เตาแบบไหนโดนใจสายปิ้งย่าง

โดย รวิศ ทัศคร

เมื่อเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2565 ที่ผ่านมานี้ เตาถ่านกลายเป็นประเด็นถกเถียงวิพากษ์วิจารณ์ถึงความเหมาะสมในการใช้งานและประสิทธิภาพการใช้งานกันอย่างกว้างขวางในสังคมไทย โดยมีผู้นำไปเปรียบเทียบกับการใช้เตาแก๊สหุงต้มในครัวเรือน ซึ่งมีตั้งแต่ราคาค่าเชื้อเพลิง เวลาที่ใช้ในการจุดไฟ บ้างก็ห่วงเรื่องค่าฝุ่น PM2.5 ในโลกโซเชียลวิเคราะห์ไว้เพียงแง่มุมของค่าใช้จ่ายต่อพลังงานที่ได้ ซึ่งถูกต้องในแง่มุมหนึ่ง แต่ผู้วิเคราะห์อาจมองเพียงค่าใช้จ่ายต่อมวลของเชื้อเพลิงที่ใช้ไป ไม่ได้มองในแง่ของสถานที่ใช้งาน

เตาทั้งสองแบบมีเป้าหมายในการใช้งานในสถานที่ที่แตกต่างกัน รวมถึงอัตราการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงแต่ละชนิด ซึ่งมีผลกับค่าใช้จ่าย ความยากง่ายในการจัดหาเชื้อเพลิงที่แต่ละภูมิภาคหรือสถานที่มีปริมาณไม่เท่ากัน บางแห่งที่พื้นที่เกษตรกรรมมีชีวมวลกิ่งไม้ใบไม้ แกลบ ซังข้าวโพด เหลือใช้เกินความต้องการ จนกลายเป็นแหล่งพลังงานฟรี ๆ ที่เหลือทิ้งจนต้องหาวิธีกำจัด

นอกจากเตาทั้งสองอย่างนั้นแล้ว ยังมีเตาชนิดอื่นให้ใช้ในสังคมเมืองอีก เช่น เตาแม่เหล็กไฟฟ้า (induction) จึงทำให้มีสิ่งต่าง ๆ ในการเปรียบเทียบมากมายเกินกว่าจะฟันธงว่า เตาชนิดใดดีกว่าชนิดใด ผู้ใช้งานควรจะต้องมองเงื่อนไขของการใช้งาน และใช้เตาแต่ละชนิดให้ “เหมาะสมกับสถานที่และเงื่อนไขในการใช้งาน” ดังนั้นเพื่อให้ภาพรวมในเรื่องนี้สมบูรณ์ขึ้น บทความในตอนนี้จึงได้นำข้อมูลจากการศึกษาวิจัยต่าง ๆ มาเปรียบเทียบให้ดูกันเพื่อเป็นข้อมูลดังนี้ครับ

มุมมองทางเทคนิคในด้านอาหารปิ้งย่าง

หลายคนคงชอบไปท่องเที่ยวสไตล์แคมปิง พักแรมกางเต็นท์และประกอบอาหารกันเอง หรือแม้แต่ในเมืองนอกที่เรามักเห็นชาวต่างชาติเชิญชวนเพื่อนมาปาร์ตี้บาร์บิคิวที่สวนหลังบ้านกันเป็นปกติ การปรุงอาหารบนเตาย่างกลางแจ้งที่เป็นเตาแก๊ส ก็เหมือนกับย่างบนเตาแก๊สในครัว เพียงแต่ไปทำกลางแจ้งเท่านั้น และการย่างบนเตาแบบแคมปิงจะแพงกว่า เพราะต้องเปลี่ยนกระป๋องแก๊สโพรเพน เตาแก๊สอาจง่ายในการจัดการ แต่ผลลัพธ์การปรุงหรือคุณภาพของรสชาติที่ได้นั้นไม่ได้ดีไปกว่าเตาถ่านอย่างแน่นอน แต่ก็มีวิธีการเพิ่มกลิ่นควันไฟด้วยการใส่เศษไม้สับ (wood chips) ลงในกระทะเหมือนกัน

หลายคนคิดว่าควันที่ขึ้นมาจากถ่านไปโดนกับเนื้อจะให้กลิ่นรสอันเป็นเอกลักษณ์แก่เนื้อ ซึ่งไม่ถูกต้องนัก สิ่งที่เกิดขึ้นคือถ่านที่ความร้อนสูงจะละลายไขมันและน้ำมันออกมาจากเนื้อ จนหยดลงมาโดนถ่านร้อน ๆ แล้วระเหยกลับไปเป็นไอและไหม้เป็นควัน ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกลิ่นรสที่น่ารับประทานกลับไปสู่อาหาร ยิ่งหากเป็นที่ต่างประเทศ การเติมเศษแผ่นไม้สับที่มีกลิ่นหอมเฉพาะตัวเข้าไปในกองถ่าน ยิ่งจะช่วยเพิ่มกลิ่นรสให้ดีมากยิ่งขึ้นด้วย โดยมีเทคนิคที่แนะนำกันมาสำหรับนักปิ้งย่างสายฝรั่งก็คือ บางคนจะนำเศษไม้สับพวกนั้นไปแช่น้ำก่อนนำไปใช้งาน

การย่างด้วยเตาถ่านนั้น ควรจะต้องจุดเตาและตั้งเตาให้ถ่านลุกติดไฟดีเสียก่อน และรอจนกว่าเตาจะร้อน และบนก้อนถ่านปรากฏขี้เถ้าบาง ๆ และมีถ่านที่คุแดงอยู่ข้านใน ซึ่งความร้อนจะออกมาอย่างคงที่ จึงจะถือว่าเตาถ่านอยู่ในสภาพพร้อมใช้

นักกินสายปิ้งย่างขนานแท้หลายคนอาจไม่ชอบการย่างด้วยเตาแก๊ส แต่ความเป็นจริงอีกด้านก็คือ การย่างด้วยแก๊สนั้นเร็วกว่าและง่ายกว่าการใช้ถ่าน แต่ก็ต้องแลกความสะดวกมาด้วยรสชาติที่ยังไม่ “เต็มที่” เท่ากับเตาถ่าน แม้ว่าการย่างด้วยแก๊สจะเกิดควันอันเนื่องมาจากโปรตีน ไขมัน และน้ำตาลที่หยดลงบนเตา และลุกไหม้กลายเป็นโมเลกุลที่ซับซ้อนของสารให้กลิ่นเช่นเดียวกันกับการย่างด้วยเตาถ่าน

แต่สำหรับเตาถ่านนั้น น่าสนใจว่ามีโมเลกุลของสารประกอบพิเศษชนิดหนึ่งที่มีเฉพาะกับอาหารที่ปรุงสุกด้วยเตาถ่านหรือเตาฟืนเท่านั้น เรียกว่า ไกวเอคอล (guaiacol) ซึ่งมีสูตรทางเคมีว่า C₆H₄(OH)(COH₃) สารชนิดนี้เป็นสารประกอบอะโรมาติกให้กลิ่นรสที่เกิดขึ้นเมื่อเกิดปฏิกิริยาสลายตัวด้วยความร้อน (pyrolysis) จากการใช้ความร้อนทำให้ลิกนิน (lignin) สลายตัว ซึ่งลิกนินพบได้ในเนื้อไม้ เพราะมันเป็นสารประกอบเรซินที่ยึดเซลลูโลสเข้าด้วยกัน พืชและชีวมวลที่เอามาทำเป็นถ่านหุงต้มจะมีสารในกลุ่มลิกโนเซลลูโลส (lignocellulose) ที่มีส่วนประกอบหลักได้แก่ เซลลูโลส เฮมิเซลลูโลส และลิกนิน เจ้าไกวเอคอลนี้จะมีโพรไฟล์ของกลิ่นรสที่ให้ความรู้สึกของการรมควัน กลิ่นคล้ายเครื่องเทศเผ็ด ๆ และคล้ายเบคอน กลิ่นรสที่มักจะทำให้คนนึกถึงเบคอนนั้นส่วนใหญ่มาจากการสลายของลิกนินนั่นเอง (guaiacol พบว่ามีการสะกดไทยทั้งคำว่า ไกวเอคอล กัวไอเอคอล กัวเอคอล และไกวอะคอล แต่ในบทความนี้จะใช้ ไกวเอคอล ซึ่งน่าจะตรงที่สุด – ผู้เขียน)

ไกวเอคอลเป็นสารที่น่าสนใจ เพราะนอกจากจะให้กลิ่นรสที่หอมคล้ายเบคอนแก่อาหารปิ้งย่างแล้ว ยังเอามาทำปฏิกิริยาฟอร์มิเลชัน (formylation) เพื่อผลิตสารวานิลลิน (vanillin) ที่ให้กลิ่นวานิลลา ซึ่งใช้เป็นวานิลลาสังเคราะห์แต่งกลิ่นรสวานิลลาในอาหารและเครื่องดื่มชนิดต่าง ๆ ทดแทนวานิลลินจากธรรมชาติที่มีราคาแพง นอกจากอาหารปิ้งย่างแล้ว ไกวเอคอลยังพบได้ในน้ำมันหอมระเหยจากเมล็ดขึ้นฉ่าย ใบยาสูบ ใบส้ม และเปลือกผิวมะนาวเลมอน สารประกอบชนิดนี้ยังเป็นหนึ่งในสารให้กลิ่นหอมสำคัญของอาหารหลายชนิด ยกตัวอย่างเช่น เมล็ดกาแฟคั่ว สุราวิสกี้ สำหรับกรณีของสุราวิสกี้นั้น การจะปลดปล่อยความหอมของไกวเอคอลได้มากน้อยเท่าไรขึ้นกับสูตรการชงหรือสัดส่วนของน้ำที่เติมลงไปในส่วนผสม มีผู้ค้นคว้าวิจัยเกี่ยวกับเรื่องนี้เอาไว้ ผู้สนใจสามารถอ่านบทความเกี่ยวกับเรื่องนี้ได้ใน QR code ต่อไปนี้

QR code บทความเกี่ยวกับไกวเอคอล และเหตุผลว่าทำไมเติมน้ำลงไปวิสกี้จึงหอม

หลายคนอาจเคยได้ยินว่าอย่าทานอาหารปิ้งย่างมากหรือบ่อยเกินไป มิฉะนั้นอาจเสี่ยงต่อการเป็นมะเร็ง การปิ้งย่างนั้น ไม่ว่าจะใช้เตาแก๊สหรือเตาถ่านก็จะเกิดสารจำพวก polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) จากการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ เกิดการสลายตัวด้วยความร้อนของวัสดุที่มีคาร์บอน เช่น ตัวอาหารเอง น้ำมันประกอบอาหาร ไม้ หรือถ่าน แม้แต่น้ำมันก๊าดหรือแก๊สหุงต้มเอง เมื่อไฟติดก็ปลดปล่อยสารพวกนี้ได้เหมือนกัน ถึงแม้จะน้อยกว่าเตาฟืนที่มีการเผาตามธรรมชาติ ส่วนเตาไม้หรือถ่านที่มีพัดลมช่วยเป่าทางลมเข้า (forced draft cook stoves) จะปลดปล่อย PAHs น้อยเท่า ๆ กับเตาน้ำมันก๊าดได้เหมือนกัน

ทั้งอาหารปิ้งย่างและอาหารรมควัน ล้วนสัมผัสกับควันไม้ฟืนหรือควันจากถ่านที่เอามาเป็นเชื้อเพลิงในการเผาไหม้หรือรมควันทั้งนั้น อันที่จริงแล้วสารประกอบที่อยู่ในควันไม้มีทั้งประโยชน์และโทษ ประโยชน์คือ ช่วยเป็นสารเสริมกลิ่นรสตามธรรมชาติ เป็นสารให้สีโดยตรง และอาจเกิดสีขึ้นได้จากปฏิกิริยาเคมีระหว่างอาหารกับองค์ประกอบในควันในช่วงอุณหภูมิสูงขณะปรุงสุกหรือแปรรูปได้อีกด้วย นอกจากนี้ควันไม้ที่ประกอบด้วยกรด 40 ชนิด แอลกอฮอล์ 22 ชนิด สารประกอบคาร์บอนิล 131 ชนิด เอสเทอร์ 22 ชนิด ฟูแรน 46 ชนิด แล็กโทน 16 ชนิด และสารประกอบฟีนอลอีก 75 ชนิด เท่าที่เคยมีการระบุเอาไว้^[^2] ยังมีฤทธิ์ในการต้านการเจริญของแบคทีเรียและเชื้อรา ในหมู่องค์ประกอบของควันนั้น กลุ่มกรดและสารประกอบฟีนอลมีฤทธิ์ในการต้านเชื้อจุลินทรีย์มากที่สุด รวมถึงสารประกอบคาร์บอนิลก็มีฤทธิ์ในการยับยั้งเชื้อได้เช่นกัน

ส่วนสารพิษที่พบก็คือสารในกลุ่ม PAHs, กลุ่มสารประกอบ N-nitroso-compounds (NNCs), และสารในกลุ่มเฮเทอโรไซคลิกแอโรแมติกเอมีน (heterocyclic amines: HAs) ซึ่งสำหรับ HAs เป็นทั้งสารก่อกลายพันธุ์และสารก่อมะเร็งด้วยเช่นกัน

เคยมีการแยกและระบุทราบสาร PAHs ออกมาได้มากถึง 61 ชนิดในควันไม้ ซึ่งมีตั้งแต่ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงถึงน้ำหนักโมเลกุลต่ำ พวกที่มีน้ำหนักโมเลกุลน้อยกว่า 216 จะไม่ถือว่าเป็นสารก่อมะเร็ง ตัวที่มีความสามารถในการก่อมะเร็งได้สูงที่สุด ได้แก่ 7,12-dimethylbenz[a]anthracene, 3-methylcholanthrene, benzo[a]pyrene, dibenz[ah]anthracene, dibenzo[ai]pyrene และ benzo[c]phenanthrene ระดับความรุนแรงของความสามารถในการก่อมะเร็งของสารกลุ่มนี้ขึ้นกับโครงสร้างของสาร โดยมักจะใช้ benzo[a]pyrene (เรียกย่อว่า BaP) เป็นตัวบ่งชี้สาร PAHs กลุ่มที่สามารถก่อมะเร็งที่มีอยู่ในควันไม้ที่นำมาตรวจ^[^3]

สูตรโครงสร้างของ Benzo[a]pyrene

ในการใช้เตาถ่านนั้น นอกเหนือจากชนิดของเตาจะมีผลต่อการปลดปล่อยสารก่อมะเร็งตามที่กล่าวไว้ข้างต้นแล้ว การเลือกใช้ถ่านก็มีผลต่อการเกิด PAHs ด้วยเช่นกัน เคยมีผู้ศึกษา^[^4] พบว่า เมื่อใช้ถ่านสามชนิด คือ ถ่านขาว (จากไม้โอ๊ก) ถ่านดำ (จากพวกต้นไม้ใบใหญ่) และถ่านอัดแท่ง (มีส่วนผสมเป็นกะลามะพร้าว ถ่านหิน แป้ง แบเรียมไนเตรต และโซเดียมไนเตรต) มาทดลองย่างเนื้อสามชนิด ได้แก่ เนื้อวัว น่องสะโพกไก่ และพุงหมูติดมัน PAHs จะเกิดมากที่สุดเมื่อใช้ถ่านอัดแท่งย่างเนื้อหมูติดมัน และพบว่าการใช้ถ่านขาวย่างเนื้อที่มีไขมันต่ำจะลดการเกิด PAHs ลงได้มากที่สุด

ถ่านขาวที่กล่าวมานั้นมีชื่อเรียกอีกอย่างว่า บินโจตัน (Bincho-tan, 備長炭) เป็นถ่านที่คุณภาพสูงยิ่งกว่าถ่านทั่วไป มีต้นกำเนิดในประเทศญี่ปุ่น ผิวนอกของก้อนถ่านจะมีสีขาวคล้ายขี้เถ้า แต่เมื่อเคาะหรือหักก้อนถ่าน เนื้อข้างในจะมีสีดำวาว ไม่มีผงถ่านเลอะติดมือ หากเรานำถ่านบินโจตันมาเคาะกันจะเกิดเสียงกังวานคล้ายนำโลหะมาเคาะกัน (ดูคลิปใน QR code ที่นาที 5.22) ถ่านขาวมีกรรมวิธีการผลิตพิเศษกว่าถ่านทั่วไป นั่นคือต้องใช้การเผาที่อุณหภูมิสูงถึง 1000-1200 องศาเซลเซียส ในเตาเผาแบบพิเศษ และช่างเผาถ่านจะต้องมีความชำนาญสูงในการดูสีของถ่านและเปลวไฟในเตา

QR code สารคดีแสดงกรรมวิธีผลิตถ่านขาวบินโจตันโดยละเอียด และประวัติศาสตร์วัฒนธรรมการใช้ถ่านในประเทศญี่ปุ่น

ถ่านบินโจตันมีความเป็นมาตั้งแต่คริสต์ศตวรรษที่ 17 ในยุคเอโดะ ในระหว่างยุคเก็นโรคุ (Genroku) ที่อยู่ในช่วงปี พ.ศ. 2231-2247 เมื่อนายช่างนาม เบียคุยะ โคซาเอมอน เริ่มผลิตถ่านขาวขึ้นที่เมืองทานาเบะ จังหวัดวากายามะ โดยนำไม้โอ๊กญี่ปุ่น (ubame oak) มาเผาท่อนฟืนโอ๊กด้วยอุณหภูมิ 240 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 72-120 ชั่วโมง จากนั้นค่อย ๆ เพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้นจนถึง 1000-1200 องศาเซลเซียส จนเกิดสารอินทรีย์จากการสลายตัวด้วยความร้อนกลายเป็นคาร์บอนจนหมด แล้วนำมาหมกไว้ใต้ส่วนผสมชื้น ๆ ของดิน ทราย และขี้เถ้า เมื่อได้ที่ดีแล้วจึงนำออกมาใช้งาน เนื่องจากถ่านขาวผ่านขั้นตอนมากมาย จึงเป็นถ่านชั้นพรีเมียมที่มีคุณภาพสูงสุด ราคาแพงกว่าถ่านชนิดอื่น ๆ

การปรับปรุงประสิทธิภาพของเตาถ่านและเตาชีวมวล

ถึงตอนนี้หลายคนคงสงสัยว่าประสิทธิภาพการทำงานของเตาชนิดต่าง ๆ นั้น ที่แท้จริงแล้วเป็นอย่างไร

ลองมามองที่เตาถ่านหรือเตาชีวมวลกันก่อน เตาถ่านที่เราเห็นกันอยู่นั้นเริ่มมาจากที่คนโบราณไปหาหินสามก้อนมาตั้งเป็นก้อนเส้าวางหม้อไว้ข้างบน (three stone fire) นานวันเข้าก็กลายเป็นอิฐสามก้อน กลายเป็นเตาหินสามก้อนที่มีการเอาดินผสมขี้เลื่อยมาพอกเป็นผนังเตาล้อมรอบ (mud-sawdust stove) และกลายมาเป็นเตาถ่านทั่วไปที่ใช้ดินเผาเป็นตัวเตา (charcoal stove หรือ Jiko stove) ก่อนจะพัฒนาเป็นเตาประหยัดพลังงาน (energy saving Jiko) แบบเตามหาเศรษฐีบ้านเรา หรือออกแบบให้ห้องเผาไหม้ที่ใส่ถ่านแคบลงและสูงขึ้น กลายเป็นกึ่งเตาจรวด จนกลายเป็นเตาจรวด (rocket stove) ซึ่งอาศัยการออกแบบให้ห้องเผาไหม้ในตัวเตามีทรงสูงเพื่อเพิ่มอัตราการไหลของอากาศ ด้วยการยกตัวของอากาศร้อนโดยธรรมชาติในห้องซึ่งเป็นปล่องไฟไปในตัว

เตาถ่านแบบ Jiko stove

การที่เตาถ่านจะให้ความร้อนแก่หม้อได้มากหรือน้อยขึ้นกับว่าการถ่ายเทความร้อนด้วยกระแสการพาความร้อนเกิดขึ้นได้ดีแค่ไหนเมื่อเทียบกับการนำความร้อน หากกระแสการพาเกิดขึ้นมาก ก๊าซร้อนจากการเผาไหม้ก็จะสัมผัสก้นหม้อและข้างหม้อด้วยอัตราที่สูงขึ้น ความร้อนก็จะถ่ายเทสู่หม้อได้มากขึ้น หม้อจะร้อนไวไปด้วย ในทางวิศวกรรมมีค่าหนึ่งที่บ่งบอกถึงสิ่งนี้ นั่นคือ Nusselt number, Nu ซึ่งเป็นตัวแปรไร้หน่วยที่สำคัญในด้านการถ่ายเทความร้อน หากค่านี้มีค่าประมาณ 1 แสดงว่าการถ่ายเทความร้อนเกิดจากการนำความร้อนเท่านั้น หากมีค่าตั้งแต่ 1–10 แสดงว่าการไหลของก๊าซเป็นการไหลแบบราบเรียบ (laminar flow)

แต่หากมีค่า 100–1000 ก็จะเป็นการไหลแบบปั่นป่วน ก๊าซร้อนจะถ่ายเทความร้อนให้กับหม้อได้มาก ดังนั้นในอีกแง่หนึ่งค่านี้อาจมองเป็นค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบไร้หน่วยได้เช่นกัน โดย เมื่อ h = สัมประสิทธิ์การพาความร้อน หน่วย วัตต์ต่อตารางเมตรเคลวิน (W/m²K) ถ้าค่านี้สูง ความร้อนจะถ่ายเทได้ดี, k = สัมประสิทธิ์การนำความร้อนของก๊าซ และ D = ระยะทางหรือความยาวที่ใช้เป็นลักษณะเฉพาะของเตาที่สนใจจะคำนวณ

จากรายงาน^[5] ที่มีผู้รวบรวมผลการศึกษาแบบจำลองคณิตศาสตร์เพื่อใช้สร้างสมการอธิบายการถ่ายเทความร้อนในเตาหุงต้มเชื้อเพลิงแข็งแบบต่าง ๆ พบว่ามีสมการของ Date (1988) ที่อธิบายการถ่ายเทความร้อนสู่ก้นหม้อไว้ว่า สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่พื้นผิวก้นหม้อ, h (W/m² K) เป็นไปตามสมการ และต่อมาคณะของ Shah และ Date ได้พัฒนาสมการต่อเพื่ออธิบายเพิ่มเติมในรูปของ Nusselt number ไว้ว่า

ด้วยเหตุนี้การออกแบบเตามหาเศรษฐีที่มีส่วนปุ่มก้อนเส้าของเตาที่ใช้หนุนหม้อไม่สูงนัก ทำให้ระยะห่างระหว่างผนังก้นหม้อกับผิวเนื้อดินเผาที่เป็นตัวเตาน้อยลง พื้นที่ของช่องก๊าซออก (A_gap) มีน้อยลง ประกอบกับทรงของห้องเผาไหม้ที่เส้นผ่านศูนย์กลาง (D_c) น้อยลงเทียบกับความสูงที่สูงขึ้น ทำให้ก๊าซร้อนจากการเผาไหม้ของถ่านมีอัตราการไหล ( ) เพิ่มขึ้นจากปรากฏการณ์ดูดของทรงปล่องไฟ จึงทำให้สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนของเตามหาเศรษฐีที่ได้รับการปรับปรุง สูงขึ้นกว่าเตาทั่วไปได้จริง

มีผู้ศึกษาเปรียบเทียบผลการทำงานของเตาชนิดต่าง ๆ ถึง 38 ชนิด^[^6] โดยใช้วิธีการทดสอบการต้มน้ำ (water boiling test: WBT) ซึ่งเป็นวิธีทดสอบแบบมาตรฐานที่มหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนียที่เบิร์กลีย์ (UCB) ได้ออกแบบไว้ในปี พ.ศ. 2546 พบว่าเตาที่ออกแบบห้องเผาไหม้มาดีจะลดปริมาณเชื้อเพลิงที่ใช้ลงได้ โดยเตาจรวดลดการใช้เชื้อเพลิงลงได้ถึงร้อยละ 33 ลดการปลดปล่อยคาร์บอนมอนอกไซด์ลงได้ถึงร้อยละ 75 และการปลดปล่อยอนุภาคฝุ่น PM ลงได้ถึงร้อยละ 46 ถ้าเทียบกับการวางก้อนเส้าในการหุงต้มแบบธรรมดา ส่วนเตาถ่านธรรมดาจะใช้พลังงานใกล้เคียงกับการวางก้อนเส้าในการต้มน้ำ แต่สิ่งที่คนในโซเชียลเข้าใจผิดก็คือการปลดปล่อยฝุ่นควัน งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่า เมื่อจุดติดไฟคุดีแล้ว ถ่านเป็นเชื้อเพลิงที่ก่ออนุภาคฝุ่น PM น้อยมาก เทียบกับเตาแบบง่าย ๆ ที่ใช้ฟืนทั้งหลายและเตาจรวด แม้ว่าจะมีค่ามากกว่าเตาแก๊สและเตาเชื้อเพลิงเหลวที่ไม่มีควันอยู่เล็กน้อยก็ตาม โดยเฉพาะเตาถ่านแบบ StoveTec แทบไม่มีการปลดปล่อยอนุภาค PM เท่าใดนัก โดยหากมีการออกแบบฐานรองหม้อที่เป็นปล่อง (stove skirt) เพิ่ม ประสิทธิภาพก็จะสูงขึ้น แต่หากพิจารณาถึงประสิทธิภาพของเตาหุงต้มที่มีการเผาไหม้เชื้อเพลิงโดยไม่มีปัจจัยด้านกลิ่นรสที่กล่าวไว้ข้างต้นมาเกี่ยวข้องแล้ว ก็นับว่าเตาพวกที่ใช้เชื้อเพลิงเหลวและเตาแก๊ส LPG ย่อมให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดอย่างไม่ต้องสงสัย

แต่มีเตาชนิดหนึ่ง ซึ่งข่าวเมื่อเดือนก่อน ไม่ค่อยมีคนพูดถึง ทั้งที่จากข้อมูลการศึกษา เตาชนิดนี้ให้ประสิทธิภาพใกล้เคียงกับเตาที่ใช้น้ำมันก๊าด (kerosene) หรือเตาแก๊สหุงต้ม นั่นคือเตาชีวมวล (wood gas) ที่มีการติดตั้งพัดลมเป่าลมบังคับให้ไหลเพิ่มเข้าไปในเตา (forced air wood gas)

เตาชีวมวลอาศัยหลักการเดียวกับเตาก๊าซซิไฟเออร์ (gasifier) ซึ่งอาศัยกระบวนการแปรสภาพเป็นก๊าซ (gasification) แปลงรูปเชื้อเพลิงแข็งให้อยู่ในรูปของก๊าซเชื้อเพลิง โดยอาศัยการเผาครั้งแรกทำให้ไม้ฟืน แกลบ ถ่านไม้ ถ่านอัดแท่ง หรือเชื้อเพลิงชีวมวลอื่น ๆ ที่นำมาใช้ เผาไหม้ไม่สมบูรณ์เกิดเป็นก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์เสียก่อน (ดูหลักการทำงานได้ในภาพประกอบ)

จากนั้นจึงเผาซ้ำด้วยกระแสอากาศจากด้านนอกที่ไหลเข้าไปในเตา ซึ่งควบคุมการไหลและการเผาไหม้ได้ดี คาร์บอนมอนอกไซด์ที่เกิดขึ้นออกซิไดซ์กลายเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ มีคาร์บอนมอนอกไซด์ปลดปล่อยออกมานอกเตาน้อย จึงทำให้มีความเสี่ยงต่อสุขภาพน้อยกว่าเตาถ่าน ทั้งแบบธรรมดาและเตามหาเศรษฐี เตาแบบนี้มีพัดลมช่วยบังคับเพิ่มการไหลของอากาศ จะยิ่งเสริมประสิทธิภาพให้ดียิ่งขึ้นไปอีกนั่นเอง สำหรับใครที่สนใจทดลองสร้าง ลองดูได้ในเว็บ https://www.instructables.com/Large-portable-wood-gasifier-Campfire-in-a-can/

หลักการทำงานของเตาชีวมวล
ที่มาภาพ

เมื่ออ่านมาถึงตรงนี้ คุณผู้อ่านคงจะสรุปภาพรวมได้กว้าง ๆ แล้วว่า หากพิจารณาในมุมมองของพลังงานที่ได้ ค่าใช้จ่าย มลพิษที่เกิดแล้ว ในบรรดาเตาเชื้อเพลิงแข็ง เตามหาเศรษฐีเป็นเตาที่ดีกว่าเตาฟืนและเตาอั้งโล่ธรรมดา ค่าใช้จ่ายตัวเตาถูกมาก เหมาะกับพื้นที่ที่หาเชื้อเพลิงธรรมชาติจากวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรได้เยอะ บางท้องถิ่นมีเศษเหลือทิ้งมาก พลังงานก็แทบจะเรียกว่าได้มาฟรี แต่ถ้าว่ากันเรื่องประสิทธิภาพก็ยังเป็นรองเตาจรวดและเตาชีวมวลที่มีตัวเป่าลมพ่นเข้าไปในเตา ซึ่งอย่างหลังมีประสิทธิภาพสูงมากจนขยับมาใกล้เคียงกับเตาเชื้อเพลิงเหลวและเตาแก๊ส โดยเตาแก๊สก็ถือว่าประสิทธิภาพดีที่สุดแล้วในบรรดาเตาที่มีการเผาไหม้ เหมาะกับในตัวเมืองหรือในชุมชน เพราะใช้สะดวก ไว จัดการง่าย แต่เตาแก๊สก็ยังมีการปลดปล่อยก๊าซจากการเผาไหม้อยู่นั่นเอง ถึงแม้ว่าจะน้อยกว่าเตาที่มีการเผาไหม้ทุกชนิดก็ตาม

แล้วเตาหุงต้มที่ปล่อยมลพิษน้อยที่สุดคือเตาแบบไหน

อันที่จริงแล้วยังมีเตาหุงต้มอีกชนิดที่กำลังได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อย ๆ นั่นคือ เตาเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (induction stove/cooker) หรือที่คนไทยเรียกกันติดปากว่า “เตาแม่เหล็ก” ทำงานโดยอาศัยการวางขดลวดทองแดงเอาไว้ใต้ภาชนะหุงต้มซึ่งออกแบบมาให้ใช้กับเตาแม่เหล็กโดยเฉพาะ เมื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าที่มีการเปลี่ยนแปลงเข้าไปในขดลวดก็จะเกิดสนามแม่เหล็กแกว่งกวัด (oscillating magnetic field) หรือที่เรียกสนามแม่เหล็กแบบสลับ ไปเหนี่ยวนำให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็ก ทำให้ภาชนะหุงต้มที่ใช้บนเตาถูกเหนี่ยวนำให้เป็นแม่เหล็กซ้ำ ๆ และเกิดกระแสเอ็ดดี (Eddy current) ขึ้นในเนื้อวัสดุ เกิดการสูญเสียพลังงานเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนเนื่องจากความต้านทานของภาชนะหุงต้มทำให้ร้อนขึ้น เหมือนกับที่เกิดการสูญเสียพลังงานในหม้อแปลงไฟฟ้าและทำให้หม้อแปลงร้อนขึ้นนั่นเอง ด้วยเหตุนี้จึงต้องการภาชนะที่มีส่วนผสมของโลหะที่มีสมบัติในการถูกแม่เหล็กดูดได้มาใช้กับเตาชนิดนี้

ภาพภายในของเตาแม่เหล็กแบบตั้งโต๊ะ ขดลวดทองแดงขนาดใหญ่ทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก มีพัดลมระบายความร้อนอยู่ด้านล่าง วงจรจ่ายกำลังอยู่ด้านข้าง ตรงกลางขดลวดเป็นเซนเซอร์วัดอุณหภูมิที่มีซิลิโคนนำความร้อน (thermal grease) ทาเอาไว้
ที่มา : https://en.wikipedia.org/wiki/Induction_cooking#/media/File:Induktionskorhfeld_Spule.jpg

สำหรับเตาแม่เหล็กนั้นก็เดาได้ไม่ยากว่ามันมีประสิทธิภาพในการถ่ายเทพลังงานสูงกว่าเตาแก๊สมาก เพราะให้ความร้อนกับภาชนะได้โดยตรง โดยสามารถจ่ายร้อยละ 80–90 ของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีให้แก่อาหาร ทำให้มีประสิทธิภาพเชิงความร้อนราวร้อยละ 74.9–77.6 มากกว่าเตาแก๊สที่มีร้อยละ 35.2–41.7 ซึ่งไม่เพียงแต่จะทำให้หม้อร้อนเร็วกว่าเท่านั้น แต่การควบคุมอุณหภูมิยังทำได้แม่นยำกว่าอีกด้วย

หน่วยงาน The American Council for an Energy-Efficient Economy (ACEEE) ของสหรัฐอเมริกา ได้วิจัยเพื่อหาความสิ้นเปลืองในการใช้พลังงานของเตาแม่เหล็กเทียบกับเตาแก๊ส พบว่าเตาแก๊สขนาดกลางใช้พลังงาน 2637 วัตต์ต่อชั่วโมง (9000 Btu/h) ในขณะที่เตาแม่เหล็กกินพลังงาน 1400 วัตต์ต่อชั่วโมง^[7] ซึ่งเมื่อดูปริมาณพลังงานแล้วมีประสิทธิภาพดีกว่ามาก อย่างไรก็ตามหากพิจารณาในด้านค่าใช้จ่าย เตาแม่เหล็กอาจจะเหมาะสำหรับประเทศที่มีค่าไฟฟ้าถูก แต่ค่าแก๊สหุงต้มแพง

ในขณะที่ประเทศไทยมีการปรับขึ้นค่าไฟฟ้าในเดือนพฤษภาคม ปี พ.ศ. 2565 โดยปรับค่า Ft (ค่าไฟฟ้าผันแปร) ขึ้น 23.38 สตางค์ต่อหน่วย ทำให้ค่าไฟฟ้าขยับขึ้นไปใกล้หน่วยละ 4 บาท ดังนั้นการใช้เตาแม่เหล็กแบบที่มีฉลากประหยัดไฟเบอร์ 5 ก็จะกินไฟ 5–7 บาทต่อชั่วโมงต่อหัวเตา มีผู้คำนวณเอาไว้ว่าถ้าเป็นในประเทศไทยที่ค่าไฟฟ้าแพง ค่าใช้จ่ายในทางปฏิบัติจึงไม่ต่างจากเตาแก๊สเท่าใดนัก แม้การกินพลังงานในมุมมองด้านหน่วยวัดพลังงานจะน้อยกว่าก็ตาม

สำหรับการใช้เตาแม่เหล็กแบบพลังงานสะอาดที่สุดและเสียเงินน้อยที่สุดในระยะยาวนั้น ปัจจุบันมีการใช้งานเตาหุงต้มแม่เหล็กคู่กับพลังงานไฟฟ้าที่จ่ายให้โดยแผงโซลาร์เซลล์ โดยเฉพาะระบบที่มีการเก็บพลังงานชาร์จเอาไว้ในแบตเตอรี่ ซึ่งเหมาะมากสำหรับการใช้งานนอกสถานที่ ตามสถานที่ที่ไฟฟ้าไปไม่ถึง หรือใช้ในรถบ้าน เป็นต้น

เตาหุงต้มมีมากมายหลายชนิด ทุกชนิดต่างก็มีข้อดีและข้อจำกัดในตัวมันเอง การเลือกใช้ควรเลือกใช้ให้เหมาะสมกับข้อจำกัดของสถานที่ใช้งาน แหล่งพลังงานที่หาได้สะดวกที่สุด หรือมีค่าใช้จ่ายน้อยที่สุด เมื่อพิจารณาสิ่งต่าง ๆ เหล่านี้ แล้วชั่งน้ำหนักเปรียบเทียบดู เราจะทราบเองว่าเตาหุงต้มชนิดใดที่เหมาะกับการใช้งาน พบกันใหม่ฉบับหน้าครับ

แหล่งข้อมูล

https://en.wikipedia.org/wiki/Guaiacol
https://www.bangkokbiznews.com/business/1011448
https://www.luckyflame.co.th/content/8651/เตาแก๊ส-vs-เตาไฟฟ้า-เปรียบเทียบให้ชัด-แบบไหนที่ใช่กับครัวของคุณ
https://kukr.lib.ku.ac.th/prองศาเซลเซียสeedings/KUCON/search_detail/dowload_digital_file/6480/97484
https://dcms.lib.nu.ac.th/dcms/TDC2557/168/
https://ithesis-ir.su.ac.th/dspace/bitstream/123456789/1559/1/57311311.pdf
Khummongkol, P. (1988). Modeling of a charcoal cook stove. Energy, 13(11), 813–821. doi:10.1016/0360-5442(88)90086-2
[1] Shen, G., Preston, W., Ebersviller, S. M., Williams, C., Faircloth, J. W., Jetter, J. J., & Hays, M. D. (2017). Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Fine Particulate Matter Emitted from Burning Kerosene, Liquid Petroleum Gas, and Wood Fuels in Household Cookstoves. Energy & Fuels, 31(3), 3081–3090. doi:10.1021/acs.energyfuels.6b02641 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6145494/)
[2] Toledo, R.T. 2008. Wood Smoke Components and Functional Properties. In: D.E. Kramer and L. Brown (eds.), International Smoked Seafood Conference Proceedings. Alaska Sea Grant College Program, Fairbanks, pp. 55-61. doi:10.4027/isscp.2008.12
[3] Sikorski, Z.E. 2005. The Effect of Processing on the Nutritional Value and Toxicity of Foods. In: Dabrowski, W.M. (Ed.), Toxins in Food. CRC Press.
[4] Kim, H.-J., Cho, J., & Jang, A. (2021). Effect of charcoal type on the formation of polycyclic aromatic hydrocarbons in grilled meats. Food Chemistry, 128453. doi:10.1016/j.foodchem.2020.128453
[5] MacCarty, N. A., & Bryden, K. M. (2015). Modeling of household biomass cookstoves: A review. Energy for Sustainable Development, 26, 1–13. doi:10.1016/j.esd.2015.02.001
[6] MacCarty, N., Still, D., & Ogle, D. (2010). Fuel use and emissions performance of fifty cooking stoves in the laboratory and related benchmarks of performance. Energy for Sustainable Development, 14(3), 161–171. doi:10.1016/j.esd.2010.06.002
[7] https://www.aceee.org/files/proceedings/2014/data/papers/9-702.pdf