กระบวนการผลิต ไบโอดีเซลในปัจจุบัน รู้ทันพลังงาน ผศ.ดร.นวดล เหล่าศิริพจน์ บัณฑิตวิทยาลัยร่วมด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อม มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี ผศ.ดร.อาทิวรรณ โชติพฤกษ์ ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ปัจจุบันประเทศไทยกำลังประสบกับปัญหาวิกฤต ราคาน้ำมันโลกที่ผันผวนทำให้ทุกภาคส่วนของระบบเศรษฐกิจของประเทศได้รับผล กระทบ ค่าสินค้าและบริการต่าง ๆ ปรับตัวสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งส่งผลให้ค่าครองชีพของประชาชนเพิ่มสูงขึ้น ถึงแม้ว่าราคาน้ำมันจะลดลงมากในช่วงนี้ เนื่องจากวิกฤตการณ์การเงินที่นำไปสู่ภาวะเศรษฐกิจถดถอย แต่ในไม่ช้าภาวะราคาน้ำมันแพงก็จะหวนกลับคืนอีกครั้งหนึ่ง เมื่อเศรษฐกิจฟื้นตัวและน้ำมันเพิ่มมากขึ้น ตามสภาพเศรษฐกิจและอุตสาหกรรมที่เจริญเติบโตขึ้นอย่างรวดเร็ว         น้ำมันเชื้อเพลิงส่วนใหญ่ที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน ได้มาจากแหล่งเชื้อเพลิงฟอสซิลซึ่งมีอยู่อย่างจำกัด และต้นทุนการผลิตจะสูงขึ้นเรื่อย ๆ ประเทศไทยจึงมีการรณรงค์ให้มีการผลิตและใช้เชื้อเพลิง “ไบโอดีเซล” เพื่อทดแทนน้ำมันดีเซลที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน         โดยทั่วไปแล้วไบโอดีเซลสามารถผลิตได้จากน้ำมันพืชหรือไขมันสัตว์ โดยอาศัยปฏิกิริยาทางเคมีที่เรียกว่า “ทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน” โดยมีสารตั้งต้นเป็นราคาน้ำมัน (ไตรกลีเซอไรด์) หรือกรดไขมันซึ่งทำปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์ (ทั้งเมทานอล หรือเอทานอล แต่ส่วนใหญ่ใช้เมทานอลเนื่องจากให้ประสิทธิภาพการผลิตที่สูงกว่า) ได้ผลิตภัณฑ์เป็นแอลคิลเอสเทอร์หรือไบโอดีเซล         เมื่อไม่นานมานี้ได้มีการค้นพบเทคโนโลยีในการเลี้ยงสาหร่ายเกรียว ทองเพื่อผลิตกรดไขมัน ซึ่งกรดไขมันดังกล่าวสามารถใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตไบโอดีเซลได้เช่นกัน จากกระบวนการเอสเทอริฟิเคชัน ในทางทฤษฎีแล้วปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันและปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชัน สามารถดำเนินการได้ 2 ลักษณะคือ การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเข้าช่วยในกระบวนการ และไม่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา         สำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในกระบวนการผลิตไบโอดีเซลแบ่งออกได้ เป็น 3 ประเภทคือ ตัวเร่งปฏิกิริยาด่าง และตัวเร่งปฏิกิริยากรด ส่วนอีกประเภทหนึ่งคือ ตัวเร่งจำพวกเอนไซม์ โดยรายละเอียดคุณลักษณะและข้อดีข้อเสียของตัวเร่งปฏิกิริยาแต่ละชนิดมีดัง นี้         ตัวเร่งด่าง (เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์หรือโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์) ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดนี้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาพื้นฐานที่มีการใช้มาเป็นเวลา นานแล้ว โดยข้อดีของการใช้ตัวเร่งประเภทนี้คือผลิตภัณฑ์ที่ได้จะมีปริมาณมากและมี ความบริสุทธิ์สูง อีกทั้งใช้เวลาในการทำปฏิกิริยาน้อย อย่างไรก็ตามข้อจำกัดของการใช้ตัวเร่งประเภทนี้คือ สารตั้งต้นที่ใช้ต้องบริสุทธิ์ โดยหากสารตั้งต้นที่นำมาใช้มีปริมาณกรดไขมันอิสระปนอยู่จะส่งผลให้เกิดสบู่ ในระหว่างการผลิตไบโอดีเซล ทำให้ยากต่อการแยกกลีเซอรอล (ซึ่งเป็นผลผลิตร่วม) ออกจากผลิตภัณฑ์ร่วม) ออกจากผลิตภัณฑ์         ตัวเร่งกรด (เช่น กรดไฮโดรคลอริก หรือกรดซัลฟิวริก) ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดนี้ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อแก้ไขข้อจำกัดของตัวเร่ง ด่างโดยข้อดีของการใช้ตัวเร่งประเภทกรดคือผลิตภัณฑ์ที่ได้มีปริมาณผลได้สูง และยังสามารถใช้กับสารตั้งต้นที่มีคุณภาพด้อยกว่าน้ำมันบริสุทธิ์ได้ (เช่น มีกรดไขมันอิสระปนอยู่) อย่างไรก็ตาม ตัวเร่งดังกล่าวจะส่งผลให้เกิดการกัดกร่อนของอุปกรณ์ที่ใช้ อีกทั้งต้องใช้ระยะเวลาในการทำปฏิกิริยานานกว่าวิธีแรก         ก่อนหน้านี้ยังได้มีการพัฒนากระบวนการผลิตไบโอดีเซลแบบสองขั้นตอน เพื่อที่จะเปลี่ยนสารตั้งต้นที่มีกรดไขมันอิสระปนอยู่ไปเป็นไบโอดีเซลได้ อย่างมีประสิทธิภาพ และลดระยะเวลาในการทำปฏิกิริยาให้สั้นลง โดยกระบวนการเริ่มต้นจะใช้ตัวเร่งกรดเพื่อลดปริมาณกรดไขมันในสารตั้งต้น จากนั้นจึงใช้ตัวเร่งด่างเพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดเร็วขึ้นส่งผลได้ผลิตภัณฑ์ มากขึ้น และหลีกเลี่ยงการเกิดสบู่อย่างไรก็ดี ข้อเสียของการใช้กระบวนการที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นด่างและกรดที่เป็น ของเหลวคือ ผลิตภัณฑ์ที่ได้ต้องผ่านกระบวนการล้างด้วยน้ำเพื่อให้มีฤทธิ์เป็นกลางซึ่ง ก่อให้เกิดปัญหาน้ำเสียตามมา         ในปัจจุบันประเทศพัฒนาแล้วหลายประเทศทั่วโลกกำลังทำการพัฒนาตัวเร่ง ปฏิกิริยาที่เป็นองแข็งขึ้นเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาในการแยกผลิตภัณฑ์และยัง สามารถนำตัวเร่งปฏิกิริยากลับมาใช้ใหม่ได้ โดยชนิดของตัวเร่งปฏิกิริยาของแข็งที่สำคัญคือ ตัวเร่งปฏิกิริยาซัลเฟตเซอร์โคเนีย         อย่างไรก็ดี ขณะนี้ตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวยังประสบปัญหาเรื่องประสิทธิภาพและความคงทน ภายใต้สภาวะดำเนินการอีกทั้งยังคงต้องใช้เวลาในการทำปฏิกิริยาที่ค่อนข้าง นาน         ตัวเร่งจำพวกเอนไซม์ (เช่น ไลเปส) ไลเปสที่ใช้ในอุตสาหกรรมจะมาจากจุลินทรีย์หลายชนิด และใช้หลายลักษณะ เช่น ในรูปของเอนไซม์อิสระ และในรูปของเอนไซม์ที่ถูกตรึง โดยกระบวนการตรึงสามารถทำได้หลากหลายรูปแบบ อาทิ การตรึงบนตัวรองรับของแข็ง การตรึงโดยอาศัยกระบวนการ Sol-Gel และการตรึงโดยใช้กระบวนการ Cross Link Enzyme Aggregates         การเร่งปฏิกิริยาโดยใช้เอนไซม์จะมีข้อดีเมื่อเปรียบเทียบกับการใช้ ตัวเร่งปฏิกิริยาทางเคมีหลายประการอันได้แก่ มีความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อ และไม่จำเป็นต้องมีกระบวนการบำบัดของเสีย อีกทั้งยังสามารถผลิตไบโอดีเซลได้จากทั้งไตรกลีเซอไรด์ และกรดไขมันอิสระ จึงสามารถใช้กับสารตั้งต้นที่มีคุณภาพด้วยกว่าน้ำมันบริสุทธิ์ได้ อย่างไรก็ดีข้อเสียของตัวเร่งดังกล่าวคือ มีราคาแพงและปฏิกิริยาใช้เวลานาน         ส่วนกรณีของการผลิตไบโอดีเซลแบบไม่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยานั้น ปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน และเอสเทอริฟิเคชันสามารถเกิดขึ้นได้ในสภาวะวิกฤตยิ่งยวดของแอลกอฮอล์ (อุณหภูมิ 350-400 เซลเซียสและความดัน 45-65 เมกกะพาสคาล หรือประมาณ 450-650 เท่าของความดันบรรยากาศ)         ข้อดีของกระบวนการดังกล่าว คือ ผลิตภัณฑ์ที่ได้ง่ายต่อการทำให้บริสุทธิ์และเวลาที่ใช้สั้นกว่าวิธีอื่น ๆ นอกจากนี้ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในสภาวะวิกฤตยิ่งยวดของเมทานอลจะไม่เกิดสบู่ และปัญหาน้ำเสียเนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีฤทธิ์เป็น กรดหรือด่างวิธีนี้จึงน่าสนใจนำมาใช้ในการผลิตไบโอดีเซลในระดับอุตสาหกรรม แต่ข้อจำกัดของการผลิตไบโอดีเซลโดยวิธีนี้คือ ต้องใช้สภาวะที่รุนแรง (อุณหภูมิและความดันที่สูง) ซึ่งส่งผลให้ค่าใช้จ่ายในการผลิตนั้นสูงตามไปด้วย         กล่าวโดยสรุป ขณะนี้ยังไม่มีกระบวนการผลิตไบโอดีเซลในเชิงพาณิชย์ที่สมบูรณ์แบบทั้งด้าน ประสิทธิภาพการผลิต ค่าใช้จ่ายในการดำเนินการและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจึงยังต้องมีการลงทุน วิจัยเพื่อพัฒนานวัตกรรมกระบวนการที่ดีที่สุดต่อไป         หมายเหตุ : บัณฑิต วิทยาลัยร่วมด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อม ได้รับการสนับสนุนจากสำนักพัฒนาบัณฑิตศึกษาและวิจัยด้านวิทยาศาสตร์และ เทคโนโลยีสำนักงานคณะกรรมการการอุดมศึกษาและจากสำนักงานนโยบายและแผนพลังงาน บทความนี้เป็นความเห็นของผู้เขียน ซึ่งไม่จำเป็นต้องสอดคล้องกับบทความเห็นของหน่วยงานที่เกี่ยวข้อง หนังสือพิมพ์โพสต์ทูเดย์ ฉบับวันจันทร์ที่ 3 พฤศจิกายน พ.ศ.2551 หน้า B6