วิธีการผลิตแก๊สชีวภาพสำหรับครัวเรือน ระหว่างไทยประดิษฐ์กับฝรั่งทำใครเจ๋งกว่า

วิธีการผลิตแก๊สชีวภาพสำหรับครัวเรือน นี่จะกล่าวถึงต่อไปนี้หมายถึงการนำเศษอาหารหรืออินทรีย์สาร และพวกมูลสัตว์ ที่เป็นของทิ้งจากครัวเรือน ไม่ได้นับรวมเอาพวกปศุสัตว์เพราะนั่นมันขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตามในหลักการการเกิดแก๊สธรรมชาติก็ย่อมเป็นหลักการเดียวกัน ดังนั้นมาดูหลักการเบื้องต้นเสียก่อน

แก๊สชีวภาพเกิดขึ้นได้อย่างไร

แก๊สชีวภาพเกิดขึ้นได้ต้องอาศัยกระบวนการย่อยสลายของสารอินทรีย์ในสภาวะไร้ออกซิเจน โดยกระบวนการย่อยสลายอินทรีย์สารมีด้วยกัน 2 ขั้นตอนคือ

ขั้นที่ 1 การสลายสารโมเลกุลใหญ่ (Hydrolysis)

ในขยะหรือเศษอาหาร อินทรีย์สารต่าง ๆ จะประกอบไปด้วยสารที่มีโมเลกุลขนาดโมเลกุลใหญ่ เช่น โปรตีน คาร์โบไฮเดรท และไขมัน จะถูกย่อยสลายโดยเอนไซม์ทำให้แตกตัวมีขนาดโมเลกุลเล็กลงเสียก่อน

ขั้นที่ 2 การผลิตกรดอินทรีย์ (Acidogenesis)

เมื่อสารอินทรีย์ถูกเปลี่ยนให้มีโมเลกุลเล็กลงจากขั้นตอนที่ 1 แล้ว ต่อมาก็จะถูกเปลี่ยนไปเป็น กรดอินทรีย์ที่ระเหยง่าย(Volatile acid) และสารอื่น ๆ โดยจุลลินทรีย์พวกที่สร้างกรด (acid former) กรดที่เกิดขึ้นส่วนใหญ่คือ กรดอะซีติค (Acetic acid) และกรดโพรพิโอนิค(Propionic acid)

ขั้นที่ 3 การผลิตแก๊สมีเธน (Methanogenesis)

จากกรดอินทรีย์ระเหยง่ายในขั้นตอนที่ 2 จะถูกย่อยสลายโดยจุลลินทีย์พวกที่สร้างแก๊ส และทำให้เกิดเป็น แก๊สมีเทน (CH4) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เป็นส่วนใหญ่ อาจจะมีแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) ไนโตรเจน (N2) และไฮโดรเจน (H2) และไอน้ำผสมอยู่ด้วย ซึ่งทั้งหมดรวมกันเรียกว่า “แก๊สชีวภาพ” หรือ “BIOGAS”

สภาวะหรือปัจจัยที่มีผลต่อการผลิตแก๊สชีวภาพ

1. อุณหภูมิ ที่ทำให้เกิดการเจริญเติบโตของแบคทีเรียหรือจุลลินทรีย์ได้ดีนั้นมีช่วงที่กว้างมากตั้งแต่ 4 – 60 องศาเซลเซียส แต่การย่อยสลายและเกิดแก๊สได้มากจะเกิดในช่วง 35-55 องศาเซนเซียส
2. ความเป็นกรด-ด่าง (pH)  ที่เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตของจุลลินทรีย์ที่จำเป็นอยู่ในช่วง 6.5-7.5 ถ้าต่ำกว่า 5 จะเป็นอันตรายต่อจุลลินทรีย์ที่สร้างมีเธน
3. อัลคาลินิตี้ (Alkalinity)  หมายถึงความสามารถในการรักษาระดับความเป็นกรด-ด่าง ถ้าค่าอัลคาลินิตี้ต่้า จะมีแนวโน้มเป็นกรดได้ง่าย ค่าอัลคาลินิตี้ที่เหมาะสมต่อระบบหมักมีค่าประมาณ 1,000-5,000 มิลลิกรัม/ลิตรในรูปของแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3)
4. กรดอินทรีย์ระเหยง่าย (Volatile Acid) ซึ่งถูกสร้างขึ้นมาในกระบวนการย่อยสลายขั้นที่ 2 และจะถูกน้าไปใช้โดยแบคทีเรียพวกสร้างแก๊สมีเทน แต่ถ้าใช้ไม่ทันจะเกิดการสะสมของกรดส่งผลให้ค่า pH ลดลง ท้าให้เกิดอันตรายต่อแบคทีเรีย โดยทั่วไปปริมาณกรดอินทรีย์ระเหยง่ายในถังหมักไม่ควรเกิน 2,000 มิลลิกรัม/ลิตร แต่อาจทนได้ถึง 5,000 มิลลิกรัม/ลิตร ดังนั้นอัตราการใส่เศษอาหารและสารอินทรีย์ในถังหมักจะต้องให้เกิดสมดุลย์
5. สารอาหาร (Nutrients) ไนโตรเจนและฟอสฟอรัสเป็นธาตุอาหารที่สำคัญต่อการเจริญเติบโตของจุลลินทรีย์ ซึ่งอัตราส่วนที่เหมาะสมที่ทำให้ผลิตแก๊สได้ดีควรอยู่ที่ COD:N:P เท่ากับ 100:2.2:0.4 หรือ BOD:N:P เท่ากับ 100:1.1:0.2
6. สารยับยั้งและสารพิษ (Inhibiting and Toxic Substances)  เช่น กรดไขมันระเหยได้ ไฮโดรเจน หรือแอมโมเนีย สามารถทำให้ขบวนการ ย่อยสลาย ในสภาพไร้ออกซิเจนหยุดชะงักได้
7. และอื่นๆ เช่น ชนิดของอินทรีย์สาร เทคโนโลยีหรือลักษณะของถังหมักแก๊ส เป็นต้น

พลังงานของแก๊สชีวภาพที่ 1 ลูกบาศก์เมตรเมื่อเทียบกับพลังงานอื่นๆ

แก๊สธรรมชาติปริมาตรหนึ่งลูกบาศก์เมตรให้พลังงาน 21 เมกกะจูลหรือเทียบเท่าแก๊สหุงต้ม 0.46 กิโลกรัม หรือเทียบเป็นไฟฟ้าได้ 12 กิโลวัตต์ต่อชั่วโมง (หน่วย)

 

วิธีการผลิตแก๊สชีวภาพสำหรับครัวเรือน แบบไทยประดิษฐ์

การผลิตแก๊สชีวภาพสำหรับเอาไว้ใช้ในครัวเรือน เป็นการกำจัดขยะอินทรีย์และได้ผลพลอยได้เป็นแก๊สสำหรับหุงต้ม ซึ่งเป็นคนละแบบกับแก๊สชีวภาพจากการทำปศุสัตว์แต่ก็อาศัยหลักการเดียวกันเพียงแต่วัตถุดิบคนละประเภท การทำแก๊สชีวภาพเอาไว้ใช้เองในครัวเรือนก็มีหลากหลายแบบ แต่ที่จะกล่าวถึงต่อไปนี้เป็นของศูนย์เรียนรู้เศรษฐกิจพอเพียง และนำมาจากเอกสารของศูนย์ประเมินผลของสำนักงานเศรษฐกิจการเกษตร ซึ่งได้รวบรวมของหลายๆศูนย์เรียนรู้เอาไว้ว่าดำเนินการอย่างไร ข้อมูลโดยหลักของเราจะเอามาจากศูนย์เรียนรู้เศรษฐกิจพอเพียงบ้านทาป่าเปา เลขที่ 48 หมู่ที่ 6 บ้านทาป่าเปา ตาบลทาปลาดุก อาเภอแม่ทาจังหวัดลำพูน เพราะเรียบเรียงมาอย่างดีรายละเอียดการทำมีมากสามารถทำตามได้เลย โดยไม่ต้องอาศัยทักษะทางการช่างมากมาย ด้วยงบประมาณ 2-3 พันบาทยิ่งใครมีอุปกรณ์เหลือใช้ที่บ้านยิ่งถูกไปกว่านั้น

การผลิตแก๊สชีวภาพแบบถัง 200 ลิตร

• วัสดุอุปกรณ์

1. ถังพลาสติกปิดฝาขนาด 200 ลิตร 2 ใบ

2. ถังพลาสติกเปิดฝาขนาด 120 ลิตร 1 ใบ

3. ท่อ PVC ขนาด 3 นิ้ว ยาว 1.5 เมตร 1 ท่อน

4. ท่อ PVC ขนาด 1 นิ้ว ยาว 2 เมตร 1 ท่อน

5. ท่อ PVC ขนาด 4 หุน ยาว 2 เมตร 1 ท่อน

6. สายยางส่งแก๊ส ยาว 3 เมตร 1 เส้น

7. วาล์วเปิด-ปิดแก๊สขนาด 4 หุน 2 อัน

8. ข้อต่อสามทาง 1 นิ้ว 2 อัน

9. ข้อต่อสามทาง 4 หุน เกลียวใน 1 อัน

10. ข้อต่อตรง 4 หุน เกลียวนอก 5 อัน

11. ข้อต่อตรง 4 หุน เกลียวใน 2 อัน

12. ข้องอ 4 หุน เกลียวใน 1 อัน

13. ข้อต่อตรง 1 นิ้ว เกลียวใน 1 อัน

14. ข้อต่อตรง 1 นิ้ว เกลียวนอก 1 อัน

15. หัวกันลื่น (หางปลา) 4 หุน 3 อัน

16. ที่รัดสายยาง 3 อัน

17. ฝาครอบ 1 นิ้ว 2 อัน 18. กาวซีเมนต์ (หลอดคู่) 1 ชุด

19. กาวต่อท่อ, เทปพันเกลียว

20. เชือกสาหรับติดตั้งอุปกรณ์ 3 เมตร

21. มูลสัตว์ (ขี้วัวหรือขี้หมู) 50 กิโลกรัม

22. ชุดกวนอินทรีย์สาร (ทำตามแบบ)

อุปกรณ์สามารถดัดแปลงทำตามแบบได้เลย แล้วแต่ทักษะทางช่างและอุปกรณ์ที่มีขายใกล้บ้าน

• วิธีประกอบถังหมักแก๊ส

1. นำถังใบที่ปิดฝาเจาะรูขนาดเท่ากับเกลียวนอก 4 หุน บริเวณที่เรียบบนฝาถัง เพื่อใส่ท่อนำแก๊ส

2. เจาะรูบริเวณที่เรียบบนฝาถัง ขนาดเท่ากับท่อ พีวีซี ขนาด 3 นิ้ว เพื่อใส่ท่อเติมน้ำและเศษอาหารหรือมูลสัตว์

3. ประกอบชุดกวนอินทรีย์สาร

3. เจาะรูข้างถังขนาดเท่าเกลียวนอกของข้อต่อตรงขนาด 1 นิ้ว บริเวณข้างถังสูงจากก้นถังประมาณ 3 นิ้ว ใส่ท่อปล่อยกากและน้ำทิ้ง

4. ประกอบส่วนท่อน้ำล้น โดยตัวบนต้องสูง ¾ ของตัวถัง

5. ติดตั้งวาวล์เปิดปิด ทากาว ตรวจสอบการรั่วซึม

• วิธีประกอบถังเก็บแก๊ส

1. เจาะรูที่ก้นถังขนาด 120 ลิตร 2 รู ขนาดเท่าข้องอเกลียวนอก 4 หุน รูหนึ่งสำหรับรับแก๊สจากถังหมัก อีกรูหนึ่งใช้เป็นท่อส่งแก๊สเพื่อนำไปใช้ บางคนใช้สามทางก็เจาะรูเดียว  หลังจากนั้นใส่วาล์วปิด – เปิด

2. ต่อสายยางที่ปลายหัวต่อทั้งสองด้าน

3. ทดสอบดูการรั่วซึม ทั้งระบบต้องไม่มีการรั่วซึม

• การหมักแก๊สชีวภาพ

1. นำมูลสัตว์แห้งหรือเปียกผสมกับน้ำ แล้วเทใส่ลงไปในถังหมักปริมาตร 25% ของตัวถัง แล้วก็กวนด้วยเครื่องกวนอินทรีย์สาร ใครไม่ทำก็ใช้ท่อพีวีซีหรือไม้กระทุ้งให้มูลสัตว์กระจายตัวให้ทั่วถังก็ได้

2. ทำการหมักมูลสัตว์ที่เป็นวัตถุดิบตั้งต้นในถังประมาณ 10-15 วัน หลังจากนั้นเติมน้ำลงไปในถึงระดับ 75% ของถังซึ่งจะอยู่ที่ระดับน้ำล้นของถัง แล้วจึงสามารถเติมเศษอาหารหรือมูลสัตว์เพื่อทาการผลิตแก๊สต่อไปได้ ในระยะแรกเติมวัตถุดิบแต่น้อยทุกวันที่มีการใช้แก๊สประมาณ 1 – 2 กิโลกรัม แต่ไม่ควรเกิน 4 กิโลกรัมต่อวัน เมื่อใช้ไปนาน ๆ สามารถเติมได้มากขึ้นแต่ไม่เกิน 10 กิโลกรัม เมื่อเติมลงช่องใส่สารอินทรีย์ แล้วก็กวนด้วยเครื่องกวนอินทรีย์สาร ใครไม่ทำก็ใช้ท่อพีวีซีหรือไม้กระทุ้งให้อินทรีย์สาร (เศษอาหาร) กระจายตัวให้ทั่วถัง กระบวนการย่อยเพื่อผลิตแก๊สจะใช้เวลาประมาณ 24 ชั่วโมง

3. เมื่อเกิดแก๊สขึ้นชุดถังเก็บแก๊สที่คว่ำอยู่จะเริ่มลอย แก๊สที่เกิดมาชุดแรกจะจุดไฟติดยากเพราะมีปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์มากให้ทำการปล่อยทิ้งก่อน เมื่อหมักจนเกิดแก๊สถังที่ 2 จึงสามารถจุดไฟใช้งานได้

4. เตาแก๊สที่ใช้ควรขยายนมหนูให้กว้างกว่าเดิม เนื่องจากแก๊สชีวภาพที่ผลิตด้วยวิธีนี้จะมีแรงดันต่ำ

• การดูแลรักษา

1. เมื่อใช้งานจนถึงช่วง 7 เดือน ถึง 1 ปี ให้ทำการปล่อยกากออกทางช่องระบาย ซึ่งสามารถสังเกตได้จากเมื่อเติมแล้วไม่ค่อยล้นแสดงว่ามีเศษไปตกตะกอนอุดตัน หรือดูได้จากอัตราการเกิดแก๊สน้อยลงแสดงว่ามีการอุดตันเช่นเดียวกัน

2. ไม่ควรใส่เศษอาหารเปรี้ยวในถังเพราะจะทาให้แบคทีเรียไม่ทำงานเนื่องจากค่าความเป็นกรดด่างไม่เหมาะสม เมื่อมีค่ากรดในถังเกินไปจะสังเกตได้จากเกิดแก๊สน้อย

3. พยายามอย่าให้ถังกระทบกระเทือนมากเพราะกาวจะกะเทาะออกได้จนเกิดการรั่วเมื่อเกิดแก๊ส ก็ตรวจสอบรอยรั่วและสามารถใช้กาวทาซ่อมได้

ภาพข้างล่างนี้เป็นตัวอย่างที่เสร็จแล้วซึ่งขยายให้ใหญ่ขึ้น เป็นของศูนย์เทคโนโลยีที่เหมาะสม คณะวิทยาศาตร์และเทคโนโลยี  มหาวิทยาลัยราชภัฏสกลนคร ใครสนใจก็คลิ๊กลิ้งค์ใต้ภาพได้เลย จริงๆแล้วมีหลายหน่วยงานให้การส่งเสริมโดยเฉพาะศูนย์การเรียนรู้ต่างๆ

วิธีการผลิตแก๊สชีวภาพสำหรับครัวเรือน แบบฝรั่งทำ

หลังจากได้ศึกษาดูของไทยประดิษฐ์กันแล้ว ด้วยทฤษฎีเดียวกันนี้ฝรั่งก็ทำเหมือนกัน โดยบริษัทสัญชาติอิสราเอลได้ออกแบบและทำเครื่องผลิตแก๊สชีวภาพแบบครัวเรือนออกจำหน่ายไปทั่วโลก โดยเริ่มก่อตั้งบริษัทขึ้นในปี 2012 และในปี 2014 ได้ทำการติดตั้งระบบการจัดการสิ่งแวดล้อมในหมู่บ้านแห่งหนึ่งในอิสราเอล ตามความต้องการของรัฐมนตรีดูแลรักษาสิ่งแวดล้อม ที่สำคัญในปีเดียวกันนี้ได้นำเสนอผลงานต่อเลขาธิการสหประชาชาติและประธานาธิบดีของอิสราเอล ปี 2016 ได้เสนอระดมทุนเพื่อการขยายกิจการ ซึ่งสามารถระดมทุนได้ครบตามเป้าหมายภายใน 24 ชั่วโมง ในปี 2016 เขาขายสินค้าตัวนี้ออกไปทั่วโลก 35 ประเทศ

ออกแบบให้เป็นชุดแบบให้ลูกค้าสามารถนำไปติดตั้งได้เองแบบ DIY Kit

ด้วยหลักการการทำงานเดียวกันกับของไทยประดิษฐ์ เพียงแต่การออกแบบและแนวคิดต่างกัน ของฝรั่ง Homebiogas เขาออกแบบให้สามารถขนส่งได้ง่ายเปลี่ยนจากการใช้ถังเปลี่ยนเป็นใช้ถุงพลาสิกพีวีซี และทำโครงสร้างต่างๆให้ถอดประกอบได้ง่ายพร้อมทำคู่มือการติดตั้ง และคู่มือการใช้งานและบำรุงรักษา การแก้ปัญหาเบื้องต้น พร้อมบรรจุใส่กล่องส่งถึงหน้าบ้าน ขนาดกล่อง 100x40x38 เซ็นติเมตร

ประสิทธิภาพและความสามารถ

ปัจจุบัน HomeBiogas ได้ออกรุ่นใหม่มาคือ HomeBioGas 2.0 ซึ่งมีประสิทธิภาพประมาณนี้

• ใส่เศษอาหารได้ทั้งพืชและสัตว์ ได้วันละ 6 ลิตร แต่ถ้าเป็นพวกมูลสัตว์ได้ถึง 15 ลิตร (ประมาณเดียวกับของไทยเราที่ทำมาจากถัง 200 ลิตรใส่ได้ประมาณ 4-5 กิโลกรัม)
• สามารถเก็บแก๊สได้ประมาณ 500 ลิตร
• เศษอาหารประมาณ 1 กิโลกรัมผลิตแก๊สได้ 200 ลิตร ใช้หุงต้มได้ประมาณ 1 ชั่วโมง
• สามารถทำอาหารได้วันละ 2-3 ชั่วโมง เหมาะสำหรับครอบครัวประมาณ 4-5 คน
• ก่อนใช้ต้องหมักมูลสัตว์ไว้ 2-4 อาทิตย์ ถ้าใครไม่มีมูลสัตว์ก็มีชุดเชื้อจุลลินทรีย์ขายให้ต่างหาก ดังนั้นไม่จำเป็นต้องใช้มูลสัตว์ เหมาะสำหรับบ้านในเมือง

สนนราคาค่าตัว

ชุดระบบ HomeBioGas 2.0 ราคา 1,090 USD ไม่รวมค่าจัดส่งประมาณ 34,880 บาทเทียบอะไรไม่ได้กับราคา 3,000 บาทบ้านเราที่ประสิทธิภาพใกล้เคียงกันแตกต่างแค่การออกแบบ ปัจจุบันยังไม่มีจำหน่ายในไทย

สรุปว่าเก่งกันคนละแบบ

ด้วยประสิทธิภาพที่ไม่แตกต่างจากที่ทำใช้กันในบ้านเรา เทคโนโลยีที่ไม่สลับซับซ้อน อาศัยการออกแบบเพื่อประโยชน์ใช้สอยและการประกอบโดยง่าย บวกกับการตลาดที่ยอดเยี่ยม ทำให้ราคาขายไปได้มากถึงขนาดนั้น นักประดิษฐ์และนักการตลาดไทยน่าจะทำมาขายให้คนในเมืองที่มีสวนหลังบ้านได้ซื้อไปใช้ เป็นการกำจัดขยะออกไปจากระบบได้อย่างมีประสิทธิภาพ และยังเป็นการประหยัดพลังงานอีกด้วย ไม่ใช่เหมาะแค่ผู้มีรายได้น้อยที่ต้องการประหยัดค่าใช้จ่าย คนรวยมีฐานะที่มีความคำนึงถึงสิ่งแวดล้อมก็ควรมีใช้ทุกบ้าน ใครทำได้ก็น่าจะรวย นักสตาร์ทอัพทั้งหลายก็นำไปเสนอขายหาทุนได้คงไปได้สวย มีแก๊สใช้แค่ทิ้งขยะให้ถูกที่แค่นั้นเอง