ยกระดับโลจิสติกส์ 'คาร์บอนข้ามทะเล'-เจาะลึกผลกระทบสิ่งเจือปนในเรือขนส่ง LCO2

การขนส่งคาร์บอนไดออกไซด์เหลว (LCO2) ทางเรือกำลังกลายเป็นหัวใจสำคัญในการเชื่อมโยงเครือข่าย CCUS ข้ามแดน ทว่าการบริหารจัดการก๊าซที่ไม่ละลายน้ำในถังบรรจุและการลดลงของประสิทธิภาพระบบควบแน่นกลับเป็นความท้าทายใหญ่ และทางออกเชิงนวัตกรรมด้วยดรรชนี EVI พร้อมกางผลทดลองชี้ชัดว่าก๊าซเจือปนเพียงเล็กน้อยสามารถทำให้ค่าการใช้พลังงานจำเพาะ  ของระบบอัดก๊าซบนเรือพุ่งสูงขึ้นถึง 36%

การแก้โจทย์ก๊าซไม่ละลายน้ำด้วยดรรชนี EVI 

สเตฟานี วินน์  ผู้จัดการฝ่ายขายเทคนิคจาก Babcock LGE ชี้ให้เห็นถึงโจทย์ใหญ่ของเครือข่าย CCUS ในงาน Gastech 2026 ว่า ปัจจุบัน ซึ่งศูนย์รวบรวมก๊าซ (CCS Hubs หรือ Aggregators) ต้องรับก๊าซคาร์บอนจากผู้ปล่อยหลายราย  เพื่อนำไปขนส่งและกักเก็บ โดยผู้ปล่อยแต่ละรายจะมีสิ่งเจือปนที่แตกต่างกันไปตามแหล่งกำเนิดและเทคโนโลยีการดักจับ ปัญหาสำคัญคือ แม้ก๊าซจากผู้ปล่อยราย A จะผ่านเกณฑ์มาตรฐาน แต่เมื่อนำมารวมกับสายก๊าซจากผู้ปล่อยราย B และ C ในศูนย์รวบรวม กลับส่งผลให้ส่วนผสมก๊าซรวมหลุดจากสเปกมาตรฐาน (Off-spec) สำหรับระบบขนส่งทางเรือ LCO2

วินน์อธิบายว่า วิธีการกำหนดสเปกในปัจจุบัน มักตั้งขีดจำกัดปริมาณสิ่งเจือปนแยกเป็นรายตัวอย่างตึงเครียด  หรือตั้งเกณฑ์ก๊าซไม่ละลายน้ำรวมไว้ที่ 1–3% ซึ่งไม่สอดคล้องกับพฤติกรรมทางอุณหโมทนศาสตร์จริง เนื่องจากก๊าซที่ไม่ละลายน้ำแต่ละชนิดมีผลกระทบต่อความผันผวน  และความดันไอไม่เท่ากัน การใช้วิธีเดิมจึงส่งผลให้ต้องออกแบบอุปกรณ์บนเรือขนาดใหญ่เกินความจำเป็น และบีบให้ศูนย์รวบรวมต้องปฏิเสธการรับก๊าซจากผู้ปล่อยหลายรายอย่างน่าเสียดาย

ทำไมก๊าซไม่ละลายน้ำจึงมีความสำคัญ

ในระบบขนส่ง LCO2 ก๊าซที่ไม่ละลายน้ำจะแยกตัวขึ้นไปสะสมอยู่ในเฟสก๊าซด้านบนของถังบรรจุ  เป็นหลักจากตัวอย่างการเปรียบเทียบ พบว่าก๊าซคาร์บอนที่มีส่วนผสมของเหลวต่างกันเพียงเล็กน้อยระหว่าง 99.8% กับ 99.4% (ต่างกันเพียง 0.4%) แต่ในเฟสก๊าซ ก๊าซที่ไม่ละลายน้ำจะสะสมจนทำให้ความดันไอ ในถังพุ่งสูงขึ้นจาก 7 บาร์ ขึ้นไปถึง 11 บาร์ ซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่อการออกแบบและความจุของระบบจัดการก๊าซบนเรือ

ดรรชนี Equivalent Volatility Index (EVI) ทางรอดใหม่ของอุตสาหกรรม

เพื่อแก้ปัญหานี้ Babcock LGE ร่วมกับพันธมิตร Eco (EOL) จึงได้พัฒนาดรรชนี Equivalent Volatility Index (EVI) ขึ้นมา โดยคำนวณจากผลรวมของค่าความผันผวนสัมพัทธ์ของสิ่งเจือปนแต่ละชนิดคูณด้วยความเข้มข้นในเฟสก๊าซ

ผลการศึกษาพบความแตกต่าง ในระบบความดันต่ำ (น้อยกว่า 13 bar absolute) ที่ความเข้มข้นเท่ากันที่ 10 ppm mole ก๊าซไฮโดรเจน  มีผลกระทบต่อความผันผวนสัมพัทธ์สูงกว่าก๊าซเอทิลีน  ถึง 129 เท่า ดังนั้น การจำกัดปริมาณก๊าซไม่ละลายน้ำรวมไว้ที่เปอร์เซ็นต์คงที่ จึงไม่ได้สะท้อนผลกระทบต่อเรืออย่างแท้จริง

ในการนำไปใช้จริง ผู้ให้บริการจะคำนวณค่า EVI ของก๊าซผสมเทียบกับ EVI Maximum ซึ่งเป็นขีดจำกัดสูงสุดที่เรือลำนั้นๆ รองรับได้ (คำนวณจากความดันออกแบบถังบรรจุ เช่น 7 ถึง 21 บาร์ และสัดส่วนคาร์บอน ในเฟสก๊าซขั้นต่ำ เช่น 90%) จากกรณีศึกษาเปรียบเทียบก๊าซคาร์บอนสองชุด (Cargo A และ Cargo B) พบว่าแม้ Cargo B จะมีปริมาณไฮโดรเจนสูงกว่า Cargo A ถึง 7 เท่า แต่เมื่อประเมินด้วยดรรชนี EVI พบว่าก๊าซทั้งสองชุดมีค่า EVI ใกล้เคียงกันที่ราว 16,000 และไม่เกินค่า EVI Max ที่ 19,680 จึงสามารถรับลงเรือได้อย่างปลอดภัยทั้งคู่ ซึ่งหากใช้เกณฑ์เดิมจำกัดเฉพาะไฮโดรเจน Cargo B จะถูกปฏิเสธทันที

นวัตกรรม EVI ช่วยให้ศูนย์รวบรวมก๊าซสามารถผสมสายก๊าซ (Blending) ได้ยืดหยุ่นขึ้น ช่วยให้เทอร์มินัลมีเกณฑ์รับก๊าซที่ชัดเจน ไม่ต้องคาดเดาแบบอนุรักษนิยม และช่วยให้การซื้อขายเปลี่ยนผ่านก๊าซตลอดห่วงโซ่ CCUS ใช้เพียงดรรชนีเดียวในการประเมิน

เจาะลึกกลไกความเสื่อมถอยของระบบควบแน่นบนเรือ

แฮวอน จอง นักวิจัยหลักจาก Hanwha Ocean ได้นำเสนอผลงานวิจัยเชิงทดลองเพื่อเจาะลึกผลกระทบของสิ่งเจือปนในเฟสก๊าซ ได้แก่ ไฮโดรเจน  ไนโตรเจน  และออกซิเจน  ต่อประสิทธิภาพของระบบอัดและทำคาร์บอนเหลวบนเรือขนส่ง

การทดลองดำเนินขึ้นบนชุดทดสอบ 4 สกิดหลัก ได้แก่ สกิดจัดการคาร์บอนบรรทุก สกิดระบบอัดคาร์บอน  สกิดระบบอัดแอมโมเนียสำหรับทำความเย็น และสกิดเซนเซอร์วัดค่า pH โดยมีการฉีดสิ่งเจือปนแต่ละชนิดเข้าสู่สาย Flash Gas (Aspro Flash Gas Line) แบบเป็นขั้นบันไดเพื่อวัดผลกระทบอย่างแม่นยำ

กลไกการลดประสิทธิภาพและผลลัพธ์การทดลอง

ผลการวิเคราะห์ทางอุณหโมทนศาสตร์และแบบจำลองกระบวนการ (ISIS-based calculation) เผยให้เห็นกลไกสำคัญดังนี้

• การควบแน่นไม่สมบูรณ์ (Incomplete Condensation): สิ่งเจือปน ไฮโดรเจน , ไนโตรเจน และ ออกซิเจนขัดขวางกระบวนการควบแน่นของคาร์บอนไดออกไซด์ก่อนเข้าวาล์วขยายตัว (JT Valve) ทำให้สัดส่วนคาร์บอนเหลวที่ผลิตได้จริงลดลงถึง 20–30%
• การเกิดก๊าซย้อนกลับและการสะสมสิ่งเจือปน (Impurity Enrichment): การควบแน่นที่ไม่สมบูรณ์ทำให้ปริมาณก๊าซส่วนเกิน (Flash Gas) ในถังแยกเพิ่มขึ้น ก๊าซส่วนเกินนี้จะถูกส่งหมุนเวียนกลับเข้าสู่ระบบอัดก๊าซ (Vapor Recycle Loop) ซึ่งกระบวนการหมุนเวียนนี้ส่งผลให้เกิดการสะสมตัวของสิ่งเจือปน โดยพบว่าความเข้มข้นของสิ่งเจือปนในคาร์บอนผลผลิตปลายทางพุ่งสูงกว่าความเข้มข้นในก๊าซคาร์บอนขาเข้าถึง 13–19 เท่า
• มายาคติเรื่องพลังงานอัดก๊าซ และค่า SEC ที่พุ่งสูง: ในระหว่างการทดลอง พบว่ากำลังการอัดรวมของคอมเพรสเซอร์ดูลดลงเล็กน้อยสูงสุด 7% ทว่าเมื่อเจาะลึกพบว่า กำลังอัดของคอมเพรสเซอร์ คาร์บอนแทบไม่เปลี่ยนแปลง แต่ส่วนที่ลดลงมาจากคอมเพรสเซอร์แอมโมเนียในระบบทำความเย็นที่กินไฟลดลง 9–11% เนื่องจากก๊าซ Flash Gas ที่หมุนเวียนกลับมาช่วยให้ความเย็นแก่ระบบ

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปริมาณคาร์บอนเหลวที่จับได้ลดลงในสัดส่วนที่มากกว่าพลังงานที่ลดลงอย่างมาก ส่งผลให้ค่าการใช้พลังงานจำเพาะ หรือพลังงานที่ต้องจ่ายต่อการผลิตคาร์บอนเหลวหนึ่งหน่วย พุ่งสูงขึ้นถึง 19–36% ซึ่งชี้ชัดว่าการที่คอมเพรสเซอร์กินไฟน้อยลงไม่ได้หมายถึงประสิทธิภาพที่ดีขึ้น แต่เกิดจากการที่ระบบผลิตคาร์บอนเหลวได้น้อยลงอย่างมากต่างหาก

การออกแบบเรือขนส่ง LCO2 ยุคใหม่

แฮวอน จอง สรุปว่า การเข้าใจพฤติกรรมของสิ่งเจือปนเหล่านี้เป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งในการออกแบบเรือขนส่ง LCO2 วิศวกรไม่สามารถคำนวณความสามารถในการอัดและควบแน่นก๊าซจากสภาวะคาร์บอน บริสุทธิ์ได้ แต่ต้องนำปัจจัยการลดประสิทธิภาพและค่า SEC ที่เพิ่มขึ้นจากสิ่งเจือปนมาคำนวณเผื่อระยะความปลอดภัย (Design Margins) รวมถึงการพิจารณาความทนทานของวัสดุและการกัดกร่อน เพื่อให้เรือขนส่งคาร์บอนสามารถดำเนินงานได้อย่างปลอดภัยและคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์สูงสุด