วิธีการทำเตาชีวมวลแบบ Gasifier Stove

ข้อมูลขั้นตอนการทำเตาชีวมวลแบบ Gasifier Stove มีหลายตัวอย่าง ขออนุญาตรวบรวมมาให้อ่านกัน :
1. ตัวอย่างจาก www.wisdomking.or.th/วิชาของแผ่นดิน/องค์ความรู้-ปีงบประมาณ-๒๕๕๕/162-เตาแก๊สชีวมวล.html ซึ่งเป็น Gasifier Stove ที่ทำจากถังโลหะ




2. ตัวอย่างการทำจาก www.surdi.su.ac.th/paper_public/Stove.pdf

3. ตัวอย่างการทำจาก www.tacdev.org/documents/หลักสูตรการสร้างเตาชีวมวล.pdf

4. ตัวอย่างการทำจาก www.surdi.su.ac.th/paper_public/Stove.pdf

5. ตัวอย่างการทำจาก www.surdi.su.ac.th/paper_public/Stove.pdf

เตาชีวมวล ตอนที่ 5 - เจาะลึก Rocket Stove แบบใช้อิฐ

ในตอนที่แล้วเราได้กล่าวถึงเทคนิคในการออกแบบเตาประหยัดพลังงาน  เพื่อให้เห็นภาพชัดเจนขึ้นในตอนนี้เราจะมาลงรายละเอียดขั้นตอนการสร้างเตา Rocket Stove เพื่อวิเคราะห์รายละเอียดว่าเขามีการประยุกต์หลักการเตาประหยัดพลังงานเข้าไปในวิธีการสร้างเตาชนิดนี้อย่างไร

เพื่อให้ Rocket Stove มีประสิทธิภาพมากกว่าปกติ  เราจะเลือกใช้วัสดุที่ทนไฟ และเป็นฉนวนความร้อนที่ดี  โดยเราเลือกที่จะนำอิฐทนไฟมาทำเป็นปล่องส่วนที่ต้องสัมผัสกับเปลวไฟ และหุ้มด้านนอกด้วยฉนวนความร้อนเพิ่มเติม  ซึ่งในตัวอย่างนี้จะใช้หุ้มจนด้านนอกเป็นรูปทรงกระป๋อง (ในทางปฏิบัติเราอาจจะเลือกใช้กระป๋องสีก็ได้)


ขั้นตอนการทำมีดังนี้ :

1. ปั้นอิฐจากวัสดุที่มีมวลเบาเพื่อให้เป็นฉนวนความร้อน  ความร้อนจากการเผาชีวมวลจะได้เน้นไปใช้ในการทำให้อากาศร้อนมากขึ้น  ซึ่งในตัวอย่างนี้จะใช้ส่วนผสม 3 อย่างคือ น้ำ ดินเหนียว และผงขี้เลื่อย โดยสัดส่วนของส่วนผสมอาจจะแตกต่างกันไปตามคุณสมบัติของดินเหนียว  เช่น อาจจะใช้ดินเหนียว กับผงขี้เลื่อยในอัตราส่วน 1:1 ถึง 2:1
ซึ่งหากใช้ดินเหนียวมากก็จะได้อิฐที่แข็งแรงมาก  แต่จะไม่ค่อยเป็นฉนวนความร้อน  ทั้งคุณสมบัติความเป็นฉนวนความร้อนเกิดจากเวลาเผาอิฐที่อุณหภูมิประมาณ 1,000 องศา ผงขี้เลื่อยจะโดนความร้อนจนกลายเป็นขี้เถ้าซึ่งจะมีปริมาตรน้อยกว่าผงขี้เลื่อยเดิม  ทำให้เกิดโพรงอากาศในเนื้ออิฐ โพรงอากาศนี่เองที่จะช่วยเพิ่มคุณสมบัติความเป็นฉนวนให้กับอิฐ

นอกเหนือจากการใช้เทคนิคนี้แล้วความจริงเรายังสามารถปรับเปลี่ยนไปใช้วัสดุอื่นโดยยังคงหลักการเดิมที่ต้องการโพรงอากาศในอิฐ ตัวอย่างเช่น

• ใช้ vermiculite 85% และดินเหนียว 15%
• ใช้ perlite 85% และดินเหนียว 15% 
• ใช้ pumice 85% และดินเหนียว 15%
• ใช้ผงถ่านที่มีความโปร่ง (เช่น ถ่านจากแกลบ)  50% และดินเหนียว 50%

นำส่วนผสมไปใส่ในแบบไม้เพื่อขึ้นรูปเป็นอิฐ ก่อนจะนำไปเผาที่อุณหภูมิ 1,000 องศา

 
2. นำอิฐมาเรียงเป็นปล่องไฟ ตัวอย่างในรูปด้านล่างจะใช้อิฐสั้น 5 ก้อน และอิฐยาว 6 ก้อน



นอกจากนั้นเรายังสามารถเรียงอิฐในลักษณะอื่นได้ เช่น ใช้อิฐสั้น 1 ก้อน อิฐยาว 15 ก้อนตามรูปด้านล่าง


 
ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับขนาดของอิฐ และรูปแบบของอิฐ   เราไม่จำเป็นต้องทำอิฐเป็นก้อนสี่เหลี่ยมเสมอไป  เราอาจจะปั้นเป็นรูปอื่นเพื่อขึ้นรูปเป็นปล่องไฟก็ได้ ตัวอย่างเช่นรูปด้านล่าง (เครดิตภาพจาก http://www.bioenergylists.org )

ถึงตรงนี้เพื่อนๆ อาจจะสงสัยแล้วว่าจะเอาอะไรมาเป็นหลักการในการออกแบบล่ะ?  ความลับอยู่ที่ขนาดของปล่องขาอากาศเย็นเข้าเข้า (ด้านหน้าล่าง) ควรจะเท่ากับปล่องขาอากาศร้อนออก (ด้านบน) และปล่องควรจะสูง 3 เท่าของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางปล่องอากาศ  หากปล่องไฟเตี้ยเกินไปแรงยกของอากาศจะน้อยทำให้เกิดการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ เกิดควัน และได้ความร้อนน้อยกว่าที่ควร  หากปล่องสูงเกินไปจะทำให้อากาศเย็นไหลเข้าไปมากเกินไปทำให้ปริมาณความร้อนที่จะไปแลกเปลี่ยนกับหม้อจะลดลง

ในตัวอย่างนี้ขนาดของปล่องไฟขาออกมีขนาด 10 x 10 ซม.  ดังนั้นปล่องจึงควรจะสูงประมาณ 30 ซม.  หากเราทำขนาดปล่องใหญ่ขึ้นก็จะต้องปรับขนาดความสูงให้เป็นสัดส่วน 3 เท่าของขนาดของปล่อง (ทั้งนี้หน้าตัดของปล่องจะเป็นสี่เหลี่ยมจตุรัส, หกเหลี่ยม, แปดเหลี่ยม หรือ รูปวงกลมก็ได้)


2. หลังจากที่ได้ปล่องไฟที่ทำจากอิฐมวลเบาแล้ว  เราจะตัดแผ่นเหล็กมาครอบปล่องไฟไว้  สำหรับขนาดของเตาในตัวอย่างนี้เราอาจจะใช้ถังสีขนาด 5 ลิตรก็ได้  โดยเราจะตัดด้านหน้าเตาเปิดให้เท่ากับขนาดของปล่องอากาศขาเข้า (10 x 10 ซม. ในกรณีนี้)  และเราอาจจะเจาะรู 6 รูที่ด้านบนเหนือความสูงของปล่อง (ประมาณระดับความสูง 30 ซม. ในกรณีนี้) เพื่อทำฐานรองหม้อ (ดูรายละเอียดในขั้นตอนด้านล่าง)



3. หลังจากที่เอาเหล็กมาครอบปล่องไฟแล้ว เราจะใส่อิฐธรรมดาขนาดเท่ากับปล่อง (10 x 10 ซม. ในกรณี) เสียบเข้าที่ปล่องด้านหน้าชั่วคราวเพื่อที่จะใส่วัสดุฉนวนความร้อนเพิ่มเติม




จากนั้นเราก็จะใส่ดินเหนียวหรือซิเมนต์ผสม vermiculite, perlite หรือถ่านแกลบ เข้าไปในช่องว่างระหว่างปล่องไฟที่ทำจากอิฐกับผนังของถังสีจนเต็ม



4. จากนั้นเราจะใส่เหล็กเส้น 3 เส้นเข้าไปในช่องที่เราเจาะไว้ เพื่อใช้เป็นฐานรองหม้อ

เราจะเสียบทะแยงด้านข้างรอบๆ ปล่องไฟตรงกลาง


เมื่อสอดครบ 3 เส้นก็จะได้ฐานรองหม้อตามรูปด้านล่าง

เมื่อวางหม้อลงมา  ก้นหม้อจะไม่ปิดทางอากาศร้อนที่ไหลออกมาจากปล่อง โดยช่องอากศไม่ควรจะกว้างหรือแคบจนเกินไป

ขอบเหล็กที่สูงขึ้นมาก็ทำหน้าที่เป็น skirt เพื่อควบคุมลมร้อนที่ขึ้นมาจากปล่องให้ไหลไปรอบก้นหม้อ

นอกเหนือจากวิธีข้างบน เราสามารถออกแบบให้ขาตั้งหม้อเปลี่ยนจากการใช้เหล็กเส้น 3 เส้น มาใช้น๊อต 3-4 ตัวมาเป็นขาตั้งหม้อแทนก็ได้ โดยวัตถุประสงค์หลักคือต้องการเว้นระยะห่างระหว่างปากปล่องกับก้นหม้อเพื่อให้อากาศร้อนสามารถไหลออกมาได้

ส่วนตัว pot skirt เราสามารถปรับ design ให้กลายเป็นแบบที่ปรับขนาดของ skirt ได้ตามรูปด้านล่าง โดยการบีบแผ่นเหล็กเข้าสำหรับหม้อขนาดเล็ก และขยับแผ่นเหล็กออกสำหรับหม้อขนาดใหญ่  ถ้าถามว่าระยะห่างระหว่างหม้อกับผนังด้านในของ pot skirt ควรจะเป็นเท่าไหร่  โดยทั่วไปแล้วระยะดังกล่าวควรจะอยู่ที่ 0.8 - 1.5 ซม. แต่ให้ดูที่ขนาดของเตาและปริมาณฟืนที่ใช้ในการเผา  หลักการคือถ้าใช้ฟืนต่อชั่วโมงเยอะแสดงว่าต้องมีอากาศไหลมาก ช่องว่างก็ต้องกว้างหน่อย  ถ้าใช้ฟืนน้อยขนาดของช่องว่างก็ต้องแคบเหนือ 

หรือสุดท้ายเราจะทำให้ปากเตาเป็นรูปกรวยเหมือนปาก "เตามหาเศรษฐี" ก็ได้ สามารถสำคัญคือสร้างช่องอากาศให้ลบร้อนออกมาได้

4. ในขั้นตอนสุดท้ายให้เอาอิฐที่ปิดปล่องอากาศเข้าออก แล้วใส่แผ่นเหล็กสำหรับวางฟืนที่มีความกว้างเท่ากับปากปล่องสูงประมาณครึ่งหนึ่งของปากปล่อง เพื่อใช้เป็นที่วางฟืน เราจะสอดแผ่นเหล็กนี้เข้าไปจนถึงขอบปล่องไฟข้างใน


5. ในตอนใช้งานเราจะใส่ฟืนที่ด้านบนของแผ่นเหล็ก และปล่อยให้อากาศเย็นเข้าไปช่วยในการเผาไหม้ gas จากด้านล่าง ความสูงของปล่องจะทำให้เกิดปรากฎการณ์ดูดอากาศจากด้านล่างเข้าไปทดแทนอากาศร้อนที่ไหลออกทางปล่องด้านบน



ติดตามข้อมูลเพิ่มเติมที่ http://www.kasetporpeang.com/forums/index.php?topic=79810.0

เตาชีวมวล ตอนที่ 4 - หลักการออกแบบเตาประหยัดพลังงาน

หลักการออกแบบเตาประหยัดพลังงาน

1. พยายามใส่ฉนวนความร้อนรอบๆ ไฟ



การ สร้างฉนวนเป็นปล่องรอบๆ เปลวไฟจะทำให้อากาศร้อนเสียสูญพลังงานน้อยลง  ความร้อนจะได้ไหลไปที่ภาชนะหุงต้มได้อย่างเต็มที่ แทนที่จะเอาความร้อนมาทำให้ตัวเตาร้อน  เหมือนกับตอนที่เราเคยพูดถึงตอนหลักสร้างบ้านประหยัดพลังงาน วัสดุที่เป็นฉนวนความร้อนที่ดีไม่ควรเป็นวัสดุหนัก เช่น ดินเหนียว ทราย  แต่วัสดุฉนวนความร้อนที่ดีควรจะเป็นวัสดุเบามีฟองอากาศด้านในเยอะๆ  วัสดุเบาตามธรรมชาติได้แก่ หินเวอร์มิคูไลท์ หินเพอร์ไลท์ ขี้เถ้า ซึ่งสามารถหาซื้อในประเทศไทยได้  หรือเราอาจจะใช้อิฐมวลเบา  หากจะเผาอิฐมวลเบาขี้นมาเองอาจจะทำตาม VDO ข้างบนคือ เอาดินเหนียวผสมกับขี้เลื่อย หรือแกลบ มาขึ้นรูปตามที่ต้องการ  เมื่อเราก้อนดินที่ความร้อนสูงมากๆ ขี้เลื่อยจะกลายเป็นไอ และทิ้งโพรงอากาศไว้ในเนื้ออิฐ

ส่วนการทำโครงของเตาด้วยโลหะเหมือนใน ตัวอย่างของ Gasifier Stove จะไม่ค่อยคงทนมากนั้น  เมื่อใช้งานเตาไปนานๆ โลหะก็จะผุ  ในอุดมคติการทำเตาด้วยพวกเซรามิค หรืออิฐทนไฟจะดีกว่า

2. ทำปล่องเหนือเปลวไฟ
ความ สูงของปล่องเหนือเปลวไฟควรจะสูงประมาณ 3 เท่าของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางปล่อง  หากปล่องสูงมากกว่านี้จะทำให้เกิดแรงดูดอากาศมาก  การเผาไหม้สมบูรณ์มากขี้น  แต่ความร้อนที่ลอยขึ้นไปถึงหม้อด้านบนจะน้อยลง  ถ้าปล่องเตี้ยเกินไปอากาศอาจจะร้อนแต่การเผาไหม้จะไม่สมบูรณ์


3. เผาไม้เฉพาะที่ปลายด้านใน
หากว่า ไม้เฉพาะส่วนที่โดยไฟเผาร้อนจะเกิดควันน้อย  ถ้าเราเผาไฟสะเปะสะปะ  จะมีหลายส่วนของฟืนได้รับความร้อนทำให้มีควัน และไอพิษมาก  เพื่อลดปัญหานี้ให้เผาเฉพาะที่ปลายได้ และพยายามทำให้ส่วนที่เหลือของไม้เย็นมากพอที่จะไม่เกิดควัน


4. ควบคุมความแรงของไฟด้วยจำนวนไม้ที่ถูกเผา
ปรับความแรงของไฟด้วยจำนวนฟืนที่เผาพร้อมๆ กัน  จำนวนฟืนมากก็จะร้อนมาก เราไม่ควรควบคุมความร้อนด้วยการเปิดปิดช่องอากาศ


5. ควบคุมให้อากาศไหลเข้าไปได้สะดวกตลอดการเผา
อากาศ เย็นที่ไหลเข้าไปในปริมาณที่เหมาะสมจะทำให้ไฟมีอุณหภูมิสูง และเผาไหม้อย่างสมบูรณ์  เมื่อเราจุดเตาไปได้สักระยะหนึ่งอาจจะมีขี้เถ้าลงปิดช่องทางไหลของอากาศ  หากต้องจุดเตาเป็นเวลานานควรจะหมั่นตรวจสอบว่าอากาศไหลได้สะดวก  แต่ถ้าระมัดระวังไม่ให้อากาศไหลเข้าไปมากเกินไปเนื่องจากจะทำให้ไฟร้อนน้อย


6. รักษาขนาดของปล่องและช่องอากาศเข้า
เพื่อ ให้เกิดแรงดูดอากาศเข้าไปในเตาที่ดี  ขนาดหน้าตัดของปล่องไฟในเตา และขนาดหน้าตัดของช่องเปิดให้อากาศเข้าด้านหน้าควรจะเท่ากัน  อากาศจะได้ไหลได้สะดวก

7. อย่าวางฟืนบนพื้นเตา
เรา ควรจะมีชั้นวางไม้ฟืนเพื่อยกระดับฟืนให้สูงขี้นมา  อากาศจะได้ไหลเข้าไปในเตาใต้ไม้ที่ถูกเผา เป็นการ preheat ทำให้อากาศร้อนขึ้นเมื่อเข้าไปผสมกับแก๊ส  เกิดการสันดาปที่สมบูรณ์   ถ้าเราให้อากาศไหลเข้าไปเหนือไม้ฟืน อากาศจะเย็นกว่าแบบแรกทำให้ไฟมีอุณหภูมิลดลงโดยไม่จำเป็น  และอาจจะทำให้เกิดควันไฟขึ้นมาได้


8. รักษาระยะห่างของช่องที่อากาศร้อนไหลผ่าน
ขนาด ของช่องว่างที่เหมาะสมจะช่วยให้การแลกเปลี่ยนความร้อนจากอากาศร้อนไปที่หม้อ ดี  หากช่องว่างห่างเกินไปอากาศร้อนส่วนใหญ่จะไหลอยู่ตรงกลางช่อง ทำให้แตะโดนผิวของหม้อน้อยไป  ถ้าช่องว่างแคบเกินไปจะให้แรงดูดของอากาศน้อยเกินไป อากาศร้อนไหลไม่สะดวกทำให้มีปัญหาเรื่องการเผาไหม้ ความร้อนก็ส่งไปที่หม้อน้อยเช่นกัน ขนาดของช่องว่างนี้ขึ้นกับขนาดของเตา  ถ้าเตาใหญ่ก็ต้องการอากาศไหลผ่านมากช่องว่างก็จะต้องมากหน่อย ถ้าเตาเล็กก็ควรลดขนาดของช่องว่างลง จะต้องมีการทดลองปรับขนาดให้เหมาะสม


การ ใช้เหล็กมาครอบรอบๆ หม้อเหนือเตา (pot skirt) ก็เป็นอีกเทคนิคหนึ่งในการเพิ่มระยะเวลาที่อากาศร้อนสัมผัสกับผิวของหม้อ  จะช่วยประหยัดพลังงานได้ เช่นกัน


เรา จะเห็นว่าแบบของเตาสมัยใหม่จะพยายามลดระยะห่างระหว่างเตากับผิวของหม้อให้ เล็ก และมีขนาดช่องว่างสม่ำเสมอ (เมื่อเทียบกับเตารูปแบบเดิมๆ)  โดยการทำเป็นฐานเอียงๆ ตามรูปของเตามหาเศรษฐีเพื่อรองรับหม้อหลายขนาด


ติดตามข้อมูลเพิ่มเติมที่ http://www.kasetporpeang.com/forums/index.php?topic=79810.0

เตาชีวมวล ตอนที่ 3 - Rocket stove

เตาแบบที่ 2 ที่อยากแนะนำคือ Rocket stove ถูกออกแบบครั้งแรกโดย ดร. Larry Winiarski จากประเทศสหรัฐอเมริกา ในปี ค.ศ. 1982 (พ.ศ. 2525)  หลักการทำงานคล้ายๆ กับ Gasifier Stove ที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้  ลักษณะสำคัญของเตาแบบนี้คือ จะมีช่องใส่ฟืนอยู่ด้านล่าง  โดยจะต้องมีการกั้นช่องใส่ฟืนด้านหน้าเป็น 2 ชั้น  ฟืนจะใส่ทางด้านบนเท่านั้น  และปล่องเผาไหม้จะมีลักษณะเป็นปล่องในแนวดิ่งตามรูปด้านล่าง



หลัก การทำงานคือ บริเวณที่ไฟเผากิ่งไม้ที่ด้านในปล่องจะเกิดขั้นตอนเผาไหม้ 1-3 ทำให้เกิด wood gas และ char gas  การออกบแบบลักษณะของเตาที่เหมาะสมจะทำให้เกิดแรงดูดอากาศที่เย็นกว่าที่ ด้านล่างของเตาเข้าไปแทนที่อากาศร้อนด้านในปล่องที่ลอยสูงขึ้น  อากาศที่ไหลมาจากด้านล่างนี้จะไปผสมกับ wood gas และ char gas ทำให้เกิดการสันดาปของแก๊สจนเกิดการเผาไหม้ที่สมบูรณ์

การทำเตาในลักษณะนี้ซับซ้อนน้อยกว่าการทำ gasifier stove ลองดูจาก VDO เช่น การทำโดยใช้อิฐ

Build a rocket stove

หรือใช้กระป๋อง

how to make a rocket stove :: full video ::

หากจะถามว่าเตาชีวมวลสมัยใหม่เหล่านี้อันไหนดีที่สุดคงตอบยาก  เท่าที่ทราบคงจะขอแสดงความคิดเห็นดังนี้

Gasifier Stove (Wood Gasification Stove):
Pros - เผาไหม้ได้สมบูรณ์กว่า, สามารถใช้กับเชื้อเพลิงที่เป็นชิ้นเล็กๆ เช่น แกลบ ขี้เลื่อย ได้
Cons - การใส่เชื้อเพลิงต้องใส่ด้านบน  การจุดไฟ หรือ การเติมเชื้อเพลิงสำหรับงานหุงต้มระยะยาวทำได้ยุ่งยากกว่า  หากต้องหุงต้มนานๆ เช่น อุ่นหม้อก๋วยเตี๋ยวทั้งวัน อาจจะอยากจะสูญเสียประสิทธิภาพบ้างตอนจังหวะเติมเชื้อเพลิง, การปรับความแรงของไฟทำได้ยาก (ความจริงก็ยาากเหมือนตอนที่เราใช้เตาถ่านทั่วไปล่ะ), เตาเน้นการใช้โครงสร้างจากโลหะซึ่งมีอายุการใช้งานไม่นาน

Rocket Stove:
Pros - การเติมเชื้อเพลิงให้เผาไหม้ต่อเนื่อง หรือเพิ่มลดความแรงของไฟ (โดยการปรับจำนวนของฟืน) ทำได้ง่ายกว่า, สามารถสร้างโดยใช้อิฐ หรือ เซรามิคที่มีอายุการใช้งานนานได้, โครงสร้างของเตาซับซ้อนน้อยกว่า
Cons - การเผาไหม้สมบูรณ์น้อยกว่า Gasifier Stove แต่ก็มีประสิทธิภาพดีกว่าเตาแบบเดิมมาก, เน้นการใช้กิ่งไม้ขนาดเล็ก หรือ ฟืน เท่านั้น

ด้วยข้อเด่นข้อควรระวังข้างต้นในต่างประเทศก็เน้นการ ส่งเสริมเตา Rocket Stove ให้กับชาวบ้านมากกว่า  เนื่องจากสามารถทำเองได้ง่ายกว่า  แต่ในเมืองไทยจะเน้นส่งเสริมเตา Gasifier Stove มากกว่า   ส่วนตัวผมหากให้ผมเลือก  ผมจะเลือกทำ Rocket Stove เนื่องจากผมไม่ได้ใช้งานบ่อย  ขอเป็นเตาแบบที่สร้างแล้วไม่ต้องมาสร้างใหม่บ่อยๆ ดีกว่าตามสไตล์ขี้คร้าน

ปล. มีหนังสือภาษาอังกฤษเกี่ยวกับ Rocket Stove มากมายให้อ่านนะครับ

http://pri-kenya.org/wp-content/uploads/2012/01/Stove-manual3.pdf

http://www.bioenergylists.org/stovesdoc/Still/AprovechoPlans/Rocke Stove Design Guide.pdf

https://www.engineeringforchange.org/static/content/Energy/S00069/Rocket Box Design Document.pdf

http://www.sazaniassociates.org.uk/wp-content/uploads/2012/10/RocketStoveManual_web01.pdf

http://www.aprovecho.org/lab/pubs/rl/stove-design/doc/16/raw

ติดตามข้อมูลเพิ่มเติมที่ http://www.kasetporpeang.com/forums/index.php?topic=79810.0

เตาชีวมวล ตอนที่ 2 - Gasifier Stove

เตาชีวมวลมีหลายแบบ  ผมขอเสนอแนวคิดแบบแรกคือระบบ Gasifier Stove ซึ่งถูกออกแบบครั้งแรกโดย ดร. Thomas B. Reed จากประเทศสหรัฐอเมริกาในปี ค.ศ.1985 (พ.ศ. 2528)   ลักษณะหลักจะเป็นเหมือนรูปด้านล่าง คือมีช่องเตา 2 ชั้น  ให้เผาไหม้ชีวมวลตรงกลางที่เป็นปล่อง  แต่ก็จะให้อากาศไหลขี้นมาทางด้านข้างได้ และมีการเจาะรูที่ด้านบนของปล่องตรงกลางเพื่อให้อากาศเข้ามาได้


โดย ทั่วไปแล้วจะใช้วิธีการเผาจากด้านบนลงด้านล่าง  ชีวมวลด้านบนๆ จะเกิดการเผาไหม้จนกลายเป็นก๊าซ  และจะมีอากาศนำพาเอาก๊าซอ๊อกซิเจนมาทางด้านข้างของปล่อง  เพื่อให้มีอ๊อกซิเจนที่เพียงพอสำหรับขบวนสันดาปของ wood gas และ char gas

วิธีการทำเตาแบบนี้ขนาดทดลองดูได้จาก VDO

 Prototype Woodgas Gasification Camp Stove
 
ถ้าทำขนาดใหญ่หน่อย  ทำตามที่น้องๆ นักศึกษาทำได้เลย

เตาแก๊สชีวมวล (Wood Gasifier Stove)

เตาชีวมวล

ข้อ ดีของเตาแบบนี้คือเกิดการเผาไหม้ก๊าซที่ค่อนข้างสมบูรณ์  แต่ข้อจำกัดคือการใส่เชื้อเพลิงด้านบน  เมื่อต้องหุงต้มเป็นเวลานานและต้องการจะเติมชีวมวลก็จะต้องยกหม้อออกก่อน เพื่อจะเติมเชื้อเพลิง  และถ้าไฟแรงมากเกินไปก็ควบคุมยากหน่อย

ยังมีการออกแบบเตาในลักษณะนี้อีกหลายแบบ  ลองไปอ่านดูในเอกสาร http://www.surdi.su.ac.th/paper_public/Biomass-new.pdf

ติดตามข้อมูลเพิ่มเติมที่ http://www.kasetporpeang.com/forums/index.php?topic=79810.0

เตาชีวมวล ตอนที่ 1 - บทนำ

ตอนแรกว่าจะเขียนเรื่องน้ำต่อ  แต่เห็นเตาของน้อง siripan และข้อเสนอของพี่เพียรแล้ว อดไม่ได้ที่จะพูดถึงเตาชีวมวลประหยัดพลังงาน ชีวมวล (Biomass) คือ สารอินทรีย์ที่เป็นแหล่งกักเก็บพลังงานจากกระบวนการสังเคราะห์แสง เช่น เศษไม้ แกลบ ซังข้าวโพด วัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรต่างๆ  ซึ่งเหตุผลที่ผมเน้นเรื่องเตาชีวมวลก็เนื่องจากวัสดุเหล่านี้สารผลิตขึ้นมาใหม่ได้ (renewable)  

เราสามารถผลิตพลังงานจากชีวมวลได้หลายวิธี เช่น การเผาโดยตรง การแปลงให้กลายเป็นก๊าซด้วยความร้อนแล้วเผา การแปลงให้เป็นถ่านแล้วเผา หรือการแปลงให้เป็นก๊าซด้วยกระบวนการหมัก (biogas) แล้วเผา การสกัดน้ำมันแล้วเผา เป็นต้น  แต่ใจโพสต์นี้เราจะเน้นเพียงการเผาโดยใช้เตาชีวมวล ซึ่งวิธีนี้มีข้อดีหลายอย่าง เช่น

1. แก๊สหุงต้มที่เราใช้เป็นพลังงานฟอสซิลที่ในอนาคตเดี๋ยวก็จะขาดแคลน 
2. ในขบวนการจัดจำหน่ายของแก๊สหุงต้มมีการใช้น้ำมันในการขนส่งซึ่งมีราคาแพง ขึ้นทุกวัน
3. ชาวบ้านสามารถใช้ชีวมวลได้หลากหลาย ไม่จำเป็นต้องเป็นฟืนเสมอไป อาจจะเป็น เศษกิ่งไม้ ซังข้าวโพด แกลบ ขี้เลื่อย ฯลฯ ซึ่งเป็นเศษวัสดุทางการเกษตร มาใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ง่าย ราคาถูก
4. ในขบวนแปลงให้เป็นถ่านก่อนแล้วค่อยเผาจะสูญเสียความร้อนขึ้นจำนวนมากในขบวนการเผาถ่าน พลังงานความร้อนดังกล่าวถูกทิ้งไปเฉยๆ ไม่ได้นำมาใช้ในการหุงต้ม ถ้าเราพิจารณาพลังงานความร้อนที่เราได้จากการเผาไม้ทั้งขบวนการ  การเผาไม้เป็นถ่าน แล้วค่อยนำถ่านมาเผาจะให้ความร้อนน้อยกว่าการเผาไม้ที่มีปริมาตรเท่ากันโดยตรง 
   
   นอกจากนั้นเศษวัสดุทางการเกษตรหลายๆ ตัวไม่เหมาะที่จะมาเผาเป็นถ่าน  เนื่องจากจะกลายเป็นขี่้เถ้าเยอะ และให้ถ่านที่เป็นผง  ทำให้ต้องมาใช้กาวปั้นให้เป็นแท่งถ่านอีกครั้ง  นับเป็นการสูญเสียในขบวนการ 
5. การจุดไฟไม้ติดง่ายกว่าการจุดไฟถ่าน  ทำให้ไม่ต้องมาสูญเสียพลังงานในการมาทำให้ถ่านติดไฟ

เพื่อนๆ อาจจะถามว่า ถ้าเตาชีวมวลดีแล้วทำไมในอดีตถึงไม่นิยมใช้ไม้ฟืนหุงต้มล่ะ?  เหตุผลก็คือในอดีตเรามีเทคโนโลยีเรื่องเตาฟืน (ไม่ใช่เตาถ่าน) ที่ไม่ดีพอ  การเผาไม้ฟืนในอดีตจะมีควันค่อนข้างเยอะ และมีขี้เขม่าไปติดภาชนะหุงต้มค่อนข้างมากทำให้เป็นภาระในการทำความสะอาดภาชนะ  และต้องใช้ฟืนจำนวนมากต้องเติมฟืนบ่อยๆ ทำให้เตาฟืนไม่ได้รับความนิยมเท่าที่ควร

แต่ในปัจจุบันเทคโนโลยี เรื่องเตาฟืนมีความเจริญก้าวหน้าขึ้นจากผลงานวิจัยในช่วยทศวรรษ 1980 (ประมาณ 30 กว่าปีที่แล้ว) มนุษย์เริ่มมีความเข้าใจขบวนการในการเผาไม้ของชีวมวลต่างๆ (เช่น ไม้ฟืน กิ่งไม้ แกลบ ซังข้าวโพด ขี้เลื่อย)  ในการเผาชีวมวลจะเกิดขบวนการต่างๆ 4 ขั้นตอนดังนี้


ขั้นตอนที่ 1 : การทำให้แห้ง (Drying)
ใน ขั้นตอนนี้น้ำที่ปนอยู่ในชีวมวล (biomass) จะถูกทำให้กลายเป็นไอน้ำ  ยิ่งมีความชื้นในชีวมวลมากก็จะยิ่งต้องใช้พลังงานความร้อนในการทำให้แห้ง มาก  และชีวมวลก็จะสูญเสียน้ำหนัก / ปริมาตรไปมาก

ขั้นตอนที่ 2 : การทำให้เป็นถ่าน (Pyrolysis หรือ Carbonization)
อุณหภูมิ ที่สูงขึ้นจะทำให้ชีวมวลเกิดการแตกสลายกลายเป็นไอส่วนหนึ่งเรียกว่า wood gas  ส่วนที่เหลืออยู่จะเป็นถ่าน (biochar)  ใน wood gas จะเป็นไอของสารที่มีองค์ประกอบของธาตุคาร์บอน และไฮโดรเจนซึ่งสามารถใช้ในการเผาไหม้ได้อีก  ในขั้นตอนการทำให้เป็นถ่านนี้มีความจำเป็นที่ต้องมีอุณหภูมิสูงพอ (อย่างน้อย 700-900 องศา) แต่ไม่มีความจำเป็นต้องใช้ก๊าซออกซิเจนในการทำให้ชีวมวลกลายเป็นถ่าน

หมายเหตุ 1 ท่านที่ศึกษาการเผาถ่านมาก่อนจะทราบว่าเมื่ออุณหภูมิภายในเตาเผาถ่านสูงมาก พอ เราจะต้องปิดให้อากาศเข้าไปน้อยลงเพื่อให้เป็นถ่าน  เนื่องจากถ้าอากาศเข้ามากไปจะเกิดการเผาต่อเนื่องในขั้นต่อไปจนกลายเป็นขี้ เถ้า  จะทำให้ได้ถ่านน้อยลง

หมายเหตุ 2 องค์ประกอบไฮโรคาร์บอนที่กลายเป็นไอในขั้นตอนนี้เป็นก๊าซพิษถ้าไม่ถูกสันดาป หมด (ในขั้นตอนที่ 4) ในร้านหมูกระทะทั้งหลายซึ่งใช้เตาแบบธรรมดาจึงต้องใช้ถ่าน (ซึ่งจะผ่านขั้นตอน carbonization ไปแล้ว) แทนที่จะใช้ฟืน เพื่อไม่ให้ลูกค้าต้องสูดดมก๊าซพิษ และควันเข้าไปตอนรับประทานอาหาร พวกท่านจะได้กลับมาทานกันบ่อยๆ 555

ขั้นตอนที่ 3 : การทำให้ถ่านเป็นแก๊ส (Char-gasification)
ใน ขั้นตอนนี้จะต้องการอ๊อกซิเจน และอุณหภูมิที่สูงพอ (ตอบคำถามว่าทำไมถ่านติดไฟยากกว่าฟืน)  โดยธาตุคาร์บอนในถ่านจะกลายเป็นไอของคาร์บอน  ซึงต่อมาจะสันดาปกับอ๊อกซิเจน กลายเป็นก๊าซคาร์บอนไดอ๊อกไซด์ (CO2) หรือ ก๊าซคาร์บอนมอน๊อกไซด์ (CO)  ในขั้นตอนที่ถ่านกลายเป็นก๊าซนี้จะเกิดการคลายพลังงานความร้อนออกมา  ส่วนที่ไม่ใช่ธาตุคาร์บอนในถ่านก็จะกลายเป็นขี้เถ้าไป

ขั้นตอนที่ 4 : การสันดาปของก๊าซ (Gas-Combustion)
เมื่อ wood gas จากขั้นตอนที่ 2 และ char gas จากขั้นตอนที่ 3 ได้รับก๊าซอ๊อกซิเจนเพียงพอจะเกิดการสันดาปและปลดปล่อยพลังงานความร้อนออกมา  เปลวไฟที่เกิดจากการเผาแบบนี้จะไม่สี

หาก char gas  เกิดการสันดาปสมบูรณ์ธาตุคาร์บอนจะกลายเป็นก๊าซคาร์บอนไดอ๊อกไซด์ (CO2)  และถ้าอ๊อกซิเจนไม่พอก็จะกลายเป็นก๊าซคาร์บอนมอน๊อกไซด์ (CO)

ส่วน wood gas เกิดการสันดาปสมบูรณ์ธาตุคาร์บอนจะกลายเป็นก๊าซคาร์บอนไดอ๊อกไซด์ (CO2) ส่วนธาตุไฮโดรเจนจะกลายเป็นไอน้ำ  ถ้าอุณหภูมิเกิดไม่สูงพอที่จะทำให้เกิดการสันดาป wood gas จะกลายเป็นไอสีขาวๆ และอาจจะมีกลิ่นเหม็นที่เราเรียกกันว่า "ควันไฟ" นั่นเอง  ในควันไฟก็จะมีไอของสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่เป็นพิษ (เช่น น้ำมันดิน) และถ้าอ๊อกซิเจนไม่พอก็จะกลายเป็นก๊าซคาร์บอนมอน๊อกไซด์ (CO)


ในการเผาชีวมวลแบบที่ไม่มีการควบคุม  จะมีบางส่วนกลายเป็นถ่าน แต่ไม่ถูกเผากลายเป็นไอ  และมีควันไฟ/เขม่าเกิดขึ้น

แนว คิดของเตาชีวมวลสมัยใหม่คือ เตาควรจะให้เกิดการเผาแบบที่ควบคุมให้มีการเผาชีวมวลจนกลายเป็นแก๊ส และพยายามให้อากาศที่เพียงพอเข้าไปเพื่อทำให้เกิดการสันดาปของ wood gas และ char gas ซึ่งจะทำให้เกิดความร้อนมากขึ้น และทำให้ไม่มีควัน รวมทั้งไม่มีก๊าซคาร์บอนมอน๊อกไซด์ (CO) ที่เป็นพิษกับมนุษย์

ติดตามข้อมูลเพิ่มเติมที่ http://www.kasetporpeang.com/forums/index.php?topic=79810.0