9789740331216

477 views
397 views

Published on

พลังงาน : วิวัฒนาการ กระบวนการผลิต การวิเคราะห์และความยั่งยืน

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
477
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
3
Actions
Shares
0
Downloads
3
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

9789740331216

  1. 1. 1 พลังงานเป็นปัจจัยส�ำคัญต่อการด�ำรงชีวิตทุกชีวิตบนโลกมาตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน การใช้ พลังงานของมนุษย์ในปัจจุบันแตกต่างไปจากในอดีตมาก พลังงานที่มนุษย์เคยใช้เป็นพลังงานตาม ธรรมชาติ เป็นพลังงานหมุนเวียนไม่ได้แปรรูป แต่ปัจจุบันมนุษย์ใช้พลังงานในรูปแบบที่ต่างไปจาก สภาพที่พบตามธรรมชาติ โดยมนุษย์น�ำพลังงานมาผ่านกระบวนการแปรรูปเพื่อให้อยู่ในรูปแบบที่ เหมาะสมกับการใช้งาน เช่น ไฟฟ้า แกโซลีน ความร้อน ซึ่งพลังงานเหล่านี้ถือได้ว่าเป็นพลังงาน สังเคราะห์ การใช้ประโยชน์จากพลังงานสังเคราะห์เหล่านี้ในช่วงเวลาที่ผ่านมาก่อให้เกิดความเจริญ ทางเศรษฐกิจ ช่วยเพิ่มคุณภาพชีวิตและความเป็นอยู่ให้กับมนุษย์ในสังคมยุคใหม่ อย่างไรก็ตาม ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 การใช้พลังงานสังเคราะห์เหล่านี้เพิ่มขึ้นหลายเท่าตัว ของเสียจาก กระบวนการผลิตพลังงานเหล่านี้ก่อให้เกิดปัญหาตามมาเช่นกัน มนุษย์เริ่มเห็นสัญญาณของปัญหาซึ่ง เกิดจากการใช้พลังงานสังเคราะห์เหล่านี้ในช่วง 30 ปีที่ผ่านมา ปัญหามีความชัดเจนมากขึ้น เป็นต้น ว่า การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ การหมดไปของทรัพยากรธรรมชาติ การสูญพันธ์ุของพืชและ สัตว์จ�ำนวนมาก ดังนั้นค�ำถามที่ตามมาคือ ในเมื่อมนุษย์ปัจจุบันพึ่งพาพลังงานสังเคราะห์มากขึ้น มนุษย์ต้องท�ำอย่างไรที่จะยังคงด�ำเนินกิจกรรมของตนได้ ในขณะเดียวกันรักษาความยั่งยืนต่อโลก และระบบนิเวศไว้ได้ 1.1 พลังงาน พลังงานเป็นแนวคิดที่พัฒนาโดยอิงฐานคิดของค�ำว่า “งาน (Work)” ซึ่งมีค�ำจ�ำกัดความว่า งาน เป็นการใช้แรง หรือ (Force) เพื่อการเคลื่อนย้ายสิ่งของ ดังนั้น ปริมาณของงานจึงขึ้นกับขนาด ของแรงที่ใช้ และระยะทางที่สิ่งของเคลื่อนที่ไปในทิศทางของแรง ในขณะที่พลังงานถูกให้ค�ำจ�ำกัด ความว่า เป็นความสามารถของระบบระบบหนึ่งในการท�ำงาน หรือในมุมมองที่กว้างขึ้น พลังงานคือ บทน�ำ
  2. 2. 2 ความสามารถในการก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลง อาทิ การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ความดัน ความเร็ว หรือ ต�ำแหน่ง ฯลฯ ในระบบหนึ่ง ๆ โดยพลังงานและงานมีหน่วยในระบบ SI (International system of units) เป็น จูล (Joule) หรือ นิวตัน.เมตร นอกจากนี้ยังมีค�ำจ�ำกัดความอีกค�ำที่เกี่ยวข้อง คือ ก�ำลัง (Power) หมายถึงอัตราการใช้หรือการให้พลังงาน มีหน่วยเป็นพลังงานต่อเวลา เช่น จูลต่อ วินาที (Joule/s) หรือ วัตต์ (Watt) ฯลฯ ความรู้เกี่ยวกับพลังงานพัฒนาขึ้นเป็นอย่างมากตั้งแต่ ค.ศ. 1820 เป็นต้นมา นักวิทยาศาสตร์ และวิศวกรยุคบุกเบิกความรู้เกี่ยวกับพลังงานและการเปลี่ยนรูปพลังงานที่เรารู้จักกันดี ได้แก่ James Watt, Sadi Carnot, James Joule, Rudolf Clausius และ Lord Kelvin ต่อมารู้จักกันในหมวด ความรู้ของอุณหพลศาสตร์หรือเทอร์โมไดนามิกส์นั่นเอง กฎทางเทอร์โมไดนามิกส์ข้อหนึ่งและข้อสอง ถูกน�ำมาใช้อย่างแพร่หลายในการค�ำนวณเพื่อการวิเคราะห์หรือออกแบบระบบพลังงาน โดยกฎข้อ ที่หนึ่ง กล่าวถึงพลังงานในเชิงปริมาณว่า ในระบบเอกเทศ (Isolated system) ปริมาณพลังงานใน ระบบจะคงที่ หมายความว่าพลังงานไม่สามารถสร้างขึ้นใหม่หรือถูกท�ำลายไปได้ เพียงแต่จะเปลี่ยน รูปไปเท่านั้น ส�ำหรับกฎข้อที่สองเป็นกฎที่กล่าวถึงพลังงานในเชิงคุณภาพว่าโดยทั่วไปพลังงานจะ เปลี่ยนรูปจากพลังงานที่มีคุณภาพสูงหรือพลังงานที่ใช้ประโยชน์ได้ไปเป็นพลังงานคุณภาพตํ่าหรือ พลังงานที่ไม่สามารถน�ำไปใช้ประโยชน์ได้ โดยคุณภาพของพลังงานอธิบายได้โดยค่าเอนโทรปี (Entropy) และใช้เอนโทรปีเป็นเครื่องมือในการวัดคุณภาพของพลังงาน แหล่งพลังงานของเรามาจากพลังงานที่เก็บสะสมไว้หรือเป็นพลังงานในธรรมชาติ ส�ำหรับ พลังงานก่อนผ่านกระบวนการแปรรูปที่ประดิษฐ์คิดค้นโดยมนุษย์เรียกว่าพลังงานปฐมภูมิ แหล่ง พลังงานปฐมภูมิจ�ำแนกได้เป็น 2 ประเภทคือ แหล่งพลังงานที่มีลักษณะเป็นการเก็บสะสม (Storing) กับแหล่งพลังงานที่มีการเคลื่อนย้ายไหลเวียน (Flowing) แหล่งพลังงานที่ได้จากการเก็บสะสม ได้แก่ เชื้อเพลิงฟอสซิล ชีวมวล แร่กัมมันตรังสี เป็นต้น ส�ำหรับแหล่งพลังงานที่เคลื่อนย้ายไหลเวียน ได้แก่ พลังลม แสงอาทิตย์ คลื่น กระแสนํ้า เป็นต้น ทุกวันนี้มนุษย์น�ำพลังงานปฐมภูมิมาแปรรูปเพื่อใช้ ประโยชน์ใน 3 ลักษณะคือ ใช้ในรูปไฟฟ้า ความร้อน และนํ้ามันเชื้อเพลิง โดยนํ้ามันเชื้อเพลิงเป็น รูปแบบของแหล่งพลังงานที่สะดวกต่อการเก็บรักษา เก็บได้ยาวนาน ขนส่งและใช้งานสะดวก ใน ขณะที่ไฟฟ้าและความร้อนเก็บรักษาได้ยากกว่า ช่วงเวลาที่สามารถเก็บรักษาไว้ได้สั้นกว่าหรือผลิต แล้วต้องใช้ประโยชน์เลย นอกจากนี้ยังมีแนวคิดใหม่เกี่ยวกับการท�ำบัญชีการใช้พลังงาน กล่าวคือ การท�ำบัญชีเพื่อรวบรวมพลังงานเชิงพาณิชย์ที่ถูกใช้ทั้งทางตรงและทางอ้อมเพื่อการสร้างผลิตภัณฑ์ กิจกรรมหรือบริการต่าง ๆ โดยถือว่าพลังงานเหล่านี้ฝังอยู่ในผลิตภัณฑ์หรือกิจกรรมและสามารถส่ง ผ่านพลังงานเหล่านี้ไปยังกิจกรรมหรือผลิตภัณฑ์ปลายทางได้ การท�ำบัญชีพลังงานท�ำโดยคิดจาก กระบวนการ ขั้นตอนต่าง ๆ ตั้งแต่การสกัดพลังงานปฐมภูมิจนถึงขั้นตอนการก�ำจัดหรือน�ำผลิตภัณฑ์ นั้น ๆ กลับมาใช้ใหม่ พลังงานดังกล่าวเรียกว่า พลังงานพาณิชย์ฝังตัว (Embodied energy) (Odum, 1996)อย่างไรก็ตามวิธีประเมินพลังงานในลักษณะนี้ยังไม่เป็นวิธีที่ถูกน�ำมาใช้อย่างกว้างขวางเนื่องจาก
  3. 3. 3 ยังมีประเด็นที่นักวิเคราะห์พลังงานจากกลุ่มต่าง ๆ ยังไม่เห็นพ้องกันทั้งหมด 1.2 วิวัฒนาการของเทคโนโลยีและการใช้พลังงาน โลกของเราในปัจจุบันแตกต่างไปจากเมื่อ 150-250 ปีที่แล้วโดยสิ้นเชิง มีพัฒนาการทาง เทคโนโลยีมากมายดังแสดงในรูปที่ 1.1 พัฒนาการทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในช่วงสอง ศตวรรษครึ่งที่ผ่านมาสร้างผลกระทบต่อวิถีการด�ำเนินชีวิต ซึ่งมีผลต่อการใช้ทรัพยากรและการใช้ พลังงาน เทคโนโลยีและสิ่งประดิษฐ์ที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาดังกล่าวมีมากมาย ที่ส�ำคัญได้แก่ การสร้าง เครื่องจักรเครื่องยนต์ โดยเฉพาะการพัฒนาเครื่องยนต์พลังงานความร้อนแบบต่าง ๆ (Heat engine) อาทิ วัฏจักรดีเซล วัฏจักรออตโต วัฏจักรเบรตัน เป็นต้น ซึ่งถูกน�ำมาใช้ในยานยนต์ประเภทต่าง ๆ อันได้แก่ รถไฟ เรือยนต์ รถยนต์ เครื่องบิน ตลอดจนถึงยานอวกาศ ความรู้และเทคโนโลยีถัดมา คือความรู้และเทคโนโลยีเกี่ยวกับไฟฟ้าและการผลิตไฟฟ้า หลังจากที่มนุษย์เข้าใจถึงความสัมพันธ์ ระหว่างแม่เหล็กกับไฟฟ้าแล้ว จึงได้น�ำความสามารถในเรื่องการพัฒนาเครื่องยนต์มาใช้ร่วมกันความรู้ เกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างแม่เหล็กกับไฟฟ้าในการผลิตไฟฟ้า โดยเฉพาะการใช้วัฏจักรแรงคินและ วัฏจักรเบรตันเพื่อผลิตไฟฟ้าโดยใช้แหล่งพลังงานธรรมชาติมาขับเคลื่อนวัฏจักรเหล่านี้ ความสามารถ ในการผลิตไฟฟ้าส่งผลให้วิถีชีวิตของมนุษย์เปลี่ยนแปลงไป มนุษย์ที่เคยมีแต่กิจกรรมในช่วงเวลากลาง วันสามารถจัดกิจกรรมให้มีได้ทั้งกลางวันและกลางคืน เมื่อมนุษย์มีความรู้ความเข้าใจในเรื่องไฟฟ้าและ มีความเข้าใจในเรื่องคลื่นต่าง ๆ มากขึ้น ท�ำให้เกิดการพัฒนาเทคโนโลยีด้านสื่อสารและโทรคมนาคม อาทิ การประดิษฐ์โทรเลข วิทยุ โทรศัพท์ โทรทัศน์ ดาวเทียม การพัฒนาเทคโนโลยีด้านสื่อสาร ส่งผลให้มนุษย์สามารถรับทราบข้อมูลความเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นบนโลกได้อย่างรวดเร็ว ต่อมาเกิด การพัฒนาเทคโนโลยีทางคอมพิวเตอร์ และเมื่อมนุษย์สามารถย่อวงจรต่าง ๆ ให้มีขนาดเล็กลงและ มีความจุวงจรสูงขึ้น ท�ำให้เกิดคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล การผนวกรวมเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์เข้ากับ เทคโนโลยีการสื่อสาร ส่งผลให้เกิดสิ่งประดิษฐ์ อาทิ โทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์พกพา หรือ PDA (Personal Digital Assistance) เป็นต้น สิ่งประดิษฐ์เหล่านี้ท�ำให้เกิดความสะดวกในการติดต่อ สื่อสารรับทราบข่าวสารค้นหาข้อมูลช่วยย่อโลกให้เล็กลงและเพิ่มความเร็วในการรับรู้และตอบสนอง ต่อข้อมูลข่าวสาร ส�ำหรับพัฒนาการในศตวรรษที่ 21 จะมีการผนวกรวมของศาสตร์อีกมาก เช่น การ เชื่อมต่อของความรู้ทางวิทยาศาสตร์กายภาพกับชีวภาพ อาทิ ชีวฟิสิกส์ ชีวสารสนเทศ ชีววิทยาเชิง การค�ำนวณ การพัฒนาทางวิศวกรรมชีวภาพและวิศวกรรมชีวเวช เป็นต้น ศาสตร์เหล่านี้จะก่อให้เกิด ผลกระทบต่อการด�ำรงชีวิตในอนาคตอย่างแน่นอน แต่ยากจะคาดเดาได้ว่าผลที่เกิดขึ้นจะก่อให้เกิด ผลดีต่อคุณภาพชีวิตมากน้อยเพียงไร แต่ผลกระทบที่แน่นอนจากพัฒนาการดังกล่าวคือ ความต้องการ ใช้พลังงานที่มากขึ้น เนื่องจากระบบที่ซับซ้อนมีแนวโน้มต้องการพลังงานมากกว่าระบบที่เรียบง่าย
  4. 4. 4 ปัจจุบันมีการใช้เทคโนโลยีที่กล่าวมาข้างต้น ไม่ว่าจะเป็นรถยนต์ เครื่องบิน โทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล คอมพิวเตอร์พกพา สิ่งเหล่านี้ล้วนส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปแบบการ ด�ำรงชีวิตและรูปแบบของสังคมไปจากเดิม อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีที่เกิดขึ้นใหม่เหล่านี้ต้องการ พลังงานรูปแบบใหม่หรือพลังงานสังเคราะห์ (พลังงานที่ไม่มีอยู่ตามธรรมชาติ) มาขับเคลื่อนเครื่องมือ อุปกรณ์ต่าง ๆ เหล่านี้ทั้งสิ้น ยานยนต์ต้องการน�้ำมันแกโซลีน น�้ำมันดีเซล หรือน�้ำมันเครื่องบินเป็น เชื้อเพลิง อุปกรณ์สื่อสารต่าง ๆ ต้องการไฟฟ้ามาขับเคลื่อน กิจกรรมต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นหลังแสงอาทิตย์ ลับขอบฟ้าไปแล้วมีไฟฟ้ามาช่วยให้แสงสว่าง ตลอด 150 ปีที่ผ่านมานี้การใช้พลังงานจึงเพิ่มขึ้นมาเป็น ล�ำดับทั้งในภาพระดับมหภาค (ระดับโลกหรือประเทศ) และในภาพระดับจุลภาคหรือระดับบุคคล (การใช้พลังงานต่อประชากร 1 คน) โดยเฉพาะอย่างยิ่งส�ำหรับประเทศอุตสาหกรรมและประเทศกึ่ง อุตสาหกรรมที่ประชาชนส่วนใหญ่สามารถเข้าถึงเทคโนโลยีใหม่เหล่านี้ได้ในระดับปัจเจกบุคคล ความต้องการพลังงานยังคงเพิ่มขึ้นและมีแนวโน้มเป็นเช่นนี้ต่อไป เนื่องจากในศตวรรษที่ 21 นี้ ประชากรกลุ่มใหญ่ในประเทศอุตสาหกรรมใหม่ อาทิ ประเทศจีนและอินเดีย (ทั้งสองประเทศมี ประชากรรวมประมาณ 1/3 ของประชากรโลก) จะมีศักยภาพทางเศรษฐกิจสูงขึ้นและสามารถเข้าถึง เทคโนโลยีใหม่ ๆ เหล่านี้ได้ นอกจากนี้ความต้องการพลังงานยังเพิ่มขึ้นเนื่องจากการเพิ่มจ�ำนวนของ พัฒนาการของเทคโนโลยีหลังปฏิวัติอุตสาหกรรม 60 ปี 55 ปี 50 ปี 40 ปี เครือข่าย ดิจิทัล ซอฟต์แวร์ สื่อรูปแบบ ใหม่ เทคโนโลยี ยุคที่ 1 เทคโนโลยี ยุคที่ 2 เทคโนโลยี ยุคที่ 3 เทคโนโลยี ยุคที่ 4 เทคโนโลยี ยุคที่ 5-6 รถยนต์ เครื่องบิน อุตสาหกรรม • ปิโตรเคมี • อิเล็กทรอนิกส์ ไบโอเทค อินโฟสเฟียร์ ระบบโลก เชิงวิศวกรรม พลังน�้ำ อุตสาหกรรม • สิ่งทอ • เหล็ก ไอน�้ำ รถไฟ อุตสาหกรรม • เหล็กกล้า ไฟฟ้า เครื่องยนต์ เผาไหม้ภายใน อุตสาหกรรม • เคมี 30 ปี 1785 1845 1900 1950 1990 1999 2020 รูปที่ 1.1 วิวัฒนาการของเทคโนโลยีในยุคต่าง ๆ (ที่มา : Graedel และ Allenby, 2010)
  5. 5. 5 ประชากรโลก จากการคาดการณ์ขั้นสูงของสหประชาชาติระบุว่าประชากรโลกจะเพิ่มขึ้นอีกประมาณ 2.5 เท่าเมื่อสิ้นศตวรรษนี้ นั่นคือประชากรโลกจะเพิ่มจาก 6,000 ล้านคนเป็น 14,000 ล้านคน ดังแสดงในรูปที่ 1.2 ดังนั้น ถ้าตลอดหนึ่งร้อยปีนี้คนทุกคนในโลกใช้พลังงานเท่าเดิม ก็หมายความว่า จะมีการใช้พลังงานเพิ่มขึ้นถึง 2.5 เท่าจากปริมาณที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันอยู่แล้ว ปัญหาที่คาดว่าจะเกิด ขึ้นในอนาคตอันใกล้คือ น�้ำมันปิโตรเลียมและแก๊สธรรมชาติที่มนุษย์เราใช้เป็นแหล่งพลังงานหลัก อาจมีเพียงพอถึงปลายศตวรรษนี้หรือต้นศตวรรษหน้าเท่านั้น (Niele, 2005) ดังนั้นจึงเกิดค�ำถามว่า หลังศตวรรษนี้ไปแล้ว แหล่งพลังงานที่จะน�ำมาใช้เพื่อขับเคลื่อนให้กิจกรรมต่าง ๆ ของมนุษย์ยังคง เดินหน้าต่อไปได้ จะได้มาจากที่ใด ? รูปที่ 1.2 ประมาณการจ�ำนวนประชากรโลก ช่วง ค.ศ. 1800-2100 (ที่มา : http://en.wikipedia.org/wiki/File:World-Population-1800-2100.png)
  6. 6. 6 1.3 ความเชื่อมโยงระหว่างพลังงานกับปัญหาสิ่งแวดล้อม การที่มนุษย์น�ำพลังงานฟอสซิล (ถ่านหิน น�้ำมันปิโตรเลียม แก๊สธรรมชาติ) ขึ้นมาใช้อย่างมาก ในศตวรรษที่ผ่านมา สร้างผลกระทบอย่างรุนแรงต่อสิ่งแวดล้อม (โดยจะได้กล่าวในรายละเอียดต่อไป ภายหลัง) ประเด็นปัญหาหลักประเด็นหนึ่งก็คือ ปัญหาเรื่องโลกร้อนอันเนื่องจากปริมาณแก๊สเรือน กระจกในชั้นบรรยากาศเพิ่มมากขึ้นอย่างมีนัยส�ำคัญ ดังแสดงในรูปที่ 1.3 เมื่อพิจารณาเฉพาะแก๊ส คาร์บอนไดออกไซด์เนื่องจากเป็นแก๊สที่ได้จากการเผาไหม้ พบว่าในช่วง 40 ปีที่ผ่านมาความเข้มข้น ของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้นจาก 315 พีพีเอ็ม (ส่วนในล้านส่วน) มาเป็น 365 พีพีเอ็ม หรือ เพิ่มขึ้นประมาณ 50 พีพีเอ็ม ในขณะที่ความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ก่อนการปฏิวัติ อุตสาหกรรมมีค่าค่อนข้างคงที่ การเพิ่มขึ้นของแก๊สเรือนกระจกส่งผลต่อการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ บนผิวโลกจากรายงานของ IPCC(Intergovernmental PanelonClimateChange)พบว่าอุณหภูมิ เฉลี่ยบนผิวโลกเพิ่มขึ้น 0.25 องศาเซลเซียส ระหว่าง ค.ศ. 1880-1940 ใน ค.ศ. 1970 นักวิทยาศาสตร์ กลุ่มหนึ่งได้ท�ำการวิเคราะห์อากาศที่ถูกกักอยู่ในแท่งน�้ำแข็งตัวอย่างจากแอนตาร์กติก และได้ข้อมูล เกี่ยวกับความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศย้อนหลังไป 1000 ปี ซึ่งเป็นที่มาของรูป ที่ 1.3 รูปที่ 1.3 ความเข้มข้นของแก๊สเรือนกระจกในบรรยากาศส�ำหรับช่วง 2000 ปีที่ผ่านมา (ที่มา : http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/faq-2-1-figure-1.htm) โลกของเรารับพลังงานมาจากแสงอาทิตย์ โดยแสงอาทิตย์ที่มาถึงยังโลกบางส่วนจะสะท้อน กลับออกไปสู่อวกาศโดยเมฆ บรรยากาศ และทะเล มีเพียงร้อยละ 49 ที่โลกดูดซับไว้ พลังงานนี้
  7. 7. 7 จ�ำนวนหนึ่งเปลี่ยนสภาพเป็นความร้อนในบรรยากาศ บางส่วนถูกใช้เพื่อระเหยน�้ำ ส่วนที่เหลือแผ่ออก มาในรูปรังสีความร้อนอินฟราเรดและถูกดูดซับโดยบรรยากาศดังแสดงในรูปที่ 1.4 ดังนั้น บรรยากาศ ที่ห่อหุ้มโลกจึงท�ำหน้าที่กักเก็บความร้อนที่มาจากการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ไว้ ส่งผลให้อุณหภูมิ เฉลี่ยบนผิวโลกอยู่ที่ 15 องศาเซลเซียส แต่ถ้าไม่มีบรรยากาศห่อหุ้มโลกอุณหภูมิของผิวโลกจากการ ค�ำนวณจะต�่ำถึง -19 องศาเซลเซียส ผลของบรรยากาศต่อการรักษาอุณหภูมิเฉลี่ยบนผิวโลกเรียกว่า “ผลของภาวะเรือนกระจก (Greenhouse effect)” ซึ่งปัจจัยส�ำคัญที่มีบทบาทต่อการรักษาความ ร้อนนี้ไว้บนผิวโลกมาจากแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และไอน�้ำในบรรยากาศที่มีโครงสร้างของโมเลกุล เหมาะสมต่อการดูดซับรังสีความร้อนที่สะท้อนจากผิวโลก (รังสีสะท้อนมีความยาวคลื่น 4-100 ไมโครเมตร) โดยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ดูดซับรังสีความยาวคลื่นในช่วง 13-19 ไมโครเมตร และ ไอน�้ำดูดซับรังสีความยาวคลื่นในช่วง 4-7 ไมโครเมตร ความเข้มข้นปกติของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ที่ระดับหนึ่งจะมีผลต่อความสามารถในการดูดซับรังสีความร้อนเหล่านี้ค่าหนึ่งซึ่งมีผลต่อดุลพลังงาน ของชั้นบรรยากาศ แต่เมื่อความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้นจาก กิจกรรมที่มนุษย์สร้างขึ้น(การใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลการลดลงของพื้นป่าไม้)ท�ำให้มีการกักรังสีความร้อน ไว้ในชั้นบรรยากาศมากขึ้น อุณหภูมิของผิวโลกจึงสูงขึ้น ส่งผลท�ำให้มีน�้ำระเหยเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ มากขึ้นไอน�้ำก็มีศักยภาพในการดูดซับรังสีความร้อนเหล่านี้เช่นกันการมีไอน�้ำมากขึ้นในชั้นบรรยากาศ จึงยิ่งเป็นปัจจัยช่วยเสริมวงจรป้อนกลับของกลไกการเกิดสภาพเรือนกระจก ทั้งหมดนี้มีผลต่อการ เปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อมในปัจจุบัน รูปที่ 1.4 ดุลพลังงานจากการแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์ที่มายังบนพื้นผิวโลก (ที่มา : IPCC 1995, “Climate change 1995, Working Group I”)
  8. 8. 8 นอกจากแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และไอน�้ำที่มีบทบาทต่อการดูดซับรังสีความร้อนแล้ว ใน บรรยากาศของเรายังมีแก๊สอื่นๆ อีกที่มีความสามารถในการดูดซับรังสีความร้อนเหล่านี้ อันได้แก่ แก๊สมีเทน (CH4) ไนตรัสออกไซด์ (N2O) โอโซน (O3) คลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFCs) ฟลูออโร- คาร์บอน (CFs) แก๊สเหล่านี้สามารถดูดซับรังสีที่มีความยาวคลื่นในช่วง 7-13 ไมโครเมตร ตาราง ที่ 1.1 แสดงปริมาณและอายุของแก๊สเรือนกระจกหลัก ๆ ในชั้นบรรยากาศซึ่งเป็นรายงานที่จัดท�ำ โดยคณะท�ำงานระหว่างประเทศเรื่องการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศใน ค.ศ. 1995 (Halmann และ Steinberg, 1999) ตารางที่ 1.1 แสดงให้เห็นว่าปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ได้เพิ่มขึ้นอย่างมาก ช่วงหลังปฏิวัติอุตสาหกรรม อัตราการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ยังเป็นไป อย่างรวดเร็วและการที่แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์มีช่วงชีวิตที่ยาวในบรรยากาศส่งผลให้การสะสม ของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศยิ่งมากขึ้นไป เพราะทุกโมเลกุลที่ถูกปล่อยออกสู่ชั้น บรรยากาศจะเสถียรอยู่ไปอีก 50-200 ปี ความเข้มข้นก่อนปฏิวัติอุตสาหกรรม, ppmv @ 280 @ 720 × 10-3 @ 275 × 10-3 0 ความเข้มข้นใน ค.ศ. 1994, ppmv 358 1720 × 10-3 312 × 10-3 268 × 10-6 อัตราการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้น, ppmv ต่อปี 1.5 10 × 10-3 0.8 × 10-3 0 อายุในชั้นบรรยากาศ, ปี 50-200 12 120 50 ตารางที่ 1.1 แก๊สเรือนกระจก ความเข้มข้น การเพิ่มขึ้นและอายุในชั้นบรรยากาศ (ที่มา : Halmann และ Steinberg, 1999) CO2 CH4 N2 O CFC-11 ppmv หมายถึง หนึ่งในล้านส่วนเชิงปริมาตร อันที่จริงแล้วประเด็นภาวะโลกร้อนถูกกล่าวถึงครั้งแรก โดย Svante Arrhenius ใน ค.ศ. 1896 Arrhenius ชี้ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ที่มนุษย์จะมีส่วนอย่างมากต่อการเปลี่ยนแปลงของภาวะ เรือนกระจก แต่ประเด็นนี้ไม่ได้รับความสนใจจนกระทั่งใน ค.ศ. 1957 มีผู้ตีพิมพ์บทความทาง วิทยาศาสตร์ที่ดึงประเด็นภาวะเรือนกระจกและความห่วงใยสู่สาธารณะอีกครั้ง หนึ่งปีหลังจากนั้น ได้เริ่มมีการตรวจวัดความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศที่ Mauna Loa เพื่อ ตรวจสอบความเป็นไปได้ของการเกิดภาวะโลกร้อน แต่ประเด็นดังกล่าวก็ยังไม่ได้รับความสนใจจาก สาธารณชน จนกระทั่งช่วงทศวรรษของปี 1980 ในปี 1988 สหประชาชาติตั้งคณะท�ำงานซึ่งเป็น กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ระหว่างประเทศเพื่อท�ำหน้าที่ประเมินความเสี่ยงเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของ ภูมิอากาศ โดยคณะท�ำงานกลุ่มนี้คือ Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) ใน ช่วงเวลาที่ผ่านมาคณะท�ำงานกลุ่มนี้ได้จัดท�ำรายงานขึ้นมา 4 ฉบับโดยรายงานดังกล่าวเขียนขึ้นจาก
  9. 9. 9 การทบทวนวรรณกรรมและผลงานตีพิมพ์ที่มีการประเมินโดยผู้เชี่ยวชาญซึ่งไม่ได้เป็นผู้ท�ำวิจัยเอง ตั้งแต่ ค.ศ. 2010 งานของ IPCC จะได้รับการทบทวนโดยสภานักวิชาการระหว่างประเทศ รายงาน ฉบับล่าสุดของ IPCC ใน ค.ศ. 2007 รายงานว่าอุณหภูมิเฉลี่ยที่เพิ่มขึ้นบนพื้นผิวโลกเมื่อถึง ค.ศ. 2100 จะอยู่ในช่วง 2.0-4.5 องศาเซลเซียส หรือค่าที่น่าจะเป็นคืออุณหภูมิเฉลี่ยเพิ่มขึ้นประมาณ 3 องศาเซลเซียส จากประมาณการนี้ คณะนักวิทยาศาสตร์คิดว่าการประมาณการนี้สูงเกินไป จึงมีค�ำถาม ตามมาว่า ปริมาณความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศควรเป็นเท่าไร จึงจะไม่ ท�ำให้อุณหภูมิเฉลี่ยที่เพิ่มขึ้นบนพื้นผิวโลกสูงเกินไป (Armaroli และ Balzani, 2011) ในการพิจารณาความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศ ก่อนอื่นต้องเข้าใจ ก่อนว่ากิจกรรมบนโลกมีทั้งส่วนการผลิตและการใช้แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ กิจกรรมดังกล่าวมีทั้งที่ เกิดขึ้นตามธรรมชาติและที่มนุษย์สร้างให้เกิดขึ้น ปัจจัยเหล่านี้มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้น ของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศ ในการติดตามการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของแก๊ส คาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศจึงต้องทราบถึงการเคลื่อนย้ายของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ เนื่องจากกิจกรรมต่าง ๆ บนโลกก่อน รูปที่ 1.5 เป็นภาพวัฏจักรคาร์บอนของโลก ที่น�ำเสนอในรายงาน ของ IPCC ค.ศ. 1995 เพื่ออธิบายถึงการเคลื่อนย้ายของคาร์บอนและการเสนอดุลคาร์บอนบนโลก รูปที่ 1.5 วัฏจักรคาร์บอนของโลก แสดงแหล่งเก็บ การเคลื่อนย้ายเข้า-ออกของคาร์บอนจากระบบนิเวศ ทางบก ทางน�้ำและทางอากาศ และกิจกรรมของมนุษย์ (ที่มา : http://cdiac.ornl.gov/pns/graphics/c_cycle.htm)
  10. 10. 10 ตัวเลขในภาพคือปริมาณคาร์บอนที่สะสม (GTC, 109 ตันคาร์บอน/ปี) หรือปริมาณการเคลื่อนย้าย คาร์บอนตามกระแสต่าง ๆ (GTC/yr, 109 ตันคาร์บอน/ปี) ในรูป 1.5 แสดงว่าในบรรยากาศของโลกมี คาร์บอนสะสมอยู่ 775 กิกะตัน (GTC, 109 ton) อยู่ในพืช ในดินและซากอินทรีย์ 550 และ 1,500 กิกะตันตามล�ำดับ ละลายในทะเลที่บริเวณผิวหน้าประมาณ 1,020 กิกะตัน อยู่ในสิ่งมีชีวิตในทะเล 3 กิกะตัน ละลายในคาร์บอนอินทรีย์ละลายน�้ำได้ < 700 กิกะตัน และเก็บอยู่ใต้ทะเลช่วงกลางและ ทะเลลึกถึง 38,100 กิกะตัน และอยู่ในตะกอนก้นทะเลอีก 150 กิกะตัน จากรูปจะเห็นว่า กระบวนการหายใจของพืชจะปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่บรรยากาศ ประมาณ 50 กิกะตันคาร์บอนต่อปี ในขณะที่พืชดึงแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จากบรรยากาศเข้าไปใช้ ในการสังเคราะห์แสงปีละ 101.5 กิกะตันคาร์บอน หมายความว่า พืชช่วยลดปริมาณแก๊สคาร์บอนได- ออกไซด์ในบรรยากาศโดยดึงแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากบรรยากาศปีละ 51.5 กิกะตันคาร์บอน เพื่อใช้ในการสร้างความเจริญเติบโต แต่เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงของการใช้ที่ดินของมนุษย์ส่งผล ให้มีแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ปล่อยออกสู่บรรยากาศปีละ 1.5 กิกะตันคาร์บอน และมีการปล่อย คาร์บอนออกสู่บรรยากาศอันเนื่องจากกระบวนการย่อยสลายของสารอินทรีย์ต่าง ๆ อีก 50 กิกะตัน คาร์บอน จากข้อมูลข้างต้นจะเห็นว่าระบบนิเวศทางบกไม่ได้ช่วยลดปริมาณคาร์บอนในบรรยากาศ ส�ำหรับระบบนิเวศทางน�้ำ ทะเลท�ำหน้าที่ดูดซับคาร์บอนสุทธิได้ปีละ 1.6 กิกะตันคาร์บอน นอกจากนี้ ยังมีการปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่บรรยากาศอันเนื่องจากกิจกรรมของมนุษย์ (การใช้ เชื้อเพลิงฟอสซิลและอุตสาหกรรมซีเมนต์) อีกปีละ 6.2 กิกะตันคาร์บอน ดังนั้น เมื่อน�ำข้อมูลจากทั้ง ระบบนิเวศทางบก ทางน�้ำ ทางอากาศและกิจกรรมของมนุษย์มาพิจารณา พบว่าปริมาณคาร์บอนใน บรรยากาศจะเพิ่มขึ้นอันเนื่องจากการปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่บรรยากาศอันเนื่องจาก กิจกรรมของมนุษย์มากกว่าความสามารถในการดูดซับของระบบนิเวศทางบกและทางน�้ำ ผลกระทบที่คาดว่าจะเกิดขึ้นจากการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่ผิวโลก (1) ระดับน�้ำทะเลสูงขึ้น เนื่องจากการหลอมละลายของธารน�้ำแข็งและน�้ำแข็งในแอนตาร์กติกจากการค�ำนวณประมาณการว่า เมื่อถึง ค.ศ. 2100 ระดับน�้ำอาจสูงขึ้นได้ไปอยู่ระหว่าง 15-90 เซนติเมตร โดยค่าที่น่าจะเป็นคือ 48 เซนติเมตร และ (2) เกิดทะเลทรายเพิ่มขึ้นในบริเวณเขตร้อนและการขยายพื้นที่การเจริญเติบโตของ พืชการเกษตรเข้าสู่ด้านเหนือของเขตอบอุ่นมากขึ้น (Halmann และ Steinberg, 1999) ผลกระทบ จากอุณหภูมิผิวโลกที่เพิ่มขึ้นก่อให้เกิดการถกเถียงกันทั้งในแง่ของวิทยาศาสตร์และการวางนโยบายว่า ค่าความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศควรเป็นเท่าใด แนวคิดจากการถกเถียง ในรอบแรก ๆ ยอมรับให้ค่าความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศเป็นสองเท่า ของค่าความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศก่อนการปฏิวัติอุตสาหกรรม ซึ่งคือ ประมาณ 550 พีพีเอ็มปริมาตร (ppmv) จากรายงานของ IPCC แสดงว่าค่าความเข้มข้นของแก๊ส คาร์บอนไดออกไซด์นี้จะท�ำให้อุณหภูมิเฉลี่ยเพิ่มขึ้นบนพื้นผิวโลกจะอยู่ในช่วง 2.0-4.5 องศาเซลเซียส และค่าที่น่าจะเป็นคืออุณหภูมิเฉลี่ยเพิ่มขึ้นประมาณ 3 องศาเซลเซียส นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่มี

×