หลักการ
ลักษณะเด่น
ออกแบบให้สามารถควบคุมอากาศ ภายในเตาได้ เคลื่อนย้ายสะดวก เก็บรักษาง่าย เผาถ่านได้คุณภาพดีนำาเศษกิ่งไม้มาเผาเป็นถ่านได้ สร้างประกอบง่าย ไม่ซับซ้อน มีอายุการใช้งานนาน ราคาถูก ได้น้ำาส้มควันไม้เป็นผลพลอยได้
กระบวนการผลิตถ่านที่มีประสิทธิภาพ
ถ่าน คือ ไม้ที่ได้จากการเผาไหม้ภายในบริเวณที่มีอากาศอยู่เบาบาง หรืออาจกล่าวในทางเทคนิคก็คือ กระบวนการแยกสารอินทรีย์ภายในไม้ในสภาวะที่อากาศอยู่น้อยมาก เมื่อมีการให้ความร้อนระหว่างกระบวนการจะช่วยกำจัดน้ำ น้ำมันดินและสารประกอบอื่นๆ ออกจากไม้ซึ่งผลผลิตที่ได้จากกระบวนการ คือ สารต่างๆ ประกอบด้วย สารประกอบหลักคือ คาร์บอน (80%) นอกจากนั้นจะเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอน (10 - 20%) เถ้า (0.5 - 10%) และแร่ธาตุต่างๆ เช่น กำมะถันและฟอสฟอรัส ถ่านที่ได้หลังจากกระบวนการผลิตจะมีปริมาณของคาร์บอนสูงและไม่มีความชื้น ทำให้ปริมาณพลังงานในถ่านสูง โดยมีค่าเป็นสองเท่าของปริมาณพลังงานในไม้แห้ง สำหรับกระบวนการที่ทำให้สารอินทรีย์ในเนื้อไม้เปลี่ยนรูปเป็นถ่านเรียกว่า “คาร์บอนไนเซชั่น” (carbonization) เราสามารถแยกกระบวนการดังกล่าวเป็น 4 ขั้นตอน ได้แก่ การเผาไหม้ การลดความชื้น การคายความร้อนและการทำให้เย็นตัวโดยแต่ละขั้นตอนอาจจะเกิดขึ้นภายในเตาเผาถ่านในช่วงเวลาเดียวกัน แต่ไม้ทุกชิ้นภายในเตาถ่านจะต้องผ่านกระบวนการทั้งหมดตามขั้นตอน สำหรับเวลาที่ใช้ในแต่ละขั้นตอนขึ้นอยู่กับขนาดของเตาเผาถ่าน ชนิดของเตาเผาถ่าน
1. การเผาไหม้ (Combustion)
2. การลดความชื้น (Dehydration)
เป็นกระบวนการให้ความร้อนโดยการเผาไหม้ เพื่อไล่ความชื้นภายในเนื้อไม้ให้ออกไปอยู่ในรูปของไอน้ำ โดยระหว่างกระบวนการอุณหภูมิของเตาเผาถ่านจะสูงขึ้นทีละน้อยจนกระทั่งถึงอุณหภูมิประมาณ 270°C ความชื้นก็จะค่อยๆ ลดลงจนกระทั่งหมดไป ซึ่งสังเกตได้จากปริมาณไอน้ำสีขาวที่เกิดขึ้นจนหนาทึบ
3. การคายความร้อน (Exothermic)
ซึ่งวัสดุแข็งที่ได้หลังกระบวนการนี้จะเรียกว่า “ถ่าน” ระหว่างกระบวนการคายความร้อน จะมีควันสีเหลืองและการระเหยของไอน้ำเกิดขึ้น โดยอุณหภูมิภายในเตาเผาถ่านจะสูงถึงประมาณ 700°C
4. การทำให้เย็นตัว (Cooling)
เป็นกระบวนการลดความร้อนของเตา เพื่อนำถ่านที่ได้ออกจากเตา
กระบวนการกลายเป็นถ่าน
- เมื่อได้รับความร้อนจากเชื้อเพลิงหน้าเตารวมตัวกับอากาศเข้าไปทำปฏิกิริยาแล้วไล่ความชื้นออกจากเนื้อไม้ และความชื้นของอากาศที่อยู่ในเตาระเหยออกมาทางปากปล่องควันของเตาเผาถ่าน สังเกตจากสีของควันที่ออกมาจะเป็นสีขาวอุณหภูมิเฉลี่ยที่อยู่ในเตาจะประมาณ 20 – 120 องศาเซลเซียส
- เมื่อให้ความร้อนและอากาศต่อไปอีกไม้จะเริ่มสะสมความร้อน ความชื้นในเนื้อไม้ระเหยใกล้จะหมดสังเกตได้จากสีของควันที่ปากปล่องควัน เริ่มจะมีสีขาวปนสีเหลืองออกมาอุณหภูมิเฉลี่ยในเตาประมาณ 150 องศาเซลเซียส
- ไม้ที่อยู่ในเตาได้สะสมความร้อนเพียงพอที่จะทำปฏิกิริยาต่อเนื่อง โดยไม่ต้องให้ความร้อนจากเชื้อเพลิงหน้าเตาและลดปริมาณอากาศหน้าเตาให้เข้าไปในเตาปริมาณน้อย ช่วงนี้ความชื้นในเตาหมดไปเฮมิเซลลูโลส สารแทรกในเนื้อไม้ เริ่มระเหยออกมาทางปากปล่องสังเกตจากสีของควันจะเป็นสีขาวปนสีเหลืองอย่างรุนแรงมีกลิ่นฉุน อุณหภูมิเฉลี่ยในเตาประมาณ 150 - 180 องศาเซลเซียส
- เมื่อลดปริมาณอากาศบริเวณหน้าเตาอุณหภูมิในเตายังสูงขึ้น ช่วงนี้เฮมิเซลลูโลส ระเหยออกใกล้หมด ส่วนเซลลูโลส ลิกนิน เริ่มระเหยออกมาโครงสร้างของไม้บริเวณผิวด้านนอกของไม้เริ่มกลายเป็นถ่านอุณหภูมิเฉลี่ยในเตาประมาณ 280 - 350 องศาเซลเซียส กระบวนการนี้จะเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง จนถึงอุณหภูมิเฉลี่ยในเตาประมาณ 350 - 400 องศาเซลเซียส สังเกตได้จากสีของควันที่ปากปล่องควันเป็นสีเทาปนน้ำเงิน
- อุณหภูมิในเตาเฉลี่ยจะสูงขึ้นจนถึง 450 – 500 องศาเซลเซียส สารประกอบต่างๆ ที่อยู่ในโครงสร้างไม้ระเหยออกไปหมด เหลือแต่โครงสร้างของไม้ที่เป็นคาร์บอนที่เรียกว่า ถ่าน นั่นเอง ช่วงนี้จะเป็นช่วงของการหยุดการเกิดปฏิกิริยาในเตา ซึ่งทำได้โดยปิดไม่ให้ออกเซิเจนในอากาศเข้าไปในเตา ถ้าปล่อยให้ออกซิเจนเข้าไปในเตาจะทำให้เกิดปฏิกิริยาต่อไปอีก จะทำให้คาร์บอนที่อยู่ในถ่านถูกเผาไหม้จนกลายเป็นถ่านในที่สุด
น้ำหนักถ่าน ถ่าน 1 กระสอบควรมีน้ำหนักมากกว่า 40 กิโลกรัม เพราะถ่านที่มีน้ำหนักมากจะให้ ความร้อนได้นาน ส่วนถ่านที่เบาและมีโพรงอากาศมากจะลุกไหม้และสูญเสียความร้อนไปอย่างรวดเร็ว ทำให้ต้องใช้ถ่านมากในการหุงต้มแต่ละครั้งความแข็งแกร่ง ถ่านที่มีความแกร่งมากนอกจากจะให้ความร้อนสูงแล้วยังสะดวกในการขนส่งเพราะไม่ค่อยแตกหัก เราสามารถทดสอบความแกร่งของถ่านได้โดยการใช้ไม้เคาะเบาๆ หรือใช้มือบีบก้อนถ่าน ถ้าแตกหักง่ายแสดงว่าถ่านคุณภาพไม่ดีจะมีการแตกป่นมากระหว่างการขนส่งการแตกระเบิดเมื่อติดไฟหรือปะทุไฟ ถ่านที่ปะทุไฟจะทำความรำคาญและความเสียหายกับผู้ใช้มาก เพราะนอกจากจะเป็นอันตรายต่อผิวหนังแล้วยังอาจทำให้เสื้อผ้าของใช้เสียหายเนื่องจากไฟไหม้ และทำให้บ้านเรือนสกปรกด้วย ถ่านที่ผ่านการทดสอบแล้วไม่มีการปะทุไฟเลย ถือว่าเป็นถ่านที่มีคุณภาพดีมากเหมาะสมในการนำมาใช้หุงต้มในครัวเรือน ถ่านที่มีการปะทุไฟเล็กน้อยในช่วงแรกที่ติดไฟยังถือว่าเป็นถ่านคุณภาพดี ถ้ามีการปะทุไฟนาน 2 - 3 นาที แสดงว่าเป็นถ่านคุณภาพปานกลาง แต่ถ้ามีการปะทุไฟมากและนานจนกระทั่งสุกแดงทั้งก้อน (ประมาณ 5 นาทีหรือมากกว่า) แสดงว่าเป็นถ่านคุณภาพต่ำ ไม่เหมาะสมที่จะนำมาหุงต้มในครัวเรือน ควันถ่านที่ดีไม่ควรมีควันดำและกลิ่นฉุน ถ้ามีก็มีเพียงเล็กน้อย ถ่านที่มีควันดำแสดงว่า เป็นถ่านที่มีน้ำมันดินผสมอยู่ หรือเป็นถ่านที่เผาไหม้ไม่สมบูรณ์
ประโยชน์ของถ่านที่มีคุณภาพ
ถ่านที่ผ่านการเผาไหม้ที่อุณหภูมิ ณ จุดต่ำสุด 350°C ถือว่าเป็นถ่านที่สมบูรณ์ คือ ไม่มีน้ำมันดินปนอยู่มีคุณสมบัติในด้านต่างๆ ดังที่กล่าวแล้ว และเหมาะสำหรับการนำมาใช้ติดไฟหุงต้ม นอกจากนี้คุณทราบหรือไม่ว่าถ่านที่ผ่านกระบวนการเผาไหม้จนกระทั่งอุณหภูมิสูงเกินกว่า 450°C จะมีความแข็งแกร่งมากและสามารถนำ ไฟฟ้าได้ด้วย ซึ่งในประเทศญี่ปุ่นนิยมใช้ทำเป็นเตียงนอน เพราะมีผลต่อระบบการเต้นของหัวใจ นอกจากนี้ยังนำ ไปดัดแปลงทำเป็นเครื่องประดับบ้านได้ ด้วยลักษณะพิเศษของถ่านประเภทนี้อีกประการหนึ่งคือ นำไปป่นผสมกับน้ำส้มควันไม้สำหรับผสมดินที่จะใช้ปลูกต้นไม้ โดยเฉพาะพืชตระกูลถั่วจะช่วยให้ปมรากของต้นไม้ดูดซึมสารอาหารได้ดี หรือหากนำไปใช้ผสมกับอาหารสัตว์จะช่วยให้ระบบการย่อยอาหารของสัตว์ดียิ่งขึ้น
เตาเผาถ่านแบบถัง 200 ลิตร เป็นเตาเผาถ่านที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าเตาเผาถ่านแบบดั้งเดิม โดยใช้ถังน้ำมันขนาด 200 ลิตรเป็นตัวเตา เตาประเภทนี้อาศัยความร้อนไล่ความชื้นในเนื้อไม้ที่อยู่ในเตาทำให้ไม้กลายเป็นถ่าน หรือที่เรียกว่า “กระบวนการคาร์บอนไนเซชั่น (Carbonization)” นอกจากนี้จากโครงสร้างที่มีลักษณะปิดทำให้สามารถควบคุมอากาศได้ จึงไม่มีการลุกติดไฟของเนื้อไม้ ผลผลิตที่ได้จึงเป็น ถ่านที่มีคุณภาพขี้เถ้าน้อย และผลพลอยได้จากกระบวนการเผาถ่านอีกอย่างหนึ่งคือ “น้ำส้มควันไม้หรือ Wood Vinegar” ที่สามารถนำมาใช้เป็นประโยชน์ในการเกษตรได้ด้วย
1. การเตรียมวัสดุ
รายการวัสดุสำหรับผลิตเตาเผาผลิตถ่านแบบถัง 200 ลิตรแบบตั้ง |
รายการเครื่องมือที่ใช้ในการผลิตเตาเผาถ่าน |
- เริ่มต้นการสร้างเตาโดยการตัดท่อเหล็กให้ได้ขนาด เริ่มจากท่อ 2 นิ้ว ยาว 85 เซนติเมตร 3 ท่อนแล้วตัดให้ได้ 45 องศา ยาว 15 เซนติเมตร 3 ท่อนเพื่อประกอบกันเป็นปล่องควัน
- ตัดเหล็ก 3 นิ้ว ยาว 20 เซนติเมตร 3 ท่อนสำหรับทำท่อควบแน่นน้ำส้มควันไม้
- ตัดเหล็กฉากขนาด 1 นิ้ว ยาว 20 เซนติเมตร 2 ท่อน
- ตัดเหล็กแผ่นบางให้ได้ขนาด 82 x 20 เซนติเมตร แล้วทำการร่างแบบลงบนแผ่นเหล็กที่ตัดแล้วโดยวัดจากขอบเป็นระยะ 20, 30, 40, 60, 80 เซนติเมตร
- พับเหล็กตามที่ได้ร่างแบบไว้ให้มีลักษณะเป็น ช่อง 5 เหลี่ยม สำหรับทำช่องป้อนเชื้อเพลิงหน้าเตาแล้วเชื่อมติดไว้
- นำกระดาษที่ลอกแบบความโค้งของถังไว้มาทาบแล้วร่างเส้นลงบนเหล็กที่พับไว้เพื่อให้ปากเตาวางได้สนิทกับถัง 200 ลิตร
- เชื่อมประกอบปล่องควันและท่อควบแน่น
- ประกอบตะแกรงสำหรับรองฟืน
- ร่างแบบและเจาะรูถัง 200 ลิตรสำหรับใส่ปล่องควัน 3 รู
- เชื่อมประกอบปล่องควันเข้ากับถัง 200 ลิตร
- เชื่อมประกอบปากเตา โดยนำเหล็กแผ่นที่พับเป็นปากเตามาเชื่อมประกอบเข้ากับถัง 200 ลิตร แล้วเจาะรูให้ทะลุ
- เสร็จแล้วให้คว่ำถังลง เพื่อเจาะรูที่ด้านล่างของปล่องควันสำหรับรูเก็บน้ำส้มควันไม้
- เชื่อมเหล็กฉากขนาด 2 นิ้วสำหรับรองตะแกรงด้านในเตา 4 จุด สูงจากก้นถัง 15 เซนติเมตร
- นำฝาถังมาเจาะรูและเชื่อมปล่องเร่งโดยวัดจากขอบมา 10 เซนติเมตร
- เมื่อทำการประกอบชิ้นส่วนทั้งหมดเสร็จแล้ว ให้นำไปทาสีเพื่อป้องกันสนิมก่อนจะนำไปใช้งานต่อไป
1. การเลือกพื้นที่
การเลือกพื้นที่ในการเผาถ่านนั้นควรเป็นพื้นที่โล่ง ห่างจากบ้านเรือน 50 - 100 เมตร จะมีหลังคาคลุมหรือไม่ก็ได้ และควรมีต้นไม้มาก เพื่อดูดซับควันที่เกิดจากการเผาถ่าน
2. การเตรียมไม้ฟืน
ก่อนที่จะทำการเผาถ่านสิ่งสำคัญที่ต้องทำคือการเตรียมไม้ฟืนควรใช้ฟืนหมาด ตัดไว้แล้วมากกว่าครึ่งเดือนขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 - 2 นิ้ว ตัดให้ได้ความยาวประมาณ 65 เซนติเมตรซึ่งเป็นขนาดที่เหมาะสมแบบนี้แล้วแยกไม้ออกเป็น 3 ขนาดคือ เล็ก กลาง และใหญ่เพื่อความสะดวกในการเรียงไม้
3. การเรียงไม้
การเรียงไม้จะเรียงโดยนำไม้ที่เล็กบรรจุลงก่อนที่ส่วนท้ายของเตาโดยให้ปลายไม้ชี้ลงเนื่องมาจากด้านบนเตาจะมีความร้อนสูงกว่าด้านล่าง การเรียงไม้ลักษณะนี้จะทำให้ไม้เป็นถ่านพร้อมกัน แล้วนำไม้ที่ใหญ่กว่าไว้บริเวณกลางและไม้ที่ท่อนใหญ่สุดจะไว้ใกล้กับปากเตาเพราะเป็นบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงที่สุด หากมีพื้นที่ด้านบนเหลือให้นำฟืนท่อนสั้นมาใส่ให้เต็ม เมื่อไม้เต็มเตาแล้วให้นำฝาถังมาปิดและรัดฝาถังให้แน่น
4. เริ่มกระบวนการเผา
เริ่มกระบวนการเผาถ่านโดยการใช้เชื้อเพลิงแห้งเช่น เศษหญ้า ฟาง กิ่งไม้เล็กๆ จุดไฟที่หน้าเตาบริเวณปากเตาโดยใช้เชื้อเพลิงทีละน้อย ปล่อยให้ไอความร้อนค่อยๆ สะสมในตัวเตา
5. ช่วงไล่ความชื้น
ช่วงไล่ความชื้นออกจากเนื้อไม้โดยใช้ความร้อนจากเชื้อเพลิงที่ค่อยๆ ใส่บริเวณหน้าเตา ซึ่งจะใช้เชื้อเพลิงไม่มาก จะใช้เวลาประมาณ 1 - 2 ชั่วโมง เชื้อเพลิง อาจมากหรือน้อยกว่านั้นขึ้นอยู่กับว่าไม้ฟืน ตัวเตา มีความชื้นมากหรือน้อยเพียงใด
6. ช่วงเตาติด
ช่วงแรกนี้ควันจะมีสีขาวปนเทาเมื่อใส่เชื้อเพลิงไปเรื่อยๆ จนความชื้นใกล้หมด ไม้ในตัวเตาเริ่มลุกติดไฟทั้งหมด ควันจะเริ่มมากขึ้นพุ่งออกมาจากปลายปล่องอย่างแรงจนเห็นได้ชัด ภาษาคนเผาถ่านเรียกว่า “ควันบ้า” ซึ่งแสดงว่าเตาติดแล้วให้หยุดใส่เชื้อเพลิงหน้าเตาหรือป้อนเชื้อเพลิงที่ยังคงค้างอยู่ที่หน้าเตาให้หมดอีกประมาณ 10 - 20 นาที และหยุดใส่เชื้อเพลิงหน้าเตา เปลี่ยนมาเป็นควบคุมอากาศบริเวณช่องใส่เชื้อเพลิง (ฟืน) หน้าเตาแทนโดยใช้ฝาปิดประตูหน้าเตาลักษณะเลื่อนขึ้น - ลง อย่างเหมาะสม
7. ช่วงเก็บน้ำส้มควันไม้
เข้าสู่ช่วงที่ 2 ของกระบวนการเผาถ่าน ไม้จะค่อยๆ เป็นถ่านโดยเกิดปฏิกิริยาคายความร้อนในตัวเตาทำให้ไม่ต้องพึ่งความร้อนจากช่องใส่เชื้อเพลิงหน้าเตา แต่มาควบคุมอากาศ โดยใช้ฝาเลื่อนขึ้น - ลง บริเวณหน้าเตาให้เหลือพื้นที่ 1 ใน 4 ของพื้นที่หน้าเตา ช่วงนี้ไม้จะคายสารต่างๆ ที่มีประโยชน์ออกมา เป็นช่วงที่สามารถเก็บน้ำ ส้มควันไม้ได้แล้ว โดยการเทน้ำลงในท่อควบแน่นเพื่อให้น้ำส้มควันไม้กลั่นตัว แล้วใช้ภาชนะรองน้ำส้มควันไม้ใต้ปล่องควันเมื่อน้ำส้มควันไม้เริ่มหนืดและมีสีเข้มขึ้นจึงเลิกเก็บ หลังจากนั้นควันปากปล่องจะมีสีน้ำเงินออกมา แสดงว่าไม้ในเตากลายเป็นถ่านหมดแล้ว
8. กระบวนการทำถ่านให้บริสุทธิ์
เข้าสู่ช่วงที่ 3 เป็นกระบวนการทำถ่านให้บริสุทธิ์ เมื่อควันเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงิน ให้เปิดหน้าเตาออกประมาณครึ่งหนึ่งของหน้าเตา ดังรูปที่ 43 เพื่อให้อากาศเข้ามากขึ้นเป็นการเพิ่มอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว จนควันเปลี่ยนเป็นสีฟ้าอ่อนหรือทิ้งไว้ประมาณ 30 นาที มากหรือน้อยกว่านั้นขึ้นอยู่กับขนาด ชนิดและอายุของไม้
การทำให้อุณหภูมิของถ่านสูงขึ้นอย่างรวดเร็วจะทำให้ทาร์หรือน้ำมันดินที่ค้างอยู่ในเนื้อไม้ ไหม้และออกไปทางปล่องควัน ช่วงนี้ต้องได้รับการดูแลเป็นพิเศษเพราะหากควบคุมไม่ดีอาจเป็นเถ้ามากเกินไป
เมื่อถ่านไม้ในเตาลุกติดไฟหมดแล้ว ควันเริ่มมีสีฟ้าจะจางลงจนเป็นควันใสโดยสังเกตที่ระยะ 10 เซนติเมตร เหนือปากปล่องจะมองเห็นควันที่สามารถมองควันทะลุเห็นปากปล่องด้านในได้และค่อยๆ ไล่ปิดปล่องควันทีละปล่อง โดยเริ่มจากปล่องเร่งด้านบนและสังเกตสีของปล่องควันด้านข้างอีก 3 ปล่อง ควันมีลักษณะเป็นควันใสจึงเริ่มปิดปล่องควันด้านข้างก่อนเป็นปล่องควันที่ 1 และปล่องควันที่ 2 ตามลำดับที่มีลักษณะใส ตามมาด้วยกระป๋องน้ำอัดลมที่ตัดครึ่งกับดินเหนียวหรือใช้ดินเหนียวอย่างเดียว คงเหลือไว้ 1 ปล่องควัน และปิดช่องใส่เชื้อเพลิงหน้าเตา โดยใช้ดินเหนียวอุดเพื่อป้องกันอากาศเข้าไปทำปฏิกิริยากับถ่านในเตา รอปล่องควันที่ปล่องที่ 3 ใส ทิ้งไว้อีกประมาณ 30 - 45 นาที เพื่อให้อุณหภูมิเตาลดลงในระดับหนึ่ง และให้แก๊สที่เกิดจากการเผาไหม้ในเตาออกบริเวณทางปล่องที่ 3 และปิดปล่องควันที่ 3 ดังรูปที่ 45 จากนั้นทิ้งไว้หนึ่งคืน หรืออย่างน้อย 6 - 8 ชั่วโมง เพื่อให้ถ่านดับสนิทและเย็นลง
9. การเปิดเตา
การเปิดเตา ให้เริ่มจากการเปิดที่ปากปล่องหรือฝาด้านบนก่อน เพื่อไล่อากาศที่ค้างอยู่ในเตา ค่อยๆ ลำเลียงถ่านไม้ออกมาวางตากไว้ในที่โล่งประมาณ 1 ชั่วโมง เพื่อป้องกันไม่ให้ถ่านลุกติดไฟแล้วจึงค่อยนำไปบรรจุ
แบบเตาเผาผลิตถ่าน 200 ลิตร
ขนาดโดยรวม
ปล่องควัน
ฝาปล่องเร่ง
ช่องไฟหน้าเตา
ตะแกรงด้านในเตา
ฝาปิดหน้าเตา
ระยะรูปล่องควัน
ที่มา : สำนักถ่ายทอดและเผยแพร่เทคโนโลยี (สถผ.) กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน (พพ.) กระทรวงพลังงาน
กลับสู่หน้า "ไร่ชญาทิพ"
ราคาเท่าไหร่ครับ
ตอบลบได้ประโยชน์มาก
ตอบลบ