เชื่อมโยงไปยังเว็บไซต์ สวทช
หน้าหลัก
ข่าววิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

สาระน่ารู้

ถามตอบปัญหาวัสดศาสตร์
ภาษาวัสดุ
 





สาระน่ารู้ของถังก๊าซ NGV

บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

      ผลพวงจากการที่น้ำมันแพง ทำให้รัฐบาลหาทางออกด้วยการส่งเสริมและสนับสนุนให้มีการประหยัดพลังงานเพื่อลดการนำเข้าน้ำมัน รวมทั้งพยายามหาแหล่งพลังงานทดแทนน้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ (natural gas) ก็เป็นแหล่งพลังงานทางเลือกหนึ่งที่น่าสนใจ เพราะมีราคาถูกกว่าน้ำมันมาก ปัจจุบันก๊าซธรรมชาติราคาประมาณ 8.50 บาท/กิโลกรัม ขณะที่ก๊าซหุงต้ม (ก๊าซแอลพีจี - LPG) ราคาประมาณ 16.50 บาท/กิโลกรัม ส่วนน้ำมันเบนซินและดีเซลราคายิ่งสูงขึ้นอีก (≈ 25 บาท/ลิตร) ความแตกต่างทางด้านราคาก๊าซธรรมชาติและน้ำมัน ทำให้บริษัท ปตท จำกัด (มหาชน) ประกาศสนับสนุนการใช้เชื้อเพลิงชนิดนี้ในรถยนต์ โดยทางบริษัทยินดีออกค่าใช้จ่ายส่วนหนึ่งสำหรับรถที่จะติดตั้งระบบการใช้ก๊าซธรรมชาติ เนื่องจากชุดติดตั้งมีราคาแพงและต้องนำเข้าจากต่างประเทศทั้งหมด

            สาเหตุสำคัญส่วนหนึ่งที่ทำให้ชุดติดตั้งมีราคาสูงก็คือ เรื่องถังบรรจุ เพราะการบรรจุก๊าซธรรมชาติลงถังต้องใช้ถังที่สามารถทนความดันได้สูงถึง 3,000 – 3,600 ปอนด์ต่อตารางนิ้วหรือประมาณ 200 –  240 บาร์ในสภาพการใช้งานปกติ ขณะที่ถังบรรจุก๊าซแอลพีจีใช้งานในสภาพความดันระดับ *240 - 270 ปอนด์ต่อตารางนิ้วหรือประมาณ 16 - 19 บาร์ ดังนั้นเห็นได้ว่าถังที่ใช้บรรจุก๊าซธรรมชาติต้องแข็งแรงกว่าถังบรรจุก๊าซแอลพีจีมากซึ่งนั่นทำให้ต้นทุนของชุดติดตั้งมีราคาสูงกว่าระบบก๊าซแอลพีจี

พัฒนาการของถังบรรจุ
            การใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์นั้นเริ่มมีตั้งแต่ในช่วงทศวรรษที่ 1950 – 1960 ในประเทศอิตาลีและรัสเซีย เริ่มแรกนั้นถังบรรจุผลิตขึ้นจากเหล็กกล้าและใช้มาตรฐาน US DOT 3AA หลังจากนั้นก็มีการปรับปรุงพัฒนาถังบรรจุที่มีน้ำหนักเบาแบบอื่นออกมาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการบรรทุกสัมภาระ และการบรรจุก๊าซ ช่วงทศวรรษที่ 1980 มีการนำถังบรรจุก๊าซที่ทำจากโลหะและหุ้มด้วยไฟเบอร์กลาสเพื่อเสริมความแข็งแรงออกมาจำหน่ายในท้องตลาดซึ่งเรียกว่าเป็นถังแบบที่ 2 (type II) และถังแบบที่ 3 (type III) ด้วยเหตุที่ตลาดต้องการใช้ถังบรรจุก๊าซน้ำหนักเบา ทำให้ผู้ผลิตพยายามพัฒนาถังบรรรจุก๊าซแบบใหม่ ๆ ที่น้ำหนักเบายิ่งขึ้นออกมา จนเมื่อปี ค.ศ.1992 ได้มีการผลิตถังบรรจุก๊าซแบบที่ 4 (type IV) ออกมา ถังบรรจุก๊าซแบบล่าสุดซึ่งผนังชั้นในทำจากวัสดุพลาสติก ส่วนผนังชั้นนอก (ทั้งหมด) เป็นไฟเบอร์กลาสหรือคาร์บอนไฟเบอร์ ดังนั้นปัจจุบันถังบรรจุก๊าซธรรมชาติที่ใช้และจำหน่ายจะมีด้วยกัน 4 แบบ ได้แก่

ถังแบบที่ 2 และ 3 จะมีผนังชั้นในเป็นโลหะบาง

แบบที่ 1 ตัวถังทำจากเหล็ก หรืออะลูมิเนียมทั้งถัง เป็นถังชนิดแรกที่มีการผลิตออกมาใช้ ปัจจุบันถังแบบที่ 1 ยังคงครองส่วนแบ่งทางการตลาดมากที่สุดเนื่องจากมีราคาขายต่ำที่สุดเมื่อเทียบกับถังชนิดอื่น

แบบที่ 2 ตัวถังทำจากโลหะ (เหล็ก/อะลูมิเนียม) มีการพัฒนาการด้านเทคโนโลยีวัสดุเพิ่มขึ้นด้วยการหุ้มบริเวณ “ด้านข้างถัง” ด้วยวัสดุคอมโพสิทซึ่งเป็นโพลิเมอร์เสริมแรงด้วยใยแก้วหรือกลาสไฟเบอร์ (glass fiber)

แบบที่ 3 ตัวถังชั้นในทำจากโลหะบาง ซึ่งอาจเป็นเหล็กหรืออะลูมิเนียมก็ได้ และชั้นนอก “ทั้งหมด” ผลิตจากวัสดุคอมโพสิท

แบบที่ 4 ตัวถังชั้นในทำด้วยวัสดุพลาสติกและชั้นนอกเป็นวัสดุคอมโพสิท ที่มีเส้นใยแก้วหรือเส้นใยคาร์บอน (carbon fiber) เป็นวัสดุเสริมแรง ปัจจุบันถังแบบนี้เป็นถังที่น้ำหนักน้อยที่สุด

ค่าสัดส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถัง 
            ถังแบบที่ 1 ถังเหล็ก/อะลูมิเนียม มีค่าอัตราส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถังประมาณ 1 (ปริมาตรถัง/น้ำหนักถัง ≈ 1)
            ถังแบบที่ 2 ถังเหล็ก/อะลูมิเนียมหุ้มด้านข้างด้วยวัสดุคอมโพสิท มีอัตราส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถังประมาณ 1.25
            ถังแบบที่ 3 ถังชั้นในเป็นโลหะบางหุ้มชั้นนอกด้วยวัสดุคอมโพสิท มีอัตราส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถังประมาณ 2.0
            ถังแบบที่ 4 ถังชั้นในเป็นพลาสติกหรือวัสดุอื่น ๆ หุ้มชั้นนอกด้วยวัสดุคอมโพสิทประเภทคาร์บอนหรือกลาสไฟเบอร์ มีอัตราส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถังประมาณ 2.7


ภาพตัดขวางแสดงส่วนประกอบของถังบรรจุก๊าซธรรมชาติแบบที่ 4

           ค่าสัดส่วนเหล่านี้บอกอะไรได้บ้าง? การติดตั้งชุดอุปกรณ์และถังก๊าซธรรมชาติสำหรับรถยนต์ ทำให้รถยนต์มีน้ำหนักเพิ่มขึ้นจากเดิม เนื่องจากน้ำหนักถังบรรจุและน้ำหนักก๊าซ กรณีของถังแบบที่ 1 ที่มีอัตราส่วนปริมาตรต่อน้ำหนักถังประมาณ 1 หมายความว่า หากติดตั้งถังที่มีปริมาตร 70 ลิตร ถังบรรจุจะมีน้ำหนักประมาณ 70 กิโลกรัม ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับถังแบบที่ 4 ที่มีอัตราส่วนเท่ากับ 2.7 หมายถึงถังปริมาตร 70 ลิตรจะมีน้ำหนักประมาณ 26 กิโลกรัมเท่านั้น ดังนั้นน้ำหนักโดยรวมของรถที่ใช้ถังแบบที่ 1 กับรถที่ใช้ถังแบบที่ 4 จะแตกต่างกันประมาณ 44 กิโลกรัม
           น้ำหนักของรถที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากการติดตั้งถังบรรจุก๊าซมีผลทำให้เครื่องยนต์ต้องทำงานมากขึ้น ซึ่งหมายถึงรถยนต์จะกินน้ำมันมากขึ้น ดังนั้นความแตกต่างเรื่องน้ำหนักถังจึงเป็นประเด็นที่น่าสนใจประเด็นหนึ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งรถยนต์ขนาดใหญ่ เช่น รถบรรทุกสินค้า  รถขนส่งมวลชน เป็นต้น หากพิจารณาว่าต้องติดตั้งถังแบบที่ 1 ที่แต่ละถังหนัก 70 กิโลกรัมและต้องติดตั้งหลายถัง (70 x X, X = จำนวนถัง) เพื่อให้ได้ก๊าซธรรมชาติมากพอสำหรับการวิ่งระยะทางไกล ๆ แต่ทั้งนี้ต้องพิจารณาถึงความคุ้มค่าเมื่อเทียบกับราคาถังแบบที่ 4 ที่แตกต่างกับราคาถังแบบที่ 1 ค่อนข้างมาก

ความปลอดภัยของถังบรรจุ
           เรื่องความปลอดภัยของถังบรรจุเป็นประเด็นที่สำคัญที่สุด เนื่องจากถังบรรจุใช้งานที่ความดันสูง ดังนั้นมาตรฐานความปลอดภัยของถังบรรจุก๊าซธรรมชาติจึงเข้มข้นกว่าถังบรรจุก๊าซหุงต้มมาก ปัจจุบันการผลิตถังบรรจุก๊าซธรรมชาติต้องดำเนินภายใต้มาตรฐาน ISO 11439 ซึ่งกำหนดมาตรฐานการออกแบบ การทดสอบ และความปลอดภัยของถังบรรจุก๊าซไว้ว่า ถังต้องรองรับการบรรจุก๊าซได้สูงถึงปีละ 1,000 ครั้ง ถังมีอายุการใช้งานไม่เกิน 20 ปี ที่ระดับแรงดัน 200-240 บาร์ ณ อุณหภูมิ 15 องศาเซลเซียส และกำหนดให้ถังบรรจุก๊าซต้องมีการตรวจสอบทุกๆ 3 ปีหรือหลังจากเกิดอุบัติเหตุ

* หมายเหตุ
ถังบรรจุก๊าซหุงต้มมีการทดสอบที่เรียกว่า "การทดสอบความดันไฮดรอลิกพิสูจน์" ทดสอบโดยใช้ความดันน้ำระดับ 3.30 เมกะปาสคาล (479 ปอนด์ต่อตารางนิ้วหรือ 33 บาร์)

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

 
 
Copyright © 2006 National Metal and Materials Technology Center
114 Thailand Science Park Paholyothin Rd., Klong 1, Klong Luang,
Pathumthani 12120 Thailand Tel.: 66 2564-6500
เชื่อมโยงไปยังเว็บไซต์ BIOTECเชื่อมโยงไปยังเว็บไซต์ MTECเชื่อมโยงไปยังเว็บไซต์ สวทชเชื่อมโยงไปยังเว็บไซต์ NECTECเชื่อมโยงไปยังเว็บไซต์ Nanotecเชื่อมโยงไปยังเว็บไซต์ TMC