เทคโนโลยีการผลิตพลังงานจากน้ำเสีย และการนำก๊าซชีวภาพไปใช้ประโยชน์ ในปัจจุบัน
ทนงศักดิ์ วัฒนา
thanongsak.wattana@hotmail.com

 ปัจจุบันกระแสตื่นตัวด้านพลังงานทดแทนเกิดขึ้นทั่วโลก ด้วยความต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้นทุกวัน จากปัจจัยด้านจำนวนประชากรที่เพิ่มขึ้นและการขยายตัวทางเศรษฐกิจ อีกทั้งพลังงานหลักที่ใช้ในปัจจุบันนับวันจะลดลงและจะหมดไป ดังนั้น การพยายามพัฒนาพลังงานทดแทน คงเป็นเรื่องหลีกเลี่ยงไม่ได้ในปัจจุบัน เพื่อให้เกิดความมั่นคงอย่างยั่งยืนของพลังงานในอนาคต และเมื่อมองให้เล็กลงมา ในระดับอาเซียน มีรายงานจากสถาบันระหว่างประเทศเพื่อการค้าและพัฒนา (ITD) อีก 8 ปีข้างหน้า ในปี 2020 ภูมิภาคอาเซียน จะมีขนาดเศรษฐกิจเป็นอันดับ 2 ของโลก ซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่ออัตราการบริโภคพลังงานที่จะเพิ่มขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ซึ่งจะสูงขึ้นประมาณ 4.4% ทุกปี ดังนั้น เพื่อความมั่นคงทางด้านพลังงานของภูมิภาคอาเซียน อาเซียนจึงมีแนวคิดในการจัดการด้านพลังงานในภูมิภาค เช่น ด้านพลังงานไฟฟ้า มีการเชื่อมโยงระบบสายส่งไฟฟ้าอาเซียน (ASEAN Power Grid) เพื่อส่งเสริมความมั่นคงด้านการจ่ายไฟฟ้าในภูมิภาคอาเซียน รวมทั้งมีการส่งเสริมการซื้อขายพลังงานไฟฟ้าระหว่างประเทศ เพื่อลดต้นทุนการผลิตพลังงานไฟฟ้า

รูปที่ 1 โครงการ ASEAN Power Grid 14 interconnections
http://talkenergy.wordpress.com/

     
แต่อย่างไรก็ตาม พลังงานที่มีความพยายามในการทำให้เกิดความมั่นคงทางด้านพลังงาน ส่วนใหญ่เป็นพลังงานที่ใช้แล้วหมดไป ดังนั้น ในระยะยาวสิ่งเหล่านี้ ยังมิได้ตอบโจทย์เรื่องความมั่นคงทางพลังงานได้อย่างแน่นอน พลังงานทดแทน จึงเป็นทางออกของความมั่นคงด้านพลังงานอย่างแท้จริง หนึ่งในพลังงานทดแทนที่มีศักยภาพ เพื่อทดแทนพลังงานจากฟอสซิล คือ พลังงานจากขยะ ซึ่งนับวันปริมาณขยะจะมีเพิ่มขึ้นมากตามอัตราการขยายตัวของประชากร และการเจริญเติบโตทางเศรษฐกิจ การกำจัดขยะพร้อมกับผลิตพลังงานออกมาโดยไม่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม จึงเป็นสิ่งที่น่าสนใจและควรพัฒนาเทคโนโลยีให้มีประสิทธิภาพเป็นพลังงานทดแทนในสังคมแห่งการบริโภคพลังงานปัจจุบัน ปัจจุบัน เทคโนโลยีการเปลี่ยนขยะเป็นพลังงาน (Energy from Waste) สามารถแบ่งออกเป็น 4 รูปแบบใหญ่ คือ เทคโนโลยีการผลิตพลังงานจากหลุมฝังกลบ เทคโนโลยีการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน (Anaerobic Digestion) เทคโนโลยีความร้อน-เคมี (Thermo-Chemical Conversion) และ เทคโนโลยีขยะเชื้อเพลิง (Refuse Derived Fuels: RDF) ซึ่งในบทความนี้ จะขอกล่าวถึง เทคโนโลยีการผลิตแก๊สชีวภาพ โดยวิธีย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน (Anaerobic Digestion) จากน้ำเสีย ระบบปรับคุณภาพและการขนถ่ายแก๊ส (Biogas Upgrading and Handling System) และการใช้ประโยชน์แก็สชีวภาพในปัจจุบัน
    
รู้จักเทคโนโลยีการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน (Anaerobic Process) เพื่อผลิตพลังงาน
 ปัจจุบันเทคโนโลยีการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน (Anaerobic Digestion) เริ่มมีบทบาทมากขึ้นในการบำบัดน้ำเสียอินทรีย์ ซึ่งอาจมาจากขยะมูลฝอย หรือโรงงานอุตสาหกรรมทางการเกษตร หรือฟาร์มสัตว์เลี้ยง เนื่องจากการบำบัดด้วยวิธีนี้ มีผลพลอยได้จากกระบวนการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน คือ ก๊าซชีวภาพ (Biogas) โดยองค์ประกอบของแก๊สชีวภาพ ได้แก่ ก๊าซมีเทน (CH4) ประมาณ 60-70 % ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ประมาณ 28-38 % ก๊าซอื่น ๆ เช่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) และไนโตรเจน (N2) เป็นต้น ประมาณ 2 % ซึ่งก๊าซมีเทน เป็นก๊าซที่ให้ค่าพลังงานความร้อนสูงถึงประมาณ 21,000 kJ/m3 ดังนั้น ก๊าซชีวภาพ (Biogas) จึงสามารถนำไปใช้ประโยชน์เป็นพลังงานทดแทนได้ แต่ในการนำก๊าซชีวภาพ (Biogas) ไปใช้งานจริงอาจต้องพิจารณาถึงระดับการนำไปใช้งานด้วย เนื่องจากก๊าซชีวภาพ (Biogas) มีก๊าซอื่นประกอบอยู่ด้วย การนำก๊าซไปใช้ประโยชน์อาจไม่เหมาะสม ดังนั้นต้องผ่านการบำบัดก๊าซชีวภาพ เพื่อกำจัดก๊าซบางชนิดออกไปก่อน 

ตารางที่ 1 แสดงคุณสมบัติของก๊าซชีวภาพ (Biogas)   

 ที่มา: สถาบันวิจัยและพัฒนาพลังงาน มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

เทคโนโลยีการผลิตก๊าซชีวภาพ (Biogas) เป็นการบำบัดน้ำเสียหรือของเสียที่มีอินทรีย์สาร (โปรตีน แป้ง ไขมัน) เป็นองค์ประกอบหลัก โดยใช้กระบวนการย่อยสลายทางชีววิทยาแบบไม่ใช้อากาศ (Anaerobic Process) ซึ่งเป็นกระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพที่ใช้แบคทีเรียที่ไม่ใช้ออกซิเจนหลายกลุ่มทำงานร่วมกัน ซึ่งประกอบด้วย 2 ขั้นตอนใหญ่ คือ ขั้นตอนการย่อยสลายสารอินทรีย์โมเลกุลใหญ่ เช่น โปรตีน แป้ง ให้กลายเป็นกรดอินทรีย์ระเหยง่าย เช่น กรดอะซิติก และขั้นตอนการเปลี่ยนกรดอินทรีย์เป็นก๊าซมีเทน และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งสามารถอธิบายด้วยกระบวนการย่อย ๆ ได้ 4 ขั้นตอน คือ ขั้นตอนที่ 1 Hydrolysis ขั้นตอนที่ 2 Acidogenesis ขั้นตอนที่ 3 Acetogenesis และขั้นตอนที่ 4 Methanogenesis กระบวนกาทั้ง 4 สามารถแสดงในรูปที่ 2 และรูปที่ 3  

รูปที่ 2 กระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์แบบไม่ใช้ออกซิเจน
     ที่มา: http://en.wikipedia.org/wiki/Anaerobic_digestion

รูปที่ 3 กระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์แบบไม่ใช้ออกซิเจน
           ที่มา: เอกสารประกอบหลักสูตรการออกแบบระบบบำบัดน้ำเสียเพื่อผลิตก๊าซชีวภาพเบื้องต้นกระบวนการย่อย 4 ขั้นตอน ในการผลิตก๊าซชีวภาพ สามารถอธิบายได้ดังนี้

1. กระบวนการ Solubilisation หรือ Hydrolysis เป็นกระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์โมเลกุลใหญ่ เช่น คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ไขมัน โดยแบคทีเรียจะปล่อยเอนไซม์ออกมาภายนอกเซลล์เพื่อย่อยสลายสารอินทรีย์โมเลกุลใหญ่ให้กลายเป็นสารประกอบเชิงเดี่ยว (Monomer) ส่วนความเร็วในการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย ด้วยกัน เช่น ชนิดของเอนไซม์ที่แบคทีเรียปล่อยออกมา ความเข้มข้นของสารอินทรีย์ อุณหภูมิ หรือ การสัมผัสของเอนไซม์กับสารอินทรีย์ เป็นต้น

2. กระบวนการ Acidogenesis เป็นกระบวนการย่อยสลายสารประกอบเชิงเดียวจากกระบวนแรก ให้กลายเป็นกรดอินทรีย์โมเลกุลเล็ก เช่น กรดอะซิติก กรดไพรโพโอลิก กรดวาเลอริก และกรดแลกติก โดยแบคทีเรียสร้างกรด ซึ่งผลผลิตในกระบวนการนี้ ส่วนใหญ่จะเป็นกรด อะซิติก และมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เกิดขึ้นด้วย

3. กระบวนการ Acetogenesis เป็นกระบวนการย่อยสลายกรดไขมันระเหยง่าย ที่มีคาร์บอนอะตอมเกินกว่า 2 อะตอม เช่น กรดไพรพิออนิก กรดบิวทิริก ให้มีอะตอมของคาร์บอนลดลง เพื่อให้ระบบอยู่ในสภาพที่เหมาะสมต่อการดำรงชีพของแบคทีเรียสร้างมีเทน เนื่องจาก แบคทีเรียสร้างมีเทนจะไม่สามารถใช้กรดไขมันระเหยง่ายที่มีคาร์บอนอะตอมเกิน 2 อะตอมในการผลิตก๊าซมีเทนได้ ซึ่งถ้าไม่เกิดกระบวนการย่อยสลายคาร์บอนอะตอมเกิน 2 อะตอม จะทำให้เกิดการสะสมของกรดอินทรีย์ในระบบได้ แบคทีเรียที่ย่อยสลายคาร์บอนอะตอมเกิน 2 อะตอม ได้แก่ แบคทีเรียที่สร้างไฮโดรเจน (Hydrogen Producing  Acetogenic Bacteria) ผลที่ได้จากกระบวนการนี้ คือ กรดอะซิติก คาร์บอนไดออกไซด์ และไฮโดรเจน ปฏิกิริยาที่เกิดขั้นในกระบวนการนี้ สามารถแสดงได้ดังนี้
     CH3CH2COOH + 2H2O        ---->         CH3COOH + CO2 + 3H2
     CH3CH2 CH2COOH + 2H2O        ------>                 2CH3COOH + 2H2        
          
4. กระบวนการย่อยสลายสร้างมีเทน (Methanogenesis) เป็นกระบวนการเปลี่ยนกรดอินทรีย์โมเลกุลเล็ก ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และก๊าซไฮโดรเจน (H2 ) เป็นก๊าซมีเทน (CH4) และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) โดยแบคทีเรียชนิดสร้างมีเทน (Methane Forming Bacteria) ซึ่งในกระบวนการนี้ ก๊าซมีเทน (CH4) เกิดขึ้นได้ 2 แบบ คือ การเปลี่ยนกรดอินทรีย์ไปเป็นมีเทน และการรีดิวซ์ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ให้กลายเป็นมีเทน ปฏิกิริยาการเกิดทั้ง 2 แบบ สามารถแสดงได้ ดังนี้
     CH3COOH    ----->                          CH4 + CO2 (Methane Forming Bacteria)
     CO2 + 4H2  ------->                         CH4 + 2H2O (Hydrogen-Utilizing Methane Bacteria)

แบคทีเรียชนิดสร้างมีเทน (Methane Forming Bacteria) เป็นแบคทีเรียที่มีการเจริญเติบโตช้า และสภาพแวดล้อมยังมีผลต่ออัตราการเจริญเติบโตค่อนข้างมาก ค่าพีเอชที่เหมาะสมจะอยู่ในช่วงแคบ ๆ ประมาณ 6.8-7.2 และเมื่อพิจารณาประสิทธิภาพของระบบย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน พบว่าแบคทีเรียชนิดสร้างมีเทน (Methane Forming Bacteria) เป็นแบคทีเรียกลุ่มหลักในการควบคุมการเกิดปฏิกิริยาในระบบทั้งหมด เนื่องจากว่า มีอัตราการเจริญเติบโตช้าสุด และมีข้อจำกัดด้านสภาพแวดล้อมมากที่สุด ดังนั้น การเดินระบบผู้ควบคุมต้องควบคุมสภาพแวดล้อม เช่น ค่าพีเอช อุณหภูมิ ความเป็นกรดด่าง สารพิษ และควบคุมการเดินระบบ เช่น การกวนผสม อัตราการบรรทุกสารอินทรีย์ และเวลากักเก็บให้อยู่ในค่าที่เหมาะสม ซึ่งรายละเอียด จะไม่กล่าวถึงในบทความนี้  

เทคโนโลยีการผลิตก๊าซชีวภาพด้วยระบบถังปฏิกิริยา
 ปัจจุบันเทคโนโลยีการผลิตก๊าซชีวภาพด้วยกระบวนการย่อยสลายทางชีววิทยาแบบไม่ใช้อากาศ (Anaerobic Process) มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการบำบัดน้ำเสียหรือของเสียที่มีอินทรีย์สารเป็นองค์ประกอบหลัก ซึ่งสามารถแบ่งได้เป็น 2 ชนิดใหญ่ ๆ ตามอัตราการย่อยสลายสารอินทรีย์ คืออัตราการย่อยสลายสารอินทรีย์ต่ำ (Low Rate) และอัตราการย่อยสลายสารอินทรีย์สูง (High Rate)

1. ระบบถังปฏิกิริยาแบบย่อยสลายช้า (Low Rate) ปัจจุบันระบบถังปฏิกิริยาแบบนี้ ซึ่งเป็นที่ยอมรับกัน มี 3 รูปแบบด้วยกัน คือ แบบยอดโคมคงที่ (Fixed Dome Digester) แบบฝาครอบลอย (Floating Drum Digester) และแบบรางขนาน (Plug Flow Digester) ซึ่งแบบรางขนาน สามารถแบ่งได้อีก 2 รูปแบบ คือ แบบพลาสติกคลุมบ่อดิน (Cover Lagoon) และแบบพลาสติกคลุมราง ซึ่งในส่วนของการผลิตก๊าซชีวภาพแบบถังปฏิกิริยาย่อยสลายช้าส่วนใหญ่จะใช้พื้นที่ในการก่อสร้างมาก เนื่องจากต้องใช้เวลาในการกักเก็บน้ำสูง ซึ่งรายละเอียดของถังปฏิกิริยาแต่ละชนิดจะไม่กล่าวถึงในบทความนี้

2. ระบบถังปฏิกิริยาแบบย่อยสลายสูง (High Rate) ระบบบำบัดน้ำเสียแบบนี้เป็นระบบที่มีประสิทธิภาพสูง คือ มีการอัตราการย่อยสลายเกิดขึ้นรวดเร็ว ซึ่งเกิดจากในระบบมีการกวนผสม การกักเก็บและรักษาตะกอนแบคทีเรียที่มีคุณภาพให้อยู่ในระบบเป็นเวลานาน โดยออกแบบให้ตะกอนถูกยึดตรึงไว้กับตัวกลาง หรือการทำให้ตะกอนรวมตัวกันเป็นก้อน และยังมีการนำตะกอนที่หลุดไปกับน้ำล้นกลับมาในระบบ หรือถังปฏิกิริยา ระบบบำบัดแบบนี้ สามารถแบ่งได้เป็น 3 แบบ ตามลักษณะการเลี้ยงแบคทีเรียภายในถัง คือ แบบเชื้อแขวนลอย (Suspended Growth) ระบบเลี้ยงเชื้อแบบเกาะติด (Attached Growth) และระบบเลี้ยงเชื้อแบบผสม (Hybrid Growth)
2.1) แบบเชื้อแขวนลอย (Suspended Growth) เป็นระบบบำบัดเพื่อผลิตก๊าซชีวภาพ ที่ออกแบบให้ภายในถังปฏิกิริยามีระบบการกวนผสมของตะกอนแบคทีเรียกับน้ำเสียให้มีการสัมผัสกัน หรือผสมกันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการบำบัดน้ำเสีย ซึ่งระบบการกวนอาจใช้ เครื่องกวนชนิดใบพัด หรือการกวนด้วยระบบไหลวนด้วยเครื่องสูบก็ได้ การบำบัดด้วยเชื้อแขวนลอย (Suspended Growth) จะต้องมีถังตกตะกอน เพื่อแยกตะกอนออกจากน้ำเสีย และนำตะกอนกลับไปยังถังปฏิกิริยา ระบบบำบัดแบบจะมีระยะเวลาในการกักเก็บตะกอนแบคทีเรียเท่ากับระยะเวลากักเก็บน้ำในระบบ ระบบบำบัดแบบนี้ที่นิยมใช้กัน เช่น Complete Mix Digester และ Anaerobic Contact   
2.2) ระบบเลี้ยงเชื้อแบบเกาะติด (Attached Growth) เป็นระบบบำบัดแบบไม่ใช้อากาศเพื่อผลิตก๊าซชีวภาพ ที่ถูกพัฒนาเพื่อให้ปริมาณแบคทีเรียอยู่ในระบบนานขึ้น โดยใช้ตัวกลางในการให้แบคทีเรียยึดเกาะ ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพในการบำบัดที่สูงขึ้น ซึ่งตัวกลางอาจเป็นอะไรก็ได้ เช่น ไม้ พลาสติก แต่อย่างไรก็ตามในการเลือกใช้วัสดุ ผู้ออกแบบจะต้องคำถึงถึงงบประมาณในการก่อสร้างระบบเป็นหลัก ระบบแบบนี้ มีนิยมใช้ 2 รูปแบบ คือ แบบถังกรองไม่ใช้อากาศ (Anaerobic Filter, AF) และแบบ ฟลูอิดไดซ์เบด (Fluidized Bed)
 2.3) ระบบเลี้ยงเชื้อแบบผสม (Hybrid Growth) ระบบบำบัดแบบนี้ถูกพัฒนาขึ้น โดยนำส่วนดีของระบบบำบัดแบบต่าง ๆ มาไว้ด้วยกัน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการบำบัดของระบบให้สูงขึ้น ระบบแบบนี้ เช่น ระบบยูเอเอสบี (Upflow Anaerobic Sludge Blanket, UASB) และระบบแบบ Anaerobic Hybrid Rector

จากที่กล่าวมาเป็นเทคโนโลยีการผลิตแก๊สชีวภาพจากน้ำเสีย ซึ่งโดยปกติแก๊สชีวภาพที่ผลิตได้จากระบบบำบัด จะมีคุณสมบัติแตกต่างกันออกไปตามลักษณะของน้ำเสีย โดยส่วนใหญ่แล้วยังไม่เหมาะนำไปใช้งาน เนื่องจากในก๊าซชีวภาพจะมีก๊าซชนิดอื่นผสมอยู่ด้วยนอกจากมีเทน ดังนั้น จึงจำเป็นต้องปรับปรุงคุณภาพก๊าซ เพื่อลดปริมาณก๊าซอื่น ๆ ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่ออุปกรณ์ที่นำก๊าซไปใช้งาน   

ระบบปรับคุณภาพและการขนถ่ายแก๊ส (Biogas upgrading and Handling System)
เนื่องจากก๊าซชีวภาพ ประกอบด้วยก๊าซหลายชนิด ซึ่งมักจะทำให้อุปกรณ์ที่ใช้งานกับก๊าซชีวภาพเกิดการเสียหาย เช่น ก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นพิษ และมีคุณสมบัติเป็นกรด เมื่อรวมตัวกับน้ำ ทำให้สามารถกัดกร่อนอุปกรณ์ที่นำก๊าซชีวภาพไปใช้งาน โดยเฉพาะอุปกรณ์จำพวกโลหะ ดังนั้น การปรับปรุงคุณภาพของก๊าซชีวภาพจึงมีความจำเป็นอย่างยิ่งในการจะนำก๊าซชีวภาพไปใช้งาน แต่โดยทั่วไปต้องพิจารณาถึง วัตถุประสงค์ของการนำก๊าซไปใช้ประโยชน์ นั้นหมายถึง คุณภาพก๊าซที่ผ่านระบบบำบัดอาจมีคุณภาพไม่เท่ากัน ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อต้นทุนของระบบบำบัดทั้งเงินลงทุนขั้นต้น และค่าใช้งานในการเดินระบบ กลุ่มก๊าซที่ต้องบำบัด เช่น ไอน้ำ ก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เป็นต้น

การกำจัดไอน้ำ โดยปกติการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน เพื่อทำให้เกิดก๊าซชีวภาพ มักจะมีความชื้นเกิดขึ้นในปริมาณที่สูง เมื่อนำก๊าซไปใช้งานโดยไม่ผ่านการลดความชื้นจะทำให้เกิดน้ำขึ้นในระบบจากการกลั่นตัวของไอน้ำ ซึ่งไอน้ำจะทำให้ต้องใช้พลังงานมากขึ้น รวมถึงเมื่อรวมกับก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) จะทำให้เกิดกรดซัลฟูริก เกิดการกัดกร่อนอุปกรณ์ได้ ดังนั้น การลดปริมาณความชื้นจึงเป็นสิ่งสำคัญ ก่อนจะนำก๊าซชีวภาพไปใช้งาน ซึ่งวิธีการลดความชื้น หรือไอน้ำของก๊าซ สามารถทำได้ คือ การใช้ชุดไซโครน และใช้อุปกรณ์ลดความชื้น (Biogas Dehumidifier) โดยการลดอุณหภูมิของก๊าซชีวภาพให้ต่ำมากกว่าจุดกลั่นตัวของไอน้ำ จะทำให้ไอน้ำซึ่งเป็นส่วนประกอบของก๊าซชีวภาพเกิดการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ ซึ่งส่งผลโดยตรงทำให้ก๊าซชีวภาพแห้งขึ้น

รูปที่ 4 ระบบลดความชื้น หรือไอน้ำของก๊าซชีวภาพ
ที่มา: http://biogasproducts.co.uk/treatment/index.php

การกำจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ ก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ มีชื่อทางเคมี คือ H2S มักเรียกว่า ก๊าซไข่เน่า ไม่มีสี และมีกลิ่นคล้ายไข่เน่า ถ้ามีปริมาณมากพอ และไม่ได้กำจัดออกจากก๊าซชีวภาพ จะทำให้อุปกรณ์ที่ใช้ก๊าซชีวภาพเกิดการกัดกร่อน ชำรุดเสียหายได้ ในบางกรณี อาจไม่จำเป็นต้องกำกัดก๊าซ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ออกก็ได้ เช่น การใช้ความร้อนโดยตรง หรือในกรณี การใช้ก๊าซชีวภาพมีปริมาณก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ไม่เกิน 200 mg/L กับเครื่องยนต์ที่ผ่านการออกแบบมาให้สามารถทนการกัดกร่อนได้ แต่อย่างไรก็ตาม เพื่อยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่ใช้กับก๊าซชีวภาพ ควรจะกำจัด หรือำบัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ออกจากก๊าซชีวภาพ โดยทั่วไป จะมี 2 วิธี คือ การกำจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์โดยวิธีการดูดติดแบบเปียก (Aqueous Absorption Processes) และ การกำจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์โดยวิธีการดูดติดแบบแห้ง (Dry Absorption Processes)

การกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ มักจะเป็นกระบวนการทำให้ก๊าซชีวภาพบริสุทธิ์ ซึ่งเป็นการเพิ่มเปอร์เซ็นต์ของก๊าซมีเทน โดยปกติ การกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ มักจะทำควบคู่ไปกับการกำจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ไปพร้อม ๆ กัน โดยกระบวนการกำจัดก๊าซทั้งสองชนิด สามารถทำได้โดยการผ่านก๊าซทั้งสองชนิดไปยังสารละลาย Solvent หรือ การเปลี่ยนคุณสมบัติของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และไฮโดรเจนซัลไฟด์ ให้อยู่ในรูปของส่วนประกอบของสารละลาย ซึ่งเรียกว่า Alkaline Salt หรือ Alkanolamines นอกจากวิธีการดังกล่าวแล้ว อาจใช้วิธี Reverse Osmosis โดยใช้เมมเบรน ชนิด Organic Polymer ในการกรองก๊าซต่าง ๆ ที่อยู่ในก๊าซชีวภาพออก ซึ่งจะเหลือแต่ก๊าซมีเทนเท่านั้น วิธีนี้ จะได้ก๊าซชีวภาพที่บริสุทธิ์มาก หรืออาจกล่าวได้ว่าเป็นก๊าซธรรมชาติได้เลยทีเดียว 

    
     รูปที่ 5 การทำก๊าซชีวภาพให้บริสุทธิ์ ด้วยเทคโนโลยีเมมเบรน
     ที่มา: http://www.enterprise-europe-network.ch/

     
นอกจากการบำบัดก๊าซให้มีคุณภาพถูกต้องตามความต้องการในการใช้งานแล้ว โดยปกติระบบผลิตก๊าซชีวภาพ หรือระบบการบำบัดน้ำเสียแบบไม่ใช้ออกซิเจน มักจะถูกออกแบบให้สถานที่ตั้งอยู่ห่างไกลจากจุดใช้งาน เช่น จุดใช้งานเป็นหัวเผาของหม้อไอน้ำ ดังนั้น ระบบการขนส่งก๊าซชีวภาพจึงมีความสำคัญต่อการนำก๊าซไปใช้งาน โดยอุปกรณ์หลักในระบบมักจะใช้ Blower เพื่อทำหน้าที่ในการเพิ่มแรงดันในระบบเส้นท่อ ให้สามารถส่งก๊าซไปยังตำแหน่งที่ต้องการได้ ซึ่งมักจะเป็นอุปกรณ์ชนิดที่ป้องกันการระเบิด (Explosion Proof) เนื่องการก๊าซชีวภาพเป็นก๊าซลุกติดไฟได้ และอาจเกิดการระเบิดเกิดขึ้นได้ เมื่อมีประกายไฟ

     
     
     รูปที่ 6 แสดงไดอะแกรมระบบขนส่งก๊าซชีวภาพ
       
     
     
     รูปที่ 7 แสดงลักษณะทั่วไปของ Blower เพื่อเพิ่มแรงดันในระบบท่อขนส่งก๊าซชีวภาพ

     
ในการพิจารณาออกแบบระบบขนส่งก๊าซ ผู้ออกแบบจำเป็นต้องมีความรู้เกี่ยวกับเรื่องก๊าซชีวภาพและเรื่องวัสดุศาสตร์ พอสมควร เช่น ส่วนที่ต้องสัมผัสกับก๊าซ ต้องเป็นวัสดุที่ทนการกัดกร่อน ซึ่งอาจจะเป็น สแตนเลส ไฟเบอร์กลาส หรือวัสดุจำพวกพลาสติก และในการขนส่งก๊าซในระยะทางไกลอาจจำเป็นต้องติดตั้งอุปกรณ์ระบายน้ำจากการกลั่นตัวของไอน้ำ เป็นต้น จากที่กล่าวมาเป็นเพียงบางส่วนของการปรับปรุงและขนส่งก๊าซชีวภาพ ซึ่งในการออกแบบหรือการนำก๊าซไปใช้ประโยชน์ ผู้ออกแบบ อาจจำเป็นต้องศึกษาหาข้อมูล หรือแม้แต่รายงานความปลอดภัยของหน่วยงานต่าง ๆ ที่มีการบันทึกและทำเป็นรายงาน เพื่อความปลอดภัยอย่างแท้จริง รวมถึงไม่ให้เกิดความสูญเสียในชีวิตและทรัพย์สิน ซึ่งเป็นเรื่องที่ผู้เกี่ยวข้อง และผู้ออกแบบควรต้องคำนึงถึงตลอดเวลา

การใช้ประโยชน์ก๊าซชีวภาพในปัจจุบัน
 เนื่องจากพลังงานหลัก อย่างเช่นพลังงานจากฟอสซิล ลดจำนวนลงอย่างต่อเนื่องซึ่งส่งโดยตรงให้ราคาพลังงานชนิดนี้ที่เพิ่มสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งสวนทางกับการเจริญเติบโตทางเศรษฐกิจทั้งในประเทศ และทั่วโลก การพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อผลิตพลังงานทดแทนนำมาเพื่อทดแทนพลังงานหลักจึงถูกพัฒนาอย่างต่อเนื่องเพื่อตอบสนองความต้องการด้านพลังงานที่สูงมากขึ้น เทคโนโลยีการผลิตก๊าซชีวภาพจากน้ำเสีย เป็นอีกเทคโนโลยีหนึ่งที่ได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง รวมไปถึงอุปกรณ์ที่นำก๊าซชีวภาพไปใช้ประโยชน์ ทั้งด้านเพิ่มประสิทธิภาพ ของอุปกรณ์ที่มีการใช้งานอยู่ในปัจจุบันให้ดีขึ้น หรือแม้แต่พัฒนาอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับเชื้อเพลิงฟอสซิล มาใช้กับก๊าซชีวภาพได้อย่างมีประสิทธิภาพ อุปกรณ์และเครื่องมือดังกล่าวสามารถแบ่งเป็นรูปแบบได้ 2 รูปแบบ คือ ผลิตเป็นพลังงานความร้อนโดยตรง และเป็นเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์สันดาปภายใน

1. อุปกรณ์ที่ใช้พลังงานความร้อนจากก๊าซชีวภาพโดยตรง เป็นอุปกรณ์ที่ผ่านก๊าซชีวภาพเข้าไปในอุปกรณ์แล้วทำให้เกิดการเผาไหม้ และได้พลังงานความร้อนออกมาเพื่อใช้ประโยชน์ อุปกรณ์ พวกนี้ เช่น หัวเผา อาจเป็นหัวเผาสำหรับหุงต้ม หรืออาจเป็นหัวเผาสำหรับหม้อไอน้ำ ลักษณะการนำก๊าซไปใช้งานในลักษณะนี้อาจไม่มีความยุ่งยากอะไรมากนัก โดยการเปลี่ยนหัวเผาเดิมซึ่งปกติอาจใช้น้ำมัน หรือก๊าซหุงต้ม มาเป็นก๊าซชีวภาพ

       
                 รูปที่ 8 การใช้ประโยชน์จากก๊าซชีวภาพ โดยใช้กับเตาก๊าซหุงต้ม

  
                   รูปที่ 9 การประยุกต์ใช้ประโยชน์ก๊าซชีวภาพ กับหัวเผาหม้อไอน้ำ
ที่มา: http://powerandheatsystems.com/casestudies/biogas-boilerburners-in-wastewater-treatment

2. การใช้กับเครื่องยนต์ เป็นการปรับปรุงเครื่องยนต์เดิมซึ่งใช้กับน้ำมัน ให้สามารถใช้ได้กับเชื้อเพลิงก๊าซชีวภาพ โดยปกติในการปรับปรุงจะทำการปรับปรุงอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของเครื่องยนต์ เช่น การปรับตั้งคาร์บูเรเตอร์ การปรับตั้งชุดควบคุมลิ้นบังคับน้ำมัน การปรับอัตราส่วนระหว่างเชื้อเพลิง (ก๊าซชีวภาพ) กับอากาศ เป็นต้น ซึ่งในการปรับตั้งอุปกรณ์ดังกล่าว อาจจำเป็นต้องอาศัยผู้ที่มีความรู้ ความชำนาญเกี่ยวกับการใช้เชื้อเพลิงก๊าซชีวภาพกับเครื่องยนต์ ทั้งที่ใช้กับเครื่องยนต์ดีเซล และเครื่องยนต์แก๊สโซลีน เป็นต้น ในแต่ช่วงหลัง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการนำพลังงานจากเชื้อเพลิงแก๊สชีวภาพ ได้มีการพัฒนาเครื่องยนต์กังหันแก๊ส สำหรับ เชื้อเพลิงก๊าซชีวภาพขึ้นมา เพื่อให้สามารถผลิตไฟฟ้าจากเชื้อเพลิงชนิดนี้ อย่างมีประสิทธิภาพ เช่น ไมโครเทอร์ไบน์ของ Capstone Turbine Corporation ซึ่งได้พัฒนาเครื่องยนต์กังหันแก๊ส เพื่อใช้สำหรับก๊าซชีวภาพ ดังแสดงในรูปที่ 10

                   รูปที่ 10 เครื่องยนต์กังหันก๊าซชีวภาพ ซึ่งใช้สำหรับผลิตไฟฟ้า

     
นอกจากนี้ ก๊าซชีวภาพที่ผ่านการทำให้บริสุทธิ์มาก ๆ (Biogas Upgrading) กล่าวคือ การลดปริมาณก๊าซอื่น ๆ จนทำให้มีปริมาณก๊าซมีเทน ประมาณ 97% ซึ่งอยู่ในระดับของก๊าซธรรมชาติ สามารถนำไปใช้กับยานยนต์ หรือเครื่องยนต์ ที่ใช้กับก๊าซธรรมชาติได้เลยโดยที่ไม่ต้องปรับแต่ง หรือดัดแปลงเครื่องยนต์ ดังแสดงในรูปที่ 11 ซึ่งการทำ Biogas Upgrading จนเป็นก๊าซธรรมชาติ

    รูปที่ 11แสดงยานยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงจากก๊าซชีวภาพอัด ที่ผ่านการปรับปรุงคุณภาพแล้ว
                                      ที่มา: http://www.biofuelstp.eu/biogas.html

นับว่าเป็นเทคโนโลยีที่น่าสนใจ และทั่วโลกกำลังพัฒนาระบบปรับปรุงคุณภาพก๊าซชีวภาพให้เป็นก๊าซธรรมชาติ ซึ่งเป็นพลังงานทดแทนแบบยั่งยืนอย่างแท้จริง โดยเฉพาะประเทศไทย ที่มีของเสียเหลือจากอุตสาหกรรมการเกษตรมากมาย นับได้ว่าเป็นข้อได้เปรียบและควรได้รับการส่งเสริมเทคโนโลยีการทำ Biogas Upgrading อย่างยิ่งยวด