แหล่งเรียนรู้ออนไลน์เหมืองถ่านหิน และโรงไฟฟ้าแม่เมาะ มีจุดประสงค์ด้านเนื้อหา สำหรับนักเรียนมัธยมปีที่ 2 ที่กำลังเรียนวิชาวิทยาศาสตร์ ในสาระที่ 6 กระบวนการเปลี่ยนแปลงของโลก ดังนี้ 

1. เพื่อให้นักเรียนได้เข้าใจถึงสมบัติทางกายภาพ และสมบัติทางเคมีของถ่านหินชนิดต่างๆ ตลอดจนถึงการนำถ่านหินไปใช้ประโยชน์ โดยเฉพาะค่าความร้อน และสมบัติในการติดไฟของถ่านหิน
2. เพื่อให้นักเรียนสามารถที่จะเข้าใจถึงปัจจัยที่สำคัญในการเกิดถ่านหิน สามารถอธิบาย และฝึกเขียนแผนผังการเกิดถ่านหินได้
3. เพื่อให้นักเรียนเข้าใจถึงวิธีการทำเหมือง บนผิวดิน และการทำเหมืองใต้ดิน โดยใช้เหมืองถ่านหินแม่เมาะเป็นตัวอย่าง ตลอดจนถึงประเด็นสำคัญที่เกี่ยวข้องกับการทำเหมือง ในด้านอุบัติเหตุที่เกิดขึ้น และผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการทำเหมืองถ่านหิน
4. เพื่อให้นักเรียนทราบถึงขั้นตอนหลัก และเทคโนโลยีในการผลิตกระแสไฟฟ้า โดยใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง โดยอาศัยโรงไฟฟ้าแม่เมาะเป็นตัวอย่าง
5. เพื่อให้นักเรียนทราบ และเข้าใจการทำงานของเครื่องดักจับฝุ่นแบบไฟฟ้าสถิตย์ และระบบกำจัดแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์หลังจากที่มีแก๊สเกิดขึ้นแล้ว ที่ดำเนินการอยู่ที่โรงไฟฟ้าแม่เมาะ

เหมืองถ่านหินลิกไนต์ และโรงไฟฟ้าแม่เมาะ ตั้งอยู่บริเวณ อำเภอแม่เมาะ จังหวัดลำปาง ห่างจากอำเภอเมืองจังหวัดลำปาง ทางทิศตะวันออกประมาณ 25 กิโลเมตร ลักษณะภูมิประเทศบริเวณเหมือง และโรงไฟฟ้าแม่เมาะ และพื้นที่โดยรอบ เป็นแอ่งระหว่างเขา นิยมเรียกว่า “แอ่งแม่เมาะ(Mae Moh basin)” คลุมพื้นที่ประมาณ 150 ตารางกิโลเมตร รูปร่างของแอ่งเป็นรูปคล้ายวงรี มีแนวยาวในทิศตะวันออกเฉียงเหนือ-ตะวันตกฉียงใต้ ความกว้างในทิศทางตะวันออก-ตะวันตก ประมาณ 9 กิโลเมตร และมีความยาวในทิศทางเหนือ-ใต้ ประมาณ 17 กิโลเมตร

การเดินทางเริ่มจาก อำเภอเมือง จังหวัดลำปาง โดยอาศัยทางหลวงหมายเลข 11 ช่วงจังหวัดลำปาง – อำเภอเด่นชัย ประมาณกิโลเมตรที่ 10 ใช้เส้นทาง"บ้านผาลาด –เหมืองแม่เมาะ"เป็นระยะทางประมาณ 15 กิโลเมตร

ประวัติและความเป็นมาของเหมืองถ่านหินแม่เมาะ

ประวัติและความเป็นมาของเหมืองถ่านหินลิกไนต์-โรงไฟฟ้าแม่เมาะ สรุปได้ดังนี้

เอกสารอ้างอิง http://maemohmine.egat.co.th/aboutus/index.html 

     ซากพืชเมื่อตายทับถมซึ่งกันและกัน และถูกปิดทับด้วยชั้นตะกอน จะจมตัวอย่างช้าๆ  ภายในเวลาค่อนข้างสั้น (เช่น 5,000 ปี)  ซากพืชจะเปลี่ยนเป็นพีท(peat) ต่อมาพีทได้รับความร้อน ความดันที่เพิ่มขึ้นพร้อมกับตะกอน ทำให้พีทแปรสภาพไปเป็นถ่านหิน กระบวนดังกล่าวเรียกว่า การแปรสภาพไปเป็นถ่านหิน

     ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อการแปรสภาพ ไปเป็นถ่านหิน คือ อุณหภูมิ ความดัน (ความลึกของพีทที่จมตัว) และช่วงเวลาในการเกิดถ่านหิน ในระยะแรกซากพืชจะเปลี่ยนไปเป็นพีท และเมื่อเวลาผ่านไป พีท จะเปลี่ยนไปเป็น ลิกไนต์ หรือถ่านหินสีน้ำตาล  ลิกไนต์จัดเป็นถ่านหินที่มีค่าชั้นคุณภาพต่ำสุด เมื่อเปรียบเทียบกับถ่านหินประเภทอื่น  ช่วงเวลาในการเกิดพีท จะเกิดในหน่วยพันปี แต่ช่วงเวลาในการเกิดลิกไนต์ จะใช้เวลาหลายล้านปี เมื่อเวลาผ่านไป (หลายล้านปี) ลิกไนต์(lignite) ที่เกิดใต้ผิวโลกจะได้รับอุณหภูมิ และความดันมากขึ้น ลิกไนต์ จะเปลี่ยนสภาพไปเป็น ซับบิทูมินัส(subbituminous) บิทูมินัส(bituminous) และแอนทราไซต์(antracite) ตามลำดับ 

     การแปรสภาพจากพีท ไปเป็นถ่านหิน คือ ลิกไนต์ ซับบิทูมินัส บิทูมินัส   ซึ่งจัดเป็นการเกิดในช่วงของการเกิดหินตะกอน เนื่องจากช่วงเกิดใต้ผิวโลกของถ่านหินที่กล่าวมา เกิดที่ความลึกไม่เกิน 6 กิโลเมตรจากผิวโลก และความร้อนไม่เกิน 180 องศาเซลเซียส    ถ้าความลึกและอุณหภูมิมากกว่านี้ บิทูมินัส จะแปรสภาพไปเป็น แอนทราไซต์ และแกรไฟต์ ซึ่งจัดเป็นสภาพแวดล้อมของการเกิดหินแปร

ลิกไนต์

สมบัติทางกายภาพ      เป็นถ่านหินชั้นคุณภาพต่ำ มีสีน้ำตาลจาง-เข้ม จนถึงสีดำ ในบางครั้งเรียกลิกไนต์ว่าถ่านหินสีน้ำตาล ลิกไนต์โดยทั่วไปมีความวาวด้านเหมือนดิน มีความแข็งไม่มาก และแตกร่วนได้ง่าย ในบางครั้งพบซากพืชหลงเหลืออยู่บ้าง สมบัติทางเคมี ค่าความชื้นรวม 50 – 70 % โดยน้ำหนัก ค่าความร้อน(heating value) อยู่ในช่วง 2,200 – 4,600 กิโลแคลอรี/กิโลกรัม ค่าสารระเหย 45 – 55% โดยน้ำหนัก ปริมาณธาตุ (% โดยน้ำหนักจากฐานที่ไม่คิดค่าความชื้น) คาร์บอน 60 – 75 % ออกซิเจน 20 – 30 % ไฮโดรเจน 5 – 6 %

ซับบิทูมินัส

สมบัติทางกายภาพ      จัดเป็นถ่านหินชั้นคุณภาพต่ำ มีสีดำ มีความวาวบางครั้งด้านเหมือนดินแต่บางครั้งวาวเหมือนแก้ว มีความแข็งไม่มากนัก และแตกร่วนได้แต่จะสูงกว่าลิกไนต์ ไม่สามารถแยกจากลิกไนต์สีดำได้อย่างแม่นยำโดยอาศัยสมบัติทางกายภาพ สมบัติทางเคมี ค่าความชื้นรวม = 28 - 30 % โดยน้ำหนัก ค่าความร้อน5,500 กิโลแคลอรี/กิโลกรัม (ค่าเฉลี่ยโดยทั่วไป) ค่าสารระเหย 40 - 45% โดยน้ำหนัก ปริมาณธาตุ (% โดยน้ำหนักจากฐานที่ไม่คิดค่าความชื้น) คาร์บอน 75 – 80 % ออกซิเจน 15 – 20 % ไฮโดรเจน 5 – 6 %

บิทูมินัส

สมบัติทางกายภาพ      จัดเป็นถ่านหินชั้นคุณภาพสูง มีสีดำ แต่บางครั้งอาจมีสีน้ำตาลเข้ม มักพบแถบของถ่านที่มีความวาวแบบแก้ว กับความวาวด้านเหมือนดินสลับกันชัดเจน ซึ่งสมบัติดังกล่าวบางครั้งพบในถ่านหินซับบิทูมินัสเช่นกัน เนื่องจากเป็นถ่านหินที่มีความแข็งมาก ในการนำไปใช้ประโยชน์เรียกถ่านหินประเภทนี้ว่าถ่านแข็ง(hard coal) สมบัติทางเคมี ค่าความชื้นรวม 5 - 10 % โดยน้ำหนัก ค่าความร้อนอยู่ในช่วง 5,830 – 8,300 กิโลแคลอรี/กิโลกรัม ค่าสารระเหย 20 - 40% โดยน้ำหนัก ปริมาณธาตุ (% โดยน้ำหนักจากฐานที่ไม่คิดค่าความชื้น) คาร์บอน 80 – 90 % ออกซิเจน 10 – 15 % ไฮโดรเจน 4 – 5 %

แอนทราไซต์

สมบัติทางกายภาพ      จัดเป็นถ่านหินชั้นคุณภาพสูงสุด มีสีดำ เนื้อแน่น และมีความวาวเหมือนแก้ว เป็นถ่านหินที่มีความแข็งมาก ทำให้มีชื่อทางการค้าว่า ถ่านหินแข็ง สมบัติทางเคมี ค่าความชื้นรวม 2 – 5 % โดยน้ำหนัก ค่าความร้อน อยู่ในช่วง 7,200 – 8,300กิโลแคลอรี/กิโลกรัม ค่าสารระเหย 5 - 7% โดยน้ำหนัก ปริมาณธาตุ (% โดยน้ำหนักจากฐานที่ไม่คิดค่าความชื้น) คาร์บอน 90 – 95 % ออกซิเจน 2 – 3 % ไฮโดรเจน 2 – 3 %

ที่มาของรูปภาพ
http://www.promma.ac.th/main/chemistry/boonrawd_site/images/lignite2.jpg
http://www.thaicapital.co.th/system/application/libraries/editer/ckfinder/userfiles/images/subbituminous.jpg
http://www.thaicapital.co.th/system/application/libraries/editer/ckfinder/userfiles/images/subbituminous.jpg
http://www.thaigoodview.com/library/contest2552/type2/science04/24/image/pic007.jpg

กลับไปที่เนื้อหา

---

 

    บริเวณภาคเหนือของประเทศไทย พบแอ่งสะสมตัวของตะกอนที่มีชื่อเรียกว่าแอ่งเทอร์เชียรี เนื่องจากเป็นแอ่งสะสมตัวของตะกอนที่เกิดในช่วงเวลาดังกล่าว แอ่งแม่เมาะ เป็นหนึ่งในแอ่งสะสมตัวของตะกอน ที่มีความสำคัญเนื่องจากมีการสำรวจพบถ่านหินที่มีปริมาณสำรองพิสูจน์แล้ว(measured reserve)มากที่สุดของประเทศ

     แอ่งแม่เมาะ มีรูปร่างคล้ายวงรี โดยมีแกนยาว 16 กิโลเมตร วางตัวในทิศทางตะวันออกเฉียงเหนือ – ตะวันตกเฉียงใต้ โดยมีบริเวณกว้างสุด ประมาณ 9 กิโลเมตร หินตะกอนที่พบในแอ่งแม่เมาะ มีอายุในช่วงสมัยไมโอซีน(Miocene Epoch) (23.0 – 5.3 ล้านปีที่ผ่านมา) เป็นหินตะกอนกึ่งแข็งตัว มีความหนาของชั้นตะกอนรวมกันประมาณ 1,100 เมตร เรียกกลุ่มหินดังกล่าวว่า “กลุ่มหิน(lithological Group)แม่เมาะ” หินชนิดหลักที่พบในกลุ่มหินแม่เมาะ ประกอบ หินเคลย์ หินโคลน หินทรายแป้ง หินทราย และหินกรวดมน โดยมีชั้นถ่านหินที่สำคัญ 2 ชั้น มีความหนาแต่ละชั้นประมาณ 20 เมตร คือ ชั้น Q และ ชั้น K ที่แทรกสลับบริเวณส่วนกลางของกลุ่มหินแม่เมาะ

     จากลักษณะชนิดหินตะกอน ชั้นถ่านหิน และซากบรรพชีวิน(fossil) ทำให้สามารถสรุปได้ว่า กลุ่มหินแม่เมาะ เกิดในสภาพแวดล้อมบริเวณทวีป(continent) โดยมีสภาพพื้นที่เป็นทะเลสาบน้ำจืด(fresh water lake) ที่ราบน้ำท่วมถึง(flood plain) และมีระบบทางน้ำประเภทต่างๆ  

    

กลับไปที่เนื้อหา

---

การทำเหมืองบนผิวดิน อาศัยพื้นที่ที่กว้าง ทำให้เกิดประเด็นทางสิ่งแวดล้อมหลายประเด็น ในการใช้พื้นที่ สภาพพื้นที่เดิม (ดิน พืช ป่า และสัตว์ป่า) รวมถึงที่ตั้ง และการใช้ประโยชน์ในที่ดินของประชาชนท้องถิ่น ประเด็นที่สำคัญเกี่ยวกับผลกระทบด้านลบต่อสิ่งแวดล้อมประกอบด้วย มลพิษทางน้ำ ฝุ่น และเสียง

มลพิษทางน้ำ
ฝนที่ตกภายในเหมือง และสัมผัสกับถ่านหิน จะเกิดปฎิกิริยาเคมี ระหว่างไพไรต์ในถ่านหิน ทำปฎิกิริยากับน้ำฝน และอากาศ ทำให้เกิดกรดซัลฟูริก และประจุเหล็ก และโลหะอื่นๆ การจัดการทำได้โดยการแยกน้ำให้ไม่สัมผัสถ่านหินนานเกินไป และกรณีของกองถ่านหินบริเวณโรงไฟฟ้า มักแยกน้ำในส่วนที่สัมผัสถ่านหินไปผ่านระบบบำบัด

ฝุ่นและเสียง
ในระหว่างการทำเหมือง ฝุ่น และเสียงรบกวนที่เกิดจากรถบรรทุกจำนวนมาก และการย่อยถ่านหิน อาจส่งผลกระทบต่อชุมชนข้างเคียงของพื้นที่ทำเหมือง สำหรับเหมืองขนาดใหญ่ปัญหาดังกล่าวจะพบน้อย อย่างไรก็ตาม การใช้น้ำฉีดบนถนน การใช้ระบบสายพานลำเลียง และการปลูกต้นไม้โดยรอบบ่อเหมือง จะ ช่วยลดฝุ่น กับประชาชนข้างเคียง และคนทำงานในเหมือง สำหรับเสียงจากการทำเหมืองสามารถลดได้ โดยเลือกและบำรุงรักษาเครื่องจักร และหลีกเลี่ยงการใช้เส้นทางผ่านชุมชน

ถ่านหิน(coal) จัดเป็นทรัพยากรใช้แล้วหมดไป(non-renewable resource) และเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญของโลก ไม่เฉพาะที่ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงที่นำไปใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า ถ่านหินยังนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงหลักในการถลุงและผลิตเหล็กประเภทต่างๆ การผลิตปูนซิเมนต์ และอุตสาหกรรมที่ใช้น้ำร้อน (เช่น โรงงานผลิตน้ำตาล โรงงานผลิตใยสังเคราะห์ โรงงานผลิตน้ำมันพืช และโรงงานผลิตบะหมี่สำเร็จรูป เป็นต้น)

ข้อมูลตัวเลขกับถ่านหิน ที่เป็นแหล่งพลังงาน

จากข้อมูลของสถาบันพลังงานระหว่างประเทศ ระบุว่า ในปี พ.ศ. 2547 ทั่วโลกใช้ถ่านหินเป็นพลังงานปฐมภูมิ คิดเป็น สัดส่วน 25.1 % เมื่อเปรียบเทียบกับพลังงานปฐมภูมิ(primary energy) หรือพลังงานขั้นต้น ประเภทอื่นๆ และเป็นลำดับที่ 2 รองจากน้ำมัน (34.3 %) แต่ถ้านำมาศึกษาในส่วนของวัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า พบว่า ในปี พ.ศ. 2547 ทั่วโลกใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงในการผลิตกระแสไฟฟ้า คิดเป็นสัดส่วน 39.8 % จัดเป็สัดส่วนที่มากสุด เมื่อเปรียบเทียบกับวัตถุดิบประเภทอื่นๆ

สำหรับประเทศไทย ในปี พ.ศ. 2547 – 2549 สัดส่วนการใช้ถ่านหินเป็นพลังงานปฐมภูมิ อยู่ในช่วง 11 – 12% เป็นอันดับที่ 4 รองจากน้ำมัน (ประมาณ 41%) แก๊สธรรมชาติ (29 %) และพลังงาน-หมุนเวียนแบบเก่า(ฟืน และวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตร) ประมาณ 16 % และในช่วงเวลาเดียวกันจนถึงปัจจุบัน (2553) ประเทศไทยใช้ถ่านหิน (ในประเทศ และถ่านหินนำเข้า) เพื่อการผลิตกระแสไฟฟ้า ประมาณ 20 % ในขณะที่การใช้แก๊สธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงในการผลิตกระแสไฟฟ้า (แหล่งแก๊สธรรมชาติในประเทศ และแก๊สนำเข้า มีสูงมากกว่า 70 %)

จุดประสงค์ของการทดลอง
เพื่อเปรียบเทียบความยากง่ายในการติดไฟของถ่านหินลิกไนต์กับถ่านไม้

อุปกรณ์
1. เตาถ่านขนาดเท่ากัน 2 เตา
2. ถ่านไม้ 200 กรัม
3. ถ่านหินลิกไนต์ 200 กรัม
4. ไต้ ก้อนละ 20 กรัม 2 ก้อน
5. ไม้ขีดไฟ
6. นาฬิกาจับเวลา

วิธีทำ
1. ตั้งเตาทั้ง 2 เตาในสภาพแวดล้อมเดียวกัน
2. วางไต้ที่กลางเตา เตาละ 1 ก้อน
3. จัดถ่านไม้ทับไต้ในเตาที่ 1 และจัดถ่านหินทับไต้ในเตาที่ 2 โดยพยายามจัดให้ความโปร่งและ
ทึบของถ่านใกล้เคียงกันทั้งสองเตา
4. จุดไฟที่ไต้พร้อมกันทั้งสองเตา จับเวลาแต่ละเตา ตั้งแต่จุดไต้จนไฟติดถ่านทั้งหมด

คำถาม
-การติดไฟของถ่านไม้และถ่านหิน มีความยากง่ายแตกต่างกันหรือไม่ อย่างไร

จุดประสงค์ของการทดลอง
เพื่อเปรียบเทียบความร้อนจากถ่านหินลิกไนต์กับถ่านไม้

อุปกรณ์
1. เตาถ่านขนาดเท่ากัน 2 เตา
2. ถ่านไม้ 200 กรัม
3. ถ่านหินลิกไนต์ 200 กรัม
4. ไต้ ก้อนละ 20 กรัม 2 ก้อน
5. ไม้ขีดไฟ
6. นาฬิกาจับเวลา
7. หม้อโลหะ 2 ใบ ขนาดเท่ากัน บรรจุน้ำใบละ 500 ลูกบาศก์เซนติเมตร

วิธีทำ
1. ตั้งเตาทั้ง 2 เตาในสภาพแวดล้อมเดียวกัน
2. ก่อไฟด้วยถ่านไม้ในเตาที่ 1 และก่อไฟด้วยถ่านหินลิกไนต์ในเตาที่ 2
3. เมื่อไฟในแต่ละเตาติดเต็มที่ วางหม้อโลหะบรรจุน้ำแต่ละใบบนเตาไฟ จับเวลาตั้งแต่วางหม้อ
โลหะบนเตา จนถึงน้ำเริ่มเดือด สังเกตและบันทึกผล ( ไฟในแต่ละเตาติดไม่พร้อมกัน จึงไม่
จำเป็นต้องวางหม้อโลหะบนเตาพร้อมกัน )

คำถาม
- เมื่อใช้ถ่านไม้และถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงต้มน้ำปริมาณเท่ากันจนเดือด จะใช้เวลาในการต้มน้ำแตก
ต่างกันหรือไม่ อย่างไร
- ถ่านไม้และถ่านหิน อย่างใดให้ปริมาณความร้อนมากกว่ากัน ทราบได้อย่างไร
- ในการทดลองนี้มีการควบคุมตัวแปรอะไรบ้าง อย่างไร
- สรุปผลการทดลองได้ว่าอย่างไร