กระบวนการของ ไพโรไลซิหรือที่เรียกว่ากระบวนการไพโรไลติก เป็นเทคนิคการสลายตัวด้วยความร้อนที่เกิดขึ้นโดยไม่มีออกซิเจน กล่าวคือ ในบรรยากาศที่แห้งสนิท ในกระบวนการนี้ ชีวมวลจะสลายตัว ก่อตัวเป็นผลิตภัณฑ์ในสถานะของแข็ง ของเหลว และก๊าซ โดยที่ถ่าน น้ำมัน และก๊าซ เช่น มีเทน หรือไฮโดรเจน มีความโดดเด่น เทคนิคนี้สามารถเกิดขึ้นตามธรรมชาติหรือเกิดขึ้นได้ และนำไปใช้ได้หลากหลายทั้งทางอุตสาหกรรมและสิ่งแวดล้อม
ในบทความนี้ เราจะมาสำรวจเพิ่มเติมเกี่ยวกับคุณลักษณะของไพโรไลซิส ประเภทของไพโรไลซิส การใช้งานทั้งในอุตสาหกรรมและในบ้าน และคุณประโยชน์ในแง่ของความยั่งยืน
คุณสมบัติหลัก
ไพโรไลซิสเป็นกระบวนการทางความร้อนเคมีนั่นเอง สามารถนำไปใช้กับวัสดุอินทรีย์ที่อุดมด้วยคาร์บอนได้- ดำเนินการโดยให้ความร้อนแก่วัสดุดังกล่าวที่อุณหภูมิสูงโดยไม่มีออกซิเจน เพื่อสลายให้เป็นโมเลกุลต่างๆ กระบวนการนี้เป็นรูปแบบของเทอร์โมไลซิสและเป็นบรรพบุรุษของระบบต่างๆ เช่น การทำให้เป็นแก๊สหรือการเผาไหม้โดยสมบูรณ์
ลักษณะสำคัญอย่างหนึ่งของไพโรไลซิสก็คือ เมื่อวัสดุถูกย่อยสลายอย่างสมบูรณ์ มีเพียงคาร์บอนเท่านั้นที่ยังคงอยู่ในโครงสร้าง ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการทำให้เป็นคาร์บอน- ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากไพโรไลซิส ได้แก่ ก๊าซ เช่น มีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์ ของเหลว ส่วนใหญ่เป็นน้ำมันและทาร์ และของแข็งเช่นถ่าน
กระบวนการนี้มีการใช้งานที่มีประโยชน์หลายประการตั้งแต่ด้านพลังงานไปจนถึงอุตสาหกรรมเคมี ขึ้นอยู่กับสภาวะ เช่น อุณหภูมิที่ใช้ จะได้ผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกันซึ่งสามารถนำไปใช้ในงานอุตสาหกรรมต่างๆ ได้
ประเภทของไพโรไลซิส
ไพโรไลซิสมีหลายประเภทที่แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสภาพทางกายภาพและเทคนิคที่ใช้ในกระบวนการ ประเภทหลักคือ:
- ไพโรไลซิสในน้ำ: มันเกิดขึ้นเมื่อใช้น้ำปริมาณเล็กน้อยในกระบวนการ ตัวอย่างเช่น ใช้ในการแตกร้าวของน้ำมันดิบหนัก หรือในการสลายโพลิเมอไรเซชันของขยะอินทรีย์
- ไพโรไลซิสูญญากาศ: ในไพโรไลซิสประเภทนี้ วัสดุจะถูกให้ความร้อนในสภาพแวดล้อมสุญญากาศเพื่อลดจุดเดือดและหลีกเลี่ยงปฏิกิริยาที่ไม่พึงประสงค์ ส่วนใหญ่จะใช้ในอุตสาหกรรมที่ต้องการวัสดุที่บริสุทธิ์กว่า
- ไพโรไลซิสอย่างรวดเร็ว: หรือที่เรียกว่าไพโรไลซิสเร็ว เป็นกระบวนการที่ต้องการสลายชีวมวลอย่างรวดเร็วให้เป็นน้ำมัน ก๊าซ และถ่านหิน โดยการเพิ่มอุณหภูมิให้อยู่ที่ประมาณ 500 °C
- ไพโรไลซิสช้า: มักใช้สำหรับการผลิตถ่าน วัสดุจะถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิปานกลางเป็นระยะเวลานาน
กระบวนการไพโรไลซิสมีหลายขั้นตอน:
- ก่อนอื่นก็มีก การสลายตัวช้าโดยมีการก่อตัวของน้ำและก๊าซ เช่น คาร์บอนไดออกไซด์และไฮโดรเจน
- เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ระยะของ การสลายตัวที่ใช้งานอยู่โดดเด่นด้วยการผลิตไฮโดรคาร์บอนและน้ำมันดิน
- ในขั้นตอนสุดท้ายที่อุณหภูมิมากกว่า 600 °C ไฮโดรเจนที่เหลือจะถูกกำจัดออกไป เหลือคาร์บอนตกค้างเป็นส่วนใหญ่
สามารถใช้ไพโรไลซิสประเภทใดประเภทหนึ่งเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าเพิ่มมากขึ้น เช่น ถ่านชีวภาพหรือซินกาส (ก๊าซสังเคราะห์) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์
การใช้ไพโรไลซิสในห้องครัว
ในประเทศ การใช้ไพโรไลซิสที่รู้จักกันดีที่สุดประการหนึ่งก็คือ เตาอบไพโรไลติก- อุปกรณ์เหล่านี้มีฟังก์ชันทำความสะอาดตัวเองโดยเฉพาะซึ่งใช้หลักการไพโรไลซิสเพื่อเผาเศษอาหารที่อยู่ภายใน เมื่อเพิ่มอุณหภูมิเป็นประมาณ 500°C ความร้อนจะสลายสารอินทรีย์เป็นไอน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ และสารอนินทรีย์กลายเป็นเถ้า ฟังก์ชันนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการรักษาความสะอาดของเตาอบโดยไม่ต้องใช้สารเคมี
โดยปกติกระบวนการนี้จะใช้เวลาประมาณหนึ่งถึงสี่ชั่วโมง ขึ้นอยู่กับระดับของสิ่งสกปรก เมื่อเสร็จแล้ว คุณเพียงแค่ต้องเอาขี้เถ้าออกด้วยผ้าชุบน้ำหมาดๆ นอกจากการรักษาความสะอาดเตาอบด้วยวิธีง่ายๆ แล้ว ระบบนี้ยังเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและหลีกเลี่ยงการใช้ผลิตภัณฑ์ที่ปนเปื้อนอีกด้วย
ปลอดภัยกว่าเตาอบแบบเดิมๆ เนื่องจากมีระบบล็อคอัตโนมัติเมื่ออุณหภูมิถึง 500°C เพื่อหลีกเลี่ยงอุบัติเหตุ ยังช่วยประหยัดเวลาและพลังงานเนื่องจากสามารถตั้งโปรแกรมให้ทำงานในช่วงเวลาที่ค่าไฟฟ้าลดลงได้
ประโยชน์ด้านสิ่งแวดล้อมและการประยุกต์ใช้ไพโรไลซิส
ประโยชน์หลักประการหนึ่งของไพโรไลซิสก็คือ ความสามารถในการลดมลพิษ- โดยไม่ต้องใช้ออกซิเจน ปริมาณการปล่อยก๊าซจึงต่ำกว่ามากเมื่อเทียบกับเทคนิคอื่นๆ เช่น การเผา ซึ่งช่วยในการจัดการของเสียที่อาจจะถูกเผาหรือฝังกลบ นอกจากนี้ ในการบำบัดของเสียจากอุตสาหกรรมหรือชีวมวล พลังงานจะถูกสร้างขึ้นในรูปของเชื้อเพลิงชีวภาพหรือก๊าซชีวภาพ ซึ่งช่วยกระจายแหล่งพลังงานหมุนเวียน
ในการใช้งานทางอุตสาหกรรม ไพโรไลซิสถูกใช้เพื่อเปลี่ยนขยะพลาสติก ยางรถยนต์ และชีวมวลให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีคุณค่า เช่น เชื้อเพลิงหรือก๊าซสังเคราะห์ ถ่านไบโอชาร์ที่สร้างขึ้นมีประโยชน์ในการปรับปรุงดินในการเกษตร และก๊าซที่ผลิตได้สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ในกระบวนการอื่นๆ โดยเปลี่ยนของเสียให้เป็นโซลูชั่นพลังงานที่มีประสิทธิภาพ
ประเด็นที่น่าสนใจอีกประการหนึ่งก็คือ เนื่องจากเป็นกระบวนการที่ได้รับการควบคุม จึงมีความเป็นไปได้ที่จะนำไพโรไลซิสไปใช้เพื่อนำของเสียอันตรายกลับมาใช้ใหม่ ซึ่งอำนวยความสะดวกในการทำลายโดยไม่ปล่อยก๊าซพิษออกสู่สิ่งแวดล้อม ในทำนองเดียวกันก็สามารถนำมาใช้เพื่อสร้างก๊าซสังเคราะห์ซึ่งต่อมาถูกแปลงเป็นพลังงานที่ใช้งานได้
โดยสรุป ไพโรไลซิสไม่เพียงแต่เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการจัดการขยะเท่านั้น แต่ยังส่งเสริมการสร้างวัสดุที่นำกลับมาใช้ใหม่และพลังงานหมุนเวียนอย่างมีประสิทธิภาพอีกด้วย ด้วยการนำไปประยุกต์ใช้ในภาคอุตสาหกรรมและในประเทศต่างๆ วิธีนี้จึงได้กลายเป็นหนึ่งในเทคนิคที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับความยั่งยืนระดับโลก