เทคโนโลยีพลังงาน ศิริสรรพ เหล่าหะเกียรติ ภาควิชาวิทยาศาสตร์ทวั่ ไป คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ชนิดของแหล่ งพลังงาน • พลังงานหมุนเวียน (Renewable energy) เกิดทดแทนใหม่ได้อีกในระยะเวลาอันสั้น หรื อเกิดตามฤดูกาล ใช้ได้ ไม่หมดสิ้ น เช่น น้ า แสงอาทิตย์ ลม ผลิตภัณท์ทางการเกษตร เป็
Download ReportTranscript เทคโนโลยีพลังงาน ศิริสรรพ เหล่าหะเกียรติ ภาควิชาวิทยาศาสตร์ทวั่ ไป คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ชนิดของแหล่ งพลังงาน • พลังงานหมุนเวียน (Renewable energy) เกิดทดแทนใหม่ได้อีกในระยะเวลาอันสั้น หรื อเกิดตามฤดูกาล ใช้ได้ ไม่หมดสิ้ น เช่น น้ า แสงอาทิตย์ ลม ผลิตภัณท์ทางการเกษตร เป็
เทคโนโลยีพลังงาน ศริ ส ิ รรพ เหล่าหะเกียรติ ภาควิชาวิทยาศาสตร์ทั่วไป คณะ วิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ชนิ ดของแหล่งพลังงาน • พลังงานหมุนเวียน (Renewable energy) ั ้ หรือ เกิดทดแทนใหม่ได ้อีกในระยะเวลาอันสน ้ ้ไม่หมดสน ิ้ เชน ่ น้ า เกิดตามฤดูกาล ใชได แสงอาทิตย์ ลม ผลิตภัณท์ทางการเกษตร เป็ น ต ้น ิ้ เปลือง (Non – renewable • พลังงานสน energy) ้ ้วหมดสน ิ้ ไป ไม่ แหล่งกาเนิดพลังงานทีใ่ ชแล ั้ สามารถเกิดทดแทนได ้ในระยะเวลาอันสน ้ แหล่งพลังงานสินเปลื อง • ปิ โตรเลียม หมายความถึง น้ ามันดิบ และ กาซธรรมชาติเหลว ลักษณะเป็ นของเหลวกึง่ หนื ด ื่ ว่าเกิดจากการสลายตัวของอินทรียสาร เชน ่ • เชอ ั ว์ ทีท พืช-สต ่ ับถม • การกลั่นแบบลาดับสว่ น (Fractional Distillation) แยกผลิตภัณท์ของน้ ามันดิบออกจากกัน เนือ ่ งจาก ผลิตภัณท์ชนิดต่างๆ มีจด ุ เดือดที่ แตกต่างกันออกไป • ผลิตภัณท์จากการกลั่นน้ ามัน ่ ่ ดทีได้ ่ จากการ – กาซ LPG ได้ในส่วนทีเบาที สุ ่ ใช้สาหร ับการหุงต้ม กลัน – แนพธาเบา น้ ามันเบนซินธรรมดา ่ องนาไป – แนพธาหนัก เป็ นน้ ามันเบนซินทีต้ ่ ่ าออกเทน ปร ับปรุงคุณภาพ เพือเพิ มค่ – น้ ามันก๊าด นาไปใช้สาหร ับจุดไฟ หรือ ้ ่ นาไปใช้เป็ นน้ ามันเชือเพลิ งของเครืองยนตร ์ เจท – น้ ามันดีเซล Gasohol: gasoline 90% + ethanol 10% ้ การผลิตแก๊สโซฮอล ์ตามขันตอนของ โครงการส่วน พระองค ์ สวนจิตรดา • เอทานอล 200 ลิตร + สารป้ องก ันการก ัดกร่อน 30 กร ัม + น้ ามันเบนซิน 91 1800 ลิตร จะได้ แก๊ส โซฮอล ์ 2000 ลิตร Biodiesel ้ ่ จากน้ ามันพืช หรือ สัตว ์ ทีผ่ ่ าน เชือเพลิ งทีได้ ปฏิกริยา Esterification เป็ นสารเอสเทอร ์ที่ นามาใช้แทนน้ ามันดีเซล ื้ เพลิงเพือ • นอกจากนีย ้ ังมีการพัฒนาเชอ ่ ใชกั้ บ เครือ ่ งยนตร์ดเี ซลแบบอืน ่ ๆอีก • การพัฒนา ดีโซฮอล์ ทีโ่ ครงการสว่ นพระองค์ สวนจิตรดา โดยผสมน้ ามันดีเซล กับ เอทานอล ้ • โครงการการใชน้ ้ ามันปาล์มบริสท ุ ธิม ์ าใชงาน แทนน้ ามันดีเซล เป็ นต ้น กาซธรรมชาติ • เกิดจากการแปรสภาพของสารอินทรีย ์ เหมือนกับปิ โตรเลียม • ประกอบด ้วย มีเทน อีเทน เป็ นสว่ นใหญ่ ซงึ่ มี สถานะเป็ นกาซทีอ ่ ณ ุ หภูมป ิ กติ • ผลิตภัณท์ทไี่ ด ้จากการแยกกาซธรรมชาติ ้ นเชอ ื้ เพลิง – กาซมีเทน ใชเป็ – กาซอีเทน ใชส้ าหรับผลิตเอธทีลน ี – กาซปิ โตรเลียมเหลว และ โพรเพน • ถ่านหิน ่ ดไฟได้ง่าย – หินทีติ ้ สาร – ประกอบด้วย ธาตุคาร ์บอน ความชืน ระเหย กามะถัน – ชนิ ดของถ่านหิน ่ สุ ่ ด ให้ความร ้อนตา ่ • ลิกไนต ์ คุณภาพตาที 3000-8300 BTU/Lb • ซ ับบิทูมน ิ ส ั 8300-11500 BTU/Lb • บิทูมน ิ ส ั มากกว่า 11000 BTU/Lb • แอนทราไซต ์ คุณภาพดีทสุ ี่ ด มีป ริมาณ ่ คาร ์บอนมากกว่าร ้อยละ 86 สารระเหยตา กว่า ร ้อยละ 14 การเผาใหม้ถา ่ นหิน – C + O2 CO2 + heat – S + O2 SO2 + heat ่ จากการเผาไหม้ถา – ความร ้อนทีได้ ่ นหิน จะ ได้จากคาร ์บอนเป็ นส่วนใหญ่ ส่วนซ ัลเฟอร ์ ้ นอกจากจะให้ความร ้อนตาแล้ ่ นัน วยังให้ แก๊สพิษคือ ซ ัลเฟอร ์ไดออกไซด ์ (SO2) ที่ ่ ่ เป็ นอ ันตรายต่อสิงแวดล้ อมและเมือละลาย ในน้ าจะกลายเป็ นกรดซ ัลฟู ริก กัดกร่อน ่ อสร ้างและโลหะต่างๆ ได้ สิงก่ • พลังงานนิ วเคลียส ์ ่ อยออกมาจากปฏิก ิรย • พลังงานทีปล่ ิ านิ วเคลียร ์ เช่นจากปฏิก ิรย ิ าฟิ สช ันของยู เรเนี ยม 235 • 92U235 + 0N1 37Rb94 + 55Cs140 + 20N1 + Q ่ อยออกมาจากปฏิก ิรย • Q เป็ นพลังงานทีปล่ ิ า นิ วเคลียร ์ ้ งงานนิวเคลียสจ ์ ะมี • โรงไฟฟ้ าทีใ่ ชพลั ิ ธิภาพมากกว่าโรงไฟฟ้ าทีใ่ ชเช ้ อ ื้ เพลิง ประสท ิ มาก ฟอสซล • การขจัดกากตะกอน ์ ะให ้กากกัมมันตรังส ี ทัง้ กาซ – ปฏิกริยานิวเคลียสจ ของเหลว และของแข็ง ี า่ ลง – กาซจะเก็บไว ้ในถังกาซ รอจนกัมมันตรังสต ่ รรยากาศ จะปล่อยออกสูบ ี กตะกอน – ของเหลวจะทาให ้สารกัมมันตรังสต และระบายของเหลวออกทางระบบระบายน้ าทิง้ ี า่ จนไม่เกิด เมือ ่ ตรวจพบว่า ปริมาณกัมมันตรังสต อันตรายแล ้ว ิ จนกัมมันตรังสส ี ลายไป – ของแข็ง เก็บให ้มิดชด โดยอัดให ้มีปริมาตรขนาดเล็ก และห่อหุ ้มด ้วย • นอกจากการผลิกกระแสไฟฟ้ าแล ้ว ์ งั สามารถนาไปใช ้ พลังงานนิวเคลียสย ่ ในกิจการด ้านอืน ่ ๆอีก เชน ้ • ใชในการรั กษาโรคมะเร็ง ไทรอยด์ ใช ้ ึ ษาการเมตาบอลิซม ึ ของ ในการศก ร่างกาย ้ • ใชในการถนอมผั กและผลไม ้ ยับยัง้ การสุกของผลไม ้ และทาลายจุลน ิ ทรีย ์ พลังงานหมุนเวียน (Renewable energy) • พลังงานลม ่ จะขึนก ้ บ – พลังงานกลจากลมทีได้ ั ลักษณะของ ใบพัดของกังหันลม และความเร็วลม • พลังงานความร ้อนใต้พนโลก ื้ (geothermal energy)* – ภายในเปลือกโลก เป็ นหินหลอมเหลว ในบาง ้ หิ ่ นหลอมเหลวนี สามารถแทรกตั ้ ้ พืนที วขึนมากบริ เวณเปลือกโลกได้ เราสามารถนาพลังงานความ ้ ร ้อนจากแมกมาเหล่านี มาใช้ ประโยชน์ได้ ่ • พลังงานคลืน* ่ ดจากการเคลือนที ่ ่ ่ – นาพลังงานกลทีเกิ ของคลื นมา ใช้ประโยชน์ พลังงานน้ า ่ ดจากการ • พลังงานน้ าเป็ นพลังงานกลทีเกิ ้ า โดยมากจะสะสมอยู ่ในรู ป ่ ่ ของน เคลือนที ่ ของพลังงานศ ักย ์ ในเขือนต่ างๆ ่ การปล่อยน้ าออกจากเขือน ่ • เมือมี น้ าจะใหล ่ ่ ลงสู ่ทต ี่ ากว่ า เปลียนรู ปเป็ นพลังงานจลน์ • กังหันน้ าทาหน้าทีร่ ับพลังงานจลน์จากน้ าและ ่ ่ ดจากการหมุนของ เปลียนเป็ นพลังงานกลทีเกิ กังหันน้ า • พลังงานแสงอาทิตย ์ – การใช้พลังงานแสงอาทิตย ์ในรู ปของพลังงาน ความร ้อน ่ • การใช้พลังงานแสงอาทิตย ์เพือสร ้างไฟฟ้า ่ วั นา • เซลแสงอาทิตย ์ทาจากอุปกรณ์สารกึงต เช่น ซิลก ิ อน แคดเมียมซ ัลไฟด ์ แกลเลียมอา เซนไนด ์ ่ • เมือเซลแสงอาทิ ตย ์ได้ร ับพลังงานจาก ่ ่ าให้เกิด แสงอาทิตย ์ อิเล็กตรอนจะเคลือนที ท ้ กระแสไฟฟ้าขึน ่ า การแปลงพลังงานและระบบทีท ่ หน้าทีแปลงพลั งงาน • แปลงพลังงานจากรูปแบบหนึง่ มาเป็ น ้ พลังงานในรูปแบบทีใ่ ชประโยชน์ ได ้ กฎของอุณหพลศาสตร ์ • หลักการแปลงพลังงาน – กฎข ้อ 1 Q W E งาน ความร ้อน และ พลังงานมีความเท่าเทียมกัน – พลังงานสามารถแปลงรู ปได้ – หลักการอนุรักษ์พลังงาน – กฎข ้อ 2 ในการแปลงพลังงานแต่ละครัง้ เราต ้อง ี พลังงานบางสว่ นให ้กับสงิ่ แวดล ้อมเสมอ สูญเสย ั ดาปภายใน เครือ ่ งยนตร์สน • เครือ ่ งยนตร์แบบ SI (spark ignition) • เครือ ่ งยนตร์แบบ CI (compression ignition) ั เชอ ื้ เพลิง • สร ้างพลังงานโดยอาศย ขัน ้ ตอนการแปลงพลังงานของ เครือ ่ งยนตร์ พลังงานเคมี พลังงานภายในพันธะของ ้ โมเลกุลของเชือเพลิ ง พลังงานความร ้อนเนื่องจากการเผาใหม้เชือ้ ่ ่ พลังงานกลเนื่องจากการเคลือนที ของลู กส ั ดาปภายใน เครือ ่ งยนตร์สน • หลักการทางานของเครือ ่ งยนตร์ ื้ เพลิงและอากาศเข ้าไปในกระบอก – การรับเอาเชอ สูบ ื้ เพลิงให ้มีความดันสูง ทาให ้ – อัดอากาศและเชอ เกิดแรงระเบิดมากพอทีจ ่ ะทาให ้เครือ ่ งยนตร สามารถทางานได ้ ื้ เพลิงภายในกระบอกสูบและอากาศเกิดการ – เชอ ระเบิดขึน ้ (ซงึ่ อาจเกิดเนือ ่ งจากการใชหั้ วเทียนจุด ระเบิดในเครือ ่ งแบบ SI หรือเกิดเนือ ่ งจากการอัด อากาศในเครือ ่ งยนตร์แบบ CI ี และเชอ ื้ เพลิงหลังจากเกิดการ – คายอากาศเสย 1 2 4 3 ่ มลพิษจากเครืองยนตร ์ • ก๊าซคาร ์บอนมอนนอกไซด ์ การเผาใหม้ท ี่ ไม่สมบู รณ์ ่ • ไฮโดรคาร ์บอน สารตกค้างทีเหลื อ จากการเผาใหม้ • ไนโตรเจนออกไซด ์ อุณหภู มใิ นการเผา ่ ใหม้สูง ก็จะเกิดไนโตรเจนออกไซด ์ยิงมาก เครือ ่ งกาเนิดไฟฟ้ า • พลังงานไฟฟ้ าสามารถแปลงเป็ นพลังงาน รูปแบบอืน ่ ได ้มากมาย • ระบบการสง่ พลังงานไฟฟ้ า เป็ นระบบทีม ่ ี ิ ธิภาพสูงมากและมีคา่ ใชจ่้ ายตา่ ประสท ่ การใชเซล ้ • ไฟฟ้ าอาจเกิดได ้หลายวิธ ี เชน แสงอาทิตย์ การสร ้างพลังงานไฟฟ้ าจาก ปฏิกริยาไฟฟ้ าเคมี หลักการแปลงพลังงานกล เป็ นพลังงานไฟฟ้ า S พลังงา นกล N พลังงาน ไฟฟ้า = การเก็บสะสมพลังงาน • แบตเตอรี่ ่ การทางานเป็ นสองโมด คือ โมดจ่าย – แบตเตอรีมี พลังงาน (discharge) และโมดเก็บพลังงาน (charge) ้ – ขัวอาโนด Pb + SO42- --> PbSO4 + 2e้ – ขัวคาโธด PbO2 + 4H+ + SO42-+ 2e---> PbSO4 + 2H2O ้ เซลเชือเพลิ ง (fuel cell) • สร ้างไฟฟ้ าขึน ้ มาจากปฏิกริยาเคมี ื้ เพลิงจะสร ้างไฟฟ้ าจากปฎิกริยาการ • เซลเชอ รวมอิออนของ ไฮโดรเจนเข ้ากับอะตอมของ ออกซเิ จน ้ าปฏิกริยาของเซลเชอ ื้ เพลิงจะได ้รับ • สารทีใ่ ชท จากภายนอก ื้ เพลิงแบบ การทางานของเซลเชอ คาร์บอเนต ื้ เพลิง • การสร ้างไฮโดรเจนให ้กับเซลเชอ – CH4 + H2O --> 3H2+CO – กริยาทีข ่ วั ้ อาโนด – H2+CO3- --> H2O +CO2+ 2e– CO+ CO3- --> 2 CO2+2e– ปฏิกริยาทีข ่ วั ้ คาโธด – ½ O2+ CO2+ 2e- --> CO3- Natural gas CH 4 H2 O2 e e H 2O + - - ปั๊มไฮโดร (Pump Hydro) ปั ญหาของแหล่งพลังงาน ้ ้อีกประมาณ 42 ปี แก๊สธรรมชาติม ี • น้ ามันใชได ้ ้อีก 64 ปี และถ่านหินมีพอใชได ้ ้อีก พอใชได 220 ปี