‘สารนาโน’ตอบเทรนด์พลังงานทางเลือก

เมื่อทรัพยากรน้ำมันมีจำกัด ไทยยังต้องพึ่งพาการนำเข้า 1 ล้านล้านบาทในแต่ละปี และมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นในอนาคต การพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตเชื้อเพลิงที่ได้จากวัสดุชีวภาพในประเทศ จึงเป็นสิ่งจำเป็น เพื่อความมั่นคงทางพลังงาน

ตัวเร่งฯนาโนเพิ่มผลผลิตไบโอดีเซล

ขจรศักดิ์ เฟื่องนวกิจ ผู้อำนวยการหน่วยวิจัยวัสดุนาโนและวิศวกรรมระบบนาโน ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (นาโนเทค สวทช.) ในฐานะหัวหน้าโครงการวิจัย กล่าวว่า งานวิจัยพัฒนาด้านพลังงานหมุนเวียนนั้นสำคัญต่อโลกและต่อประเทศไทยเป็นอย่างมาก เนื่องจากทรัพยากรมูลค่าการนำเข้าน้ำมันมีอยู่อย่างจำกัด และประเทศไทยมีการนำเข้าน้ำมันดิบและน้ำมันสำเร็จรูปราว 1 ล้านล้านบาท

ทางศูนย์วิจัยจึงได้พัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยา เพื่อใช้ในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ สารเคมีชีวภาพ สารเคมีที่มีมูลค่าสูงและวัสดุขั้นสูงด้วยการใช้นาโนเทคโนโลยี เพื่อช่วยประเทศลดการพึ่งพาต่างประเทศ ลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและเป็นการส่งเสริมการนำของเสียจากภาคเกษตรมาทำให้เกิดมูลค่าเพิ่ม

“การพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีโครงสร้างระดับนาโน เพื่อการผลิตไบโอดีเซลและไบโอไฮโดรดีออกซิจีเนทดีเซล” เป็นงานวิจัยดังกล่าว นอกจากสร้างองค์ความรู้แล้ว ยังสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาหรือ Catalysts ที่มีโครงสร้างระดับนาโน ทดแทนสารเคมีนำเข้าจากต่างประเทศ

ไบโอดีเซลเป็นเชื้อเพลิงภาคขนส่งที่มีความสำคัญมาก ในการผลิตยังต้องใช้กระบวนการโฮโมจีเนียส คาทาลีซิส (Homogeneous Catalysis) ที่มีปัญหาเรื่องของเสียและต้นทุนการผลิตสูง ขณะที่ไบโอไฮโดรดีออกซิจีเนทดีเซลหรือกรีนดีเซล เป็นน้ำมันทางเลือกใหม่จากวัสดุชีวภาพ เช่น น้ำมันปาล์ม น้ำมันเนื้อในปาล์ม ไขมันไก่และชีวมวล เป็นต้น ที่สามารถประยุกต์ใช้ผลิตเชื้อเพลิงหรือผลิตภัณฑ์สำคัญเช่น H-Fame น้ำมันอากาศยาน สารเติมแต่งเชื้อเพลิงและน้ำมันหล่อลื่น เป็นต้น

ขจรศักดิ์ กล่าวว่า ทีมงานศึกษาและทดลองการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบ Wet-chemical process โดยใช้แคลเซียมออกไซด์ปรับปรุงโครงสร้างให้อยู่ในระดับนาโน และมีรูพรุนมากพอที่จะให้สารตั้งต้นเข้าไปทำปฏิกิริยาได้มากกว่าเดิมราว 10 เท่า ทำให้เพิ่มจำนวนการผลิตไบโอดีเซลได้มากเป็น 2 เท่าของกระบวนการที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเดิม ทั้งยังเพิ่มฟังก์ชันความเป็นแม่เหล็กเพื่อให้ตัวเร่งฯ สามารถแยกตัวออกจากไบโอดีเซลได้ง่ายขึ้น ทำให้ใช้ซ้ำได้หลายครั้ง

ในขณะที่ไบโอไฮโดรดีออกซิจีเนทดีเซลหรือกรีนดีเซลนั้น มี 2 เทคโนโลยีการผลิตที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแตกต่างกันคือ โลหะกลุ่มแพลตินั่มและพาราเดียมที่มีต้นทุนสูง ทีมวิจัยนาโนเทคจึงศึกษาการผลิตกรีนดีเซลจากน้ำมันปาล์มและไขมันไก่ พบว่า สารเร่งปฏิกิริยาจากโลหะกลุ่มโคบอลต์มีประสิทธิภาพดีกว่าสารเร่งฯ จากโลหะกลุ่มแพลตินั่มถึง 95% แม้จะมีขนาดอนุภาคใหญ่กว่าก็ตาม

จับมือเอกชนตั้งโรงงานต้นแบบ

ทั้งนี้ ประสิทธิภาพของสารเร่งปฏิกิริยาที่พัฒนาได้นั้นเป็นผลในระดับห้องปฏิบัติการ เพื่อให้เกิดการต่อยอดเชิงพาณิชย์ จึงต้องขยายสเกลการผลิต โดยมีความร่วมมือกับบริษัทน้ำมันพืชปทุม ซึ่งเป็นผู้ผลิตน้ำมันไบโอดีเซลรายใหญ่ของไทยที่มีกำลังการผลิตกว่า 3 แสนลิตรต่อวัน ในการตั้งโรงงานต้นแบบกำลังการผลิต 100 ลิตรต่อวัน คาดว่าจะแล้วเสร็จในช่วงปี 2561” นักวิจัยนาโนเทค กล่าว

ขจรศักดิ์ กล่าวว่า หลังจากโรงงานต้นแบบเสร็จและพร้อมผลิต ก็จะทดสอบใช้สารเร่งปฏิกิริยาที่พัฒนาขึ้นในการผลิตน้ำมันไบโอดีเซลและกรีนดีเซล จากนั้นนำไปทดสอบประสิทธิภาพทางวิศวกรรมของน้ำมันที่ได้ หากได้ผลดีนั่นคือ สารเร่งปฏิกิริยาที่สามารถผลิตในระดับอุตสาหกรรม โดยที่มีประสิทธิภาพไม่ต่างจากการทดสอบในห้องปฏิบัติการ ต้นทุนถูกกว่ากระบวนการปัจจุบัน และได้ไบโอดีเซล/กรีนดีเซลที่ประสิทธิภาพเทียบเท่าหรือดีกว่า ก็จะเกิดการต่อยอดในเชิงอุตสาหกรรมต่อไป และเชื่อว่าจะสร้างผลกระทบทางเศรษฐกิจและสังคมได้อีกมาก

นอกจากนี้ โครงการวิจัยดังกล่าวยังเป็นองค์ความรู้จากการวิจัยพัฒนาของคนไทย โดยได้รับสิทธิบัตร 3 ฉบับ และมีแผนจะต่อยอดสู่การผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าสูงอื่นๆ เช่น สารเคมีชีวภาพที่ใช้ในอุตสาหกรรมยา อาหาร และเครื่องสำอาง เป็นต้น