ลิกไนต์

ลิกไนต์ (อังกฤษ: Lignite) มักเรียกกันว่าถ่านหินสีน้ำตาล เป็นถ่านหินชนิดหนึ่งที่มีซากพืชสลายตัวหมด ไม่เห็นโครงสร้างของพืช ลักษณะเนื้อเหนียวและผิวด้าน มีสีเข้ม มีปริมาณออกซิเจนและความชื้นำ มีปริมาณคาร์บอนสูงกว่าพีต (ประมาณ 25 - 60%)^[1][2] เมื่อติดไฟมีควันและเถ้าถ่านมาก จึงถูกจัดให้อยู่ในชั้นคุณภาพต่ำสุดของถ่านหิน ลิกไนต์ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับให้ความร้อน โดยส่วนใหญ่พบว่าลิกไนต์จะใช้เป็นเชื้อเพลิงเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ในโรงงานผลิตไฟฟ้าพลังไอน้ำ เนื่องจากมีปริมาณสำรองมากและมีราคาถูก และใช้บ่มใบยา มีการทำเหมืองมากในหลายประเทศ เช่น เยอรมนี รัสเซีย สหรัฐอเมริกา ออสเตรเลีย กรีซ จีน อินเดีย เป็นต้น อย่างไรก็ตามเนื่องจากลิกไนต์มักมีปริมาณความชื้นสูงและมีแนวโน้มที่จะลุกไหม้เองได้ง่าย ทำให้มักมีปัญหาในเรื่องของการขนส่งและเก็บรักษา พบมากที่ลำปาง^[3]

กองหินลิกไนต์ (รูปบน) และก้อนลิกไนต์อัดแท่ง

การจุดไฟหินลิกไนต์ทำให้เกิดความร้อนน้อยกว่าเทียบกับปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์และกำมะถันที่ปล่อยออกมามากกว่าถ่านหินอื่น ๆ ดังนั้นลิกไนต์จึงถูกจัดว่าเป็นถ่านหินที่เป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์มากที่สุด^[4] ซึ่งแล้วแต่ว่าแหล่งที่ขุดลิกไนต์มาจากที่ไหน ลิกไนต์ก็จะมีปริมาณโลหะหนักที่เป็นพิษ และ สารกัมมันตภาพรังสีที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ตามแต่ละพื้นที่ไปด้วย อาจมีอยู่ในลิกไนต์และเหลืออยู่ในขึ้เถ้าหลังจากเผาไหม้ ซึ่งเพิ่มความเสี่ยงต่อสุขภาพของมนุษย์^[5]

ลักษณะเฉพาะ

การขุดลิกไนต์ ทางตะวันตก รัฐนอร์ทดาโคตา, สหรัฐอเมริกา (ประมาณปี ค.ศ. 1945)

ลิกไนต์มีสีน้ำตาลอมดำและมีปริมาณคาร์บอนตั้งแต่ 25–60% (แล้วแต่แหล่งที่พบ) โดยปราศจากเถ้าแห้ง อย่างไรก็ตาม บางครั้งความชื้นอาจสูงถึง 75%^[1] และมีปริมาณขี้เถ้าอยู่ในประมาณ 6-19% เทียบกับถ่านหินบิทูมินัสที่มีความชื้นประมาณ 6-12 % เป็นผลให้ปริมาณคาร์บอนโดยทั่วไปจะอยู่ที่ 25-35% (เนื่องจากความชื้นและแร่ธาตุอื่น ๆ ที่อยู่ในถ่านหิน)^[2]

การทำเหมืองเปิดถมตามหลัง ที่ขุดลิกไนต์ ณ เหมืองการ์ซไวเลอร์ ในประเทศเยอรมัน

ปริมาณพลังงานของลิกไนต์อยู่ในช่วง 10 ถึง 20 MJ/กก. (9–17 ล้าน BTU ต่อ ชอร์ตตัน) บนพื้นฐานที่มีความชื้นและปราศจากแร่ธาตุ ปริมาณพลังงานของลิกไนต์ที่ใช้ในสหรัฐอเมริกาเฉลี่ยอยู่ที่ 15 MJ/กก. (13 ล้าน BTU/ตัน) ตามที่ได้รับ^[6] ปริมาณพลังงานของลิกไนต์ที่ใช้ในรัฐวิกตอเรีย ประเทศออสเตรเลีย เฉลี่ย 8.6 MJ/กก. (8.2 ล้าน BTU/ตัน) เมื่อคำนวณแบบรวมความชื้น^[7]

ลิกไนต์มีปริมาณสารระเหยสูงซึ่งทำให้สามารถแปลงเป็นก๊าซและผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมเหลวได้ง่ายกว่าถ่านหินที่มีคุณภาพสูงกว่า ด้วยปริมาณความชื้นที่สูงและความไวต่อ การเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเอง อาจทำให้เกิดปัญหาในการขนส่งและการเก็บรักษา กระบวนการที่แยกน้ำออกจากถ่านหินสีน้ำตาลจะช่วยลดความเสี่ยงของการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเองให้อยู่ในระดับเดียวกับถ่านหินดำ เพิ่มค่าความร้อนของมันให้กลายเป็นเชื้อเพลิงเทียบเท่าถ่านหินดำ และลดโอกาสในการเผาไหม้ขึ้นมาเองด้วยการบีบอัดให้มวลอยู่ในระดับใกล้เคียงหรือหนาแน่นกว่าถ่านหินดำส่วนใหญ่^[8] อย่างไรก็ตาม การขจัดความชื้นออกจากลิกไนต์ก็จะทำให้ต้นทุนสุทธิของมันเพิ่มขึ้นด้วยเช่นกัน

ลิกไนต์สลายตัวอย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับอากาศ กระบวนการนี้เรียกว่า การหย่อน^[9]

การนำไปใช้

ภาพถ่ายมุมสูง ลุทเซราธ, เยอรมัน ที่แสดงให้เห็นเหมืองลิกไนต์ที่อยู่ด้านหลัง

ลิกไนต์ส่วนใหญ่อยู่ใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า^[2] อย่างไรก็ตาม มีเพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่ถูกใช้ในทาง เกษตรกรรม, อุตสาหกรรม, หรือแม้แต่ การเจียร หรือ ปัดเงา อัญมณี. ในอดีต ลิกไนต์จะใช้เป็นเชื้อเพลิงเพื่อสร้างความอบอุ่นในบ้านเรือน แต่ค่อย ๆ ลดลงอย่างต่อเนื่อง เพราะมีความสำคัญต่ำกว่าการผลิตไฟฟ้า

ใช้เป็นเชื้อเพลิง

ชั้นหินลิกไนต์จากเหมืองลอม ชา, สาธารณรัฐเช็ก

ลิกไนต์มักพบในชั้นหนาๆ ที่อยู่ใกล้กับพื้นผิว ทำให้มีราคาไม่แพงสำหรับการขุด อย่างไรก็ตามเนื่องจากมีความหนาแน่นของพลังงานต่ำ, เปราะ, และ โดยปกติจะมีความชื้นสูง ถ่านหินสีน้ำตาลไม่มีประสิทธิภาพในการขนส่ง และไม่มีการซื้อขายอย่างกว้างขวางในตลาดโลก เมื่อเทียบกับเกรดถ่านหินที่สูงกว่า^[1][7] มักถูกเผาในโรงไฟฟ้าใกล้กับเหมือง เช่น ที่โรงไฟฟ้ามอนติเซลโล ในหุบเขาลาโทรบ, ออสเตรเลีย ของบริษัท ลูมิแนนต์ หรือ ที่โรงไฟฟ้ามาร์ตินเลค ในเท็กซัส สาเหตุหลักมาจากปริมาณความชื้นแฝงสูงและความหนาแน่นพลังงานต่ำของถ่านหินสีน้ำตาล การปล่อยแก๊สเรือนกระจกจากโรงไฟฟ้าที่ใช้ถ่านหินสีน้ำตาล มักสูงกว่าโรงไฟฟ้าที่ใช้ถ่านหินสีดำ เมื่อเทียบกับพลังงานที่ผลิตได้คิดเป็นเมกะวัตต์ชั่วโมง (MWh) ซึ่งโรงไฟฟ้าที่ปล่อยมลพิษสูงที่สุดในโลก คือโรงไฟฟ้าเฮเซลวูด ที่ตั้งอยู่ที่ออสเตรเลีย^[10] จนกระทั่งปิดตัวลงในเดือนมีนาคม ค.ศ. 2017^[11] การดำเนินงานของโรงงานถ่านหินสีน้ำตาลแบบดั้งเดิม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ร่วมกับ การทำเหมืองเปิดถมตามหลัง เป็นประเด็นทางการเมืองที่อ่อนไหว เนื่องจากปัญหาสิ่งแวดล้อม^[12][13]

สาธารณรัฐประชาธิปไตยเยอรมนี เคยใช้ถ่านหินลิกไนต์อย่างมาก แต่เพื่อให้บรรลุเป้าหมายการพึ่งพาตัวเองด้านพลังงาน ล่าสุดสามารถทดแทนปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ผลิตจากลิกไนต์ได้กว่า 70% แล้ว^[14] ลิกไนต์ ยังเป็นวัตถุดิบสำคัญในอุตสาหกรรมเคมี ผ่าน Bergius process หรือ Fischer-Tropsch synthesis แทนที่น้ำมันดิบ^[15] ซึ่งจำเป็นต้องนำเข้ามาด้วยสกุลเงินหลัก หลังจากการเปลี่ยนแปลงนโยบายของ สหภาพโซเวียต ในช่วงทศวรรษ 1970 ซึ่งเคยส่งมอบน้ำมันดิบในอัตราต่ำกว่าราคาตลาดมาก่อน.^[16] นักวิทยาศาสตร์เยอรมันตะวันออกยังได้พัฒนาการเปลี่ยนลิกไนต์ให้เป็น ถ่านโค้ก ที่เหมาะสำหรับใช้ในอุตสาหกรรมโลหะ (โค้กลิกไนต์ที่มีอุณหภูมิสูง) และโครงข่ายรถไฟ ทางรถไฟ ส่วนใหญ่ต้องอาศัยลิกไนต์ ไม่ว่าจะเป็นหัวรถจักรไอน้ำ (รถไฟไอน้ำ) หรือ ระบบไฟฟ้า (ระบบไฟฟ้าบนรางรถไฟ) ซึ่งส่วนใหญ่ใช้พลังงานที่ผลิตจากลิกไนต์ ^[16] ตามตารางด้านล่าง เยอรมันตะวันออกเป็นผู้ผลิตลิกไนต์รายใหญ่ที่สุดในช่วงเวลายาวนานหลังจากได้รับเอกราช

ปี 2014 ประมาณ 12% ของ พลังงานในเยอรมนี และคิดเป็น 27% ของพลังงานไฟฟ้าของเยอรมนี มาจากโรงไฟฟ้าถ่านหินลิกไนต์ ^[17] ขณะที่ในปี 2014 ใน พลังงานในกรีซ ถ่านหินลิกไนต์ จัดหาพลังงานประมาณ 50% เพื่อตอบสนองความต้องการด้านพลังงานของประเทศ เยอรมนีได้ประกาศแผนการที่จะ ยุติการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล ถ่านหินลิกไนต์ ภายในปี 2038 อย่างช้าที่สุด^{[18][19][20][21]} กรีซยืนยันว่า โรงไฟฟ้าถ่านหินแห่งสุดท้ายจะถูกปิดตัวลงในปี 2025 หลังจากได้รับแรงกดดันจาก สหภาพยุโรป^[22] และมีแผนที่จะลงทุนอย่างหนักใน พลังงานทดแทน^[23]

การสร้างความอบอุ่นในครัวเรือน

ลิกไนต์เคยและยังคงถูกนำมาใช้แทนฟืน ในการสร้างความอบอุ่นในครัวเรือน โดยปกติจะถูกอัดเป็นก้อนเพื่อใช้ประโยชน์นี้ briquettes^[24][25] ด้วยกลิ่นที่เกิดขึ้นขณะเผาไหม้ ทำให้ลิกไนต์มักถูกมองว่าเป็นเชื้อเพลิงสำหรับคนยากจน เมื่อเทียบกับถ่านหินคุณภาพสูงที่มีราคาแพงกว่า ในประเทศเยอรมนี ก้อนลิกไนต์สำเร็จรูปยังคงหาซื้อได้ง่ายตามร้านค้าปลีกสำหรับผู้บริโภคทั่วไป ร้านขายวัสดุอุปกรณ์ก่อสร้าง และซูเปอร์มาร์เก็ต^{[26][27][28][29]}

เกษตรกรรม

ลิกไนต์มีประโยชน์ในด้านสิ่งแวดล้อมสำหรับการเกษตรกรรม โดยลิกไนต์อาจมีคุณค่าในฐานะสารปรับปรุงดินที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ช่วยปรับปรุงการแลกเปลี่ยนประจุลบวก เพิ่มปริมาณฟอสฟอรัส และในขณะเดียวกันก็ลดปริมาณโลหะหนักที่ดินสามารถดูดซึมได้^[30][31] ซึ่งอาจจะดีกว่าผงโพแทสเซียมฮิวเมทที่ขายกันทั่วไป^[32] นอกจากนี้ เถ้าลอยจากการเผาไหม้ลิกไนต์ในโรงไฟฟ้า อาจมีประโยชน์เป็นสารปรับสภาพดินและปุ๋ยได้อีกด้วย^[33] อย่างไรก็ตาม ยังขาดผลการศึกษาวิจัยเกี่ยวกับประโยชน์ในระยะยาวของผลิตภัณฑ์จากลิกไนต์ในด้านการเกษตรกรรมอยู่พอสมควร^[34]

ลิกไนต์ยังสามารถใช้เพาะเลี้ยงและกระจายเชื้อจุลินทรีย์ควบคุมชีวภาพ (biological control microbes) ที่ช่วยยับยั้งแมลงศัตรูพืช คาร์บอนในลิกไนต์ช่วยเพิ่มปริมาณอินทรียวัตถุในดิน ขณะที่เชื้อจุลินทรีย์ควบคุมชีวภาพเป็นทางเลือกแทนสารเคมีกำจัดศัตรูพืช^[35]

ลีโอนาร์ไดต์ เป็นสารปรับสภาพดินที่อุดมไปด้วยกรดฮิวมิกซึ่งเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาออกซิเดชันตามธรรมชาติเมื่อลิกไนต์สัมผัสกับอากาศ^[36] กระบวนการนี้สามารถจำลองแบบเทียมได้ในวงกว้าง^[37] ลิกไนต์ไซลอยด์ที่อายุน้อยกว่า (ยังดูเป็นท่อนไม้) จะมีปริมาณกรดฮิวมิกมากกว่า^[38]

ในการขุดเจาะโคลน

ปฏิกิริยาควอเทอร์นารีแอมโมเนียม ก่อให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่เรียกว่า ลิกไนต์ที่ผ่านการปรับสภาพด้วยแอมโมเนีย (ATL) ซึ่งใช้ในน้ำโคลนสำหรับงานขุดเจาะ เพื่อลดการสูญเสียของเหลวขณะทำการขุดเจาะ^[39]

เป็นตัวดูดซับทางอุตสาหกรรม

ลิกไนต์อาจมีศักยภาพในการนำไปใช้เป็น ตัวดูดซับทางอุตสาหกรรม การทดลองแสดงให้เห็นว่าการดูดซับเมทิลีนบลูนั้น อยู่ในระดับเดียวกับถ่านกัมมันต์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมในปัจจุบัน^[40]

อัญมณี

เจ็ท เป็นรูปแบบหนึ่งของลิกไนต์ที่เคยถูกนำมาใช้เป็นอัญมณี^[41] เครื่องมือที่ทำจากเจ็ทที่เก่าแก่ที่สุดนั้นมีอายุประมาณ 10,000 ปี ก่อนคริสต์ศักราช^[42] และเครื่องประดับจากเจ็ท เช่น สร้อยคอ ยุคหินใหม่ จนถึงปลาย ยุคบริเตนสมัยโรมัน.^[43] เครื่องประดับจากเจ็ทเคยกลับมาได้รับความนิยมอีกครั้งในช่วงยุควิกตอเรีย.^[44]