เล่มประกวด โครงงานเตาชีวมมวลไร้ควัน อำเภอนาโพธิ์

ก

บทคัดย่อ

โครงงานฉบับนี้ มีวัตถุประสงค์ เพื่อจัดทาเตาประหยัดพลังงานและศึกษาประสิทธิภาพในการ
ทางานเตาชีวมวลแบบมีฉนวน และแบบไม่มีฉนวน เพื่อนาวัสดุเหลือใช้มาทาให้เกิดประโยชน์ ลดต้นทุน
คา่ ใช้จ่ายในการหงุ ต้มในครัวเรือน เพื่อลดมลพษิ ที่เกดิ จากการเผาไม้ ลดภาวะโลกรอ้ น

จากการศึกษาการเปรียบเทยี บของการเผาไม้ของเตาชวี มวล พบวา่ เตาชีวมวลแบบมฉี นวน ทาการ
ทดสอบจานวน 4 คร้ัง คร้ังที่ 1 เวลาผ่านไป 3 นาที มีอุณหภูมิ 32 °C ครั้งท่ี 2 เวลาผ่านไป 5 นาที
มีอุณหภูมิ 64 °C คร้ังท่ี 3 เวลาผ่านไป 6 นาที มีอุณหภูมิ 80 °C และครั้งที่ 4 เวลาผ่านไป 7 นาที
ตามลาดับ

ซ่ึงจากการทดสอบเตาท้ังสองชนิด พบจุดเดือน 100 °C เตาชีวมวลแบบมีฉนวน มีประสิทธิภาพ
ดีกว่าเตาชวี มวลแบบไม่มีฉนวน โดยพบอุณหภูมิ 100 °C (จดุ เดือด) นาทที ี่ 7 โดยเตาชีวมวลแบบมฉี นวน
จะทาให้อุณหภูมิของน้าเดือดเร็วกว่า ซึ่งตรงกับกลไกการทางานของเตาชีวมวลคือ อากาศภายนอก
ส่วนแรก ไหลผ่านแผ่นปรับอากาศ และตะแกรงเข้าสู้ห้องเผาไหม้ ส่วนที่ 1 เกิดปฏิกิริยา
ได้แก่ คาร์บอนไดออกไซด์กับน้า แก็สที่อุณหภูมิสูงจะไหลเข้าสู่ห้องเผาไหม้ ส่วนท่ี 2 และเกิดปฏิกิริยา
กับคาร์บอน ได้แก็สคาร์บอนมอนนอกไซด์ (CO) แก็สไฮโรเจน (H2) และแก็สมีเธน (CH4) อากาศ
ส่วนทไี่ หลเข้าผสมกับแกส็ ท่ีเกดิ ขน้ึ และลกุ ไหมเ้ ป็นเปลวไฟใหค้ วามรอ้ นออกมา

ข

กติ ติกรรมประกาศ

“โครงงานเตาชีวมวลประหยัดพลังงานไร้ควัน” เป็นการนาเอาวิทยาศาสตร์มาประยุกต์ใช้และ
นานวตั กรรมทางด้านวทิ ยาศาสตร์ไปใช้ประโยชนใ์ นการจัดทาเตาประหยดั พลังงานและศึกษาประสิทธิภาพ
ในการทางานเตาชีวมวล ส่งเสริมให้ชุมชนนาวัสดุเหลอื ใช้มาทาให้เกิดประโยชน์ ลดต้นทุนค่าใช้จ่ายในการ
หงุ ตม้ ในครัวเรอื น อีกท้ังยงั สามารถลดมลพิษทเี่ กิดจากการเผาไม้ด้วย

ขอกราบขอบพระคุณ ผอู้ านวยการศูนย์การศึกษานอกระบบการศกึ ษาตามอัธยาศยั อาเภอนาโพธิ์
และคณะครูบุคลากรศูนย์การศึกษานอกระบบการศึกษาตามอัธยาศัยอาเภอนาโพธิ์ ท่ีได้ให้การสนับสนุน
โครงงานเตาชีวมวลประหยัดพลังงานไร้ควัน ขอขอบคุณ นางสาวปรางค์ทิพย์ สัตย์รักษ์ และ
นางสาวปนัดดา กุไธสง ครทู ี่ปรึกษาโครงงาน ขอขอบคุณผู้ท่ีมีส่วนเก่ียวขอ้ งทุกท่าน ท่ีสนับสนุนโครงงาน
ในครง้ั นเี้ ป็นอย่างสูง รวมทั้งคนท่รี ่วมกันจนโครงงานนี้จนสาเรจ็ ลลุ ่วงไปดว้ ยดี

สารบัญ ค

บทคดั ย่อ หนา้
กติ ติกรรมประกาศ ก
สารบัญ ข
บทที่ 1 บทนา ค
บทที่ 2 ทฤษฎีและงานวิจัยท่ีเกยี่ วข้อง 1
บทท่ี 3 อุปกรณแ์ ละวิธีการศึกษา 3
บทที่ 4 ผลการดาเนินการและอภปิ รายผล 10
บทท่ี 5 สรุปผลการดาเนินการและข้อเสนอแนะ 12
เอกสารอ้างองิ 14
ภาคผนวก 15

1

บทท่ี 1
บทนา

ท่มี าและความสาคญั ของโครงงาน
เนื่องจากประเทศไทยไม่มีแหล่งพลังงานเชิงพาณิชย์ที่มากเพียงพอกับความต้องการที่จะใช้ใน

ประเทศ โดยเฉพาะภาวะปจั จบุ นั ทค่ี วามต้องการใช้พลังงานมีอัตราสงู ขนึ้ ทุกปี ทาใหป้ ระเทศไทยตอ้ งนาเข้า
พลังงานเชิงพาณิชย์มากขึ้นถึงประมาณปีละ 3 แสนล้านบาท จึงเปน็ เรื่องจาเป็นเร่งด่วนท่ีต้องมีการรณรงค์
ให้มีการอนุรักษ์ พัฒนา จัดหาและส่งเสริมการใช้พลังงานอย่างประหยัดและมีประสิทธิภาพ พร้อมทั้ง
สนับสนุนเทคโนโลยีด้านพลังงานทดแทน เพื่อลดการใช้น้ามันเช้ือเพลิงซ่ึงต้องนาเข้าจากต่างประเทศ
เป็นการลดปัญหาการขาดแคลนพลังงานในอนาคตและช่วยลดปัญหาด้านสิ่งแวดล้อม ที่เกิดจากการ
ใชพ้ ลงั งานในปัจจุบนั

เตาชีวมวลถังป๊ีบ เป็นเทคโนโลยีภูมิปัญญาชาวบ้าน ท่ีนาวัสดุเหลือใช้มาประดิษฐ์เพ่ือใช้ประโยชน์
ทดแทนการใช้แก๊ส LPG ในการหุงต้มในครัวเรือน และพัฒนาใช้ในกลุ่มอุตสาหกรรมครัวเรือนได้ดี ดังนั้น
จึงเห็นควรท่ีจะนาเทคโนโลยีดังกล่าว มาพัฒนาเพิ่มประสิทธิภาพและสามารถนามาใช้การหุงต้มใน
ครัวเรือน มาทดแทนการใช้แก๊สมีเทนเป็นเช้ือเพลิงหุงต้ม ลดปริมาณควัน ไม่ก่อมลพิษ มีประสิทธิภาพใน
การเผาไหมส้ ูงกว่าเตาทัว่ ไป โดยใช้เช้ือเพลิงท่ีได้จากการใช้เตาชีวมวลจะเปล่ียนเชื้อเพลิงเป็นก๊าซคาร์บอน
มอนออกไซด์ ก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซมีเทน จากกปฏิกิริยาการเผาไหม้อย่างต่อเนื่อง สามารถนาไปใช้
ทดแทนพลงั งานเชือ้ เพลิง ซึ่งเป็นพลงั งานทอ่ี าจจะใช้แล้วหมดไปในอนาคตได้

ผู้จัดทาโครงงานจึงสนใจที่จะนาวัสดุที่หาง่ายในชุมชนมาทาเตาชีวมวล เพ่ือศึกษาเปรียบเทียบ
ประสิทธิภาพของเตาชวี มวลสองแบบ คือเตาชีวมวลแบบไม่มีฉนวน และเตาชีวมวลแบบมีฉนวน ว่าชนิดใด
มีประสทิ ธภิ าพมากกว่ากันเพือ่ จะได้นาไปประยกุ ตแ์ ละพฒั นาต่อไป

วัตถปุ ระสงค์ของการศกึ ษาค้นคว้า
1. เพือ่ จัดทาเตาประหยัดพลังงานและศึกษาประสทิ ธภิ าพในการทางานเตาชีวมวลแบบมฉี นวน และ
แบบไม่มฉี นวน
2. เพื่อนาวสั ดเุ หลอื ใช้มาทาให้เกิดประโยชน์ ลดตน้ ทุนค่าใช้จา่ ยในการหงุ ต้มในครวั เรือน
3. เพือ่ ลดมลพิษท่ีเกดิ จากการเผาไม้

ตวั แปร
ตัวแปรต้น เตาชีวมวลแบบมีฉนวน และเตาชวี มวลแบบไม่มฉี นวน
ตัวแปรตาม ประสิทธภิ าพการทางานของเตาชีวมวล
ตวั แปรควบคุม การผลิตเช้อื เพลงิ

2

ประโยชน์ท่ีคาดวา่ จะได้รบั
1. ลดการใชแ้ กส๊ LPG ซ่งึ เป็นพลังงานที่ใช้แล้วหมดไป
2. ลดค่าใช้จ่ายในครัวเรือน
3. แกป้ ญั หาด้านหมอกควนั ลดปัญหาการเกิดภาวะโลกรอ้ น

3

บทท่ี 2
ทฤษฎีและงานวิจัยท่เี ก่ียวข้อง
ทฤษฎีและงานวิจัยท่ีเก่ียวข้อง จะกล่าวถึงเช้ือเพลิงชีวมวลและคุณสมบัติของเชื้อเพลิงชีวมวล
กระบวนการแก๊สซิฟิเคชัน ส่วนงานวิจัยที่เก่ียวข้องจานาเสนอในส่วนของการทดสอบเตาชีวมวล
และเตาธรรมดาตามทอ้ งตลาดทั่วไปเพ่อื ศึกษาประสิทธิภาพของเตาชีวมวล พัฒนาตอ่ ยอดตอ่ ไป

ทฤษฎีท่ีเกีย่ วข้อง
1. เช้อื เพลงิ ชีวมวล
เชือ้ เพลิงชีวมวล หมายถงึ เช้อื เพลงิ ที่ไดจ้ ากสิ่งมชี ีวิต ซึ่งสะสมพลงั งานเคมสี ามารถนาไปเปลีย่ น

รูปเป็นพลังงานเชื้อเพลิงและสามารถผลิตข้ึนมาใหม่ได้ ชีวมวลและเช้ือเพลิงฟอสซิลมีที่มาจากแหล่ง
เดียวกัน คือ พืชและสัตว์ แต่มีความแตกต่างกันดา้ นเวลา น่ันคือการเกิดเชื้อเพลิงฟอสซลิ ต้องใช้ระยะเวลา
ยาวนานในการแปรสภาพซากพืช ซากสัตว์ ภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความดันที่แตกต่างกันชีวมวล
ประกอบด้วยวสั ดหุ ลายประเภท แตม่ ักจะหมายถึงวัสดุจากพืชเปน็ หลัก เชน่ วัสดุที่เหลือจากผลิตภัณฑ์ทาง
การเกษตร เศษไม้จากการทาป่าไม้หรือแปรรูปไม้ เป็นต้น ชวี มวลจึงกาเนิดจากปฏิกิริยาทางชีวเคมีของพืช
ในการเปล่ียนรูปพลังงานแสงอาทิตย์ เรียกว่า การสังเคราะห์แสง (Photosynthesis) ซึ่งเป็นกระบวนการ
เปล่ียนรูป CO2 ในอากาศและ H2O เกิดเป็นโมเลกุลคาร์โบไฮเดรต ซ่ึงสะสมพลังงานศักย์ทางเคมี
ดังสมการด้านล่าง โดยแหล่งพลังงานท่ีมีอยู่ในชีวมวลคือคาร์บอนซึ่งได้มาจาก CO2 และไฮโดรเจน
ได้มาจาก H2O

nCO2 + mH2O → Cn (H2)m Om + nO2

เชื้อเพลิงชีวมวลเป็นแหล่งให้ความร้อนและแสงสว่างที่สาคัญแหล่งแรก ที่มนุษยชาติได้ใช้ปัจจุบัน
เป็นแหล่งพลังงานท่ีสาคัญในลาดับต้นๆ ของประเทศเกษตรกรรมและประเทศกาลังพัฒนา ล้วนต้องใช้
พ้ืนฐานในการเผาไหม้ จนถึงการยกระดับการใช้ด้วยการแปลงสภาพเป็นเชื้อเพลิงท่ีมีคุณภาพดีขึ้นชีวมวล
ประกอบด้วยธาตุหลักๆ คือ คาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน รวมทั้งมีปริมาณของไนโตรเจนและธาตุอ่ืนๆ
อีกเล็กน้อยในรูปแบบของคารโ์ บไฮเดรตหรือเซลลูโลส ชีวมวลน้ันมอี ยู่มากมายทั้งท่ไี ด้จากส่ิงมีชีวิต และยัง
รวมไปถงึ ส่ิงตา่ งๆ ทมี่ ธี าตคุ าร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจนเปน็ องค์ประกอบ

หลกั รูปแบบอ่ืนๆ โดยทัว่ ไปชีวมวล จาแนกออกเป็น 2 ประเภทหลักๆ คอื ชวี มวลชนดิ ไม้ (woody
biomass) และชวี มวลชนดิ ไมใ่ ชไ่ ม้ (nonwoody biomass) ชีวมวลชนดิ ไม้ (ท้งั ไม้เน้ือแข็งและไมเ้ น้ืออ่อน)
ไดแ้ ก่ กิ่งไม้ (limb wood) เศษไม้ (wood chips) ขเี้ ล่ือย (sawdust) ถา่ นไม้ (charcoal) เศษเย่ือกระดาษ
(pulp waste) เป็นตน้ ส่วนชวี มวลที่ไมใ่ ช่ไม้ไดแ้ ก่ แกลบ (husks) ชานออ้ ย (bagasse) ฟางข้าว (straws)
เปลือกเมลด็ (pits) และมูลสตั วแ์ หง้ (manure) เปน็ ต้น

4

2. สมบตั ขิ องเชื้อเพลิงชีวมวล
2.1 คา่ ความร้อน
ค่าความร้อน (heating value) คือ พลังงานความร้อนต่อหน่วยน้าหนักท่ีปล่อยออกมา

จากการเผาไหม้เช้ือเพลิงท่ีมีจุดเริ่มอยู่ท่ีอุณหภูมิอ้างอิง แล้วผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้มีอุณหภูมิสุดท้าย
เท่ากับอุณหภูมินี้ ค่าความร้อนท่ีใช้มีท้ังค่าความร้อนสูงและค่าความร้อนต่า ซึ่งขึ้นอยู่กับสถานะของน้าที่
เป็นผลติ ภัณฑจ์ ากการเผาไหม้ค่าความรอ้ นต่า คือ ค่าความร้อนท่ีให้ออกมาหลงั การเผาไหม้สมบรู ณ์ เมื่อน้า
ที่อยู่ในเชื้อเพลิงและท่ีเกิดจากผลผลิตการเผาไหม้อยู่ในสถานะไอ ส่วนค่าความร้อนสูง คือ ค่าความร้อนท่ี
ให้ออกมาหลังการเผาไหม้สมบูรณ์ เม่ือน้าท่ีอยู่ในเชื้อเพลิงและท่ีเกิดจากผลผลิตการเผาไหม้อยู่ในสถานะ
ของเหลว โดยคา่ ความรอ้ นมคี วามสัมพนั ธ์กับคา่ ความร้อนต่า ดงั น้ี

HHV (MJ/kg) = LHV (MJ/kg) + 0.02395 (9 H + MCt)

ในการหาค่าความร้อน มักจะหาจากการทดลอง โดยใช้บอมบ์แคลอรีมิเตอร์ ค่าความร้อนของ
ชีวมวล มีค่าประมาณกลางๆ คือ 10-20 MJ/kg โดยค่าความร้อนของชีวมวลกลุ่มไม้จะมีค่าสูงกว่ากลุ่ม
ไม่ใช่ไม้เล็กน้อย ค่าความร้อนข้ึนอยู่กับองค์ประกอบและคุณสมบัติของเช้ือเพลิงในรูปของสัดส่วน
คารบ์ อน (C) ไฮโดรเจน (H) ออกซิเจน (O) ไนโตรเจน (N) และกามะถัน (S) หรือในรปู ของสดั สว่ น คารบ์ อน
คงตวั (FC) สารระเหย (VM) ความชื้น (MCt) และเศษเถา้ หรอื ได้จากการใชส้ ตู รอย่างง่าย คานวณ เชน่

สตู รของดลู อง (Dulong formula)
โดยใช้ค่าสัดส่วนโดยมวลของแตล่ ะธาตุทเี่ ก่ียวข้อง
HHV (MJ/kg) = 33.585 C + 141.924 H + 12.908 S – 15.327 O – 3.538

O2
สูตรของเดเมยี บาส (Demirbas,1997)

HHV (MJ/kg) = 33.5 C + 142.3 H – 15.4 O – 24.5 N
HHV (MJ/kg) = 31.2 FC + 15.34 VM

2.2 ปรมิ าณความช้นื
ปริมาณความช้ืน (moisture content) เป็นตัวบ่งช้ีถึงปริมาณของน้าที่มีอยู่ในวัสดุ

เมอื่ เทียบกบั มวลของวัสดชุ นื้ หรอื แหง้ ซึง่ สามารถแบ่งได้ 2 ลักษณะ ไดแ้ ก่ ความชื้นมาตรฐานเปียก คานวณ
ไดจ้ ากสมการ

5

และความช้นื มาตรฐานแห้ง คานวณไดจ้ าก

2.3 การวิเคราะห์และทดสอบสมบัติเช้ือเพลงิ ชีวมวล โดยประมาณคา่
การวเิ คราะห์โดยประมาณค่า (proximate analysis) ใช้สาหรับการเปรียบเทียบเช้ือเพลิง

การวิเคราะห์แบบประมาณตามมาตรฐาน ASTM D3172 จะระบุปริมาณความชื้น ปริมาณสารระเหย
ท่ีเผาไหม้ได้ (volatile combustible matter) ปริมาณคาร์บอนคงตัว และปริมาณเถ้า ในการทดสอบ
ดังกล่าวมีขนั้ ตอนดงั น้ี

- ทาการบดชีวมวลให้เป็นผง และนาไปอบให้แห้งในเตาอบภายใต้อุณหภูมิประมาณ
105-110 °C จนได้น้าหนักคงที่ น้าหนักส่วนท่ีหายไปเมื่อเทียบกับน้าหนักเดิมคือปริมาณ
ความชืน้

- นาชีวมวลที่แห้งแล้วไปให้ความรอ้ นในภาชนะปิด (เพื่อป้องกนั การเกิดออกซเิ ดชัน)
ภายใตอ้ ณุ หภมู ิ 900 °C เพอ่ื ไล่สารระเหยทีเ่ ผาไหมไ้ ด้จนกระท่งั น้าหนักคงท่ี น้าหนกั ส่วนที่
หายไปคือ ปริมาณสารระเหยที่เผาไหม้ได้

- นาชีวมวลไปให้ความร้อนในภาชนะเปดิ ภายใต้อุณหภูมิ 750 °C เพ่ือให้เกดิ การเผาไหม้
จนได้น้าหนักที่เหลือคงท่ี น้าหนักท่ีเหลือคือน้าหนักของเถ้าและส่วนท่ีหายไปคือปริมาณ
ของคาร์บอนคงตวั

2.4 การเผาไหม้ชีวมวล
การเผาไหม้ชีวมวลเป็นกระบวนการในการเปล่ียนรูปชีวมวลเพ่ือการใช้ประโยชน์ด้าน

พลังงานหรือเป็นเช้ือเพลิง ซ่ึงมีหลายวิธีข้ึนอยู่กับคุณสมบัติและประเภทของชีวมวล โดยท่ัวไป
แบ่งเป็น 2 กระบวนการ คือ การเปลี่ยนรูปทางชีวเคมี (Bio-chemical conversion) และการเปล่ียนรูป
โดยความร้อน (Thermo-chemical conversion) การเปลี่ยนรูปโดยความร้อน (Thermo-chemical
conversion) เป็นการสลายพันธะเคมีของชีวมวลไปเป็นแหล่งพลังงานท่ีอยู่ในรูปของแข็ง ของเหลว
หรือก๊าซ วิธีการเปลี่ยนรูปโดยความร้อน ขึ้นอยู่กับชนิดหรือประเภทชีวมวลและเป้าหมายในการใช้งาน
มีหลายวิธี เช่น การเผาไหม้โดยตรง (Combustion Process) เป็นปฏิกิริยาเคมีระหว่างออกซิเจนกับ
คาร์บอนแล้วปลดปล่อยพลังงานความร้อนออกมา สามารถนาไปใช้ประโยชนไ์ ด้ตามต้องการผลิตภัณฑ์ท่ีได้
จากการเผาไหม้คือ CO2 และ H2O ซ่ึงการเผาไหม้ชีวมวลนั้น มีกระบวนการการเกิดปฏิกิริยาเคมี
ที่มีความซับซ้อน โดยการเผาไหม้น้ันจะเกิดกระบวนการทาให้เช้ือเพลิงแข็ง เกิดการเปลี่ยนรูปเป็นก๊าซ
ก่อนและค่อยเกิดการเผาไหม้ก๊าซ ซึ่งจะได้ความร้อนในลักษณะเปลวไฟ และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และ
กา๊ ซคารบ์ อนมอนอกไซด์ และน้า โดยสัดส่วนของกา๊ ซ CO และ CO2 ข้ึนอยู่กับประสิทธภิ าพในการเผาไหม้
และปรมิ าณอากาศท่ใี ช้ในการเผาไหม้ โดยมีกลไกการเผาไหม้ ดังรูปท่ี 1

6

รูปที่ 1 กลไกการเผาไหม้ชีวมวลและชัน้ อุณหภูมิ
2.5 การเผาไหมช้ วี มวลในเตาทรงกระบอก

เตาชีวมวลทรงกระบอกท่ีบรรจุเชื้อเพลิงเรียบร้อยแล้วจะมีลักษณะโครงสร้าง ดังรูปที่ 2
ในการเร่ิมต้นใช้งานจะใช้เปลวไฟ (จากไม้ฟืนติดไฟหรือกระดาษติดไฟ) จุดท่ีบริเวณปล่องอากาศเข้า
ด้านล่าง เปลวไฟจะวงิ่ เข้าไปตามช่องทางเดินอากาศภายในเตา ตามกระแสของอากาศร้อน ทาให้เช้ือเพลิง
ในเตาเกิดการติดไฟ การสันดาปในช่วงแรกจะเกิดข้ึนบริเวณผิวแกนกลางของเชื้อเพลิงซ่ึงจะเป็นลักษณะ
การเผาไหม้แบบตรง (direct combustion) จนกระท่ังใช้งานไประยะหน่ึงเมื่ออุณหภูมิภายในเตาสูงขึ้น
ประมาณ 1,000-1,200 องศาเซลเซียส จะเกิดกระบวนการแก๊สซิฟิเคชัน(gasification) ข้ึนภายในก้อน
เช้ือเพลิงดงั แสดงในรูปที่ 3 ซงึ่ ก๊าซทเี่ กดิ จากกระบวนการแก๊สซิฟเิ คชันน้ี จะถูกเผาไหม้โดยเปลวไฟบริเวณ
แกนกลางของก้อนเช้ือเพลิง ซึ่งจะส่งผลให้เปลวไฟมีอุณหภูมิสูงขึ้นและมีมลพิษต่าเน่ืองจาก
คารบ์ อนมอนอกไซด์ถกู เผาไหม้ซ้าจนหมด

รูปที่ 2 การเร่มิ จดุ เตาและเกิดการเผาไหม้ในช่วงเรมิ่ ตน้

7

รูปท่ี 3 การเกดิ กระบวนการแกส๊ ซิฟิเคชัน (gasification) ขึน้ ภายในก้อนเชอ้ื เพลิง
ในโซนเผาไหม้ชวี มวลซ่ึงมีองค์ประกอบหลกั คอื คาร์บอน ไฮโดรเจนและออกซเิ จน ถูกเผาไหม้และ
ได้ผลิตภณั ฑ์คอื คาร์บอนไดออกไซดแ์ ละน้า และปลดปล่อยความร้อนสูงถงึ 1,000-1,200 องศาเซลเซียส
ในโซนรีดักชันก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้าจากกระบวนการเผาไหม้จะทาปฏิกิริยากับถ่าน (คาร์บอน)
ท่ีอุณหภูมิ 700 – 900 องศาเซลเซียส ได้ก๊าซผลิตภัณฑ์เป็น ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ ก๊าซไฮโดรเจน
และก๊าซมีเทน ซึ่งเป็นก๊าซที่ติดไฟได้ ในโซนไพโรไลซิส ความร้อนที่เหลือจากกระบวนการรีดักชัน
จะไปกล่ันสลายสารระเหยที่อยู่ใน เน้ือไม้จนหมด ทาให้ไม้กลายเป็นถ่าน (คาร์บอน) ก่อนจะเข้าไปสู่
กระบวนการรดี ักชนั ต่อไป ซึ่งในโซนไพโรไลซสิ น้มี อี ุณหภมู ิ 200 – 700 องศาเซลเซยี ส ความรอ้ นท่ีเหลือ
จากกระบวนการไพโรไลซีสประมาณ 100 – 200 องศาเซลเซียส จะทาให้ไอน้าที่อยู่ในชีวมวลเกิดการ
ระเหยออก ทาให้ชีวมวลแห้ง ซึ่งเรียกว่ากระบวนการอบแห้ง โดยสรุป การเผาไหม้ในเตาชีวมวล
ทรงกระบอกจึงเป็นการเผาไหม้ของชีวมวล (คาร์บอน) โดยตรงร่วมกับการเผาไหม้ก๊าซชีวมวล หรือ ก๊าซ
ผลิตภัณฑ์ (producer gas) ท่ีเกดิ จากช้ันเชื้อเพลิงท่ีอดั แน่น ทาให้ได้เปลวไฟที่สะอาดและอุณหภูมิเปลวไฟ
สูงกว่าปกติ (เทยี บกับการเผาชีวมวลโดยท่ัวไป

8

งานวิจัยทเี่ กี่ยวข้อง
กฤษฎางค์ ศุกระมูลและคณะ (2562) พลังงานชีวมวลเป็นหนึ่งในพลังงานทางเลือกที่ช่วยลดการ

ใช้เช้ือเพลิงฟอสซลิ มีความน่าสนใจท่ี สามารถนาวัสดุทีเ่ หลือทิ้งจากการเกษตรมาใชเ้ ป็นเช้ือเพลิงชีวมวลได้
ประเทศไทยเป็นประเทศเกษตรกรรมมีเช้ือเพลิงจากชีวมวลเป็นจานวนมากจึงเหมาะสมท่ีจะศึกษาการ
นาชีวมวลมาใช้ให้มีประสิทธิภาพต่อไป เตาผลิตก๊าชชีวมวลชนิดไหลข้ึน ท่ีออกแบบขึ้นนี้มีห้องเผาไหม้
เป็นทรงกระบอก ก๊าซชีวมวลท่ีได้จากการเผาในเตาชีวมวล ได้แก่ ก๊าซไฮโดรเจน และคาร์บอนมอนนอกไซด์
ถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงในการเผาชิ้นงานในเตาเผาเซรามิกส์โดยมี ขนาดห้องเผา กว้าง 0.77 เมตร ยาว 0.8
เมตร สูง 0.78 เมตร ทาการเผาผลิตภัณฑ์เม็ดมะยมดินเผาจานวน 100 กิโลกรัม/วัน ความจุของถัง
เช้ือเพลิงชีวมวลเท่ากับ 0.086 ลูกบาศก์เมตร ความจุของถังเติมเช้ือเพลิงชีวมวลทรง ส่ีเหลี่ยมคางหมู
เทา่ กับ 0.287 ลกู บาศก์เมตร

ฐิติพร เจาะจง (2559) การศึกษาวิจัยน้ีเป็นการเปรียบเทียบฉนวนของเตาชีวมวล โดยใช้วัตถุดิบ
ที่หาง่ายในชุมชน คือแกลบดา ดินร่วน และทราย การทดสอบประสิทธิภาพของเตาแก๊สและมวลที่ทาได้
โดยการต้มน้าเดือด (WBT) เตาแก๊สชีวมวลท่ีใช้หลักการอินเวอร์สดาว์นดราฟแก๊สซิไฟเออร์ โดยใช้เวลา
ในการทดสอบ 5 ชั่วโมง ผลจากการทดสอบประสิทธิภาพของเตาชีวมวลพบว่า ในช่วง 5 นาทีแรกของ
การทดสอบยังไม่มีการเผาไหมเ้ ชอื้ เพลิง เนื่องจากเป็นช่วงที่เตาเรมิ่ กระบวนการเผาไหม้จึงทาให้อณุ หภูมนิ ้า
เรม่ิ ต้นเกดิ การเปลยี่ นแปลงนอ้ ยมาก แต่หลงั จาก 5 นาทีไปจนถึง 30 นาที เปน็ ช่วงท่มี ีการเผาไหมค้ อ่ นขา้ ง
สมบูรณ์ จึงทาให้อุณหภูมิน้าเดือดสูงสุด 100 องศาเซลเซียส เนื่องจากเกิดการถ่ายเทพลังงานความร้อน
ในน้า หลังจาก 50 นาทีไปแล้ว อุณหภูมิของน้าค่อยๆลดลงตามลาดับจนเท่าอุณหภูมิน้าเร่ิมต้น จากการ
ทดสอบพบว่าเตาแกส๊ ชีวมวลท่มี ีฉนวนเปน็ แกลบดามีประสิทธิภาพในการต้มน้าดที ี่สุด รองลงมาคือดนิ ร่วน
ทราย มีค่าเท่ากับ 14.13% 11.70% และ 10.59% ตามลาดับ จากผลการทดลองพบว่าเตาแก๊สชีว
มวล ที่มีฉนวนเป็นแกลบดาช่วยสะสมความร้อนให้กับเตาชีวมวล ทาให้เตาแก๊สชีวมวลมีประสิทธิภาพ
มากกว่าเตาแกส๊ ชีวมวลจากฉนวนชนดิ อื่นๆ

ชนธกานต์ และคณะ (2560) ทางผู้วิจัยทาการออกแบบและพัฒนาเตาชีวมวลเพ่ือให้มี
ประสิทธิภาพสูงสามารถใช้กับเช้ือเพลิงได้หลากหลายขนาด และลดต้นทุนการผลิต โดยทาการออกแบบ
และพัฒนาหาขนาดอัตราส่วนห้องเผาไหม้ท่ีเหมาะสม ทดสอบวัสดุฉนวน โดยใช้ปูนซีเมนต์ผสมทราย
ในอัตราส่วน 1 : 5 และออกแบบเตาก๊าซชีวมวลท่ีสามารถใช้กับเชื้อเพลิงขนาดยาว ผลการทดสอบด้วย
การต้มน้าพบว่าเตาก๊าซชีวมวลอัตราส่วนห้องเผาไหม้หลักกับห้องเผาไหม้ซ้าขนาดท่ีเหมาะสมที่สุดคือ
อัตราส่วนเส้นผ่าศูนย์กลาง 2.17 อัตราความสงู 1.67 โดยใช้ปูนซีเมนต์กรุห้องเผาไหม้ให้ประสทิ ธิภาพสูง
ที่สุดท่ี 33.58% โดยมีอตั ราการเผาไหม้ประมาณ 40-60 นาที ต่อปริมาณถา่ น 1 กโิ ลกรมั ตอ่ ครง้ั

มูลนิธิพลังงานและส่ิงแวดล้อม (มพส.) (2559) ได้นาเอาเตาแก๊สชีวมวลแบบใช้แกลบจาก
มหาวิทยาลัยแม่โจ้มาส่งเสริมการใช้งานให้กับชุมชนในจังหวัดพื้นที่แม่ฮ่องสอน เตาชีวมวลแกลบที่ใช้เป็น
แบบเติมเชื้อเพลิงได้ 1.5 kg./ คร้ัง ใช้งานอยู่ได้ในช่วงเวลา 30-40 นาที มีพัดลมไฟฟ้ากระแสตรงเป่า
อากาศขนาด 12V/1.5A เป่าอากาศเข้าเตาชีวมวลชว่ ยประหยัดฟนื และก๊าซหุงต้มได้ ประมาณ 20-30%

9

หรอื เทยี บเท่าการใช้ฟืนในครวั เรือนละ 30-40 kg./ปี และท่สี าคญั ยังสามารถช่วยลดปญั หาหมอกควนั จาก
การเผาแกลบ มปี ระสทิ ธิภาพความร้อน 14% (จิตาภรณ,์ 2556)

10

บทท่ี 3
อุปกรณแ์ ละวิธกี ารศึกษา

โครงงานฉบบั นี้เปน็ การศกึ ษาและเปรียบเทียบประสิทธิภาพของเตาชีวมวลสองแบบคือ เตาชวี มวล
แบบไม่มีฉนวน และเตาชีวมวลแบบมีฉนวนโดยปูนซีเมนต์ผสมทราย อัตราส่วน 1:5 ซึ่งมีวัสดุอุปกรณ์และ
ขั้นตอนการทา ดงั ตอ่ ไปนี้

วธิ ดี าเนินงาน
หลักการทางาน
อากาศภายนอกส่วนแรก ไหลผ่านแผ่นปรับอากาศ และตะแกรงเข้าสู้ห้องเผาไหม้ ส่วนที่ 1

เกิดปฏิกิริยา ได้แก่ คาร์บอนไดออกไซด์กับน้า แก็สที่อุณหภูมิสูงจะไหลเข้าสู่ห้องเผาไหม้ ส่วนท่ี 2 และ
เกิดปฏิกิริยากับคาร์บอน ได้แก็สคาร์บอนมอนนอกไซด์ (CO) แก็สไฮโรเจน (H2) และแก็สมีเธน (CH4)
อากาศสว่ นที่ ไหลเข้าผสมกบั แกส็ ทเี่ กิดขนึ้ และลกุ ไหมเ้ ปน็ เปลวไฟใหค้ วามรอ้ นออกมา

วัสดุ/ อปุ กรณ์
1. ถังปีบ๊ ขนาดใหญ่
2. ถงั เหล็ก
3. ฐานรองเตา
4. สกนู อ๊ ต สาหรับยึดฐานรองเตา
5. สว่าน
6. ไม้บรรทัดหรอื สายวัด
7. ครีมตดั เหลก็ หรือกรรไกรสาหรบั ตดั ป๊ีบ
8. ค้อน ตะปู
9. ปูนซเี มนต์+ทราย 1:5 สว่ น (สาหรบั ทาฉนวนของเตาชีวมวล)
10. เทอร์โมมิเตอร์ (ใชส้ าหรบั วดั อณุ หภมู ินา้ )
11. นาฬกิ าจับเวลา
12. ตราชงั่ ดิจติ อล
13. ถา่ น สาหรบั ใชเ้ ป็นเชอ้ื เพลงิ

ขั้นตอนการทา
ขัน้ ตอนการผลิตเตาชวี มวล
1. นากระป๋องถังสมี าวางบนปบี๊ แล้ววาดเสน้ รอบวงบนป๊บี
2. เจาะเอาแผ่นวงกลมวงในบนปบี๊ ออก จากนั้นตัดขอบปีบ๊ บรเิ วณท่ีเจาะ ความยาวเสน้ 1 น้ิว
ตดั เส้นขอบดา้ นในไปยงั เสน้ ขอบด้านนอก จากนน้ั ใหบ้ บี พบั ขอบที่ตัดลงขา้ งในถงั ป๊บี
3. นาถงั ปี๊บ มาตัดบริเวณด้านขา้ งของถังเพื่อท่ีจะทาช่องลม กว้าง 9 ซม. สูง 8 ซม.
4. นาถงั เหล็ก (ถงั สี) มาเจาะรบู ริเวณกน้ กระป๋อง และข้างกระป๋องเพอื่ เป็นช่องรับลม
5. การประกอบเตาชีวมวล ให้นากระป๋องใบเล็กใส่เข้าไปในป๊ีบที่เป็นรูปวงกลมที่พันขอบไว้แล้ว

ให้ปากของกระป๋องถังสีตรงกับปากของปี๊บพอดี จากนั้นนาฐานรองหม้อมาวางด้านบน ใช้สกูน๊อตยึด
ฐานรองหมอ้ เพื่อความม่นั คงของฐานและป๊บี

11

6. การประกอบเตาชวี มวลชนิดมีฉนวน ทาตามขั้นตอนท่ี 1-5 แลว้ ใหอ้ ดั แน่นด้วยปูนซีเมนต์ผสม
ทราย ในอตั ราส่วน 1 : 5 สว่ น

ขั้นตอนการหาประสิทธิภาพของเตาชวี มวล
1. เตรียมเตาชีวมวลแบบมีฉนวน และแบบไมม่ ฉี นวน
2. ใชถ้ ่านประมาณ 1 กโิ ลกรัม ต่อ 1 เตา
3. ใชน้ า้ 1 ลติ ร ต่อ 1 หม้อ
4. เร่มิ ใช้ถ่านพรอ้ มกันแลว้ จดุ ไฟใช้ถ่านทั้งหมด 1 กิโลกรัม
5. รอสกั ครู่ ในการผาไหมข้ องถา่ น
6. พอไฟลุกแลว้ นาหม้อท่ีมปี รมิ าณ 1 ลติ ร วางบนเตาทัง้ สอง
7. วดั อณุ หภมู ดิ ว้ ยเทอรม์ อมเิ ตอรข์ องท้ังสองเตา
8. สงั เกตควนั และการเผาไหมข้ องไฟในแต่ละเตา

ภาพตวั อยา่ งเตาชีวมวลประหยัดพลังงานไรค้ วนั
ท่ีมา : ชนธกานต์ และคณะ (2560)

12

บทที่ 4

ผลการดาเนินการและอภิปรายผล

จากการทาโครงงานในคร้ังนี้ มวี ัตถุประสงค์การดาเนินการจัดทาโครงงานมีวัตถุประสงค์เพื่อนาหา
ประสิทธิภาพของเตาชีวมวลแบบมีฉนวน และแบบไม่มีฉนวน โดยวัสดุเหลือใช้มาทาให้เกิดประโยชน์
ลดต้นทนุ คา่ ใช้จา่ ยในการหงุ ต้มในครวั เรือน ลดมลพษิ ทีเ่ กิดจากการเผาไม้

ตารางท่ี 1 การทดลองของเตาชีวมวลแบบไม่มีฉนวน

การทดสอบ เวลา รูปภาพ อุณหภูมิ (จุดเดอื ด)

ครงั้ ที่ 1 2 นาที 32 °C

คร้งั ที่ 2 5 นาที 43 °C

คร้งั ที่ 3 11 นาที 90 °C

ครั้งท่ี 4 12 นาที 100 °C

13

ตารางท่ี 2 การทดลองของเตาชีวมวลแบบมีฉนวน (ปนู ซเี มนต์ ในอัตราส่วน 1 : 5)

การทดสอบ เวลา รูปภาพ อณุ หภมู ิ (จดุ เดือด)

คร้ังท่ี 1 3 นาที 32 °C

ครั้งที่ 2 5 นาที 64 °C

ครั้งท่ี 3 6 นาที 80 °C

ครง้ั ท่ี 4 7 นาที 100 °C

ผลการดาเนินการการและอภิปรายผล จากผลการทดสอบประสทิ ธภิ าพของเตาชีวมวล พบวา่

ตารางที่ 1 เตาชีวมวลแบบไม่มีฉนวน ทดสอบจานวน 4 คร้ัง ครั้งท่ี 1 เวลาผ่านไป 2 นาที มี

อุณหภูมิ 32 °C ครั้งที่ 2 เวลาผา่ นไป 5 นาที มีอณุ หภูมิ 43 °C ครงั้ ที่ 3 เวลาผา่ นไป 11 นาที มอี ุณหภมู ิ

90 °C และคร้ังท่ี 4 เวลาผ่านไป 12 นาที พบจดุ เดือน 100 °C

ตารางท่ี 2 เตาชีวมวลแบบมฉี นวน ทดสอบจานวน 4 คร้ัง ครัง้ ที่ 1 เวลาผ่านไป 3 นาที มอี ุณหภูมิ

32 °C คร้ังที่ 2 เวลาผ่านไป 5 นาที มีอุณหภูมิ 64 °C ครั้งท่ี 3 เวลาผ่านไป 6 นาที มีอุณหภูมิ 80 °C

และคร้ังที่ 4 เวลาผา่ นไป 7 นาที พบจดุ เดือน 100 °C

สรุปได้ว่า เตาชีวมวลแบบมีฉนวน (ปูนซีเมนต์ผสมทราย 1:5) มีประสิทธิภาพดีกว่า พบอุณหภูมิ
100 °C (จุดเดือด) นาทีท่ี 7 ซ่ึงกล่าวได้ว่า เตาชีวมวลแบบมีฉนวน จะทาให้อุณหภูมิของน้าเดือดเร็วกว่า
ซ่ึงตรงกับกลไกการทางานของเตาชีวมวลคือ อากาศภายนอกส่วนแรก ไหลผ่านแผ่นปรับอากาศ และ
ตะแกรงเข้าสู้ห้องเผาไหม้ ส่วนที่ 1 เกิดปฏิกิริยา ได้แก่ คาร์บอนไดออกไซด์กับน้า แก็สที่อุณหภูมิสูงจะ
ไหลเขา้ สูห่ ้องเผาไหม้ ส่วนที่ 2 และเกิดปฏกิ ิรยิ ากับคาร์บอน ได้แก็สคาร์บอนมอนนอกไซด์ (CO) แก็สไฮโร
เจน (H2) และแก็สมีเธน (CH4) อากาศส่วนที่ ไหลเข้าผสมกับแก็สที่เกิดขึ้น และลุกไหม้เป็นเปลวไฟให้
ความรอ้ นออกมา

14

บทที่ 5
สรุปผลการดาเนนิ การและข้อเสนอแนะ

จากการศึกษาการเปรียบเทยี บของการเผาไมข้ องเตาชีวมวล พบว่า เตาชีวมวลแบบมฉี นวน ทาการ
ทดสอบจานวน 4 คร้ัง คร้ังที่ 1 เวลาผ่านไป 3 นาที มีอุณหภูมิ 32 °C คร้ังท่ี 2 เวลาผ่านไป 5 นาที มี
อุณหภูมิ 64 °C ครั้งที่ 3 เวลาผ่านไป 6 นาที มีอุณหภูมิ 80 °C และคร้ังท่ี 4 เวลาผ่านไป 7 นาที
ตามลาดบั

ซ่ึงจากการทดสอบเตาท้ังสองชนิด พบจุดเดือน 100 °C เตาชีวมวลแบบมีฉนวน มีประสิทธิภาพ
ดีกว่าเตาชวี มวลแบบไม่มีฉนวน โดยพบอุณหภูมิ 100 °C (จุดเดอื ด) นาทที ่ี 7 โดยเตาชีวมวลแบบมฉี นวน
จะทาให้อุณหภูมิของน้าเดือดเร็วกว่า ซึ่งตรงกับกลไกการทางานของเตาชีวมวลคือ อากาศภายนอกส่วน
แ ร ก ไ ห ล ผ่ า น แ ผ่ น ป รั บ อ า ก า ศ แ ล ะ ต ะ แ ก ร ง เ ข้ า สู้ ห้ อ ง เ ผ า ไ ห ม้ ส่ ว น ที่ 1 เ กิ ด ป ฏิ กิ ริ ย า
ได้แก่ คาร์บอนไดออกไซด์กับน้า แก็สท่ีอุณหภูมิสูงจะไหลเข้าสู่ห้องเผาไหม้ ส่วนท่ี 2 และเกิดปฏิกริ ิยากับ
คาร์บอน ได้แก็สคาร์บอนมอนนอกไซด์ (CO) แก็สไฮโรเจน (H2) และแกส็ มีเธน (CH4) อากาศส่วนที่ ไหล
เขา้ ผสมกบั แกส็ ที่เกิดข้ึน และลุกไหมเ้ ป็นเปลวไฟให้ความร้อนออกมา

ขอ้ เสนอแนะ
1. สามารถพัฒนาต่อยอดทาเตาชวี มวลจากความคดิ สร้างสรรค์จากวัสดุที่คงทนสรา้ งอาชีพ
ท่ียัง่ ยืนได้
2. สามารถนาไปใช้กับวสั ดุเหลือใช้จากการเกษตร เช่น เศษไม้ เศษซากอ้อย ซังขา้ วโพด มาใช้
ทดแทนถ่าน เพ่ือลดปริมาณการใช้พลงั งานเช้อื เพลิงได้มากยงิ่ ขึ้น

15

เอกสารอ้างอิง

กฤษฎางค์ ศุกระมลู และคณะ. 2562 เทคโนโลยีการเปลี่ยนชวี มวล. กรุงเทพฯ: สมาคมสง่ เสริมเทคโนโลยี
(ไทย-ญปี่ ุน่ )

กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรกั ษ์พลงั งาน. 2555. แผนพัฒนาพลังงานทดแทนและพัฒนา
พลังงาน

ทางเลือก 10. [ระบบออนไลน์]. แหล่งท่ีมาhttp://www.dede.do.th/dede/images/stories/
dede_aedp_2012_2021.pdf (15 สิงหาคม 2557).
__________. 2556ก. ชีวมวล. [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา http://biomass.dede.go.th/biomass_
web/index.html (28 เมษายน 2560).
ชนธกานต์ ใสยิง่ และจกั รกฤศ ใคร้โทง้ . 2560. การพฒั นาและเพิ่มประสิทธภิ าพเตาชวี มวลสาหรับ
ครวั เรอื น. เชียงใหม่: มหาวยิ าลัยแมโ่ จ้
ฐิติกร บุญชวู งค.์ 2551. การผลติ โปรดวิ เซอรแ์ กส๊ โดยใชเ้ ศษผกั เป็นเชื้อเพลิงเพ่ือนาความรอ้ นทิ้งจาก
การเผาของเสยี ทางเคมไี ปใช้ผลติ เคร่ืองปนั้ ดินเผา. วทิ ยาลัยนพิ นธป์ ริญญาโท. มหาวทิ ยาลัย
เทคโนโลยพี ระจอมเกลา้ ธนบุร.ี
มลู นิธิพลังงานเพ่ือสิง่ แวดล้อม. 2559. ผลงานมลู นธิ ิพลังงานเพ่อื สิ่งแวดล้อมประจาปี พ.ศ.2544-
2555. กรุงเทพฯ: มูลนิธิพลังงานและสง่ิ แวดล้อม

ภาคผนวก

เตาชีวมวลแบบไม่มีฉนวน เตาชวี มวลแบบมฉี นวน (ปูนซเี มนตผ์ สมทราย 1:5)

เปรียบเทียบประสทิ ธภิ าพของเตาดว้ ยการวดั อุณหภมู ิน้าเทียบกบั เวลาเพื่อหาจุดเดือด

การประกอบเตาชวี มวลแบบมฉี นวนและแบบไม่มีฉนวน

ภาพการทดสอบประสทิ ธิภาพ เตาชีวมวลแบบมีฉนวน
ภาพการทดสอบประสทิ ธภิ าพ เตาชีวมวลแบบไม่มฉี นวน