โมเดลเชื้อเพลิงชีวภาพแบบไร้ของเสีย

มจธ.คิดค้น เทคโนโลยีต้นแบบเชื้อเพลิงชีวภาพแบบไร้ของเสียจากวัตถุดิบทางการเกษตร

วิกฤตการณ์ด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อมเป็นปัญหาสำคัญที่ทั่วโลกกำลังประสบ อุตสาหกรรมเคมีชีวภาพซึ่งเป็นอุตสาหกรรมเพื่อผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ และสารเคมีที่มีมูลค่าจากวัตถุดิบทางการเกษตรด้วยกระบวนการที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม จึงเป็นอุตสาหกรรมที่มีศักยภาพอย่างยิ่งสำหรับประเทศไทยที่มีพื้นฐานทางเกษตรกรรมและอุตสาหกรรมที่เกี่ยวเนื่อง

ดร.นวดล เหล่าศิริพจน์ อาจารย์ประจำบัณฑิตวิทยาลัยร่วมด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อม มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี และคณะ จึงพัฒนาเทคโนโลยีพื้นฐานและต้นแบบสำหรับอุตสาหกรรมเคมีชีวภาพในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพแบบไร้ของเสีย และสารเคมีมูลค่าสูงที่มีศักยภาพชนิดต่างๆ โดยบูรณาการความเชี่ยวชาญทางด้านเคมีวิศวกรรม เทคโนโลยีชีวภาพ และนาโนเทคโนโลยี ที่มีความร่วมมือในการทำงานวิจัยอย่างต่อเนื่องผ่านทุนวิจัยจากฝ่ายวิชาการ สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย (สกว.)

โครงการวิจัยนี้มุ่งพัฒนาเทคโนโลยีพื้นฐานหลัก 2 กระบวนการ ได้แก่ กระบวนการแปรสภาพวัสดุชีวมวลเป็นเอทานอลและสารเคมีเพิ่มมูลค่า ซึ่งแบ่งเป็น 2 ขั้นตอน คือ กระบวนการย่อยวัสดุชีวมวลเป็นน้ำตาลและการหมักน้ำตาลเป็นเอทานอลหรือสารเคมีที่ต้องการ ทั้งน้ำตาลที่มีความบริสุทธิ์สูงและมีสารประกอบอื่นๆ เกิดขึ้นในสัดส่วนที่ต่ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ อีกทั้งยังพบว่าหากนำชีวมวลไปผ่านกระบวนการบำบัดและแยกส่วน โดยอาศัยตัวทำละลายอินทรีย์ที่คณะวิจัยพัฒนาขึ้นก่อนนำมาย่อย จะสามารถผลิตและแยกน้ำตาลที่มีความบริสุทธิ์สูงออกจากกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ

รวมทั้งศึกษาเพิ่มเติมถึงกระบวนการแยกลิกนินท์ออกจากของเสียจากกระบวนการดังกล่าวด้วยการปรับกรด ซึ่งสามารถแยกลิกนินท์ที่มีความบริสุทธิ์สูงเทียบเท่ากับลิกนินท์ที่มีขายในเชิงพาณิชย์ได้ ตลอดจนพัฒนาการผลิตเอทานอลจากน้ำตาลกลูโคสและเพนโตสที่ได้จากการย่อยชีวมวลลิกโนเซลลูโลสโดยหาสภาวะที่เหมาะสม (อัตราส่วนของยีสต์ อัตราการกวน และอุณหภูมิ) ด้วยการใช้ฟางข้าวที่ปรับสภาพด้วย ซึ่งมีความเป็นไปได้ในการขยายขนาดกระบวนการที่พัฒนาขึ้นไปสู่การเพิ่มความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ของการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพจากชีวมวล

อีกกระบวนการหนึ่งคือ การผลิตไบโอดีเซลจากผลิตภัณฑ์น้ำมันปาล์มด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาทางเคมีและชีวภาพชนิดใหม่ ให้สามารถใช้ได้กับวัตถุดิบที่มีกรดไขมันอิสระสูงและนำมากลับมาใช้ใหม่ได้ เพื่อเพิ่มความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ อีกทั้งยังลดน้ำเสียที่เกิดขึ้นจากกระบวนการ ซึ่งผู้วิจัยได้พัฒนาเทคโนโลยีในการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีและชีวภาพที่ใช้พลังงานต่ำ และไม่ก่อให้เกิดมลภาวะต่อสภาพแวดล้อม

โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาจำพวกเอนไซม์ไลเปสในรูปของแข็ง ได้แก่ เอนไซม์ที่ถูกตรึงในรูปไมโครคริสตัล ซึ่งเป็นเทคโนโลยีใหม่ที่ให้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพ มีความเสถียรสูงในราคาที่ไม่แพง และสามารถหมุนเวียนกลับมาใช้ใหม่ได้เมื่อเปรียบเทียบกับเอนไซม์ในรูปอิสระ

โครงการวิจัยนี้พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ไกลซีนเป็นผลึกแกนกลางจะมีประสิทธิภาพในการผลิตไบโอดีเซลเท่ากับ 98.5, 99.4 และ 99.0% จากกรดปาล์มิติก น้ำมันปาล์มบริสุทธ์ และน้ำมันปาล์มดิบตามลำดับ นอกจากนี้ยังได้ทำการศึกษาจลนศาสตร์ของปฏิกิริยาและการตรึงเอนไซม์ในรูปแบบอนุภาคนาโนแม่เหล็ก ซึ่งจะเป็นการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ในการผลิตไบโอดีเซลจากวัตถุดิบที่มีกรดไขมันอิสระสูงและเพิ่มประสิทธิภาพในเชิงเศรษฐศาสตร์ของกระบวนการผลิตไบโอดีเซล

“ประเทศไทยเป็นประเทศเกษตรกรรมมีวัตถุดิบธรรมชาติหลากหลายประเภทเป็นจำนวนมาก การนำวัตถุดิบเหล่านี้มาใช้เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์เชื้อเพลิงและสารเคมีมีมูลค่า จะมีส่วนช่วยประเทศชาติในการเพิ่มความมั่นคงด้านพลังงานและเศรษฐศาสตร์อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งการพัฒนาเทคโนโลยีดังกล่าวจากองค์ความรู้ทางวิชาการสู่การต่อยอดให้ภาคอุตสาหกรรม จำต้องอาศัยองค์ความรู้จากหลากหลายสาขาวิชา ซึ่งจะเกิดขึ้นได้จากความร่วมมือดำเนินการวิจัยร่วมกันของนักวิจัยที่มีความเชี่ยวชาญในหลากหลายสาขา ภายใต้การสนับสนุนอย่างต่อเนื่องจากภาคอุตสาหกรรมใหญ่ของประเทศ”ดร.นวดล กล่าวสรุป