การลดก๊าซเรือนกระจก
| นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกมีความเห็นที่ตรงกันว่า การปล่อยออกก๊าซเรือนกระจกโดยมนุษย์ (Anthropogenic greenhouse gas emission) ทำให้เกิดการสะสมของก๊าซเรือนกระจกในบรรยากาศ เป็นผลทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิโลก (Global warming) อันนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงสภาวะภูมิอากาศของโลก (Climate change) ซึ่งในที่สุดก็จะนำเข้าไปสู่การเปลี่ยนแปลงระบบนิเวศน์ของสิ่งมีชีวิตในโลก ผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตทั้งหมดยังไม่อาจทราบได้แน่นอน จากรายงานการประเมินครั้งที่ 3 ของ IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change, Third Assessment Report)(1) ระบุว่า ปริมาณของก๊าซเรือนกระจกที่สะสมอยู่ในบรรยากาศในหน่วยของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เทียบเท่า คือ 378 ส่วนในล้านส่วน (Part per million, ppm.) ในขณะที่ปริมาณของก๊าซเรือนกระจกในยุคก่อนยุคอุตสาหกรรม (Preindustrial period, ก่อน ค.ศ. 1850) มีก๊าซเรือนกระจกอยู่ 280 ppm ผลของการที่มีก๊าซเรือนกระจกเพิ่มขึ้นนี้มีผลให้อุณหภูมิของโลกเพิ่มขึ้น 0.6 °C | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ในการประชุมเรื่อง “Avoiding Dangerous Climate Change” ณ เมือง Exeter ประเทศสหราชอาณาจักร เมื่อเดือนกุมภาพันธ์ 2005 (http://www.stabilisation2005.com) ได้ข้อสรุปจากการศึกษาของนักวิทยาศาสตร์ถึงผลกระทบของการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิโลกที่สามารถสังเกตุการณ์ได้ในปี ค.ศ. 2004 ผลกระทบที่สำคัญที่มีต่อทุกภูมิภาคของโลก ได้แก่ - อุณหภูมิของผิวน้ำทะเลเพิ่มขึ้น 0.6 ± 0.1 °C (1,2) - 90% ของธารน้ำแข็งทั่วโลกลดขนาดลง (2,3) - การเพิ่มขึ้นของระดับน้ำทะเลทั่วโลก 1.8 มิลลิเมตร / ปี (4) นอกจากนี้ยังมีผลกระทบเฉพาะบางส่วนของภูมิภาคของโลก เช่น การหดตัวลงของทะเลน้ำแข็งในเขตอาร์ตติค ประมาณ 15 – 20%(5) ผลจากการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวอาจเป็นผลที่ทำให้สภาวะภูมิอากาศทั่วโลกมีความแปรปรวนมากขึ้น โดยเฉพาะการเกิดพายุที่รุนแรงมากขึ้นและบ่อยครั้งขึ้น รวมทั้งการเกิดปรากฏการณ์ El Nino ที่มีรอบเวลาการเกิดที่สั้นลง สำหรับคำถามที่ว่า โลกจะร้อนมากขึ้นกว่านี้หรือไม่ จากการประเมินครั้งที่ 3 ของ IPCC สรุปว่า ถ้าไม่มีการดำเนินการใด ๆ ในการลดการปล่อยออกก๊าซเรือนกระจกจากกิจกรรมของมนุษย์ ภายใน ค.ศ. 2100 ผลที่เกิดขึ้น คือ - ความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เทียบเท่าจะเพิ่มขึ้นจาก 378 ppm ไปเป็น 540 ถึง 970 ppm - อุณหภูมิผิว (Surface temperature) ทั่วโลกจะเพิ่มขึ้นจากปัจจุบันระหว่าง 1.4 ถึง 5.8 °C - ระดับน้ำทะเลปานกลาง (mean sea level) อาจเพิ่มขึ้นระหว่าง 9 ถึง 88 เซนติเมตร การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวจะมีผลกระทบอย่างรุนแรงกับระบบนิเวศน์ของสิ่งมีชีวิตทั้งบนบกและในทะเล รวมทั้งผลกระทบด้านต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับมนุษย์และกิจกรรมของมนุษย์ที่ต้องปรับเปลี่ยนตามสภาพแวดล้อม IPCC ยังประเมินว่า การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิโลก 2.5๐C จะมีผลให้เกิดความเสียหาย 1.5 – 2.0% ของผลิตภัณฑ์มวลรวมในประเทศของโลก (Global gross domestic product) เพื่อหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงสภาวะภูมิอากาศโลกขั้นอันตราย (Dangerous climate change) IPCC เสนอให้หามาตรการที่จะจำกัดระดับของความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เทียบเท่าในบรรยากาศไว้ไม่เกิน 450 ppm ส่วนทางสหภาพยุโรปเสนอให้คงที่ระดับ 550 ppm ซึ่งประเมินว่า จะทำให้อุณหภูมิผิวโลกไม่สูงกว่า 2๐C จากยุคก่อนอุตสาหกรรม(6) ด้วยข้อตกลงนานาชาติที่เรียกว่า พิธีสารเกียวโต (Kyoto Protocol) ทำให้ประเทศอุตสาหกรรมใหญ่ทั้งหลาย (ยกเว้นสหรัฐอเมริกา และออสเตรเลีย) ต้องลดการปล่อยออกก๊าซเรือนกระจก เมื่อเทียบกับระดับการปล่อยออกในปี ค.ศ. 1990 ผลที่ตามมา คือ กลไกต่าง ๆ ในแต่ละประเทศที่จะผลักดันให้ภาคการบริโภคพลังงานและภาคที่ก่อให้เกิดการปล่อยออกก๊าซเรือนกระจกต้องหามาตรการต่าง ๆ ที่จะช่วยในการลดการปล่อยออกก๊าซเรือนกระจก รวมทั้งเกิดการผลักดันให้มีการวิจัยและพัฒนาทั้งเพื่อทำความเข้าใจกับการเปลี่ยนแปลงสภาวะภูมิอากาศโลกและผลกระทบ อีกทั้งการวิจัยและพัฒนาเพื่อแสวงหาเทคโนโลยีใหม่ ๆ ที่จะยังคงระดับความสะดวกสบายในการดำรงชีพโดยไม่ก่อให้เกิดการปล่อยออกก๊าซเรือนกระจก ในบทความนี้จะกล่าวถึงเฉพาะงานวิจัยและพัฒนาด้านเทคโนโลยีที่จะช่วยลดการปล่อยออกก๊าซเรือนกระจก แนวทางการวิจัยและพัฒนา เพื่อหลีกเลี่ยงมหันตภัยอันอาจเกิดจากการเปลี่ยนแปลงสภาวะภูมิอากาศของโลก การลดการปล่อยออกก๊าซเรือนกระจกจึงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง แต่การที่จะหามาตรการรวมทั้งการกำหนดแนวทางการวิจัยและพัฒนา แต่ละประเทศจำเป็นต้องทราบที่มาของการปล่อยออกก๊าซเรือนกระจกซึ่งมาจากหลายแหล่ง ในการนี้ IPCC ได้จัดทำ “Revised 1996 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories” เพื่อให้ประเทศต่าง ๆ ใช้เป็นคู่มือในการประเมินปริมาณการปล่อยออกก๊าซเรือนกระจกและการรายงานต่อ IPCC ในคู่มือจะมีวิธีการในการประเมินปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2), มีเธน (CH4), ไนตรัสออกไซด์ (N2O), ฮาร์โลคาร์บอน (HFCS,PFCS), ซัลเฟอร์เฮกสะฟลูออไรด์ (SF6) , โอโซน (Ozone) และ aerosol precursors จาก 6 แหล่งใหญ่ของการปล่อยออกก๊าซ อันได้แก่ พลังงาน (Energy), กระบวนการผลิตในอุตสาหกรรม (Industrial Processes), สารทำละลายและการใช้ผลิตภัณฑ์ (Solvent and Other Product Use), เกษตรกรรม (Agriculture), การเปลี่ยนแปลงการใช้ที่ดินและป่าไม้ (Land – Use Change and Forestry) และขยะ (Waste) ผลจากข้อตกลงในพิธีสารเกียวโตช่วยให้เกิดการติดตามปริมาณการปล่อยออกก๊าซเรือนกระจกอย่างเป็นระบบและมีการรายงานเป็นประจำทุกปี ตารางที่ 1 แสดงปริมาณการปล่อยออกก๊าซเรือนกระจกในหน่วยของคาร์บอนไดออกไซด์เทียบเท่าของประเทศออสเตรเลียในปี 2004 (รายงานเมื่อเดือนพฤษภาคม 2006)(7) ตารางที่ 1 ปริมาณการปล่อยออกก๊าซเรือนกระจกของประเทศออสเตรเลีย (เมตริกตันคาร์บอนไดออกไซด์เทียบเท่า)
สำหรับสหรัฐอเมริกา จะมีระบบการประเมินปริมาณการปล่อยออกก๊าซเรือนกระจกของตนเอง ดังแสดงผลการประเมินในภาคผนวก(8) จากปริมาณการปล่อยออกก๊าซเรือนกระจกของประเทศต่าง ๆ ทั่วโลก จะพบว่า การปล่อยออกก๊าซเรือนกระจกส่วนใหญ่มาจากการบริโภคพลังงานในด้านต่าง ๆ โดยเฉพาะพลังงานที่มาจากเชื้อเพลิง ฟอสซิล (Fossil fuel) ซึ่งโดยประมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่มาจากการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล คิดเป็น 80% ของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยออกสู่บรรยากาศ โดยที่การปล่อยออกก๊าซเรือนกระจกเป็นผลจากการบริโภคพลังงานโดยผ่านการใช้เทคโนโลยี แนวทางการวิจัยและพัฒนาด้านเทคโนโลยีจึงมุ่งเน้นในเรื่องของการบริโภคพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ (Energy Efficiency) และการบริโภคพลังงานที่มีการปล่อยออกก๊าซเรือนกระจกน้อยหรือไม่มี แต่โดยที่การวิจัยและพัฒนาต้องมีค่าใช้จ่าย จึงต้องพิจารณาว่าควรจะมีการลงทุนในเรื่องใดบ้าง จึงจะทำให้การลดการปล่อยออกก๊าซเรือนกระจกได้มากที่สุด การพัฒนาประสิทธิภาพพลังงาน แม้ว่าการสันดาปเชื้อเพลิงฟอสซิลจะเป็นสาเหตุใหญ่ในการทำให้เกิดการปล่อยออกก๊าซเรือนกระจก แต่การนำเชื้อเพลิงประเภทอื่นมาใช้แทนยังจะเป็นไปไม่ได้ง่ายนัก ดังนั้นการพัฒนาประสิทธิภาพการบริโภคพลังงานจากเชื้อเพลิงฟอสซิลจึงเป็นแนวทางที่ต้องดำเนินการ เพื่อให้สามารถดำเนินกิจกรรมต่าง ๆ ที่ต้องใช้พลังงานโดยบริโภคพลังงานน้อยลง กล่าวคือ มีประสิทธิภาพด้านพลังงานที่สูงขึ้น รูปที่ 1 แสดงสายโซ่พลังงาน (Energy Chain) เมื่อพิจารณาจากความต่อเนื่องดังกล่าว การวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานจะเป็นเทคโนโลยีที่ใช้กับขั้นตอน - การเปลี่ยน / แปรรูปพลังงาน - การขนส่ง / ส่งผ่านพลังงาน - การใช้พลังงาน
1.การเปลี่ยน / แปรรูปพลังงาน (Energy Conversion) แหล่งใหญ่ของการปล่อยออกก๊าซเรือนกระจกในการเปลี่ยน / แปรรูปพลังงานมาจากการเปลี่ยนพลังงานปฐมภูมิให้เป็นพลังงานไฟฟ้า การพัฒนาเทคโนโลยีที่จะเพิ่มประสิทธิภาพการเปลี่ยนรูปจะช่วยในการลดการปล่อยออกก๊าซ ระบบผลิตไฟฟ้าที่มีการปล่อยออกก๊าซเรือนกระจกที่มีประสิทธิภาพที่สุดขณะนี้ คือ ระบบกังหันก๊าซความร้อนร่วม โดยใช้ก๊าซธรรมชาติ (Natural gas combined cycle gas turbines) ซึ่งเมื่อเทียบกับโรงไฟฟ้าถ่านหิน โรงไฟฟ้าความร้อนร่วมจะมีการปล่อยออกก๊าซเรือนกระจกน้อยกว่าเกือบครึ่ง นั่นคือ โดยประมาณโรงไฟฟ้าถ่านหินจะปล่อยออกที่ 850 g/kWh ส่วนโรงไฟฟ้าความร้อนร่วมจะปล่อยออกประมาณ 500 g/kWh (9) ดังนั้นสำหรับประเทศอุตสาหกรรมอย่างสหรัฐอเมริกา สหภาพยุโรป ซึ่งการผลิตไฟฟ้ากว่า 50% มาจากโรงไฟฟ้าถ่านหิน จึงมีการวิจัยพัฒนาเพื่อให้สามารถใช้ถ่านหินในการผลิตไฟฟ้าโดยมีการปล่อยออกก๊าซเรือนกระจกน้อยลง เทคโนโลยีที่มีการดำเนินการ เช่น - โครงการเทคโนโลยีถ่านหินสะอาด (Clean Coal Technology Program) - โครงการความร้อนร่วมไฟฟ้า (Combined Heat and Power) เทคโนโลยีถ่านหินสะอาด ภายใต้โครงการเทคโนโลยีถ่านหินสะอาด เทคโนโลยีหลักที่มีการวิจัยพัฒนา ได้แก่ เทคโนโลยีการเปลี่ยนให้เป็นก๊าซ (Gasification Technology) และเทคโนโลยีกังหัน (Turbine Technology) สำหรับเทคโนโลยีการเปลี่ยนเป็นก๊าซ เป็นเทคโนโลยีที่เปลี่ยนถ่านหิน หรือเชื้อเพลิงที่ประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนให้เป็นก๊าซ เช่น คาร์บอนโมนอกไซด์ (Carbon Monoxide) ก๊าซไฮโดรเจน (Hydrogen) และผลพลอยได้ (Byproduct) ที่เป็นสารเคมีประเภทต่าง ๆ แล้วแต่องค์ประกอบของถ่านหิน หลังจากกำจัดละอองฝุ่นผงของถ่านหินและสารเคมีออก จะได้ก๊าซสังเคราะห์ (Synthesis gas) ที่เรียกว่า Syngas ซึ่งประกอบด้วย ก๊าซคาร์บอนโมนอกไซด์และไฮโดรเจน ประมาณ 85% ส่วนที่เหลือจะเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และมีเธน Syngas ที่ได้จะถูกนำไปใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าโดยผ่านระบบกังหันก๊าซความร้อนร่วม ซึ่งประกอบด้วยระบบกังหันก๊าซประสิทธิภาพสูง ในการผลิตกระแสไฟฟ้าแล้วใช้ความร้อนเหลือใช้ (Exhaust heat) จากกังหันก๊าซไปผลิตไอน้ำเพื่อผ่านเข้ากังหันไอน้ำผลิตกระแสไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม การใช้ Syngas ในการผลิตกระแสไฟฟ้านี้จะยังคงมีการปล่อยออกก๊าซเรือนกระจก โดยเฉพาะก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ดังนั้นเพื่อที่จะกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ โรงไฟฟ้าถ่านหินสะอาดจึงต้องมีระบบการจำกัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ด้วย โดยที่ในการผลิต Syngas ซึ่งเป็นส่วนผสมระหว่างก๊าซคาร์บอนโมนอกไซด์กับไฮโดรเจน ในส่วนของก๊าซคาร์บอนโมนอกไซด์ เมื่อใช้งานเสร็จจะรวมกับออกซิเจนเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ต้องการการกำจัด ส่วนก๊าซไฮโดรเจนซึ่งไม่มีผลต่อการเกิดภาวะเรือนกระจกและสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงในด้านต่าง ๆ ได้ จึงมีความสนใจที่จะผลิตก๊าซไฮโดรเจนจากถ่านหิน แล้วใช้ก๊าซไฮโดรเจนในการผลิตกระแสไฟฟ้ารวมทั้งเมื่อมีเหลือก็จะสามารถนำไปใช้ในงานอื่น เช่น ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์ ทำให้ในขณะนี้ได้มีการวิจัยและพัฒนาการผลิตและการใช้งานก๊าซไฮโดรเจนเป็นงานหลักหนึ่งในด้านการวิจัยและพัฒนาพลังงานในสหรัฐอเมริกา เพื่อให้สามารถวิจัยและพัฒนาแนวคิดที่จะนำไปสู่การผลิตกระแสไฟฟ้าจากถ่านหินโดยไม่มีการปล่อยออกก๊าซเรือนกระจกรัฐบาลสหรัฐอเมริกาได้มีประกาศการลงทุนในโครงการ “Future Gen. Co- Production” ซึ่งจะเป็นโครงการ 10 ปีในวงเงิน 950 ล้านเหรียญสหรัฐ สำหรับโรงไฟฟ้าขนาด 275 เมกกะวัตต์ ที่มีการจับตรึง (Sequestration) 90% ของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ในการวิจัยและพัฒนาจะประกอบด้วยงานห้าด้าน คือ เทคโนโลยีด้านระบบผลิตก๊าซ (Gasification system technology), การผลิตก๊าซไฮโดรเจนจากถ่านหิน, กังหันก๊าซไฮโดรเจน, การผลิตกระแสไฟฟ้าจากเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel cell), และการจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และตรึงไว้ในที่เก็บ (Storage) แบบต่าง ๆ รูปที่ 2 แสดงไดอะแกรมอย่างง่ายของโครงการ Future Gen (10) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
