวัตต์-ชั่วโมง ภาคเกษตรกรรม 354 กิกกะวัตต์-ชั่วโมง การใช้งานอื่น ๆ 2,479 กิกกะวัตต์-ชั่วโมง และการให้บริการโดยไม่คิดเงิน 2,379 กิกกะวัตต์-ชั่วโมง ปริมาณการใช้เชื้อเพลิงในการผลิตไฟฟ้าทั้งหมดมาจากก๊าซธรรมชาติ 412,701.72 ล้านลูกบาศก์ฟุต น้ำมันเตา 316.82 ล้านลิตร ลิกไนต์ 16.88 ล้านตัน และน้ำมันดีเซล 60.35 ล้านลิตร

ความต้องการไฟฟ้าในประเทศไทยเพิ่มขึ้นทุกปี และคาดการณ์ว่าจะเพิ่มขึ้นเป็น 346,767 กิกกะวัตต์-ชั่วโมง ในปี พ.ศ. 2573 กระทรวงพลังงานได้มีนโยบายพัฒนาพลังงานหมุนเวียน (renewable energy: RE) และจัดทำแผนพัฒนาพลังงานทดแทนและพลังงานทางเลือก (Alternative Energy Development Plan: AEDP) ระยะเวลา 10 ปี (พ.ศ.2555-2564) โดยวัตถุประสงค์ของแผน AEDP คือ การเพิ่มการใช้พลังงานหมุนเวียนเป็น 25% ของการใช้พลังงานทั้งหมดในปี พ.ศ. 2564 อย่างไรก็ตาม แผน AEDP ฉบับปรับปรุงปี พ.ศ. 2558 หรือ AEDP 2558-2579 มีเป้าหมายเพื่อเพิ่มส่วนแบ่งการใช้พลังงานหมุนเวียนในการผลิตไฟฟ้าในประเทศไทยเป็น 30% ซึ่งเทียบเท่ากับ 19,635 เมกะวัตต์ภายในปี พ.ศ. 2579 โดยแผน AEDP คาดว่าจะรวมพลังงานหมุนเวียนในการผลิตไฟฟ้าเพิ่มขึ้นจาก 4,279 เมกะวัตต์ ณ สิ้นปี พ.ศ. 2557 เป็น 19,635 เมกะวัตต์ ในปี พ.ศ. 2579

ประเทศไทยเป็นประเทศเกษตรกรรมและมีปริมาณรังสีดวงอาทิตย์สูง ดังนั้น แหล่งพลังงานหมุนเวียนส่วนใหญ่คาดว่าจะมาจากพลังงานแสงอาทิตย์ 6,000 เมกะวัตต์ ชีวมวล 5,570 เมกะวัตต์ พลังงานน้ำ 3,282 เมกะวัตต์ พลังงานลม 3,002 เมกะวัตต์ ก๊าซชีวภาพ 600 เมกะวัตต์ ขยะมูลฝอยชุมชน 501 เมกะวัตต์ และไฟฟ้าจากพืชพลังงาน 680 เมกะวัตต์

เนื่องจากประเทศไทยมีสิทธิประโยชน์ด้านการลงทุนในการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนและขยะในรูปของการรับซื้อไฟฟ้าแบบ Feed-in Tariff (FiT) ซึ่งสามารถจูงใจให้ภาคเอกชนลงทุนและผลิตไฟฟ้าเข้าสู่ระบบ โดยอัตราการรับซื้อไฟฟ้าแบบ Feed-in Tariff (FiT) ในปี 2558 สำหรับขยะ (ก๊าซจากขยะฝังกลบ) อยู่ที่ 5.60 บาท/กิโลวัตต์-ชั่วโมง กับผู้ผลิตรายย่อยเป็นเวลา 10 ปี และสำหรับก๊าซชีวภาพ (น้ำเสีย/ผลิตภัณฑ์ของเสีย) อยู่ที่ 3.76 บาท/กิโลวัตต์-ชั่วโมง กับผู้ผลิตรายย่อยเป็นเวลา 20 ปี นอกจากนี้ การผลิตไฟฟ้าจากขยะยังมีศักยภาพในการลดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) ซึ่งถือเป็นความท้าทายของรัฐบาลไทยในการจัดการพลังงานเพื่อการพัฒนาที่ยั่งยืน

ด้วยนโยบายการจัดการขยะและการเปลี่ยนขยะเป็นพลังงานไฟฟ้าด้วยเทคโนโลยีต่าง ๆ จึงเป็นที่มาของการศึกษาวิจัยเรื่อง “Waste to Electricity Generation in Thailand: Technology, Policy, Generation Cost, and Incentives of Investment” โดย ประจวบ พีระพงศ์ และ รศ.ดร.บัณฑิต ลิ้มมีโชคชัย จากสถาบันเทคโนโลยีนานาชาติสิรินธร (SIIT) มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อวิเคราะห์เทคโนโลยีที่มีศักยภาพในการแปลงของเสีย ขยะมูลฝอย และขยะอินทรีย์ ให้เป็นผลิตภัณฑ์พลังงานที่มีคุณค่าและการผลิตไฟฟ้า โดยพิจารณาจากต้นทุนการผลิตและศักยภาพในการลดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ 

ด้วยประเด็นที่เกี่ยวข้องกับการผลิตไฟฟ้าจากขยะ การใช้เทคโนโลยี และการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ งานวิจัยนี้จึงสอดคล้องกับเป้าหมายการพัฒนาที่ยั่งยืน 4 เป้าหมาย ได้แก่ เป้าหมายที่ 7 พลังงานสะอาดที่เข้าถึงได้ เป้าหมายที่ 9 โครงสร้างพื้นฐาน นวัตกรรม และอุตสาหกรรม เป้าหมายที่ 11 เมืองและชุมชนที่ยั่งยืน และเป้าหมายที่ 12 การผลิตและการบริโภคที่ยั่งยืน

เทคโนโลยีที่ใช้ในการศึกษาครั้งนี้มีทั้งหมด 4 รูปแบบ คือ

1. การย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน (anaerobic digestion)

การย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจนเป็นการใช้จุลินทรีย์ในการย่อยสลายวัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ (biodegradable material) กลายเป็นก๊าซมีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์ กระบวนการนี้เริ่มต้นด้วยการเตรียมบำบัดของเสีย (waste pre-treatment) ประกอบด้วย การคัดแยก การลดขนาด และการปรับปริมาณความชื้น กระบวนการเตรียมบำบัดเหล่านี้จะส่งผลต่อผลผลิตและคุณภาพของก๊าซชีวภาพ ซึ่งมีผลกับเทคโนโลยีการผลิตพลังงานจากขยะอินทรีย์ ปฏิกิริยาของจุลินทรีย์ในการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน คือ ปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส (hydrolysis) โดยย่อยสลายพอลิแซ็กคาไรด์ (polysaccharide) โปรตีน และลิพิด (lipid) ให้กลายเป็นน้ำตาลและกรดอะมิโน ก๊าซชีวภาพ (biogas) จากการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจนจะถูกนำมาทำความสะอาดและปรับปรุงก่อนใช้งาน โดยกระบวนการทำความสะอาดก๊าซชีวภาพ คือ การกำจัดไฮโดรเจนซัลไฟด์ น้ำ และอนุภาคต่าง ๆ ส่วนกระบวนการปรับปรุง คือ การกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

2. การหมัก (fermentation)

การหมักเป็นกระบวนการที่จุลินทรีย์ขยายพันธุ์ในบริเวณที่มีสารอาหารครบถ้วนเพียงพอให้เซลล์เติบโต เป็นผลให้เกิดการผลิตคาร์บอนไดออกไซด์และแอลกอฮอล์ รวมถึงผลิตภัณฑ์คาร์บอกซิเลตอื่น ๆ (กรด เอสเทอร์ และเกลือ) สารทั่วไปที่ทำให้เกิดการเจริญเติบโตในกระบวนการหมักคือ น้ำตาล ซึ่งแบคทีเรียและเซลล์ยีสต์ใช้เพื่อเพิ่มจำนวนและผลิตผลิตภัณฑ์คาร์บอกซิเลตเหล่านี้

3. การแปรสภาพเป็นแก๊ส (gasification)

การแปรสภาพเป็นแก๊สเป็นกระบวนการที่แปลงขยะของเสียเป็นซินแก๊ส (syngas) ซินแก๊สเกิดจากการผสมรวมกันของไฮโดรเจน คาร์บอนมอนอกไซด์ ผ่านกระบวนการออกซิเดชันบางส่วน (partial oxidation) กระบวนการนี้ต้องการอุณหภูมิสูงระหว่าง 550-1600 ºC ขึ้นอยู่กับการออกแบบกระบวนการและพารามิเตอร์ในการปฏิบัติการ (operating parameter) กระบวนการที่เรียกว่าเชื้อเพลิงขยะ (refuse derived fuel: RFD) เป็นกระบวนการแปรสภาพเป็นแก๊สที่พบได้บ่อย

4. การเผาขยะ (incineration)

เตาเผาขยะเป็นเทคโนโลยีการเผาไหม้ขนาดมหาศาลผ่านการควบคุมการเผาไหม้ (controlled combustion) ขยะของเสียจะถูกวางบนตะแกรงตามแนวขวางกับเครื่องเผาไหม้ (combustor) และนำพาอากาศส่วนเกินเข้ามา โดยปกติแล้วสามารถเผาไหม้ได้ถึง 1,000 เมตริกตันต่อวัน

แหล่งของขยะอินทรีย์สำหรับการผลิตไฟฟ้าในประเทศไทย มาจาก 4 แหล่งหลัก ได้แก่

1. การผลิตไฟฟ้าจากก๊าซขยะฝังกลบ

การผลิตไฟฟ้าจากก๊าซขยะฝังกลบ (Landfill Gas: LFG) เป็นกระบวนการดักจับก๊าซและนำไปใช้ประโยชน์โดยผลิตเป็นกระแสไฟฟ้าผ่านเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานแก๊ส ก๊าซ LFG จะถูกส่งไปยังถังเก็บก๊าซทรงบอลลูน ซึ่งสิ่งนี้จะช่วยลดการปล่อยก๊าซมีเทนสู่ชั้นบรรยากาศและลดการปล่อยคาร์บอนได้ ก๊าซ LFG ที่ดักจับได้จะถูกนำไปใช้ผลิตไฟฟ้า แสดงดังภาพที่ 1

ภาพที่ 1 แผนผังกระบวนการผลิตไฟฟ้าจากก๊าซขยะฝังกลบ

2. การผลิตไฟฟ้าจากก๊าซชีวภาพที่เกิดขึ้นจากน้ำเสียในโรงงานน้ำมันปาล์ม

การผลิตไฟฟ้ารูปแบบนี้เกี่ยวข้องกับระบบบำบัดน้ำเสียแบบใหม่ โดยการใช้เทคโนโลยี Completely Stirred Tank Reactor (CSTR) เพื่อบำบัดน้ำเสียจากโรงงานสกัดน้ำมันปาล์มดิบ หลังจากการบำบัดน้ำเสียด้วยระบบ CSTR น้ำจะไหลไปยังระบบบ่อแบบเปิด (open lagoon system) ซึ่งทำหน้าที่รับน้ำหลังการบำบัดและกักเก็บน้ำ นอกจากนี้ ระบบ CSTR สามารถช่วยดักจับและใช้ประโยชน์จากก๊าซมีเทนที่จะถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ ก๊าซมีเทนจากก๊าซชีวภาพนี้จะถูกนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงให้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ผลิตกระแสไฟฟ้าออกมา แสดงดังภาพที่ 2

ภาพที่ 2 แผนผังกระบวนการผลิตไฟฟ้าจากน้ำเสีย

3. การผลิตไฟฟ้าจากก๊าซชีวภาพที่เกิดขึ้นจากน้ำเสียในโรงงานมันสำปะหลัง

น้ำเสียที่ออกจากโรงงานผลิตแป้งมันสำปะหลังจะผ่านบ่อเตรียมบำบัดในขั้นแรก ซึ่งจะช่วยลดความเป็นกรดของน้ำเสีย เพื่อทำให้น้ำเสียนั้นเหมาะสำหรับเข้าสู่กระบวนการในระบบ Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบไม่ใช้ออกซิเจน (anaerobic bioreactor) การใช้เทคโนโลยีขั้นสูงนี้ทำให้สามารถกำจัดค่า COD ในน้ำได้ถึง 90% และการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจนของสารอินทรีย์ที่มีอยู่ในน้ำเสีย ส่งผลให้เกิดก๊าซชีวภาพที่อุดมไปก๊าซมีเทน

4. การผลิตไฟฟ้าจากก๊าซชีวภาพที่เกิดขึ้นจากน้ำเสียในฟาร์มสุกร

การผลิตไฟฟ้ารูปแบบนี้เป็นการประยุกต์ใช้ถังปฏิกรณ์บำบัดน้ำเสียแบบไม่ใช้ออกซิเจนอัตรา โดยอิงมาจากระบบ high suspended solids Up flow Anaerobic Sludge Blanket (H-UASB) ระบบนี้ช่วยให้การแยกสลายของของแข็งด้วยเอนไซม์ส่วนใหญ่เกิดขึ้นแยกจากขั้นตอนหลักอื่น ๆ ในกระบวนการ ก๊าซชีวภาพจากโรงบำบัดระบบ H-UASB จะถูกดักจับและเก็บไว้ในถังหมัก จากนั้นจะถูกส่งต่อไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งสามารถนำไปสู่การลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก (greenhouse gas: GHG) ที่เกิดขึ้นจากกิจกรรมของมนุษย์ โดยประเมินการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่ 23,556 ตันคาร์บอนไดออกไซด์เทียบเท่าต่อปี 

ประจวบ และ รศ.ดร.บัณฑิต ศึกษาการผลิตไฟฟ้าจากน้ำเสียในโรงงานน้ำมันปาล์ม โรงงานมันสำปะหลัง ฟาร์มสุกร และก๊าซจากขยะฝังกลบ ผลการศึกษาพบประเด็นที่น่าสนใจดังนี้

• ก๊าซจากขยะฝังกลบและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานแก๊สกำลังผลิต 3,000 กิโลวัตต์ สามารถผลิตไฟฟ้าได้ 13,492 เมกะวัตต์-ชั่วโมงต่อปี โดยมีต้นทุนการผลิตไฟฟ้า 0.115 เหรียญสหรัฐ/กิโลวัตต์-ชั่วโมง และทำให้ CO₂ ลดลง 60,532 ตันต่อปี
• โรงงานน้ำมันปาล์มและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานแก๊สกำลังผลิต 1,000 กิโลวัตต์ สามารถผลิตไฟฟ้าได้ 2,999 เมกะวัตต์-ชั่วโมงต่อปี โดยมีต้นทุนการผลิตไฟฟ้า 0.103 เหรียญสหรัฐ/กิโลวัตต์-ชั่วโมง และทำให้ CO₂ ลดลง 11,109 ตันต่อปี
• โรงงานมันสำปะหลังและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานแก๊สกำลังผลิต 4,800 กิโลวัตต์ สามารถผลิตไฟฟ้าได้ 13,705 เมกะวัตต์-ชั่วโมงต่อปี โดยมีต้นทุนการผลิตไฟฟ้า 0.105 เหรียญสหรัฐ/กิโลวัตต์-ชั่วโมง และทำให้ CO₂ ลดลง 93,854 ตันต่อปี
• ฟาร์มสุกรและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานแก๊สกำลังผลิต 480 กิโลวัตต์ สามารถผลิตไฟฟ้าได้ 2,736 เมกะวัตต์-ชั่วโมงต่อปี โดยมีต้นทุนการผลิตไฟฟ้า 0.097 เหรียญสหรัฐ/กิโลวัตต์-ชั่วโมง และทำให้ CO₂ ลดลง 23,500 ตันต่อปี

ตารางที่ 1 สรุปการผลิตไฟฟ้าจากขยะอินทรีย์ในแหล่งต่าง ๆ

นอกจากนี้ ผลการศึกษายังพบว่า การผลิตไฟฟ้าจากน้ำเสียในโรงงานมันสำปะหลังมีต้นทุนสูงที่สุดเมื่อเทียบกับโรงงานน้ำมันปาล์มและฟาร์มสุกร เนื่องจากต้องใช้เทคโนโลยีราคาแพงด้วยระบบ up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบไม่ใช้ออกซิเจนที่พัฒนาขึ้นในยุโรป

กล่าวโดยสรุป การวิจัยครั้งนี้ศึกษาการผลิตไฟฟ้าจากขยะอินทรีย์ในโรงงานน้ำมันปาล์ม โรงงานมันสำปะหลัง ฟาร์มสุกร และก๊าซจากขยะฝังกลบ ในประเทศไทยด้วยเทคโนโลยีต่าง ๆ พบว่า ต้นทุนการผลิตไฟฟ้ามีค่าแปรผันตั้งแต่ 0.097 ถึง 0.115 เหรียญสหรัฐ/กิโลวัตต์-ชั่วโมง และมีศักยภาพในการลด CO₂ แปรผันตั้งแต่ 3.70 ถึง 8.58 ตัน-CO₂ ต่อเมกะวัตต์-ชั่วโมง จึงตอบสนองความต้องการใช้ไฟฟ้าที่สูงขึ้น แต่ปล่อย CO₂ น้อยลง เนื่องจากพลังงานจากขยะยังมีศักยภาพในการลดการปล่อย CO₂ ในส่วนการสนับสนุนการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค (กฟภ.) ของประเทศไทย ได้สนับสนุนการผลิตไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนต่าง ๆ ผ่านการรับซื้อไฟฟ้าแบบ Feed-in Tariff (FiT) ซึ่งจะช่วยเพิ่มความเป็นไปได้ในการลงทุนของภาคเอกชนในระยะยาว

งานวิจัยดังกล่าวจัดอยู่ในกลุ่มการวิจัยระดับแนวหน้าด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และนวัตกรรม เพื่อการพัฒนาที่ยั่งยืน ธีมการผลิตและบริโภคที่ยั่งยืน

งานวิจัยดังกล่าวเกี่ยวข้องกับ
#SDG7 พลังงานสะอาดที่เข้าถึงได้
– (7.2) เพิ่มสัดส่วนของพลังงานทดแทนในการผสมผสานการใช้พลังงานของโลกภายในปี 2579
– (7.a) ยกระดับความร่วมมือระหว่างประเทศในการอำนวยความสะดวกในการเข้าถึงการวิจัยและเทคโนโลยีพลังงานที่สะอาด โดยรวมถึงพลังงานทดแทน ประสิทธิภาพการใช้พลังงานและเทคโนโลยี เชื้อเพลิงฟอสซิลชั้นสูงและสะอาด และสนับสนุนการลงทุนในโครงสร้าง พื้นฐานด้านพลังงานและ เทคโนโลยีพลังงานที่สะอาด ภายในปี 2579
#SDG9 โครงสร้างพื้นฐาน นวัตกรรม และอุตสาหกรรม
– (9.4) ยกระดับโครงสร้างพื้นฐาน และปรับปรุงอุตสาหกรรม เพื่อให้เกิดความยั่งยืนโดยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ทรัพยากรและการใช้เทคโนโลยีและกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่สะอาดและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น โดยทุกประเทศดำเนินการตามขีดความสามารถของแต่ละประเทศ ภายในปี 2573
#SDG11 เมืองและชุมชนที่ยั่งยืน
– (11.6) ลดผลกระทบทางลบของเมืองต่อสิ่งแวดล้อมต่อหัวประชากรโดยรวมถึงการให้ความสนใจเป็นพิเศษต่อคุณภาพอากาศและการจัดการของเสียของเทศบาลและอื่นๆ ภายในปี 2573
#SDG12 การผลิตและการบริโภคที่ยั่งยืน
– (12.1) ดำเนินการให้เป็นผลตามกรอบการดำเนินงานระยะ 10 ปี ว่าด้วยการผลิตและการบริโภคที่ยั่งยืนทุกประเทศนำไปปฏิบัติ โดยประเทศพัฒนาแล้วเป็นผู้นำโดยคำนึงถึงการพัฒนาและขีดความสามารถของประเทศกำลังพัฒนา
– (12.4) บรรลุเรื่องการจัดการสารเคมีและของเสียทุกชนิดตลอดวงจรชีวิตของสิ่งเหล่านั้นด้วยวิธีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมตามกรอบความร่วมมือระหว่างประเทศที่ตกลงกันแล้ว และลดการปลดปล่อยสิ่งเหล่านั้นออกสู่อากาศ น้ำ และดิน อย่างมีนัยสำคัญ เพื่อจะลดผลกระทบทางลบต่อสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อมให้มากที่สุดภายในปี 2563
– (12.5) ภายในปี 2573 จะต้องลดการเกิดของเสียโดยให้มีการป้องกัน การลดการแปรรูป เพื่อนำกลับมาใช้ใหม่ และการนำกลับมาใช้ซ้ำ

รายการอ้างอิง
Peerapong, P., & Limmeechokchai, B. (2016). Waste to electricity generation in Thailand: Technology, policy, generation cost, and incentives of investment. Engineering Journal, 20(4), 171-177.

ชื่อผู้วิจัย – สังกัด
ประจวบ พีระพงศ์ และ บัณฑิต ลิ้มมีโชคชัย
สถาบันเทคโนโลยีนานาชาติสิรินธร (SIIT) มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์

Research Brief แนะนำงานวิจัยเชิงลึกของนักวิจัยธรรมศาสตร์ที่สนับสนุนการขับเคลื่อน SDGs โดยกิจกรรมนี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการสร้างเครือข่ายความร่วมมือด้านวิจัยแบบบูรณาการระดับแนวหน้า เพื่อขับเคลื่อนเป้าหมายการพัฒนาที่ยั่งยืน (TU-SDG Research Network)

Last Updated on มกราคม 30, 2023