การแปรสภาพเป็นแก๊ส

กระบวนการแปรสภาพเป็นแก๊ส (อังกฤษ: Gasification) เป็นการเปลี่ยนรูปพลังงานจากชีวมวลซึ่งเป็นเชื้อเพลิงแข็งให้เป็นเชื้อเพลิงแก๊ส โดยให้ความร้อนผ่านตัวกลางของกระบวนการเช่น อากาศ ออกซิเจนหรือไอน้ำ ซึ่งกระบวนการแก๊สซิฟิเคชั่นจะมีความแตกต่างจากกระบวนการเผาไหม้อย่างสิ้นเชิงโดยการเผาไหม้เป็นการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นอย่างสมบูรณ์ในหนึ่งกระบวนการ แต่สำหรับกระบวนการแก๊สซิฟิเคชั่นเป็นการเปลี่ยนรูปพลังงานเคมีภายในของคาร์บอนในชีวมวลไปเป็นแก๊สที่สามารถเผาไหม้ได้ (Combustible Gas) โดยอาศัยปฏิกิริยา 2 กระบวนการ โดยก๊าซที่ผลิตได้จะมีคุณภาพที่ดีกว่าและง่ายต่อการใช้งานกว่าชีวมวล ยกตัวอย่างเช่น สามารถใช้เดินเครื่องยนต์แก๊ส และกังหันแก๊ส (Gas Turbine) หรือใช้เพื่อผลิตเชื้อเพลิงเหลวต่อไป กระบวนการแปรสภาพเป็นแก๊สเป็นกระบวนการเปลี่ยนรูปทางด้านเคมีความร้อน (Thermochemical Conversion Process) โดยอาศัยอากาศ ออกซิเจน หรือไอน้ำ ที่มีอุณหภูมิสูงกว่า

ปฏิกิริยา

สามารถสรุปเป็นปฏิกิริยาต่าง ๆ ได้ดังนี้

1. ปฏิกิริยาออกซิเดชั่นบางส่วน (Partial Oxidation) 21C+OCO2↔ dH=-268 MJ/kg mole

2. ปฏิกิริยาออกซิเดชั่นโดยสมบูรณ์ (Complete Oxidation) 22C+OCO↔ dH=-406 MJ/kg mole

3. ปฏิกิริยาแก๊ส-น้ำ (Water Gas Reaction) 22C+HOCO+H↔ dH=+118 MJ/kg mole

โดยปฏิกิริยาที่ 1 และ 2 เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน ส่วนปฏิกิริยาที่ 3 เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน จากปฏิกิริยาดังกล่าวจะเห็นได้ว่ามีการปลดปล่อยพลังงานออกมาจากกระบวนการออกซิเดชั่นบางส่วนของการเปลี่ยนคาร์บอนไปเป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ ซึ่งพลังงานดังกล่าวมีค่าถึง 65% ของพลังงานที่ปลดปล่อยออกมาในระหว่างปฏิกิริยาออกซิเดชั่นโดยสมบูรณ์ ซึ่งกระบวนการแก๊สซิฟิเคชั่นจะแตกต่างจากกระบวนการเผาไหม้ตรงที่การเผาไหม้จะปลดปล่อยผลิตภัณฑ์ก๊าซร้อน คาร์บอนมอนอกไซด์ ไฮโดรเจนและไอน้ำซึ่งจะนำไปสู่ปฏิกิริยาในระหว่างกระบวนการแก๊สซิฟิเคชั่นดังนี้ 4. ปฏิกิริยาเปลี่ยนน้ำเป็นแก๊ส (Water Gas Shift Reaction) 222 CO+H O ↔ CO +H dH=-42 MJ/kg mole 5. ปฏิกิริยาการเกิดมีเทน (Methane Formation) 242 CO+3H ↔ CH +H O dH=- 88 MJ/kg mole

ดังนั้นก๊าซผลิตภัณฑ์ที่ได้จะมีส่วนผสมของคาร์บอนมอนอกไซด์ คาร์บอนไดออกไซด์ มีเทน ไฮโดรเจนและไอน้ำ คุณภาพของก๊าซผลิตภัณฑ์ที่ผลิตได้จะขึ้นอยู่กับตัวแทนในการเกิดปฏิกิริยา (Gasifying Agent) วิธีการในการเดินเตาผลิตก๊าซและเงื่อนไขของการเกิดปฏิกิริยา โดยส่วนใหญ่แล้วตัวแทนในการเกิดปฏิกิริยามักจะเป็นอากาศ ออกซิเจนหรือไอน้ำโดยอาจจะมีการเร่งปฏิกิริยาให้เกิดเร็วขึ้นได้ (Catalytic Gasification) ซึ่งจะส่งผลต่อสมรรถนะและประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ