ว่ากันด้วยพลังงานล้วนๆ (๓) : พลังงานเคมี

แหล่งพลังงานแรกที่เราจะมาดูกันวันนี้ คือ แหล่งพลังงานที่มีการใช้กันมากที่สุดครับ

.

พลังงานเคมี

เป็นแหล่งพลังงานที่เกิดจากปฏิกิริยาทางเคมีของการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล ที่เกิดจากการทับถมของซากพืชซากสัตว์ มีทั้งในรูปของแข็ง ของเหลว และก๊าซ ได้แก่ ถ่านหิน หินน้ำมัน ทรายน้ำมัน น้ำมันดิบ น้ำมันสำเร็จรูป ก๊าซธรรมชาติ ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเชิงพาณิชย์ในปัจจุบัน ได้แก่ ถ่านหิน เพื่อผลิตไฟฟ้าและผลิตพลังงานความร้อนในโรงงานอุตสาหกรรม น้ำมันดิบ ใช้ผลิตน้ำมันสำเร็จรูปเพื่อใช้ในการคมนาคมขนส่งและภาคอุตสาหกรรม ตลอดจนผลิตเป็นก๊าซเหลวเพื่อใช้ในการหุงต้ม ก๊าซธรรมชาติ ส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตไฟฟ้าและอุตสาหกรรมกับการผลิตก๊าซเหลวเพื่อใช้ในการหุงต้ม ส่วนหินน้ำมันและทรายน้ำมัน ยังอยู่ในขั้นการทดลองและพัฒนาเพื่อนำไปใช้ในอนาคต เมื่อมีราคาแข่งขันได้กับเชื้อเพลิงดังกล่าวข้างต้น

ซากพืชซากสัตว์ที่ทับถมกันอยู่ใต้ดินเป็นเวลานานนับล้านปี จะเปลี่ยนรูปเป็นสิ่งที่เราเรียกกันว่า ฟอสซิล เราจึงเรียกเชื้อเพลิงประเภทนี้ว่า เชื้อเพลิงฟอสซิล

ในทางวิทยาศาสตร์ เรารู้กันดีอยู่แล้วว่าพืชและสัตว์(รวมทั้งคนด้วย) ประกอบด้วยเซลล์เล็กๆมากมาย เซลล์เหล่านี้ประกอบด้วยธาตุไฮโดรเจน(H) และธาตุคาร์บอน(C) เป็นหลัก เมื่อซากพืชซากสัตว์ทับถมกันนานๆ ธาตุทั้งสองจะรวมตัวกันเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอน(C_xH_y)

เมื่อเราเอาเจ้าไฮโดรคาร์บอนมาเผา มันก็จะให้พลังงานออกมา เหมือนกับที่เราเผาไม้เผาฟืนนั่นแหละ เพียงแต่ไฮโดรคาร์บอนหรือน้ำมันมันให้ความร้อนมากกว่า นอกจากนี้ในน้ำมันยังมีธาตุอื่นๆปนอยู่บ้าง เช่น กำมะถัน(S) ซึ่งถ้าเราเอามาเผา มันจะรวมตัวกับอ๊อกซิเจนเป็นซัลเฟอร์ออกไซด์(SO_x) หรือก๊าซพิษนั่นเอง

โม้มาพอสมควรแล้ว ต่อไปเรามาทำความรู้จักกับลูกๆของพลังงานเคมีกัน

.

น้ำมันดิบ

ลูกคนแรกเป็นของเหลวตัวสีดำ อาศัยอยู่ใต้ดิน เผาแล้วได้พลังงานสูง แต่ถ้าหัวไม่ดี มีกำมะถันเยอะ เผาแล้วจะปล่อยก๊าซพิษเยอะ เรียกว่าน้ำมันดิบเกรดต่ำ ส่วนพวกหัวดี มีกำมะถันน้อย เกรดจะดี ค่าตัวจะแพง

เราจะใช้น้ำมันดิบตรงๆไม่ได้ มันดื้อ ต้องเอาไปอบรมสั่งสอนที่โรงกลั่นน้ำมันซะก่อน พออบรมเสร็จความฉลาดของแต่ละคนก็จะแตกต่างกัน ดังนี้

ก๊าซปิโตรเลียมเหลว หรือแอลพีจี (LPG : Liquefied Petroleum Gas) : ใช้สำหรับหุงต้มในครัว และใช้กับรถบางคัน รวมทั้งในโรงงานบางชนิด
น้ำมันเบนซิน : รถยนต์ส่วนบุคคล รถจักรยานยนต์ ส่วนใหญ่ใช้น้ำมันชนิดนี้
น้ำมันก๊าด : ใช้จุดตะเกียงให้แสงสว่าง และใช้ในโรงงาน
น้ำมันเครื่องบิน : ใช้กับเครื่องบินใบพัด เครื่องบินไอพ่น
น้ำมันดีเซล(โซล่า) : รถเมล์ รถไฟ รถบรรทุก รถกระบะ ส่วนใหญ่ใช้น้ำมันชนิดนี้
น้ำมันเตา : ใช้สำหรับเตาเผา หรือต้มน้ำในหม้ออัดไอน้ำ (Boiler) หรือเอามาปั่นไฟ หรือใช้กับเรือ
ยางมะตอย : ส่วนใหญ่ใช้ทำถนน นอกนั้นใช้เคลือบท่อ เคลือบโลหะเพื่อกันสนิม

นอกจากนี้แล้วเรายังใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตน้ำมันหล่อลื่น จารบี และเคมีภัณฑ์ต่างๆ อีกด้วย

ประเทศไทยเรามีบ่อน้ำมันอยู่เพียงไม่กี่บ่อ เช่น บ่อน้ำมันฝาง, แหล่งน้ำมันสิริกิติ์ ซึ่งยังไงซะก็ไม่เพียงพอต่อเด็กแว้นผู้ใหญ่แว้นทั้งประเทศ จึงต้องนำเข้าน้ำมันมาจากต่างประเทศ เสียเงินปีละหลายล้านบาท ฉะนั้นเราจึงควรที่จะใส่ใจในการใช้น้ำมัน คือใช้อย่างประหยัดและใช้เท่าที่จำเป็น สู้เอาเงินที่ไปซื้อน้ำมันจากข้างนอกมาสร้างรถไฟฟ้าใช้ทั่วประเทศไม่ดีกว่าเรอะ :hero:

.

ถ่านหิน

เป็นหินตะกอนชนิดหนึ่ง สามารถติดไฟได้ ส่วนใหญ่จะทำงานอยู่ในโรงงานปูนซิเมนต์ โรงงานกระดาษ รวมถึงโรงไฟฟ้า(พลังงานถ่านหิน) เพราะว่าหาได้ง่ายและราคาไม่แพง เราจะเอาถ่านหินมาเผา เพื่อเอาความร้อนไปต้มน้ำให้เดือดกลายเป็นไอ แล้วไอน้ำก็จะไปหมุนกังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอีกที

เจ้าถ่านหินนี้ มีพี่น้องฝาแฝดด้วยกัน ๔ คน แต่ละคนก็มีความสามารถแตกต่างกันออกไป ดังนี้

	ค่าความร้อน	ค่าความชื้น	ปริมาณขี้เถ้า	ปริมาณกำมะถัน
๑) แอนทราไซด์	สูง	ต่ำ	ต่ำ	ต่ำ
๒) บิทูมิมัส	สูง	ต่ำ	ต่ำ	ต่ำ
๓) ซับบิทูมินัส	ปานกลาง – สูง	ปานกลาง	ปานกลาง	ปานกลาง
๔) ลิกไนต์	ต่ำ – ปานกลาง	สูง	สูง	ต่ำ – สูง

ตรงนี้ออกข้อสอบ ๑ ข้อนะนักเรียน*
“ลิกไนต์เป็นถ่านหิน แต่ถ่านหินไม่จำเป็นต้องเป็นลิกไนต์” และคุณภาพต่ำด้วย

จากตารางข้างบน ถ้าเผาลิกไนต์แล้วจะได้ความร้อนไม่มาก ขี้(เถ้า)ก็เยอะ แถมตด(ปริมาณก๊าซพิษจากกำมะถัน)ก็เหม็นอีก แต่แฝดคนโตแอนทราไซต์ และแฝดคนรองบิทูมินัส เมื่อเผาแล้วกลับให้ความร้อนสูง ขี้ก็น้อย ตดก็ไม่ค่อยเหม็นอีกต่างหาก

ดังนั้นเวลาเขาสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานถ่านหินหน้าบ้านใคร ก็อย่าเพิ่งไปโวยวายประท้วงตะพึดตะพือ ต้องดูก่อนว่าเขาใช้ถ่านหินชนิดไหน และเขาใช้เทคโนโลยีอะไรในการเผา ขอร้องอย่าเหมารวม! :mad:

บ้านเราไม่ค่อยมีถ่านหินคุณภาพดี มีแต่พวกตดเหม็น เราจึงต้องสั่งถ่านหินตดหอมจากต่างประเทศ เสียเงินอีกแล้ว :yawn:

.

ก๊าซธรรมชาติ

ลูกคนสุดท้อง มีลักษณะเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนเหมือนกับน้ำมันดิบ แต่อยู่ในสถานะของก๊าซ ประกอบไปด้วย ก๊าซไนโตรเจน(N₂) ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์(CO₂) และก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์(H₂S) หรือที่รู้จักกันในนาม ก๊าซไข่เน่า

ในเมื่อก๊าซธรรมชาติประกอบไปด้วยก๊าซต่างๆรวมเข้าด้วยกัน เราจึงต้องมีการแยกก๊าซธรรมชาติที่โรงแยกก๊าซก่อนที่จะนำมันไปใช้ เพื่อที่จะได้ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของก๊าซนั้นๆได้อย่างเต็มที่ และเมื่อผ่านกระบวนการแยกที่โรงแยกก๊าซแล้ว จะได้ก๊าซต่างๆมากมาย ตามสัดส่วนของส่วนประกอบ เช่น มีเทน(CH₄), อีเทน(C₂H₆), โพรเพน(C₃H₈), บิวเพน(C₄H₁₀) และเพนเทน(C₅H₁₂) เป็นต้น

ก๊าซมีเทน : ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับผลิตกระแสไฟฟ้าในโรงงานอุตสาหกรรม และนำไปอัดใส่ถังด้วย
ความดันสูง เรียกว่าก๊าซธรรมชาติอัด สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์ รู้จักกันในชื่อว่า ก๊าซธรรมชาติสำหรับยานยนต์(Natural Gas for Vehicles : NGV)
ก๊าซอีเทนและก๊าซโพรเพน : ใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีขั้นต้น สามารถนำไปใช้ผลิตเม็ดพลาสติก เส้นใยพลาสติกชนิดต่างๆ เพื่อนำไปใช้แปรรูปต่อไป
ก๊าซโพรเพน+ก๊าซบิวเทน : นำเอามาผสมกัน อัดใส่ถังเป็น ก๊าซปิโตรเลียมเหลว(Liquefied Petroleum Gas : LPG) หรือก๊าซหุงต้ม ที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในครัวเรือน นอกจากนั้นยังสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับยานยนต์ และใช้ในการเชื่อมโลหะได้ รวมทั้งยังนำไปใช้ในโรงงานอุตสาหกรรมบางประเภทได้อีกด้วย
ไฮโดรคาร์บอนเหลว (Heavier Hydrocarbon) : อยู่ในสถานะที่เป็นของเหลวที่อุณหภูมิและความดันบรรยากาศ เมื่อผลิตขึ้นมาถึงปากบ่อบนแท่นผลิต สามารถแยกจากไฮโดรคาร์บอนที่มีสถานะเป็นก๊าซบนแท่นผลิต เรียกว่า คอนเดนเสท (Condensate) สามารถลำเลียงขนส่งโดยทางเรือหรือทางท่อ นำไปกลั่นเป็นน้ำมันสำเร็จรูปต่อไป
ก๊าซโซลีนธรรมชาติ : แม้ว่าจะมีการแยกคอนเดนเสทออกเมื่อทำการผลิตขึ้นมาถึงปากบ่อบนแท่นผลิตแล้ว แต่ก็ยังมีไฮโดรคาร์บอนเหลวบางส่วนหลุดไปกับไฮโดรคาร์บอนที่มีสถานะเป็นก๊าซ เมื่อผ่านกระบวนการแยกจากโรงแยกก๊าซธรรมชาติแล้ว ไฮโดรคาร์บอนเหลวนี้ก็จะถูกแยกออก เรียกว่า ก๊าซโซลีนธรรมชาติ(Natural Gasoline : NGL) และส่งเข้าไปยังโรงกลั่นน้ำมัน เป็นส่วนผสมของผลิตภัณฑ์น้ำมันสำเร็จรูปได้เช่นเดียวกับคอนเดนเสท และยังเป็นตัวทำละลาย ซึ่งนำไปใช้ในอุตสาหกรรมบางประเภทได้เช่นกัน
ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ : เมื่อผ่านกระบวนการแยกแล้ว จะถูกนำไปทำให้อยู่ในสภาพของแข็ง เรียกว่า น้ำแข็งแห้ง นำไปใช้ในอุตสาหกรรมถนอมอาหาร อุตสาหกรรมน้ำอัดลมและเบียร์ ใช้ในการถนอมอาหารระหว่างการขนส่ง นำไปเป็นวัตถุดิบสำคัญในการทำฝนเทียม และนำไปใช้สร้างควันในอุตสาหกรรมบันเทิง อาทิ การแสดงคอนเสิร์ต หรือ การถ่ายทำภาพยนต์

ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงที่สะอาดกว่าพวกพี่ๆเชื้อเพลิงฟอสซิลตัวอื่นๆ แต่หาซื้อยากและขนส่งก็ลำบาก เขาจึงต้องวางท่อก๊าซผ่านป่า ผ่านหลังบ้านประชาชนตาดำๆ เพื่อต่อไปยังโรงไฟฟ้ายังไงล่ะ :stare:

.

ผลเสียของการใช้พลังงานเคมี

เมื่อเราเผาพลังงานฟอสซิล แน่นอน ย่อมต้องเกิดก๊าซต่างๆจากการเผาไหม้ขึ้น ซึ่งก๊าซเหล่านี้มันส่งผลกระทบต่อโลกและชาวโลกด้วย เช่น ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์(CO₂) เป็นตัวการที่ทำให้เกิดภาวะโลกร้อนตัวหนึ่ง ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์(SO₂) และก๊าซออกไซด์ของไนโตรเจน(N_xO_y) ทำให้เกิดฝนกรด ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์(CO) และก๊าซไฮโดรคาร์บอน(อันนี้ไม่รู้สัญลักษณ์ทางเคมีครับ) ที่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต เป็นต้นครับ

และเนื่องจากพลังงานเคมีเป็นพลังงานสิ้นเปลือง ยิ่งใช้ก็ยิ่งหมด ยิ่งขาดแคลน ประกอบกับมีความต้องการใช้มากขึ้นทุกขณะ ทำให้ปริมาณพลังงานสำรองที่มีอยู่ลดลงเรื่อยๆๆๆ

ปัญหาที่จะตามมาก็คือ พลังงาน “หมด” ลองคิดดูสิว่า หากโลกนี้ไม่มีน้ำมันให้รถวิ่ง ไม่มีถ่านหินในการผลิตไฟฟ้า ไม่มีก๊าซในการหุงต้มอาหาร โอ้วววว ยุคหินชัดๆ 8O

ขอพลังจงอยู่กับท่าน

.
แหล่งอ้างอิง :nerd:

เอกสารเผยแพร่
• พลังงาน : เพื่อความเข้าใจ ใช้อย่างรู้คุณค่า พัฒนาสู่ความยั่งยืน, สำนักงานคณะกรรมการนโยบายพลังงานแห่งชาติ สำนักนายกรัฐมนตรี
• รู้ ‘รักษ์พลังงาน : รู้เท่าทันสถานการณ์พลังงาน, กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กระทรวงพลังงาน
• พลังงานในโลกของเรา, สาระน่ารู้เรื่องการอนุรักษ์พลังงาน โครงการ TEM4

เว็บไซต์
• http://www.doeb.go.th/ngv/index.htm, กรมธุรกิจพลังงาน กระทรวงพลังงาน

.

ขอบคุณ : ฟอนต์ iannnnnJPG