ฐานข้อมูลส่งเสริมและยกระดับคุณภาพสินค้า OTOP

 

 

 

บทนำ

              ปัจจุบันมีการใช้พลังงานจากปิโตรเลียมเป็นจำนวนมาก ซึ่งพลังงานประเภทนี้มีอยู่อย่างจำกัดและหาทดแทนได้ยาก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องหาพลังงานรูปแบบใหม่มาทดแทนคือ พลังงานจากเชื้อเพลิงชีวภาพ ซึ่งมีอยู่หลายชนิดได้แก่ ไบโอดีเซล เอทานอล น้ำมันพืช มวลชีวภาพ และก๊าซชีวภาพ ข้อดีของเชื้อเพลิงชีวภาพ คือ ความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม การใช้ไบโอดีเซลแทนน้ำมันดีเซลสามารถลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้ 60%  อีกทั้งการใช้ไบโอเอทานอลผสมกับเมทานอลและไดเมทิลอีเทอร์ (dimethyl ether) จะช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ 70% และ 90% ตามลำดับ หลายประเทศที่ใช้พลังงานทางเลือกแล้ว เช่น ประเทศในทวีปยุโรปได้ผลิตเอทานอลจากธัญพืชและไบโอดีเซลจากเมล็ดองุ่น ในประเทศสหรัฐอเมริกาและบราซิลผลิตไบโอเอทานอลจากข้าวโพดและอ้อยเป็นเชื้อเพลิงหลักประมาณ 70% และประเทศในภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ใช้น้ำมันปาล์มสำหรับผลิตไบโอดีเซล 

              น้ำมันเชื้อเพลิงที่นิยมใช้แบ่งเป็นน้ำมันเบนซินที่ใช้กับเครื่องยนต์เบนซินและน้ำมันดีเซลที่ใช้กับเครื่องยนต์ดีเซล เครื่องยนต์ดีเซลถือเป็นตัวจักรที่สำคัญสำหรับพาหนะที่ต้องบรรทุกเนื่องจากมีราคาถูกและมีความคงทน เครื่องยนต์ดีเซลมีประสิทธิภาพทางความร้อนสูงเนื่องจากมีค่าอัตราส่วนการบีบอัด (compression ratio) และมีการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่สูง เครื่องยนต์ดีเซลที่มีการเผาไหม้จะปล่อยอนุพันธ์ของก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) ออกมามากเนื่องจากมีออกซิเจนและไนโตรเจนอยู่มากในห้องเผาไหม้จึงทำให้มีอุณหภูมิเปลวไฟสูง เพื่อลดปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมจึงต้องมีการพัฒนาเครื่องยนต์และเทคโนโลยีเพื่อลดก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ และฝุ่นละออง รวมทั้งลดการปลดปล่อยก๊าซจากเครื่องยนต์โดยผ่านการบำบัดและกระบวนการเผาไหม้ที่เหมาะสม เช่น การปรับเครื่องยนต์และน้ำมันที่ใช้โดยการลดสารอะโรมาติกส์ (เพิ่มดัชนีซีเทน) ลดกำมะถัน เพิ่มคุณสมบัติการกลายเป็นไอ ลดความหนาแน่น และการใช้สารเติมออกซิเจนเติมในน้ำมันหรือใช้เชื้อเพลิงชีวภาพ ซึ่งในการเลือกใช้เชื้อเพลิงชีวภาพแทนน้ำมันดีเซลนั้น ไบโอดีเซลจึงเป็นทางเลือกหนึ่งที่น่าศึกษาและพิจารณา

              ไบโอดีเซล เป็นพลังงานทางเลือกชนิดหนึ่งและเป็นพลังงานจากธรรมชาติที่สามารถผลิตได้จากพืชหรือสัตว์ ไบโอดีเซลมีความหมายหลายประการสามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภท (อนุชา พรมวังขวา และ ชัยชาญ ฤทธิเกริกไกร, 2550) คือ 

              1.น้ำมันพืชโดยตรง เริ่มใช้เมื่อประมาณ ค.ศ.1900 โดยรูดอร์ฟ ดีเซล ได้คิดเครื่องยนต์ดีเซลและใช้น้ำมันจากถั่วลิสง ซึ่งปัจจุบันมีการใช้น้ำมันจากสบู่ดำเป็นเชื้อเพลิงโดยตรงโดยนิยมใช้ในเครื่องยนต์ทางการเกษตรที่มีความเร็วรอบเครื่องยนต์ต่ำ
              2.น้ำมันพืชผสมกับน้ำมันดีเซล โดยใส่สารตัวเติมลงไปเพื่อให้น้ำมันทั้ง 2 ชนิดเข้ากันได้ อย่างไรก็ตามถ้าใช้น้ำมันพืชบริสุทธิ์ผสมลงในน้ำมันดีเซลจะผสมได้ไม่เกินร้อยละ 5 
              3.น้ำมันพืชที่นำมาทำปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันซึ่งเป็นการลดขนาดโมลกุลของน้ำมันพืชลงเพื่อเปลี่ยนน้ำมันพืชเป็นไบโอดีเซล
              การนำน้ำมันพืชมาทำเป็นพลังงานไบโอดีเซล พบว่า คุณสมบัติของไบโอดีเซลมีค่าใกล้เคียงกับน้ำมันดีเซลมาก เช่น ความหนาแน่น (density) ดัชนีซีเทน (cetane index) ค่าความจุความร้อนในการกลายเป็นไอ และค่าอากาศต่อน้ำมัน ข้อดีของการใช้น้ำมันไบโอดีเซลแทนน้ำมันดีเซลคือ สามารถหาทดแทนได้และมีค่าทางพลังงานคิดเป็น 88% ของน้ำมันดีเซล D2 (highspeed diesel)  มีกำมะถันและสารอะโรมาติกส์น้อยทำให้เกิดเขม่าออกมาน้อย สามารถย่อยสลายได้ตามธรรมชาติและการใช้งานระยะสั้นไม่มีปัญหา อย่างไรก็ตาม การเติมน้ำมันพืชโดยตรงหรือนำมาผสมกับน้ำมันดีเซลอาจก่อให้เกิดปัญหาในระยะยาวในเครื่องยนต์ เช่น ปั้มเสื่อมสภาพ การเกิดตะกอนและเขม่าบริเวณหัวฉีดของเครื่องยนต์ การเดินเครื่องที่ไม่ต่อเนื่อง การเผาไหม้ไม่สมบูรณ์และปัญหาของน้ำมันหล่อลื่นในเครื่องยนต์ ปัญหาที่เกิดขึ้นเหล่านี้เนื่องมาจากน้ำมันพืชมีความหนืดสูงกว่าน้ำมันดีเซล D2 ประมาณ 10-20 เท่า รวมทั้งมีค่าการกลายเป็นไอต่ำและมีความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยาเนื่องจากมีส่วนประกอบของกรดไขมันไม่อิ่มตัว การใช้น้ำมันพืชกับเครื่องยนต์นั้นต้องมีการปรับแต่งเครื่องยนต์ก่อนเนื่องจากการใช้น้ำมันพืชกับเครื่องยนต์ดีเซลโดยตรงนั้นไม่เหมาะสม การแก้ปัญหาความหนืดของน้ำมันพืชสามารถทำได้ดังนี้ (Demirbas, A., 2003)

 

                    -  การเจือจาง เป็นการลดความหนืดของน้ำมันพืชลงโดยผสมกับเอทานอลและจากการศึกษาพบว่า วิธีนี้ไม่เหมาะกับการใช้งานในระยะยาวสำหรับเครื่องยนต์แบบฉีดน้ำมันตรง (direct injection engine)  การเติมเอทานอล 4% ลงในน้ำมันดีเซล D2 สามารถเพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อนเมื่อเบรก (brake thermal efficiency) แรงบิดในการเบรก (brake torque)  กำลังเพลา (brake power) แต่ลดอัตราการใช้น้ำมันเมื่อเบรก (brake specific fuel consumption) เนื่องจากจุดเดือดของเอทานอลน้อยกว่าน้ำมันดีเซล D2 
                    -  การทำให้เกิดอิมัลชัน เป็นการลดความหนืดของน้ำมันพืชลงโดยการทำให้เกิดอิมัลชันกับของเหลวเพื่อไม่ให้รวมเป็นเนื้อเดียวกัน เช่น เมทานอล เอทานอล สารที่มีขั้วและไม่มีขั้ว การเกิดอิมัลชันของของเหลวที่มีขั้วและไม่มีขั้วเกิดจากเอทานอลในน้ำมันถั่วเหลืองกับเครื่องยนต์ส่วนหลัก พบว่าการใช้งานมีประสิทธิภาพใกล้เคียงกับน้ำมันดีเซล D2  สารที่เติมลงไปเพื่อให้เกิดอิมัลชัน ได้แก่ บิวทานอล เฮกซานอลและออกทานอล และพบว่า 2-octanol จะมีประสิทธิภาพเมื่อผสมลงในไตรโอเลอิกและน้ำมันถั่วเหลือง

                    -  การทำให้เกิดไบโอดีเซลโดยผ่านปฏิกิริยาไพโรลิซิส เป็นการย่อยสลายน้ำมันพืชโดยใช้ความร้อนในสภาวะไม่มีออกซิเจน เป็นผลทำให้เกิดผลิตภัณฑ์เป็นอัลเคน อัลคีน อัลเคไดอีน กรดคาร์บอกซิลิก สารอะโรมาติกส์และก๊าซต่างๆ โดยผลิตภัณฑ์ที่ได้เป็นอัลเคนและอัลคีน 60% กรดคาร์บอกซิลิก 9.6-16.1% นอกจากนี้น้ำมันดอกทานตะวันยังสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานไฮโดรเจน มีเทน และคาร์บอนไดออกไซด์ โดยสามารถผลิตพลังงานไฮโดรเจนได้ 72-87 % ขึ้นกับไอน้ำ/คาร์บอนและอุณหภูมิของตัวเร่งปฏิกิริยา แม้ว่าการให้ความร้อนแบบไพโรลิซิสและการทำให้เจือจางของน้ำมันพืชจะลดความหนืดได้ แต่ไม่สามารถลดค่าความไม่อิ่มตัวและการกลายเป็นไอต่ำได้ ดังนั้นจึงต้องมีการนำน้ำมันหรือไขมันไปทำปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันเพื่อแก้ปัญหาดังกล่าว