เมื่อเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2565 บริษัท ทาทา เคมิคอลส์ ยุโรป (TATA Chemicals Europe: TCE) ได้เปิดโรงงานดักจับคาร์บอนในระดับอุตสาหกรรมแห่งแรกและใหญ่ที่สุดในสหราชอาณาจักรอย่างเป็นทางการ สามารถผลิตโซเดียมไบคาร์บอเนต (Sodium Bicarbonate) สร้างความเป็นกลางทางคาร์บอนแห่งแรกของโลก โรงงานแห่งนี้ใช้งบประมาณลงทุนทั้งหมดกว่า 20 ล้านปอนด์ (ประมาณ 854 ล้านบาท) และได้รับการสนับสนุนเงินลงทุน 4.2 ล้านปอนด์ (ประมาณ 179 ล้านบาท) จากกรมธุรกิจพลังงานและยุทธศาสตร์อุตสาหกรรม (BEIS) สามารถดักจับก๊าซ CO2 ได้ 40,000 ตันต่อปี เทียบเท่ากับการปล่อยก๊าซ CO2 จากรถยนต์จำนวน 20,000 คันตลอดทั้งปี ก๊าซ CO2 ที่ดักจับได้ทั้งหมดจะถูกเปลี่ยนให้เป็นโซเดียมไบคาร์บอเนต หรือที่เรียกว่า “เบคกิ้งโซดา” ใช้สำหรับอุตสาหกรรมอาหารเภสัชกรรม โดยตั้งชื่อเบคกิ้งโซดาที่ได้จากกระบวนการนี้ว่า “อีโคคาร์บ (Ecokarb)” และจะส่งออกไปกว่า 60 ประเทศทั่วโลก
🚩 เบกกิ้งโซดาสำคัญอย่างไร
เบกกิ้งโซดา (Baking Soda) มีชื่อทางเคมีคือ “โซเดียมไบคาร์บอเนต” (Sodium Bicarbonate) และมีสูตรโครงสร้างทางเคมีคือ NaHCO3 มีลักษณะเป็นผลึกสีขาวที่ละลายน้ำได้ดี มีความเป็นด่าง เมื่อทำปฏิกิริยากับส่วนผสมที่เป็นกรดในส่วนผสมของเหลวก็จะทำให้เกิดก๊าซ CO2 จนทำให้เกิดฟองก๊าซ เบกกิ้งโซดาเป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายมาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2473 คิดค้นโดย Dr. Austin Church และ John Dwight สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้หลากหลายอุตสาหกรรม เช่น ยา อาหาร ความงาม อาหารสัตว์ เคมีภัณฑ์ในครัวเรือน ดับเพลิงและการแปรรูปวัสดุ
เมื่อวันที่ 6 กรกฎาคม พ.ศ. 2565 Bloomberg เปิดเผยการคาดการณ์ขนาดตลาดของโซเดียมไบคาร์บอเนตจะมีมูลค่า 2.13 พันล้านดอลลาร์สหรัฐภายในปีพ.ศ. 2571 ที่ 4.3% CAGR ด้วยการวิเคราะห์เชิงลึกจาก 18 ประเทศใน 5 ภูมิภาคหลัก จัดทำโดย The Insight Partners โดยในปีพ.ศ. 2564 เอเชียแปซิฟิกมีส่วนแบ่งตลาดโซเดียมไบคาร์บอเนตมากที่สุดของโลก จากความต้องการที่เพิ่มขึ้นในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อาหารและเครื่องดื่ม อาหารสัตว์ ยา และสิ่งทอ เป็นต้น โดยมีออสเตรเลีย จีน อินเดีย ญี่ปุ่น และเกาหลีใต้ เป็นผู้เล่นหลักในตลาดเอเชียแปซิฟิก ประชากรที่เพิ่มขึ้นในภูมิภาคนี้ทำให้ความต้องการพืชเศรษฐกิจที่เป็นอาหารเพิ่มขึ้นซึ่งได้กระตุ้นการใช้สารเคมีอารักขาพืช รวมทั้งโซเดียมไบคาร์บอเนตเพื่อเพิ่มผลผลิตทางการเกษตร นอกจากนี้ การเพิ่มขึ้นของการลงทุนโดยตรงจากต่างประเทศยังนำไปสู่การเติบโตทางเศรษฐกิจในภูมิภาค ปัจจัยเหล่านี้คาดว่าจะขับเคลื่อนความต้องการโซเดียมไบคาร์บอเนตในเอเชียแปซิฟิก
🚩 การดักจับก๊าซ CO2 จากโรงไฟฟ้า CHP
โรงงานดักจับคาร์บอนของ TCE ถือเป็นโรงงานแห่งแรกของโลกในการดักจับก๊าซ CO2 จากจากก๊าซไอเสียที่มาจากโรงไฟฟ้าและความร้อนร่วม (Combined Heat and Power: CHP) ขนาดความร้อน 400 MW และไฟฟ้า 96 MW เพื่อใช้ CO2 เป็นวัตถุดิบหลักในการผลิตโซเดียมไบคาร์บอเนตที่มีความบริสุทธิ์สูงถึง 130,000 ตันต่อปี ทำให้สามารถช่วยลดการปล่อย CO2 ของโรงงานไฟฟ้า TCE ได้มากกว่า 10% ด้วยการสนับสนุนเทคโนโลยีการดักจักคาร์บอนจากบริษัทเพนแทร์ (Pentair) ที่เรียกว่า "Advanced Amine Technology (AAT)" ในการดักจับก๊าซ CO2 ความเข้มข้นต่ำจากก๊าซเสียที่ปล่อยจากปล่องควัน (Stacks) ที่อุณหภูมิ 150 °C และส่งต่อผ่านท่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.5 เมตร ไปยังโรงงาน CCU
ขั้นตอนแรกของกระบวนการ CCU คือการทำให้ก๊าซเสียเย็นตัวลงและขจัดสิ่งเจือปนออกด้วยหอกำจัดไอเสีย (Flue Gas Scrubber) จากนั้น ก๊าซเสียจะถูกส่งผ่านท่อไปยังหอดูดซับ (Absorber Column) ขนาดความสูง 48 เมตร ซึ่งก๊าซเสียเหล่านี้จะสัมผัสกับสารเคมีที่เป็นของเหลวภายในหอดูดซับเรียกว่าโมโนเอทาโนลามีน (Monoethanolamine: MEA) ทำหน้าที่ดูดซับก๊าซ CO2 โดยสารละลายเอมีนที่ดูดซับก๊าซ CO2 ไว้จะเรียกว่า Rich Amine ซึ่งจะถูกส่งต่อไปยังหอสกัดแยก (Stripper Column) เพื่อแยกก๊าซ CO2 ออกจาก Rich Amine โดยอาศัยความร้อนจากไอน้ำที่มาจากโรงไฟฟ้า CHP ความร้อนจะทำให้ก๊าซ CO2 ระเหยออกจากด้านบนของหอ Stripper ก๊าซ CO2 ที่ได้จะมีความบริสุทธิ์มากกว่า 99.9% ซึ่งเป็นไปตามมาตรฐาน EIGA (European Industrial Gases Association) สารละลายเอมีนที่ถูกระเหย CO2 ออกไปแล้วจะเรียกว่า Lean Amine ซึ่งจะไหลออกจากด้านล่างของ Stripper ส่งต่อไปยังหน่วยกำจัดของเสีย (Reclaimer Unit) จากนั้นสารละลายเอมีนที่ผ่านการบำบัดแล้วจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่อีกครั้งในหอดูดซับ
🚩 การเปลี่ยนก๊าซ CO2 ให้เป็นของเหลวบริสุทธิ์
หลังจากการดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ก๊าซจะถูกทำให้บริสุทธิ์อีกครั้งเพื่อให้แน่ใจว่าเป็นไปตามมาตรฐานที่จำเป็นสำหรับการใช้งานด้านอาหารและยา
ขั้นแรกก๊าซ CO2 จะถูกชะล้างและกำจัดสารละลายเอมีนที่ปนเปื้อนมาจากกระบวนการดักจับคาร์บอนก่อนหน้านี้ จากนั้นก๊าซ CO2 จะถูกทำให้เย็นตัวลงและบีบอัดภายใต้ความดัน 20 barg ในขั้นตอนนี้น้ำที่ปะปนอยู่ในก๊าซ CO2 จะถูกควบแน่นเป็นของเหลวและถูกกำจัดออกไป อีกทั้งความชื้น (Moisture) ที่ยังหลงเหลืออยู่ในก๊าซ CO2 จะถูกกำจัดออกด้วยเครื่องกำจัดความชื้น (Dehydrator) ที่ติดตั้งเเบบอนุกรม (Series)
ขั้นตอนถัดไป ก๊าซ CO2 จะถูกส่งต่อไปยังชั้นถ่านกัมมันต์ (Activated Carbon Bed) เพื่อดักจับสิ่งเจือปนอีกครั้ง จากนั้นก๊าซ CO2 จะมีถูกควบแน่นเป็นของเหลวและถูกส่งไปยังกระบวนการกลั่นที่ซึ่งอากาศและก๊าซเฉื่อยอื่นๆ จะถูกกำจัดออกจากของเหลว CO2 ผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่ได้คือคาร์บอนไดออกไซด์เหลวภายใต้ความดัน 17 barg และอุณหภูมิ -24 °C ที่มีความบริสุทธิ์มากกว่า 99.99% พร้อมใช้ในกระบวนการผลิตโซเดียมไบคาร์บอเนต ซึ่งตรงตามมาตรฐาน EIG (European Industrial Gases) สำหรับการผลิตอาหาร
🚩 การเปลี่ยน CO2 ให้เป็น “เบกกิ้งโซดา”
โซเดียมไบคาร์บอเนตสามารถผลิตได้ด้วยกระบวนการ "Ammonia-Soda Process" หรือที่เรียกว่า "Solvay Process" ได้รับการพัฒนาโดยนักเคมีชาวเบลเยียมชื่อ Ernest Solvay ในช่วงทศวรรษที่ 1860 สารตั้งต้นที่ใช้ในการผลิตโซเดียมไบคาร์บอเนตคือสารละลายเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) น้ำ (H2O) แอมโมเนีย (NH3) และสารละลายน้ำเกลือ (NaCl) แอมโมเนียสามารถผลิตโดยใช้กระบวนการของ Haber โดยใช้ green hydrogen เป็นวัตถุดิบที่สามารถสังเคราะห์ได้จากปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า (Electrochemical)
ปฏิกิริยาพื้นฐานสำหรับการผลิตโซเดียมไบคาร์บอเนตคือ
NaCl + H2O + CO2 + NH3 → NH4CI + NaHCO3
✅️ ขั้นตอนที่ 1: การทำน้ำเกลือให้บริสุทธิ์ (Brine)
เพื่อให้มั่นใจได้ว่าไม่มีสิ่งเจือปนไปรบกวนกระบวนการถัดไป และเพื่อปรับปรุงผลผลิตของโซเดียมคาร์บอเนต เนื่องจากน้ำทะเลมีสิ่งเจือปนมากกว่าน้ำเกลือสินเธาว์ โดยน้ำเกลือที่ใช้ในกระบวนการ Solvay มักจะมาจากเหมืองเกลือใต้ดิน สิ่งเจือปนที่สำคัญในน้ำเกลือสินแร่ ได้แก่ แคลเซียม แมกนีเซียม และเกลือเหล็ก สิ่งเจือปนเหล่านี้จะถูกกำจัดออกโดยการปรับสภาพน้ำเกลือด้วยปูนขาวและโซดาแอช (Soda Ash) รวมถึงแอมโมเนียอ่อนๆ และคาร์บอนไดออกไซด์ใน Washer Tower จากนั้นน้ำเกลือจะถูกเก็บไว้ในถังพักขนาดใหญ่เพื่อให้เกิดการตกตะกอนของแคลเซียมคาร์บอเนต แมกนีเซียมคาร์บอเนต ไฮดรอกไซด์ และไอรอนไฮดรอกไซด์ ขั้นตอนนี้จะทำให้น้ำเกลือมีความเข้มข้นประมาณ 30%
✅️ ขั้นตอนที่ 2: การก่อตัวของโซเดียมไบคาร์บอเนต (NaHCO3)
น้ำเกลือบริสุทธิ์จะถูกส่งไปยังถังอีกใบหนึ่ง ซึ่งแอมโมเนียจะถูกเติมเข้าไปเพื่อทำปฏิกิริยากับโซเดียมคลอไรด์กลายเป็นสารละลายน้ำเกลือแอมโมเนีย (Ammoniated Brine) และความร้อนออกมา สารละลายนี้จะถูกทำให้เย็นลงและส่งไปยังถังใบที่สองเรียกว่า Carbonating Chamber ซึ่งมีก๊าซ CO2 ที่ได้มาจากการสลายตัวด้วยความร้อนของหินปูนที่อุณหภูมิ 900°C เปลี่ยนเป็นแคลเซียมออกไซด์ (ในขั้นตอนนี้ก๊าซ CO2 สามารถดักจับได้ด้วยกระบวนการ CCU จากโรงไฟฟ้า CHP ทดแทนการใช้ก๊าซ CO2 ที่ได้มาจากการสลายตัวด้วยความร้อนของหินปูน) โดยก๊าซ CO2 จะทำปฏิกิริยากับสารละลายน้ำเกลือแอมโมเนียทำให้เกิดแอมโมเนียมคลอไรด์ (NH4Cl) และโซเดียมไบคาร์บอเนต ความเป็นเบสจะเพิ่มขึ้นเมื่อ CO2 ละลายในสารละลายน้ำเกลือแอมโมเนียเกิดเป็นกรดคาร์บอนิก (H2CO3) ที่อุณหภูมิต่ำ จากนั้นโซเดียมไบคาร์บอเนตจึงตะกอนออกมา ดังสมการ
CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)
NaCl(aq) + NH3(aq) + H2O(l) + CO2(g) ⇌ NH4Cl(aq) + NaHCO3(s)
✅️ ขั้นตอนที่ 3: การก่อตัวของโซเดียมคาร์บอเนต (Na2CO3)
ในขั้นตอนนี้โซเดียมคาร์บอเนตจะเกิดจากการสลายตัวด้วยความร้อน (Thermal Decomposition) ของโซเดียมไบคาร์บอเนตจากขั้นตอนที่ 2 โซเดียมไบคาร์บอเนตจะถูกกรองและล้างเพื่อขจัดแอมโมเนียมคลอไรด์และเกลือออก จากนั้นส่งต่อไปยังเตาเผาแบบหมุน (Rotary Kiln) การหมุนและเกียงขูด (scraper) ภายในเตาจะช่วยป้องกันการจับตัวเป็นก้อนของโซเดียมไบคาร์บอเนต เมื่อเตาเผาได้รับความร้อนจะปลดปล่อยก๊าซ CO2 ออกมาเพื่อให้เหลือเพียงโซเดียมคาร์บอเนต ก๊าซ CO2 ที่ปล่อยออกมาในขั้นตอนนี้จะถูกนำกลับมาใช้ใหม่ (Reused) ดังสมการ
2NaHCO3(s) → Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g)
✅️ ขั้นตอนที่ 4: การกู้คืนแอมโมเนีย (NH3)
ประสิทธิภาพของกระบวนการ Solvay ขึ้นอยู่กับการนำแอมโมเนียกลับมาใช้ใหม่ เนื่องจากต้นทุนของแอมโมเนียสูงกว่าโซดาแอช โดยอาศัยหอกลั่น (Distillation Column) สำหรับการกลั่นแยกแอมโมเนีย ขั้นตอนนี้จะใช้แคลเซียมออกไซด์ (CaO) ที่เกิดจากการให้ความร้อนแก่หินปูน (CaCO3) ในขั้นตอนที่ 2 โดยนำมาผสมกับน้ำเพื่อเกิดเป็นปูนขาวหรือแคลเซียมไฮดรอกไซด์ (Ca(OH)2) เพื่อใช้ทำปฏิกิริยากับแอมโมเนียมคลอไรด์ (NH4Cl) ให้ได้แอมโมเนีย (NH3) แอมโมเนียที่ได้นี้จะถูกนำกลับไปรีไซเคิล ดังสมการ
CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(s)
Ca(OH)2(s) + 2NH4Cl(aq) → CaCl2(aq) + 2NH3(aq) + 2H2O(l)
🚩 แหล่งที่มาของข้อมูลเเละรูปภาพ:
---------------------------------------------------
ติดตามข้อมูลข่าวสารผ่านช่องทางต่างๆ ได้ที่
Website: www.netzerotechup.com
Facebook: facebook.com/NetZeroTechup
Comentarios