จากขยะสู่พลังงานชีวมวล

การได้นั่งรถท่องไปตามทัศนียภาพของชนบทที่งดงามในฤดูร้อน เปิดกระจกรับอากาศสบายๆ ให้ผมปลิวไปตามลมนั้นน่าจะเป็นกิจกรรมที่สนุกอยู่ไม่น้อย แต่เมื่อใดที่รถแล่นผ่านฟาร์มปศุสัตว์แล้วละก็ ทุกคนต้องรีบปิดกระจกรถให้ไวเชียว จริงอยู่ว่ามูลวัวและสัตว์เคี้ยวเอื้องชนิดอื่นๆ อาจมีกลิ่นที่รุนแรงและไม่น่าพิสมัยนัก แต่ทว่ามันกลับเป็นแหล่งชั้นดีของพลังงานที่เราสามารถนำไปใช้ในฟาร์มได้

มูลสัตว์ไม่ได้เป็นเพียงแค่ขยะ แต่มันคือแหล่งพลังงานชั้นดี สิ่งที่เราอาจคิดว่ามันเป็น “แค่ขยะ” จริงๆ แล้วก็อาจกลายเป็นพลังงานได้ ซากพืชที่ตายแล้ว อาหารเน่าเสีย เศษไม้ ขี้เลื่อย เศษเหลือจากพืชผล เปลือกถั่วและผลิตภัณฑ์กระดาษต่างๆ เหล่านี้ล้วนเป็นตัวอย่างของชีวมวล ซึ่งก็คือวัตถุดิบจากธรรมชาติหรือสารอินทรีย์ที่สามารถใช้นำมาผลิตพลังงานได้

สำหรับข้อสงสัยที่ว่าพลังงานจากชีวมวลผลิตยากหรือไม่ คำตอบก็คือ ไม่ยากเลย อันที่จริงมนุษย์ก็ทำสิ่งนี้กันมาช้านานแล้วเป็นพันปี หากใครเคยนั่งรอบกองไฟเวลาไปตั้งแคมป์หรือนั่งหน้าเตาผิง คุณต่างก็เคยได้รับความอบอุ่นจากการเผาไหม้ของชีวมวลทั้งนั้น ชีวมวลสามารถนำไปเผาในปริมาณมากๆ เพื่อใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าได้ ชีวมวล (เช่น ซากพืชที่เน่าเปื่อย สิ่งปฏิกูลจากการเกษตร เศษอาหารหรือสิ่งปฏิกูลจากอุตสาหกรรม) จะถูกลำเลียงโดยรถบรรทุกไปยังเตาเผาขนาดใหญ่ที่จะเผาชีวมวลเหล่านี้จนได้ความร้อนที่สูงจนสามารถต้มน้ำได้ ทำให้เกิดไอน้ำและไปขับเคลื่อนเครื่องผลิตไอน้ำที่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ พลังงานชีวมวลนั้นเป็นพลังงานหมุนเวียนรูปแบบหนึ่ง ซึ่งหมายความว่าจะสามารถทดแทนได้ด้วยแหล่งจากธรรมชาติ พลังงานชีวมวล และพลังงานหมุนเวียนรูปแบบอื่นๆ อย่าง ไฟฟ้าจากพลังน้ำ พลังงานจากแสงอาทิตย์ พลังงานจากความร้อนใต้พื้นพิภพและพลังงานลมได้ช่วยหล่อเลี้ยงความต้องการทางพลังงานของทั้งประเทศสหรัฐอเมริกาได้ถึงร้อยละ 7 เลยทีเดียวและมีความเป็นไปได้ที่ตัวเลขนี้จะขยับพุ่งขึ้นไปอีก

นอกจากการเผาแล้ว เรายังมีวิธีอื่นอีกที่จะสามารถผลิตพลังงานจากชีวมวลได้ นั่นคือ การเปลี่ยนมันให้กลายเป็นของเหลวหรือก๊าซ กระบวนการเปลี่ยนชีวมวลให้เป็นของเหลวนั้นต้องใช้กระบวนการที่เรียกว่าการหมัก ซึ่งจะเปลี่ยนชีวมวลบางรูปแบบ เช่น เศษข้าวโพดหรืออ้อยให้กลายเป็นพลังงานจากแอลกอฮอล์ที่เรียกว่าเอทานอล ซึ่งสามารถให้พลังงานรถยนต์และใช้เป็นเชื้อเพลิงในการประกอบอาหารได้ กระบวนการเปลี่ยนเป็นก๊าซนี้เป็นสิ่งที่วัวทำเป็นประจำอยู่แล้วตามธรรมชาติในระบบย่อยของพวกมัน โดยการใช้แบคทีเรียในการเปลี่ยนชีวมวลให้กลายเป็นก๊าซมีเทนที่เป็นองค์ประกอบหลักในก๊าซธรรมชาติ ก๊าซธรรมชาตินั้นเป็นพลังงานสำคัญในการสร้างความอบอุ่นให้แก่บ้านเรือน ใช้กับเตาไฟ เตาอบและเครื่องอบแห้ง ผลิตกระแสไฟฟ้าและปุ๋ย รวมไปถึงยังใช้ให้พลังงานรถยนต์บางประเภทและรถบรรทุกด้วย เมื่อก๊าซธรรมชาตินั้นผลิตมาจากชีวมวล เราจะเรียกมันว่า ก๊าซชีวภาพ (biogas)

ในกีฬาประเภทแอโรบิค เช่น การวิ่ง การเดิน การว่ายน้ำ การเต้นหรือการปั่นจักรยาน เราใช้ออกซิเจนในการสร้างพลังงานซึ่งเป็นพลังงานที่จำเป็นสำหรับการทำให้กิจกรรมทางร่างกายเป็นไปอย่างต่อเนื่องเป็นเวลานาน แต่สำหรับการผลิตก๊าซชีวภาพขึ้นมานั้นจะต้องใช้สิ่งตรงกันข้ามเพื่อสร้างพลังงานขึ้นมา ก๊าซชีวภาพนั้นมาจากแบคที่เรียแอนาโรบิคชนิดพิเศษ จุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ได้ในสิ่งแวดล้อมที่ไม่มีออกซิเจน แบคทีเรียแอนาโรบิคจะย่อยสลายชีวมวลให้กลายเป็นเมทานอลในกระบวนการที่เรียกว่าการ การย่อยหมักแบบไม่ต้องใช้อากาศ (anaerobic digestion) ชีวมวลสามารถต่อท่อมาใช้ได้โดยตรงจากบ่อฝังกลบที่หน่วยจัดการขยะจะนำขยะของทุกคนมาทิ้งและรวบรวมเอาไว้ที่นี่ หรือนำมาจากชุดผลิตพลังงานไฟฟ้าจากก๊าซชีวภาพที่ชาวนาหรือวิศวกรจะนำชีวมวลมาผสมกับแอนาโรบิคแบคทีเรียในนั้น

ในโครงงานเรื่องพลังงานนี้ นักเรียนจะได้เรียนรู้ว่าชีวมวลประเภทใดที่เหมาะกับการนำมาทำก๊าซชีวภาพ ชีวมวลจะได้นำมาสังเกตคือมูลวัวล้วนๆ และมูลวัวที่ผสมกับเศษผักหรือกล้วยบด นักเรียนจะได้ช่วยกันหาคำตอบว่าชีวมวลแต่ละอย่างจะผลิตก๊าซชีวภาพได้มากเท่าใดจากการเติมชีวมวลชนิดต่างๆ ลงในขวดน้ำอัดลมเปล่า แล้วนำลูกโป่งมาปิดปากขวดเอาไว้ จากนั้นวัดการพองของลูกโป่ง (พองขึ้นเกือบทั้งหมดด้วยเมทานอล) ภายในระยะเวลา 7 วัน แล้วชีวมวลชนิดใดจะให้ก๊าซชีวภาพมากที่สุดกัน

1. เพื่อให้นักเรียนสามารถเปรียบเทียบปริมาณของก๊าซชีวภาพที่ผลิตได้จากชีวมวลชนิดต่างๆ ได้

1. เราจะใช้พลังงานจากชีวมวลได้อย่างไร
2. เปลือกผักและกล้วยบดแตกต่างกันอย่างไร และความต่างนี้มีผลอย่างไรต่อการนำเศษอาหารเหล่านี้ไปทำก๊าซชีวภาพ
3. พลังงานชีวมวลส่งผลต่อโลกร้อนอย่างไร
4. พลังงานจากชีวมวลถือว่าเป็นแหล่งพลังงานที่มีความเป็นกลางทางคาร์บอนหรือไม่
5. แบคทีเรียที่ใช้ทำก๊าซชีวภาพนั้นมีความพิเศษอย่างไร