มันสำปะหลัง (ตอนที่3)

พลังงานทดแทนจากมันสำปะหลัง

ความสำคัญด้านพลังงาน

ใน สภาวะปัจจุบันประเทศไทยต้องประสบกับความเสียเปรียบทางด้านพลังงาน เนื่องจากมีการใช้น้ำมันเชื้อเพลิงที่ต้องนำเข้าจากต่างประเทศ เพื่อการขนส่งในปริมาณที่สูงมาก และเมื่อราคาน้ำมันดิบในตลาดโลกมีราคาสูงและมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นตลอดเวลา ส่งผลให้ประเทศไทยต้องเผชิญกับความเสียเปรียบทางด้านเศรษฐกิจ การพิจารณาหาแหล่งพลังงานใหม่ เพื่อทดแทนน้ำมันจึงเป็นนโยบายที่สำคัญอันหนึ่งที่มีหน่วยงานต่างๆ ได้พยายามผลักดันมาโดยตลอดอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการพัฒนาแหล่งพลังงานทดแทนที่มาจากวัตถุดิบทางการเกษตรที่ สามารถผลิตได้เองภายในประเทศ

แหล่งพลังงานทดแทนที่ สำคัญอันดับหนึ่งของโลก คือ พลังงานชีวมวล ซึ่งหมายถึง พลังงานที่ได้จากสิ่งมีชีวิตทั้งพืชและสัตว์ รวมถึงผลพลอยได้และของเสียที่ได้มาจากสิ่งมีชีวิต เช่น แกลบ มูลสัตว์ เป็นต้น จุดเด่นของพลังงานชีวมวล คือ สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้อีก และช่วยลดการเกิดมลภาวะของสิ่งแวดล้อม พลังงานมวลที่สำคัญที่สามารถนำมาใช้เพื่อเป็นเชื้อเพลิงเครื่องยนต์มีอยู่ 2 ประเภทหลัก ได้แก่ เอทานอลและไบโอดีเซล

เอทานอล (ethanol) หรือเอทิลแลกอฮอล์ (ethyl alcohol) คือสารประกอบอินทรีย์ในกลุ่มแอลกอฮอล์ชนิดหนึ่งประกอบด้วย คาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน เอทานอลเป็นแอลกอฮอล์ที่สามารถใช้ประโยชน์ได้ทั้งเพื่อการบริโภคและเพื่อใช้ เป็นเชื้อเพลิง (fuel alcohol) fuel alcohol หมายถึงเอทานอลที่ถูกกำจัดน้ำออกจนเกือบหมดหรือเอทานอลไร้น้ำ (anhydrous ethanol) ที่มีความบริสุทธิ์สูง (99.5%) สามารถนำมาใช้เป็นน้ำมันเชื้อเพลิงได้ 3 รูปแบบ ได้แก่

1. ใช้เป็นเชื้อเพลิงโดยตรงเพื่อทดแทนน้ำมันเบนซินและน้ำมันดีเซล

2. ใช้ผสมกับน้ำมันเบนซิน เรียกว่า แก๊สโซฮอล์ (gasohol) หรือผสมกับน้ำมันดีเซล เรียกว่า ดีโซฮอล์ (diesohol)

3. ใช้เป็นสารเพิ่มค่าออกเทนของน้ำมันให้กับเครื่องยนต์

ดีโซฮอล (diesohol) สำหรับเครื่องยนต์ดีเซล สามารถใช้เอทานอลบริสุทธิ์ 95% ผสมน้ำมันดีเซลในอัตราส่วนร้อยละ 15 และเพิ่มสารปรับปรุงบางตัวในปริมาณร้อยละ 1 - 2 เรียกว่า ดีโซฮอล

แก๊สโซฮอล ใช้เอทานอล 99.5 % โดยปริมาตรผสมในน้ำมันเบนซิน อัตราส่วนร้อยละ 10 ในลักษณะของสารเติมแต่งเพื่อปรับปรุงค่าออกเทนของน้ำมันเบนซิน ซึ่งสามารถนำมาใช้งานกับเครื่องยนต์โดยทั่วไปได้โดยไม่ต้องดัดแปลงเรื่อง ยนต์แต่งอย่างใด

กระบวนการผลิตเอทานอล

กระบวน การผลิตเอทานอลสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ กระบวนการสังเคราะห์ทางเคมี (chemical synthesis) และกระบวนการหมัก (fermentation)

1. เอทานอลที่ผลิตจากกระบวนการสังเคราะห์ทางเคมี (chemical synthesis) เป็นการผลิตจากอนุพันธ์สารปิโตรเลียม เช่น เอทิลีนด้วยปฏิกิริยาการระเหยน้ำ (dehydration) เป็นต้น

2. กระบวนการหมัก (fermentation) เป็นการผลิตเอทานอลจากน้ำตาลด้วยเชื้อยีสต์ จะประกอบด้วย 2 ขั้นตอน ขั้นตอนแรกยีสต์จะใช้น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว (monosaccharide) เป็นอาหารและเปลี่ยนน้ำตาลเป็นเอทานอลโดยกระบวนการ glycolysis ในสภาวะที่ไม่มีออกซิเจน ดังสมการ

C 6 H 12 O 6 + ยีสต		2 CO 2 +2C 2 H 5 O 12 +28.7 kcal
100		48.89	51.11

โดย ตามทฤษฎีน้ำตาลกลูโคส 100% จะถูกเปลี่ยนเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และเอทานอล 48.89 และ 51.11% โดยน้ำหนัก ตามลำดับ แต่ในทางปฏิบัติจะเกิดการสูญเสียได้เป็นสารประกอบอื่นๆ หรือใช้ในการสร้างเซลล์ของยีสต์ ทำให้ได้เอทานอลประมาณ 48% เมื่อได้เอทานอลแล้ว ขั้นตอนที่ 2 จึงเป็นการทำให้เอทานอลมีความเข้มข้นและบริสุทธิ์สูงขึ้นโดยการกลั่น

โอกาสของมันสำปะหลังกับอุตสาหกรรมเอทานอลของไทย

มัน สำปะหลังเป็นพืชเศรษฐกิจที่มีปริมาณการผลิตโดยประมาณ 16 ถึง 18 ล้านตันหัวมันสำปะหลังต่อปี ในหัวมันสำปะหลังจะมีแป้งเป็นองค์ประกอบอยู่ในปริมาณสูง (ประมาณร้อยละ 70 ถึง 85 โดยน้ำหนักแห้ง) ดังนั้นมันสำปะหลังจึงเป็นวัตถุดิบทางการเกษตรชนิดหนึ่งที่สามารถนำมาใช้ใน การผลิตเอทานอลได้โดยการผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลัง สามารถนำมันสำปะหลังที่มีมากในช่วงฤดูการเก็บเกี่ยวมาแปรรูปเป็นมันเส้น เพื่อความสะดวกและยืดอายุการเก็บ ตลอดจนสะดวกต่อการขนส่ง จึงทำให้อุตสาหกรรมเอทานอลจากมันสำปะหลังมีความเป็นไปได้ โอกาสของการใช้มันสำปะหลังในการผลิตเอทานอลเพิ่มมากขึ้น เมื่อมีการพัฒนาเทคโนโยลีที่สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการผลิตได้ โดยการรวมขั้นตอนการย่อยครั้งสุดท้าย (saccharification) เข้าไว้ในขั้นตอนเดียวกับการหมัก (fermentation ) ซึ่งเรียกกระบวนการนี้ว่า Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF) โดยเอนไซม์ที่ทำหน้าที่ผลิตน้ำตาลกลูโคสจะมีกิจกรรมการย่อยแป้งในสภาวะเดียว กับการหมัก กล่าวคือ ที่อุณหภูมิประมาณ 30 องศาเซลเซียส และค่าความเป็นกรด-ด่างประมาณ 4.0 ถึง 4.5 ซึ่งจะช่วยลดเวลาในการย่อยแป้ง รวมทั้งยังช่วยประหยัดพลังงานในกระบวนการผลิต

รูป แสดงกระบวนการผลิตเอทานอลจากมันเส้นด้วยกระบวนการผลิต (a) แบบปกติ และ (b) แบบ Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF)

ที่มา : ฐานความรู้ด้านพืชพลังงานทดแทน กรมวิชาการเกษตร
มันสำปะหลัง (ตอนที่1-3) http://210.246.186.28/power_oil/cassava/important.htm