ปฏิกิริยาการเผาไหม้เชื้อเพลิงและฝนกรด

ปฏิกิริยาการเผาไหม้เชื้อเพลิง
ปฏิกิริยาเคมีการเผาไหม้เชื้อเพลิงต่างๆ เช่น แก๊สหุงต้ม แก๊ส NGV น้ำมันเบนซิน น้ำมันดีเซล น้ำมันก๊าด และถ่านหิน เป็นต้น เชื้อเพลิงเหล่านี้ใช้ในยานยนต์ และโรงงานอุตสาหกรรม ซึ่งนอกจากจะให้พลังงานที่นำไปใช้ประโยชน์แล้ว ยังก่อให้เกิดผลเสียต่อสภาวะแวดล้อม ด้วย เช่น ปรากฏการณ์เรือนกระจก
สำหรับถ่านหินซึ่งมีกำมะถันร้อยละ 1-4 อยู่ในรูป FeS2 (ไอร์ออน (IV)ซัลไฟด์ หรือไพไรต์ (pyrite)) เมื่อนำถ่านหินมาเผาไหม้จะเกิดปฏิกิริยา ดังนี้
4FeS2(s) + 11O2(g) 2Fe2O3 (s) + 8SO2(g)
แก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์
โรงงานไฟฟ้าแม่เมาะ ตั้งอยู่ที่อำเภอแม่เมาะ จังหวัดลำปาง มีกำลังผลิตกระแสไฟฟ้า 2,625 MW ใช้ถ่านลิกไนต์เป็นเชื้อเพลิง ปีละประมาณ 17.5 ล้านตัน มีแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ถูกปล่อยออกมา ประมาณ 1,300 ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตร
แก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ที่ถูกปล่อยออกมาจะทำปฏิกิริยากับแก๊สออกซิเจนในอากาศ ได้แก๊สซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ (SO3) ดังสมการ
2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)
เมื่อแก๊สซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ ถูกกับความชื้นในอากาศจะเกิดปฏิกิริยารวมตัวกับละอองน้ำได้กรดกำมะถัน (กรดซัลฟิวริก H2SO4) ดังสมการ
SO3(g) + H2O(l) H2SO4(aq)
ถ้ากรดกำมะถัน (H2SO4) ที่เกิดขึ้นมีปริมาณมาก เมื่อฝนตกลงมาก็จะชะลงมากับฝน เรียกว่า ฝนกรด (acid rain)
คำว่า ฝนกรด (acid rain) ถูกใช้ครั้งแรกในปี 1872 โดย Robert Angus Smith ชาวอังกฤษ เขานำมาอธิบายถึงการตกสะสมของกรดในเมืองแมนเชสเตอร์ ประเทศอังกฤษ ซึ่งตอนนั้นมีการปฏิวัติทางด้านอุตสาหกรรม
ฝนกรด (Acid Rain) หมายถึง น้ำฝนที่มีค่า pH ต่ำกว่า 5.6 วัดได้จากการใช้สเกลที่เรียกว่า pH ซึ่งค่ายิ่งน้อยแสดงความเป็นกรดที่แรงขึ้น น้ำบริสุทธิ์มี pH เท่ากับ 7 น้ำฝนปกติมีความเป็นกรดเล็กน้อย ส่วนฝนกรดจะมี pH ต่ำกว่า 5.6

สาเหตุของการเกิดฝนกรด
ในบริเวณศูนย์กลางอุตสาหกรรมได้แก่ ทวีปยุโรป อเมริกา ญี่ปุ่น และจีน ที่มีการเผาไหม้เชื้อเพลิงในเครื่องยนต์และโรงงานต่างๆ จะมีแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) และออกไซด์ของไนโตรเจน เช่น แก๊สไนโตรเจนมอนอกไซด์ (NO) ไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2) โอโซน (O3) แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ถูกปล่อยสู่บรรยากาศ เกิดการทำปฏิกิริยากับน้ำ ออกซิเจน และสารเคมีอื่นๆ ก่อให้เกิดสารประกอบที่เป็นกรดซัลฟิวริกและกรดไนตริก มีแสงอาทิตย์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้ให้มากขึ้น เรียกว่า ขบวนการออกซิเดชัน

N2(g) + O2(g) 2NO(g)
2NO(g) + O2(g) 2NO2(g)

แก๊ส NO2 ในอากาศ เมื่อถูกแสดงอาทิตย์จะสลายตัวเป็นแก๊ส NO และอะตอมอิสระของออกซิเจน ซึ่งสามารถรวมตัวกับแก๊ส O2 เป็น O3

O3(g) + O O3(g)

ผลกระทบของฝนกรด
ทำให้ดินเป็นกรดเพิ่มขึ้น มีผลต่อการเพาะปลูก เช่น ผลผลิตของพืชน้อยกว่าปกติ
ฝนกรดทำให้ดินเปรี้ยวจุลินทรีย์หลายชนิดในดินที่มีประโยชน์ต่อ การเจริญเติบโตของพืชถูกทำลาย ซึ่งจะมีผลกระทบในแง่การย่อยสลายในดินและการเจริญเติบโตของพืช
ฝนกรดสามารถทำปฏิกิริยากับธาตุอาหารที่สำคัญของพืช เช่น แคลเซียม, ไนเตรต, แมกนีเซียม และโพแทสเซียม ทำให้พืชไม่สามารถนำธาตุอาหารเหล่านี้ไปใช้ได้
แก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในบรรยากาศทำให้ปากใบปิดซึ่งจะมีผลกระทบต่อการหายใจของพืช
ความเป็นกรดที่เพิ่มขึ้นของน้ำยังมีผลกระทบด้านระบบนิเวศ ที่อยู่อาศัยรวมถึงการดำรงชีวิตอีกด้วย
ฝนกรดสามารถละลาย calcium carbonate ในหินทำให้เกิดการสึกกร่อน เช่น พิรามิดในประเทศอียิปต์และ ทัชมาฮาลในประเทศอินเดีย เป็นต้น นอกจากนี้ยังมีฤทธิ์กัดกร่อนทำลายพวกโลหะทำให้เกิดสนิมเร็วขึ้นอีกด้วย

ฝนกรดทำลายวัสดุสิ่งก่อสร้างและอุปกรณ์บางชนิด คือ จะกัดกร่อนทำลายพวกโลหะ เช่น เหล็กเป็นสนิม เร็วขึ้น สังกะสีมุงหลังคา ที่ใกล้ๆ โรงงานจะผุกร่อนเร็ว สังเกตได้ง่าย นอกจากนี้ยังทำให้แอร์ ตู้เย็น หรือวัสดุอื่นๆ เช่น ปูนซีเมนต์หมดอายุเร็วขึ้น ผุกร่อนเร็วขึ้น เป็นต้น
ฝนกรดจะทำลายทรัพยากรธรรมชาติ เช่น ปู หอย กุ้ง อาจมีจำนวนลดลงหรือสูญพันธุ์ไปได้เพราะฝนกรดที่เกิดจากแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์และเกิดจากแก๊สไนโตรเจนออกไซด์ จะทำให้น้ำในแม่น้ำทะเลสาบ มีความเป็นกรดเพิ่มขึ้น ถ้าเกิดอย่างรุนแรงอาจทำให้สัตว์น้ำดังกล่าวตาย เช่น อเมริกาตอนกลาง ค่า pH ของน้ำในทะเลสาบลดลง ทำให้ทะเลสาบ 85 แห่ง ไม่มีปลาซึ่งเหตุการณ์ทำนองนี้เกิดขึ้นในทะเลสาบ ในประเทศ สวีเดน ทะเลสาบบางแห่ง ป้องกัน ตัวเองจาก ฝนกรดได้เพราะในทะเลสาบนั้นมีสารพวกไบคาร์บอเนต หรือแร่ธาตุอื่นละลายอยู่
การควบคุมและป้องกัน
การลดตัวการที่จะทำให้เกิดฝนกรด โดยลดการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลให้น้อยลง จะสามารถทำให้ค่าความเป็นกรดในน้ำฝนลดลงได้
ปรับปรุงการเผาไหม้เพื่อควบคุมการเกิดสารประกอบออกไซด์ไนโตรเจนด้วยการลดอุณหภูมิให้ต่ำลงกว่า 1,500 องศาเซลเซียส
ควบคุมปริมาณออกซิเจนที่ใช้ในการสันดาปให้เพียงพอ
ติดตั้งอุปกรณ์เพื่อกำจัดมลพิษก่อนระบายออกสู่บรรยากาศ ซึ่งจะต้องเสียค่าใช้จ่ายสูง และเพิ่มความยุ่งยากในการบำรุงรักษาอีกไม่น้อย การสร้างปล่องควันสูงลิบลิ่วไม่สามารถแก้ปัญหามลพิษทางอากาศได้ แต่เป็นการผลักปัญหาจากสถานที่ใกล้เคียงไปยังแหล่งที่อยู่ห่างไกลมากกว่าเท่านั้น
สำหรับพวกเราควรระมัดระวัง การดื่มน้ำฝนที่เป็นกรดและสารพิษอื่นๆ ซึ่งตกลงมาผ่านอากาศที่เป็นมลพิษในเมืองใหญ่ เช่น กรุงเทพฯ พบว่าน้ำฝนมีความเป็นกรดสูง คือ pH อยู่ระหว่าง 3.5-5.0 โดยเฉพาะช่วงที่ฝนตกใหม่ๆ น้ำฝนจะไม่สะอาด ส่วนในชนบทที่อากาศสะอาด เราจะสามารถดื่มน้ำฝนได้อย่างปลอดภัย
การกำจัดกำมะถันจากถ่านหิน

การกำจัดกำมะถันจากถ่านหิน ทำได้ดังนี้

บดถ่านหินให้เป็นผงแล้วใช้แม่เหล็กดูดเอา FeS2 ออกมา วิธีนี้จะแยก FeS2 ออกมาไม่ได้สมบูรณ์ มีค่าใช้จ่ายสูง
ในกรณีที่น้ำมันเชื้อเพลิงมีกำมะถันปะปนอยู่ อาจกำจัดโดยการพ่น แก๊สไฮโดรเจน ลงในน้ำมันเชื้อเพลิง โดยมีโลหะเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา กำมะถันจะถูกแยกออกมาในสภาพแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S)
ในปัจจุบันโรงงานไฟฟ้าที่ใช้ถ่านหินจะไม่กำจัดถ่านหินออกก่อน แต่จะใช้การกำจัดแก๊สซัลเฟอร์
ไดออกไซด์แทน ซึ่งวิธีการนี้สามารถลดกำมะถันได้ถึงร้อยละ 95 แต่จะเกิดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ปล่อยออกสู่อากาศแทน ทำให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจกได้

About these ads

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s