ถ่านหิน

ถ่านหิน คือ หินตะกอนชนิดหนึ่งที่เกิดจากการตกตะกอนสะสมของซากพืชในยุคดึกดำบรรพ์เป็นเวลายาวนานหลายล้านปี จนตะกอนนั้นได้เปลี่ยนสภาพไปและมีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นธาตุคาร์บอน โดยมีธาตุอื่นๆทั้งที่เป็นก๊าซและของเหลวปนอยู่ด้วยในสัดส่วนที่น้อยกว่าและเป็นแร่เชื้อเพลิงสามารถติดไฟได้ มีสีน้ำตาลอ่อนจนถึงสีดำ มีทั้งชนิดผิวมันและผิวด้าน น้ำหนักเบา ถ่านหินประกอบด้วยธาตุที่สำคัญ 4 อย่างได้แก่ คาร์บอน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน และออกซิเจน นอกจากนั้น มีธาตุหรือสารอื่น เช่น กำมะถัน เจือปนเล็กน้อย ถ่านหินที่มีจำนวนคาร์บอนสูงและมีธาตุอื่น ๆ ต่ำ เมื่อนำมาเผาจะให้ความร้อนมาก ถือว่าเป็นถ่านหินคุณภาพดี

การเกิดถ่านหินมีความหลากหลายทั้งจากปัจจัยของแหล่งกำเนิด ระยะเวลาและสภาวะต่างๆ ทำให้ถ่านหินจากแหล่งต่างกันมีองค์ประกอบและคุณสมบัติต่างกันและถูกแบ่งประเภทไว้เป็นศักดิ์ (RANK) ตามความสมบูรณ์ทางธรณีวิทยาที่กลายเป็นถ่านหิน (Coalification Process) สามารถแยกประเภทตามลำดับชั้นได้เป็น 5 ประเภท คือ

ถ่านหินถูกนำมาใช้ประโยชน์อย่างแพร่หลาย เนื่องจากมีแหล่งสำรองกระจายอยู่ทั่วโลกและปริมาณค่อนข้างมาก การขุดถ่านหินขึ้นมาใช้ประโยชน์ไม่ยุ่งยากซับซ้อน ถ่านหินราคาถูกกว่าน้ำมัน ถ่านหินส่วนใหญ่จึงถูกนำมาเป็นเชื้อเพลิงในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ที่ใช้หม้อน้ำร้อนในกระบวนการผลิต เช่น การผลิตไฟฟ้า การถลุงโลหะ การผลิตปูนซีเมนต์ การบ่มใบยาสูบ และการผลิตอาหาร เป็นต้น นอกจากนั้นยังมีการใช้ประโยชน์ในด้านอื่น เช่น การทำถ่านสังเคราะห์ (Activated Carbon) เพื่อดูดซับกลิ่น การทำคาร์บอนด์ไฟเบอร์ (Carbon Fiber) ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความแข็งแกร่งแต่มีน้ำหนักเบา และการแปรสภาพถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงเหลว (Coal liquefaction) หรือ เป็นแปรสภาพก๊าซ (Coal Gasification) ซึ่งเป็นการใช้ถ่านหินแบบเชื้อเพลิงสะอาดเพื่อช่วยลดมลภาวะจากการใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงได้อีกทางหนึ่ง ภายใต้กระบวนการแปรสภาพถ่านหิน จะสามารถแยกเอาก๊าซที่มีฤทธิ์เป็นกรดหรือเป็นพิษ และสารพลอยได้ต่าง ๆ ที่มีอยู่ในถ่านหินนำไปใช้ประโยชน์อื่นได้อีก เช่น กำมะถันใช้ทำกรดกำมะถันและแร่ยิปซัม แอมโมเนียใช้ทำปุ๋ยเพื่อเกษตรกรรม เถ้าถ่านหินใช้ทำวัสดุก่อสร้าง เป็นต้น

ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงหลักในการผลิตไฟฟ้าของโลก โดยมีสัดส่วนประมาณร้อยละ 41 มากกว่าเชื้อเพลิงชนิดอื่น เนื่องจากมีราคาถูก และสามารถจัดหาได้ง่าย การใช้ถ่านหินเพื่อผลิตไฟฟ้าในโรงไฟฟ้าทั่วไปจะใช้ความร้อนจากการเผาไหม้ถ่านหินมาต้มน้ำให้เกิดไอน้ำโดยใช้หม้อไอน้ำ (Steam Boiler) หรือเครื่องกำเนิดไอน้ำ (Steam Generator)และส่งไอน้ำไปขับเคลื่อนกังหันไอน้ำ (Steam Turbine)และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator)เพื่อผลิตไฟฟ้า

นอกจากใช้ถ่านหินเพื่อผลิตไฟฟ้าแล้ว ถ่านหินยังเป็นแหล่งพลังงานความร้อนที่สำคัญในภาคอุตสาหกรรม เช่น อุตสาหกรรมถลุงเหล็ก ปูนซีเมนต์ กระดาษ อาหาร เป็นต้น สารเคมีต่างๆ ในถ่านหินยังสามารถแยกออกมาเพื่อผลิตพลาสติก น้ำมันทาร์ ไฟเบอร์สังเคราะห์ ปุ๋ย และยาได้

แหล่งถ่านหินนั้นมีกระจายอยู่เกือบทุกประเทศทั่วโลก ซึ่งแหล่งที่สามารถขุดขึ้นมาใช้ประโยชน์ได้ (Recoverable Reserves) มีประมาณ 70 ประเทศ ซึ่งจากการประมาณปริมาณสำรองถ่านหินของโลก โดย Energy Information Administration ประเทศสหรัฐอเมริกา พบว่าในปี พ.ศ. 2546 ทั่วโลกมีปริมาณสำรองถ่านหิน 1,000,912 ล้านตัน โดยพื้นที่ที่มีปริมาณสำรองถ่านหินอยู่มาก ได้แก่ ในทวีปอเมริกาเหนือ โดยเฉพาะประเทศสหรัฐอเมริกา ทวีปยุโรป โดยเฉพาะประเทศโปแลนด์ เยอรมัน และทวีปเอเชีย โดยเฉพาะประเทศจีน ออสเตรเลีย อินเดีย และประเทศรัสเซีย

เนื่องจากถ่านหินมีราคาถูก สามารถจัดหาได้ง่ายและกองเก็บไว้ในโรงไฟฟ้าได้ทำให้การผลิตไฟฟ้าเพื่อรองรับไฟฟ้าขั้นต่ำ (Base Load Demand) ส่วนความผันผวนของราคาถ่านหิน เนื่องจากถ่านหินเป็นสินค้า (Commodity)ชนิดหนึ่งซึ่งมีการซื้อขายกันในตลาดโลกเช่นเดียวกับน้ำมัน ราคาถ่านหินจึงอาจมีแนวโน้มสูงขึ้นหรือต่ำลงในลักษณะเดียวกับน้ำมันได้ ซึ่งเป็นไปตามสภาวะเศรษฐกิจ ความต้องการใช้ และการเก็งกำไรในตลาด อย่างไรก็ตามถ่านหินยังคงมีราคาถูกเมื่อเปรียบเทียบกับเชื้อเพลิงชนิดอื่น

ในปี 2549 จีนเป็นผู้ผลิตถ่านหินมากที่สุด ร้อยละ 38 ตามด้วย สหรัฐอเมริกาและอินเดีย ตามการสำรวจของกรมทรัพยากรธรณี ของอังกฤษ ในปี 2555 สหรัฐอเมริการ ได้ลดกำลังการผลิตถ่านหินลงร้อยละ 7 และมีการปิดโรงไฟฟ้าถ่านหิน แล้วใช้แก๊สธรรมชาติในการผลิตไฟฟ้าแทน โดยความต้องการถ่านหินในประเทศที่ลดลง แต่ส่งออกถ่านหินในปริมาณเพิ่มขึ้น โดยประเทศแถบแปซิฟิกตะวันตกเฉียงเหนือ ได้ผลิตถ่านหินเพื่อส่งออกไปยังจีน และประเทศต่างๆในทวีปเอเชีย ในปี 2556 ปัญหาทางด้านสิ่งแวดล้อม เพราะถ่านหินมีกำมะถันอยู่เป็นจำนวนมาก

จากการสำรวจพบว่า โลกของเรามีปริมาณถ่านหินสำรองประมาณ 948 พันล้านตัน ในปี 2550 มีการใช้ถ่านหิน 7.075 พันล้านตัน เทียบได้กับ ปริมาณน้ำมันดิบ 57 ล้านบาร์เรล ต่อวัน หรือเทียบกับ ก๊าซธรรมชาติ 51 ล้านบาร์เรล ต่อวัน (ข้อมูล ปี 2550)

จากการรายงานของ British Petroleum ในปี 2550 ในปี 2551 พบว่ามีปริมาณถ่านหินสำรองที่สามารถใช้ได้ประมาณ 147 ปี ตัวเลขนี้เป็นเพียงการขุดเจาะสำรวจของบริษัทด้านพลังงาน ซึงอาจมีพื้นที่มีถ่านหินแต่ไม่ได้รับการสำรวจอยู่ ในปัจจุบันบริษัทด้านพลังงานได้เร่งสำรวจปริมาณถ่านหินสำรองทั่วโลก แต่บางประเทศขาดการปรับปรุงฐานข้อมูลทรัพยากรของต้นเอง ทำให้ข้อมูลมีความคลาดเลือนได้

ปริมาณถ่านหินที่มีอยู่กระจายอยู่ใน 100 ประเทศทั่วโลก ทั่วทุกทวีป ยกเว้นทวีปแอนตาร์กติกา ปริมาณสำรองที่พบมากที่สุด ประเทศสหรัฐอเมริกา, รัสเซีย, จีน, ออสเตรเลียและอินเดีย ดังแสดงในตาราง

ปริมาณถ่านหินสำรองที่ได้รับการสำรวจเพื่อการใช้งานดังแสดงในตาราง แสงประเทศที่มีการผลิตถ่านหินมากกว่า 100 ล้านตัน ในช่วง ปี พ.ศ. 2546 - พ.ศ. 2554

ประเทศไทยมีแหล่งถ่านหินกระจายอยู่ทั่วทุกภาค มีปริมาณสำรองทั้งสิ้น ประมาณ 2,197 ล้านตัน แหล่งสำคัญอยู่ในภาคเหนือประมาณ 1,803 ล้านตัน หรือร้อยละ 82 ของปริมาณสำรองทั่วประเทศ ส่วนอีก 394 ล้านตัน หรือ ร้อยละ 18 อยู่ภาคใต้ ถ่านหินส่วนใหญ่มีคุณภาพต่ำอยู่ในขั้นลิกไนต์และซับบิทูมินัส มีค่าความร้อนระหว่าง 2,800 - 5,200 กิโลแคลอรี่ต่อกิโลกรัม หรือ ถ่านลิกไนต์ 2 - 3.7 ตัน ให้ค่าความร้อนเท่ากับน้ำมันเตา 1 ตัน ลิกไนต์เป็นถ่านหินที่พบมากที่สุดในประเทศไทย ที่แม่เมาะ จ.ลำปาง และ จ.กระบี่ จัดว่าเป็นลิกไนต์ที่คุณภาพแย่ที่สุด พบว่าส่วนใหญ่ มีเถ้าปนอยู่มากแต่มีกำมะถันเพียงเล็กน้อย คาร์บอนคงที่อยู่ระหว่างร้อยละ 41 - 74 ปริมาณความชื้นอยู่ระหว่างร้อยละ 7 - 30 และเถ้าอยู่ระหว่างร้อยละ 2 - 45 โดยน้ำหนัก ในช่วงที่ราคาน้ำมันยังไม่แพงประเทศไทยไม่นิยมใช้ลิกไนต์มากนักแต่ภายหลังที่เกิดวิกฤติน้ำมัน จึงได้มีการนำลิกไนต์มาใช้แทนน้ำมันเชื้อเพลิงมากขึ้นทั้งในด้านการผลิตกระแสไฟฟ้าและอุตสาหกรรม แหล่งถ่านหินที่มีการสำรวจพบบางแหล่งได้ทำเหมืองผลิตถ่านหินขึ้นมาใช้ประโยชน์แล้ว แต่บางแหล่งยังรอการพัฒนาขึ้นมาใช้ประโยชน์ต่อไป

ในฐานะเป็นเชื้อเพลิงตัวหนึ่งถ่านหินก้อมีข้อดีข้อด้อยในตัวเองเช่นเดียวกับเชื้อเพลิงน้ำมัน ก๊าซ และเชื้อเพลิงหมุนเวียน การพิจารณานำมาใช้ก็ขึ้นอยู่กับความเหมาะสมต่อสถานการณ์แตกต่างกันไป โดยข้อดีและข้อด้อยของเชื้อเพลิงชนิดต่างๆสามารถสรุปเปรียบเทียบได้ดังนี้

ถ่านหินส่วนใหญ่ที่พบในประเทศไทยเป็นลิกไนต์ (Lignite) ที่มีคุณภาพค่อนข้างต่ำ คือมีค่าความร้อนต่ำ ความชื้นสูง เถ้าสูง และบางแหล่งมีปริมาณซัลเฟอร์สูง โดยมีแหล่งใหญ่ที่สุดอยู่ที่ อ.แม่เมาะ จ.ลำปาง

นอกจากนั้นแล้ว ยังมีถ่านหินที่มีคุณภาพสูงขึ้นคือ ซับบิทูมินัส (Sub bituminous) และแอนทราไซต์ (Anthracite)อยู่เพียงเล็กน้อย ที่จังหวัดเลย สำหรับปริมาณถ่านหินสำรองของประเทศไทย แบ่งเป็นลิกไนต์สำหรับผลิตไฟฟ้า มีปริมาณ 1,140 ล้านตัน และซับบิทูมินัส ที่ใช้สำหรับอุตสาหกรรม ประมาณ 200 ล้านตัน

ปัจจุบันประชาชนชาวไทยยังไม่ยอมรับเชื้อเพลิงถ่านหินเนื่องจากประสบการณ์ในอดีตของโรงไฟฟ้าแม่เมาะ ซึ่งเทคโนโยยีในสมัยนั้นยังไม่ทันสมัยและการลงทุนติดตั้งเครื่องมืออุปกรณ์ควบคุมมลภาวะอาจยังไม่คุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ ประกอบกับแหล่งถ่านหินในประเทศเป็นถ่ายหินที่คุณภาพไม่ดีนัก ถึงแม้ภายหลังจะได้รับการบริหารจัดการเป็นอย่างดี ทั้งด้านเทคโนโลยีที่สะอาดและการได้รับความยอมรับในพื้นที่ แต่ก็ยังเป็นที่กังวลของหลายฝ่าย จึงทำให้ความรู้เกี่ยวกับเทคโนโลยีถ่านหินยังไม่แพร่หลายมากนักในประเทศไทย