พลังงาน : วิวัฒนาการ กระบวนการผลิต การวิเคราะห์และความยั่งยืน

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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