รายละเอียดโครงการวิจัย
กลับไปหน้าโครงการวิจัยทั้งหมด

รหัสโครงการ :R000000294
ชื่อโครงการ (ภาษาไทย) :การพัฒนาถ่านชีวภาพจากเศษวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรในท้องถิ่นโดยกระบวนการแยกสลายด้วยพลังงานความร้อนแบบไพโรไลซิสเพื่อเป็นพลังงานทดแทนและกักเก็บคาร์บอนในการปรับปรุงสภาพทางกายภาพของดิน
ชื่อโครงการ (ภาษาอังกฤษ) :The development of bio-char from local agricultural residues by the pyrolysis process for renewable energy and carbon sequestration to improve the physical condition of the soil.
คำสำคัญของโครงการ(Keyword) :ถ่านชีวภาพ พลังงานความร้อน
หน่วยงานเจ้าของโครงการ :คณะเทคโนโลยีการเกษตรและเทคโนโลยีอุตสาหกรรม > ภาควิชาเทคโนโลยีอุตสาหกรรม สาขาวิชาวิศวกรรมพลังงาน
ลักษณะโครงการวิจัย :โครงการวิจัยเดี่ยว
ลักษณะย่อยโครงการวิจัย :ไม่อยู่ภายใต้แผนงานวิจัย/ชุดโครงการวิจัย
ประเภทโครงการ :โครงการวิจัยใหม่
สถานะของโครงการ :propersal
งบประมาณที่เสนอขอ :81000
งบประมาณทั้งโครงการ :81,000.00 บาท
วันเริ่มต้นโครงการ :01 พฤษภาคม 2560
วันสิ้นสุดโครงการ :30 เมษายน 2561
ประเภทของโครงการ :งานวิจัยประยุกต์
กลุ่มสาขาวิชาการ :วิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยี
สาขาวิชาการ :สาขาวิศวกรรมศาสตร์และอุตสาหกรรมวิจัย
กลุ่มวิชาการ :วิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยีพื้นฐานทางวิศวกรรมศาสตร์
ลักษณะโครงการวิจัย :ระดับชาติ
สะท้อนถึงการใช้ความรู้เชิงอัตลักษณ์ : สะท้อนถึงการใช้ความรู้เชิงอัตลักษณ์
สร้างความร่วมมือประหว่างประเทศ GMS : ไม่สร้างความร่วมมือทางการวิจัยระหว่างประเทศ
นำไปใช้ในการพัฒนาคุณภาพการศึกษา :นำไปใช้ประโยชน์ในการพัฒนาณภาพการศึกษา
เกิดจากความร่วมมือกับภาคการผลิต : ไม่เกิดจากความร่วมมือกับภาคการผลิต
ความสำคัญและที่มาของปัญหา :ถ่านชีวภาพ หรือ ไบโอชาร์ (Biochar) คือวัสดุที่อุดมด้วยคาร์บอน ผลิตจากชีวมวล วัสดุเหลือใช้จากการเกษตร เช่น เหง้ามันสำปะหลัง ฟางข้าว ซังข้าวโพด กิ่งไม้ เป็นต้น ผ่านกระบวนการแยกสลายด้วยพลังงานความร้อนโดยไม่ใช้ออกซิเจนหรือใช้น้อยมาก ซึ่งมีสองวิธีหลักๆ คือการแยกสลายอย่างเร็วและอย่างช้า การผลิตถ่านชีวภาพด้วยวิธีการแยกสลายอย่างช้าที่อุณหภูมิเฉลี่ย 500 องศา เซลเซียส จะได้ผลผลิตของถ่านชีวภาพมากกว่า 50% แต่จะใช้เวลาเป็นชั่วโมง ซึ่งต่างจากวิธีการแยกสลายอย่างเร็วที่อุณหภูมิเฉลี่ย700องศาเซลเซียส ซึ่งใช้เวลาเป็นวินาที ผลผลิตที่ได้จะเป็นน้ำมันชีวภาพ 60% แก๊สสังเคราะห์ 20% และถ่านชีวภาพ 20% ถ่านชีวภาพ มีความหมายต่างจากถ่านทั่วไป (charcoal) ตรงจุดมุ่งหมายการใช้ประโยชน์ คือถ่านทั่วไปจะหมายถึงถ่านที่ใช้เป็นเชื้อเพลิง ขณะที่ไบโอชาร์คือถ่านที่ใช้ประโยชน์เพื่อกักเก็บคาร์บอนลงในดินและปรับปรุงสภาพทางกายภาพของดิน เนื่องจากคุณสมบัติของถ่านชีวภาพมีลักษณะเป็นเม็ดละเอียด มีความพรุนสูงและเป็นของแข็งที่มีความคงตัว เมื่อใส่ลงในดินจะช่วยการระบายอากาศ การซึมน้ำ การอุ้มน้ำ ดูดยึดธาตุอาหาร เป็นที่อยู่ของจุลินทรีย์ ลดความเป็นกรดของดิน นอกจากนี้ยังช่วยเพิ่มคุณภาพของปุ๋ยให้สูงขึ้น ทำให้ประหยัดการใช้ปุ๋ย ลดต้นทุน เพิ่มรายได้ เพิ่ม ผลผลิต เป็นเทคโนโลยีที่สามารถพัฒนาได้ตั้งแต่ระดับเกษตรกร ครัวเรือน ชุมชนและองค์ส่วนท้องถิ่นในการเป็นผลิตภัณฑ์สำหรับชุมชนได้อีกด้วย ในการผสมถ่านที่ผลิตจากเศษวัสดุเหลือใช้ลงไปในดิน ท่านยังได้มีบทบาทในการช่วยลดภาวะโลกร้อน เนื่องจากถ่านชีวภาพเป็นคาร์บอน มีความทนทานต่อการย่อยสลายโดยจุลินทรีย์และสูญหายไปจากดินได้ยาก ดังนั้นจึงสะสมอยู่ในดิน เป็นการเพิ่มคาร์บอนให้แก่ดินแทนที่จะเผากลายเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สู่ บรรยากาศอันเป็นตัวการหนึ่งของภาวะโลกร้อน จังหวัดนครสวรรค์มีพื้นที่ทำการเกษตรกรรมมีวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรเป็นปริมาณมาก วิธีจัดการ กับวัสดุเหลือทิ้งเหล่านี้ของเกษตรกร คือการนำไปทิ้งไว้เพื่อให้ย่อยสลายเองตามธรรมชาติหรือเผาทิ้ง ซึ่งทั้ง 2 วิธี ล้วนก่อให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อม โดยการทิ้งไว้ให้ย่อยสลายเองตามธรรมชาติจะก่อให้เกิดเป็นแหล่งเพาะเชื้อโรค ทั้งการย่อยสลายจะก่อให้เกิดก๊าซมีเทนซึ่งมีกลิ่นเหม็น ส่วนการเผาจะก่อให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเป็นก๊าซที่เป็นสาเหตุที่สำคัญทำให้เกิดภาวะโลกร้อน ถ้าหากสามารถนำวัสดุเหล่านี้มาผ่านกระบวนการสลายตัวด้วยความร้อนอย่างช้าๆ ในภาวะปราศจากออกซิเจนแบบไพโรไลซิส ทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีลักษณะเหมือนถ่านไม้ที่มีคาร์บอนเป็นส่วน ประกอบหลัก ถ่านชีวภาพที่ผลิตได้เป็นพลังงานสะอาดด้วยมีปริมาณไนโตรเจนและเถ้าปริมาณน้อย คาร์บอนที่ได้จากกระบวนการเผามีความเสถียรอย่างมาก จึงเหมาะสำหรับใช้เป็นพลังงานทดแทนและการเพาะปลูกพืชต้นไม้สามารถเพิ่มผลผลิตด้านการเกษตรกรรม ให้มีปริมาณมากกว่าที่ใช้ปุ๋ย สารเคมี และสามารถทำให้คุณภาพชีวิตของประชาชนในพื้นที่ดีขึ้นกว่าที่เป็นอยู่ปัจจุบัน
จุดเด่นของโครงการ :พัฒนาพลังงานทดแทนในท้องถิ่น
วัตถุประสงค์ของโครงการ :1. เพื่อพัฒนาถ่านชีวภาพจากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรเป็นพลังงานทดแทนในระดับครัวเรือน 2. เพื่อเป็นวัสดุกักเก็บคาร์บอนในการปรับปรุงสภาพทางกายภาพของดิน
ขอบเขตของโครงการ :1. อุปกรณ์ที่ใช้ผลิตเตาชีวภาพใช้ถังโลหะ ขนาดปริมาตรไม่เกิน 200 ลิตร 2. ใช้เศษวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรในท้องถิ่นเป็นวัตถุดิบในการผลิตถ่านชีวภาพ 3. ใช้เทคโนโลยีไพโรไลซิสโดยการแยกสลายด้วยพลังงานความร้อนแบบช้า
ผลที่คาดว่าจะได้รับ :1. ถ่านชีวภาพที่ได้มีคุณสมบัติเหมาะสมกับการปรับปรุงคุณภาพดิน ลดการใช้น้ำและ ปุ๋ยให้กับเกษตรกร ช่วยให้พืชเจริญเติบโตและเพิ่มผลผลิต ลดต้นทุนการผลิต สร้างรายได้ ลดรายจ่าย ช่วยแก้ไขปัญหา ระบบนิเวศในพื้นที่เกษตรกรรม เป็นการสร้างภูมิคุ้มกันให้กับครัวเรือนและชุมชน ทำให้เกิด ความมั่นคงในชีวิตและทรัพย์สิน 2. ถ่านชีวภาพนี้มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลัก สามารถกักเก็บไว้ในดินได้นานหลายปีช่วยลดการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกสู่บรรยากาศได้อีกทางหนี่ง 3. ประชาชนในท้องถิ่นสามารถเลือกวัสดุที่จะนำมาเผาเป็นถ่านชีวภาพจากวัสดุที่ต้องเผาทิ้งหรือทิ้ง มาใช้ให้เป็นประโยชน์มากที่สุด สร้างความสมดุลให้กับทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อมของประเทศด้วย 4. สร้างความเข้มแข็งทางวิชาการให้กับคณาจารย์และนักศึกษาในการพัฒนาองค์ความรู้ด้านพลังงานทดแทนที่เป็นประโยชน์สำหรับท้องถิ่น
การทบทวนวรรณกรรม/สารสนเทศ :อารีย์ คล่องขยัน ได้ให้คำนิยามถ่านชีวภาพ หรือ ไบโอชาร์ (Biochar) คือวัสดุที่อุดมด้วยคาร์บอน ผลิตจากชีวมวล (Biomass, วัสดุ เหลือใช้จากการเกษตร เช่น เหง้ามันส าปะหลัง ฟางข้าว ซังข้าวโพด กิ่งไม้ เป็นต้น) ผ่านกระบวนการ แยกสลายด้วยความร้อนโดยไม่ใช้ออกซิเจน หรือใช้น้อยมาก (ไพโรไรซิส, Pyrolysis) ซึ่งมีสองวิธีหลักๆ คือการ แยกสลายอย่างเร็วและอย่างช้า การผลิตถ่านชีวภาพด้วยวิธีการแยกสลายอย่างช้าที่อุณหภูมิเฉลี่ย 500 องศา เซลเซียส จะได้ผลผลิตของถ่านชีวภาพมากกว่า 50% แต่จะใช้เวลาเป็นชั่วโมง ซึ่งต่างจากวิธีการแยกสลาย อย่างเร็วที่อุณหภูมิเฉลี่ย 700 องศาเซลเซียส ซึ่งใช้เวลาเป็นวินาที ผลผลิตที่ได้จะเป็นน้ำมันชีวภาพ (bio-oil) 60% แก๊สสังเคราะห์ (syngas) 20% และถ่านชีวภาพ 20% ถ่านชีวภาพมีความหมายต่างจากถ่านทั่วไป (charcoal) ตรงจุดมุ่งหมายการใช้ประโยชน์ คือถ่าน ทั่วไปจะหมายถึงถ่านที่ใช้เป็นเชื้อเพลิง ขณะที่ไบโอชาร์คือถ่านที่ใช้ประโยชน์เพื่อกักเก็บคาร์บอนลงในดินและ ปรับปรุงสภาพทางกายภาพของดิน เนื่องจากคุณสมบัติของถ่านชีวภาพ คือมีรูพรุนตามธรรมชาติเมื่อใส่ลงใน ดินจะช่วยการระบายอากาศ การซึมน้ำ การอุ้มน้ำ ดูดยึดธาตุอาหาร เป็นที่อยู่ของจุลินทรีย์ ลดความเป็นกรดของดิน นอกจากนี้ยังช่วยเพิ่มคุณภาพของปุ๋ยให้สูงขึ้น ทำให้ประหยัดการใช้ปุ๋ย ลดต้นทุนเพิ่มรายได้ เพิ่มผลผลิต เป็นเทคโนโลยีที่สามารถพัฒนาได้ตั้งแต่ระดับเกษตรกร ครัวเรือน ชุมชนและองค์ส่วนท้องถิ่น ในการผสมถ่านที่ผลิตจากเศษวัสดุเหลือใช้ลงไปในดิน ท่านยังได้มีบทบาทในการช่วยลดภาวะโลกร้อนเนื่องจากถ่านชีวภาพเป็นคาร์บอนมีความทนทานต่อการย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ และสูญหายไปจากดินได้ยากดังนั้นจึงสะสมอยู่ในดินเป็นการเพิ่มคาร์บอนให้แก่ดิน แทนที่จะเผากลายเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สู่บรรยากาศอันเป็นตัวการของภาวะโลกร้อน ถ่านชีวภาพนั้นได้รับการพิจารณาจากนักวิทยาศาสตร์ทั้งหลายให้เป็นเสมือนทองสีดำของชาวเกษตรกรรมด้วยคุณสมบัติที่มีสารคาร์บอนสูงและมีรูพรุนตามธรรมชาติช่วยให้ไบโอชาร์สามารถอุ้ม น้ำและธาตุต่างๆรวมถึงการป้องกัน จุลินทรีย์ที่อยู่ในดิน อีกทั้งยังเป็นการเพิ่มการย่อยสลายและแยกก๊าซ คาร์บอนไดออกไซด์เอาไว้ในดิน ในขณะที่ไบโอชาร์ทำหน้าที่เสมือนกับอ่างคาร์บอนธรรมชาติ ไบโอชาร์ช่วยในการทำความสะอาดอากาศได้ 2 ทาง คือ การป้องกันการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ของสารชีวภาพขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศและการช่วยให้พืชดูดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ อย่างช้าๆ ในขณะที่พืชสังเคราะห์แสง ประโยชน์ของถ่านชีวภาพ 1.ช่วยลดการเกิดก๊าซเรือนกระจกซึ่งเป็นการบรรเทาการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศเนื่องจากถ่านชีวภาพสามารถลดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศในระยะยาวได้ด้วยการกักเก็บคาร์บอนในดิน 2.ช่วยปรับปรุงดินและเพิ่มผลผลิตทางการเกษตรเนื่องจากเมื่อนำถ่านชีวภาพลงดิน ลักษณะความเป็นรูพรุนของถ่านชีวภาพจะช่วยกักเก็บน้ำและอาหารในดินและเป็นที่อยู่ให้กับจุลินทรีย์สำหรับทำกิจกรรมเพื่อสร้างอาหารให้ดินเมื่อดินอุดมสมบูรณ์จะส่งผลให้ผลผลิตทางการเกษตรเพิ่มขึ้น 3.ช่วยผลิตพลังงานทดแทนซึ่งเป็นพลังงานทางเลือกเนื่องจากกระบวนการผลิตถ่านชีวภาพจากมวล ชีวภาพเป็นการแยกสลายด้วยความร้อนจะให้พลังงานชีวภาพที่สามารถใช้เป็นพลังงานทดแทนเพื่อการขนส่งและในระบบอุตสาหกรรมได้อาทิเชื้อเพลิงชีวภาพและยังสามารถได้รับการพัฒนาเพื่อการพาณิชย์ในด้านต่างๆเช่น กระแสไฟฟ้า การสกัดสารชีวภาพ และองค์ประกอบของยา เป็นต้น 4.ช่วยในกระบวนการจัดการของเสียประเภทอินทรียวัตถุได้เนื่องจากเทคโนโลยีถ่านชีวภาพมีศักยภาพในการกำจัดของเสียโดยเฉพาะการกำจัดกลิ่นทำให้เกิดสิ่งแวดล้อมเป็นมิตรได้
ทฤษฎี สมมุติฐาน กรอบแนวความคิด :1. พลังงานชีวมวล 2. ความรู้เบื้องต้นถ่านชีวภาพ 3. คุณสมบัติของถ่านชีวภาพ 4. วัสดุที่ใช้ผลิตถ่านชีวภาพ 5. ประโยชน์ของถ่านชีวภาพ 6. เทคโนโลยีการผลิตและใช้พลังงานความร้อนจากชีวมวล 7. เทคโนโลยีการเปลี่ยนแปลงชีวมวลเชิงกายภาพ 1) การแยกชนิด การอบแห้ง การลดขนาดของชีวมวล 2) เทคโนโลยีการเพิ่มความหนาแน่นให้กับชีวมวล 8.เทคโนโลยีการเปลี่ยนแปลงชีวมวลโดยใช้กระบวนการความร้อนทางเคมี 1) เทคโนโลยีการเผาไหม้โดยตรง (Combustion technology) 2) เทคโนโลยีไพโรไลซิสและคาร์บอไนซ์เซชั่น (Pyrolysis & Carbonization technology) 3) เทคโนโลยีแก๊สซิฟิเคชั่น (Gasification technology) 4) กระบวนการสังเคราะห์ฟิชเชอร์โทรปช์ (Fischer - Tropsch synthesis) 9. เทคโนโลยีการเปลี่ยนแปลงชีวมวลโดยใช้กระบวนการทางชีวภาพ 1) เทคโนโลยีการหมักโดยไม่ใช้อากาศ (Anaerobic digestion technology) 2) เทคโนโลยีการหมักและการกลั่น (Fermentation & Distillation technology) 10. เทคโนโลยีการเปลี่ยนแปลงชีวมวลโดยใช้กระบวนการทางชีวเคมี 1) การผลิตไบโอดีเซลดว้ยวิธีทรานเอสเทอร์ริฟิเคชั่น (Transesterification process)
วิธีการดำเนินการวิจัย และสถานที่ทำการทดลอง/เก็บข้อมูล :1. ศึกษาและเก็บรวบรวมข้อมูลเบื้องต้น 2. ออกแบบและพัฒนาเตาชีวมวลสำหรับผลิตถ่านชีวภาพ 3. ดำเนินการสร้างอุปกรณ์สำหรับผลิตถ่านชีวภาพ 4. ดำเนินการผลิตถ่านชีวภาพจากเศษวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตร 5. ทดสอบคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องของถ่านชีวภาพ 6. การนำถ่านชีวภาพมาใช้ประโยชน์ในการเกษตร 7. วิเคราะห์และสังเคราะห์ผลการใช้งาน 8. สรุปผลการวิจัย
คำอธิบายโครงการวิจัย (อย่างย่อ) :-
จำนวนเข้าชมโครงการ :2376 ครั้ง
รายชื่อนักวิจัยในโครงการ
ชื่อนักวิจัยประเภทนักวิจัยบทบาทหน้าที่นักวิจัยสัดส่วนปริมาณงาน(%)
นายวีระชาติ จริตงาม บุคลากรภายในมหาวิทยาลัยหัวหน้าโครงการวิจัย40
นายภิญโญ ชุมมณี บุคลากรภายในมหาวิทยาลัยผู้ร่วมวิจัย20
ผู้ช่วยศาสตราจารย์ธีรพจน์ แนบเนียน บุคลากรภายในมหาวิทยาลัยผู้ร่วมวิจัย20
ผู้ช่วยศาสตราจารย์ถิรายุ ปิ่นทอง บุคลากรภายในมหาวิทยาลัยผู้ร่วมวิจัย20

กลับไปหน้าโครงการวิจัยทั้งหมด