โครงการการประเมินศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพจากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรในภาคเหนือ

ความเป็นมาของโครงการ
จากสถิติการใช้พลังงานขั้นสุดท้ายของประเทศไทยในปี 2558 พบว่า มีปริมาณเท่ากับ 77,881 พันตันเทียบเท่าน้ำมันดิบ เพิ่มขึ้นจากปี 2557 ร้อยละ 2.7 โดยมีการใช้พลังงานในเชิงพาณิชย์สูงที่สุด ในสัดส่วนร้อยละ 81.8 ของการใช้พลังงานขั้นสุดท้ายทั้งหมด รองลงมาได้แก่ พลังงานหมุนเวียนดั้งเดิมและพลังงานหมุนเวียน ร้อยละ 9.7 และ 8.5 ตามลำดับ จากการที่เศรษฐกิจของประเทศยังมีการเติบโตเพิ่มขึ้นจึงส่งผลให้การใช้พลังงานมีปริมาณเพิ่มมากขึ้น โดยน้ำมันสำเร็จรูปยังคงเป็นพลังงานที่มีการใช้มากที่สุดคิดเป็นร้อยละ 49.0 ของการใช้พลังงานทั้งหมด รองลงมาประกอบด้วยไฟฟ้า พลังงานหมุนเวียนดั้งเดิม พลังงานหมุนเวียนก๊าซธรรมชาติ และถ่านหิน/ลิกไนต์ คิดเป็นร้อยละ 19.9 9.7 8.5 7.7 และ 5.2 ตามลำดับ (กลุ่มสถิติข้อมูลพลังงาน ศูนย์สารสนเทศข้อมูลพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กระทรวงพลังงาน, 2558) เมื่อปริมาณความต้องการใช้ไฟฟ้ามีแนวโน้มเพิ่มขึ้น (ดังตารางที่ 1-1) ส่งผลให้การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) จำเป็นต้องรับซื้อไฟฟ้าจากแหล่งอื่นทั้งภายในและภายนอกประเทศ โดยพบว่าในเดือนมกราคม 2559 การไฟฟ้าฝ่ายผลิตสามารถผลิตไฟฟ้าได้เพียงร้อยละ 41.19 ของกำลังการผลิตไฟฟ้าทั้งหมด และมีการรับซื้อไฟฟ้าจากกำลังผลิตแหล่งอื่น ได้แก่ จากภายในประเทศ และภายนอกประเทศคิดเป็นร้อยละ 50.29 และ 8.52 ตามลำดับ โดยได้รับซื้อจากโรงไฟฟ้าก๊าซชีวภาพ 248.65 เมกะวัตต์ หรือคิดเป็นร้อยละ 0.63 (กระทรวงพลังงาน, 2558

ประชากรส่วนใหญ่ของประเทศไทยประกอบอาชีพเกษตรกรรม ซึ่งแต่ละปีมีผลิตผลด้านการเกษตรเป็นจำนวนมากจากการเพาะปลูกพืชผลทางการเกษตร ภายหลังจากการเก็บเกี่ยวผลผลิตจะมีเศษวัสดุเหลือทิ้งในพื้นที่เพาะปลูกเป็นจำนวนมาก เช่น ฟางข้าว ใบอ้อย เหง้ามันสำปะหลัง ต้นข้าวโพด ซังข้าวโพด เป็นต้น แต่พบว่าในปัจจุบันเกษตรกรส่วนใหญ่ได้มีการเผาทำลายเศษวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรเหล่านี้ ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาต่อคุณภาพอากาศ และส่งผลโดยตรงต่อสุขภาพอนามัยและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม โดยกรมควบคุมมลพิษได้ระบุค่าการปลดปล่อยฝุ่นละอองขนาดเล็กหรือ PM10 จากการเผาเศษวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร ควรมีค่า 7 กิโลกรัมทุก 1,000 กิโลกรัมของเศษวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรที่ถูกเผาไหม้ ซึ่งการเผาทำลายเศษวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรจึงได้กลายเป็นปัญหาหมอกควันพิษ (กรมควบคุมมลพิษ, 2557)

วัสดุเหลือทิ้งจากการเกษตรมีองค์ประกอบหลักเป็นคาร์โบไฮเดรต จึงมีความเหมาะสมและสามารถนำมาใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับผลิตพลังงานในรูปแบบก๊าซชีวภาพ ซึ่งก๊าซชีวภาพนี้สามารถนำมาใช้เป็นพลังงานทดแทนในรูปแบบต่างๆ ได้ เช่น พลังงานความร้อน พลังงานไฟฟ้า หรือก๊าซไบโอมีเทนอัดสำหรับใช้ในยานยนต์ เป็นต้น ซึ่งการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรยังสอดคล้องกับแผนพัฒนากำลังผลิตไฟฟ้าของประเทศไทย พ.ศ. 2558-2579 ที่กำหนดเป้าหมายสัดส่วนการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานทดแทนในรูปแบบก๊าซชีวภาพจากพืชพลังงานเท่ากับ 680 เมกะวัตต์ ภายในปี พ.ศ. 2579 (PDP 2015) ดังนั้นแนวทางในการจัดการเศษวัสดุเหลือทิ้งจากการเกษตร โดยการผลิตพลังงานทดแทนในรูปแบบก๊าซชีวภาพเพื่อการผลิตไฟฟ้าจึงเป็นแนวทางที่มีความเหมาะสม ยั่งยืน และสามารถช่วยลดผลกระทบต่างๆ อันเกิดจากการเผาไหม้ได้ อีกทั้งยังสามารถตอบโจทย์ต่อนโยบายการผลิตพลังงานทดแทนของประเทศได้อีกด้วย

วัตถุประสงค์ของโครงการ

• เพื่อสำรวจปริมาณวัสดุเหลือทิ้งจากการเกษตรในภาคเหนือ

• เพื่อประเมินศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพจากวัสดุเหลือทิ้งจากการเกษตรจำนวน 5 ชนิด ที่มีความเหมาะสมต่อการผลิตก๊าซชีวภาพในสเกลใช้งานจริง ซึ่งได้แก่ ปาล์มน้ำมัน ต้นข้าวโพด มันสำปะหลัง อ้อย และข้าว

• เพื่อศึกษาเศรษฐศาสตร์ด้านต้นทุนการผลิตก๊าซชีวภาพและค่าขนส่งหรือการจัดการของวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรจำนวน 5 ชนิด ที่มีความเหมาะสมต่อการผลิตก๊าซชีวภาพในสเกลใช้งานจริง ซึ่งได้แก่ ปาล์มน้ำมัน ต้นข้าวโพด มันสำปะหลัง อ้อย และข้าว

ขอบเขตของการดำเนินงาน
โครงการวิจัยนี้ เป็นโครงการการประเมินศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพจากวัสดุเหลือทิ้งจากการเกษตรเพื่อการผลิตไฟฟ้า ซึ่งเป็นเทคโนโลยีการผลิตพลังงานทดแทนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและมีความยั่งยืน โดยมีขอบเขตการดำเนินงาน ดังนี้

1. สำรวจปริมาณวัสดุเหลือทิ้งจากการเกษตรในพื้นที่ภาคเหนือ ได้แก่ ปาล์มน้ำมัน ต้นข้าวโพด มันสำปะหลัง อ้อย และ ข้าว
2. ประเมินศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพจากวัสดุเหลือทิ้งจากการเกษตรจำนวน 5 ชนิด ด้วยกระบวนการ Biochemical Methane Potential (BMP)
3. ศึกษาเศรษฐศาสตร์ด้านต้นทุนการผลิตก๊าซชีวภาพและค่าขนส่งหรือการจัดการวัสดุเหลือทิ้งจากการเกษตรจำนวน 5 ชนิด ได้แก่ ปาล์มน้ำมัน น้ำมัน ต้นข้าวโพด มันสำปะหลัง อ้อย และ ข้าว
4. ดำเนินการศึกษาที่สถาบันวิจัยและพัฒนาพลังงานนครพิงค์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ และ วิทยาลัยพลังงานทดแทน มหาวิทยาลัยแม่โจ้

ระยะเวลาและแผนการดำเนินงาน
ระยะเวลาดำเนินการทั้งสิ้น 12 เดือน นับจากวันที่ 24 กันยายน 2558 – 23 กันยายน 2559

งบประมาณโครงการ
งบประมาณที่ขอสนับสนุนจากสำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ ประจำปีงบประมาณ 2558 เป็นจำนวนเงินทั้งสิ้น 2,044,000 บาท (สองล้านสี่หมื่นสี่พันบาทถ้วน)

ขั้นตอนการศึกษา
รูปที่ 1 ขั้นตอนการศึกษาการประเมินศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพจากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรในภาคเหนือ

ผลการศึกษา
1. การสำรวจปริมาณและการจัดการของวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร

1.1 สำรวจปริมาณวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรในภาคเหนือ
สำรวจวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรในภาคเหนือจำนวน 5 ชนิด ได้แก่ ปาล์มน้ำมัน ต้นข้าวโพด มันสำปะหลัง อ้อย และข้าว โดยมีขั้นตอนดังนี้

• สำรวจปริมาณวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรทั้ง 5 ชนิด จากแหล่งทุติยภูมิ (Secondary data) จากหน่วยงานที่เกี่ยวข้อง เพื่อประเมินปริมาณวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรในระดับอำเภอในภาคเหนือของประเทศไทย

• ลงพื้นที่เพื่อสุ่มตรวจวัดหาสัดส่วนของวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรเพื่อประเมินปริมาณของวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรในพื้นที่ภาคเหนือ (โดยคิดเป็นน้ำหนักต่อไร่) โดยมีพื้นที่ศึกษา ดังตารางที่ 2

1.2 วิเคราะห์คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร

1.2.1 ศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร

• การวิเคราะห์แบบประมาณ (Proximate analysis) โดยวิธี AOAC 1995 ได้แก่ ความชื้น, volatile matter, เถ้า และ อินทรีย์วัตถุ (Organic matter)

• การวิเคราะห์ปริมาณธาตุ (Ultimate analysis) ได้แก่ ธาตุ C, H, O และ N

1.2.2 ประเมินศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพทางทฤษฎี
ประเมินศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพทางทฤษฎีของวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรทั้ง 5 ชนิด ในหน่วยลิตรต่อกิโลกรัม และสัดส่วนการผลิตก๊าซมีเทน ได้จากสมการดังต่อไปนี้

1.3 ผลสัดส่วนวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร ดังแสดงในตารางที่ 3

1.4 ปริมาณวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร ดังแสดงในตารางที่ 4

1.5 คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร ดังแสดงในตารางที่ 5 และ 6 ตามลำดับ

1.6 ศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพทางทฤษฎี ดังแสดงในตารางที่ 7

2. การศึกษาศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพจากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรด้วยวิธี BMP

2.1 ชนิดของวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร
การศึกษาศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพของวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรทั้ง 5 ชนิด จะพิจารณาการผลิตก๊าซชีวภาพในแต่ละส่วนของวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร ดังนี้

• ปาล์มน้ำมัน ทำการศึกษาในส่วนชอง ทางใบปาล์ม ทะลายปาล์ม และ ใยปาล์ม
• ข้าวโพด ทำการศึกษาในส่วนของ ลำต้นข้าวโพด ใบข้าวโพด และ ซังข้าวโพด
• มันสำปะหลัง ทำการศึกษาในส่วนของ ลำต้นมันสำปะหลัง และ เหง้ามันสำปะหลัง
• อ้อย ทำการศึกษาในส่วนของ ใบอ้อย
• ข้าว ทำการศึกษาในส่วนของ ฟางข้าวสด และ ฟางข้าวแห้ง

2.2 วิธีการศึกษาศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพด้วยวิธี BMP ดังแสดงในรูปที่ 4

2.3 คุณสมบัติเบื้องต้นของวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรสำหรับการศึกษา BMP ดังแสดงในตารางที่ 8

2.4 ผลการศึกษาศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพด้วยวิธี BMP ของวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร ดังแสดงในตารางที่ 9

2.5 ผลการศึกษาศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพด้วยวิธี BMP ของวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรที่ผ่านการปรับสภาพเบื้องต้น ดังแสดงในตารางที่ 10

2.6 แผนที่แสดงศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพจากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรในภาคเหนือ ดังแสดงในรูปที่ 5

2.7 แผนที่แสดงศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพจากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรที่ยังไม่ได้ใช้ประโยชน์ในภาคเหนือ ดังแสดงในรูปที่ 6

สรุปผลการศึกษาของโครงการ

• ผลการสำรวจปริมาณวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร 5 ชนิด ในภาคเหนือ ได้แก่ ปาล์มน้ำมัน ข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ มันสำปะหลัง อ้อย และข้าว พบว่าในปี 2557-2558 มีปริมาณวัสดุเหลือทิ้งเกิดขึ้นรวมทั้งหมดเท่ากับ 26,823.44×106 kg และเป็นวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรที่ยังไม่ได้นำไปใช้ประโยชน์เท่ากับ 18,943.57×106 kg หรือคิดเป็นร้อยละ 70.62 ของวัสดุเหลือทิ้งที่เกิดขึ้นทั้งหมด

• ฟางข้าวแห้งมีศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพด้วยวิธี BMP สูงที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรชนิดอื่น โดยมีค่าเท่ากับ 363 mlN Biogas/gVSadded หรือเท่ากับ 342 L/kg วัสดุแห้ง รองลงมาคือ ใบอ้อย และ ซังข้าวโพด โดยมีค่าศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพเท่ากับ 333 และ 318 mlN Biogas/gVSadded ตามลำดับ

• ศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพของวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรที่ผ่านการปรับสภาพเบื้องต้น (pretreat) พบว่า ใบอ้อยมีศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพสูงที่สุด รองลงมาคือ ใบข้าวโพด และ ซังข้าวโพด ตามลำดับ โดยมีค่าเท่ากับ 442, 433 และ 425 mlN Biogas/gVSadded หรือเท่ากับ 195, 165 และ 354 L/kg วัสดุแห้ง ตามลำดับ

• เมื่อเปรียบเทียบศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพของวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรแบบมีและไม่มีการปรับสภาพเบื้องต้น พบว่า ศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพในหน่วยลิตรต่อกิโลกรัมวัสดุแห้งของวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรที่มีการปรับสภาพเบื้องต้นมีค่าต่ำกว่า ศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพของวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรที่ไม่มีการปรับสภาพเบื้องต้น เนื่องจากในขั้นตอนการปรับสภาพเบื้องต้นของวัตถุดิบเกิดการสูญเสียของวัตถุดิบค่อนข้างสูง

• การประเมินวิเคราะห์เศรษศาสตร์ของวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรทั้ง 5 ชนิด พบว่า วัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรที่มีความเหมาะสมต่อการนำมาใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับการจัดตั้งโรงไฟฟ้าก๊าซชีวภาพในภาคเหนือ ได้แก่ ฟางข้าวแห้ง ใบข้าวโพด ทะลายปาล์ม และซังข้าวโพด โดยฟางข้าวแห้งมีความเหมาะสมสูงที่สุด

• ผลการวิเคราะห์ทางการเงินของการจัดตั้งโรงไฟฟ้าก๊าซชีวภาพจากฟางข้าวแห้งขนาด 1 MW วัสดุทางการเกษตรที่มีผลตอบแทนทางการเงินสูงสุด ได้แก่ ฟางข้าวแห้ง รองลงมาได้แก่ ใบข้าวโพดเลี้ยงสัตว์และทะลายปาล์ม โดยผลตอบแทนภายในทางการเงิน (FIRR) มีค่าเท่ากับร้อยละ 8.07, 8.01 และ 7.37 ตามลำดับ

• ผลการศึกษาทางด้านเศรษฐศาสตร์ พบว่า ฟางข้าวแห้ง ซังข้าวโพด ใบข้าวโพด ทะลายปาล์ม และลำต้นข้าวโพด เป็นวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรที่มีความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ โดยมีผลตอบแทนภายในเศรษฐศาสตร์ (EIRR) เท่ากับร้อยละ 20.97, 17.54, 17.21, 16.93 1และ 14.43 ซึ่งสูงกว่าอัตราคิดลด (Discount rate) ที่กำหนดร้อยละ 12.0

• สำหรับพื้นที่ที่มีความเหมาะสมต่อการจัดตั้งโรงไฟฟ้าก๊าซชีวภาพจากฟางข้าวแห้ง โดยส่วนใหญ่จะอยู่ในโซนภาคเหนือตอนล่าง และสามารถจัดตั้งได้ในแต่ละอำเภอได้เลย เนื่องจากมีปริมาณวัสดุเพียงพอ ได้แก่ จังหวัดสุโขทัย พิษณุโลก พิจิตร กำแพงเพชร และนครสวรรค์
• บทสรุปผู้บริหาร
• เอกสาร – Executive Summary (คลิ๊กเพื่อเปิด)