การผลิตไบโอดีเซลจากต้นสะเดาด้วยกระบวนการทรานเอสเตอร์ริฟิเคชั่น

            เมื่อช่วงเดือนปลายเดือน พฤศจิกายน จนกระทั่ง กลางเดือน ธันวาคม เราอาจจะได้ยินข่าวมาว่า กรุงเทพมหานคร และ ปริมณฑลนั้น ประสบปัญหาสภาวะมลภาวะทางอากาศที่มีฝุ่นละอองขนาดเล็ก หรือที่เรารู้จักกันดีในชื่อว่า PM 2.5 คือ มลภาวะทางอากาศที่ส่งผลกระทบต่อชีวิตของมนุษย์เป็นอย่างมาก บางคนอาจจะสงสัยว่าอะไรคือ PM 2.5 กันละ คืออะไรมาตามผมมากัน PM 2.5 หรือชื่อเต็มในศัพท์ภาษาอังกฤษเรียกว่า Particulate Matter หรือ อนุภาคฝุ่นขนาดเล็กๆ เกิดจากการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ซึ่งเกิดจากโรงงานอุตสาหกรรม หรือ ยานพาหนะที่เราใช้กันอยู่ทั่วไป ดั่งเช่น รถจักรยานยนต์ และ รถยนต์นั้น แล้วปล่อยก๊าซที่ประกอบไปด้วย ไนโตรเจนออกไซด์ หรือ NOx(น็อกซ์) ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ หรือ SO2 จวบจนกระทั่ง ก๊าซจำพวกอะโรมาติกทั้งหลาย แล้ว ล่องลอยอยู่ในอากาศที่ตาคนเรานั้นไม่สามารถมองให้ได้ด้วยตาเปล่า ซึ่งเจ้าอนุภาคขนาดเล็กถึง 2.5 ไมครอนนั้น โพรงจมูกของเราไม่สามารถกรองได้ เมื่ออนุภาคฝุ่นนี้ตกเข้าไปในปอดของคนเรานั้นทำให้เกิดโรคทางเดินหายใจตามมาในภายหลัง           สื่บเนื่องมาจากมลภาวะทางอากาศนี้ทำให้ทั่วโลก รวมถึง ภาครัฐและเอกชนของประเทศไทยนั้น เกิดการตระหนักถึงมลภาวะทางอากาศ ที่ส่งผลกระทบต่อประชาชนเป็นอย่างมาก จึงทำให้เกิดแนวความคิดที่ว่า เราสามารถหาพลังงานเชื้อเพลิงทางเลือกอื่น แทนการใช้ ถ่านหิน หรือ น้ำมันฟอลซิล จนเกิดพลังงานทางเลือก(Alternative Energy) เกิดขึ้นมากมายหลายแขนงด้วยกัน ไม่ว่าจะเป็น บ้านเรือนหันมาใช้พลังงานแสงอาทิตย์ หรือ โรงงานบางแห่งหันมาพึ่งพลังงานลม และ พลังงานน้ำกันแล้วบ้าง รวมถึงไบโอดีเซล ที่ภาครัฐกำลังเร่งสนับสนุนและกระตุ้นให้ประชาชนหันมาสนใจมากยิ่งขึ้น ซึ่งในปัจจุบันนี้ไบโอดีเซลนั้นยังเป็นพลังงานทางเลือก เชื้อเพลิงนึงที่ทางภาครัฐนั้น ได้คิดค้นสูตรและปรับปรุงคุณภาพน้ำมัน เพื่อลดการใช้เชื้อเพลิงฟอลซิลแบบ 100 เปอร์เซ็นต์


          จากที่ได้เกริ่นนำถึงพลังงานทางเลือกในส่วนของไบโอดีเซลไปแล้วนั้น ท่านผู้อ่านเคยสังเกตเห็นไหมเวลาเราไปที่ปั๊มน้ำมันกับผู้ปกครองนั้น จะเห็นป้ายที่เขียนว่า B5 B10 B20 มันคืออะไรเจ้า B ทั้งหลาย รวมถึงไบโอดีเซล นั้นความหมายที่แท้จริงของมันคืออะไร มาตามผมมา เราจะไปถึงบางอ้อด้วยกัน เริ่มต้นกันที่ ไบโอดีเซลกันก่อน ไบโอดีเซล(Biodiesel) คือ เป็นน้ำมันเชื้อเพลิงที่ผลิตจากน้ำมันจากพืช หรือ น้ำมันจากสัตว์ เช่น ปาล์ม สบู่ดำ ทานตะวัน ที่ผ่านการใช้งานมาแล้วมาทำปฏิกิริยาทางเคมีที่เรียกว่า ทรานส์เอสเทอริฟิเคชั่น(Transesterification) ซึ่งจะทำให้มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับน้ำมันดีเซลแต่ยังไม่สามารถนำไปใช้งานได้ จึงต้องนำไปผสมน้ำมันดีเซลก่อนจะนำไปใช้กับเครื่องยนต์ โดยที่เครื่องยนต์นั้นไม่ต้องปรับปรุงหรือดัดแปลงไรเพิ่มเติม


          พออ่านถึงตรงนี้แล้วบางคนนึกสงสัยอะไรคือ ปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชั่น(Transesterification) เป็นปฏิกิริยาในการเปลี่ยนหมู่ alkyl ใน โมเลกุล Triglyceride โดยการทำปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์ให้จนเกิดเป็นหมู่ mono-alkyl ester ได้แก่สารจำพวก Methyl Ester และ Ethyl Ester เพื่อใช้ในการทำปฏิกิริยาทางเคมีให้เกิดน้ำมัน
 
            มาถึงส่วนสุดท้ายของการยกตัวอย่าง ไบโอดีเซลในส่วนของสัญลักษณ์น้ำมัน B5 B10 B20 นั่นคืออะไร ขอเริ่มต้นที่ B5 นั้นจะมีส่วนผสมของไบโอดีเซลล์ประมาณ 5%และดีเซลลหมุนเร็ว 95% ต่อมาB10จะมีส่วนผสมของไบโอดีเซลล์ที่ 10% และดีเซลลหมุนเร็ว 90% และสุดท้ายคือ B20 จะมีส่วนผสมของไบโอดีเซลล์ประมาณ20% ต่อดีเซลล์หมุนเร็วที่ 80%

            จากตัวอย่างข้างต้น ที่ได้เกริ่นนำถึงไบโอดีเซล ที่ผลิตจากน้ำมันพืช และ น้ำมันสัตว์ ได้สู่การทดลองวิจัยเพื่อหาพืชอย่างอื่นมาผลิตไบโอดีเซล ทีมวิจัยจาก Maharana Pratap University of Agriculture and Technology จาก ประเทศอินเดีย ได้ทำการทดลองโดยการนำต้นสะเดานั้นมาสกัดทำน้ำมันไบโอดีเซลผ่านกระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชั่น(Transesterification) โดยจะได้ปริมาณเมทิลเอสเตอร์ประมาณ 88% โดยที่น้ำมันไบโอดีเซลที่สกัดจากต้นสะเดานั้นจะมีค่าความหนืด และ ความหนาแน่นที่มากกว่า น้ำมันดีเซลที่ได้จากปิเลียม ยังไม่เหมาะสำหรับกับการนำมาใช้ทดสอบกับเครื่องยนต์ แต่อย่างไรก็ตามทางทีมวิจัยได้ทำการนำไบโอดีเซลจากต้นสะเดานั้นมาผสมกับน้ำมันดีเซลที่ปริมาตร20ต่อน้ำมันดีเซลปริมาตร 80 ผลปรากฏว่า ผลที่ได้จากการนำไบโอดีเซลจากต้นสะเดามาผสมกับน้ำมันดีเซลนั้นไปเปรียบเทียบค่าความหนืดเทียบกับดีเซลธรรมดา ทำให้ทราบได้ว่าค่าความหนืดของน้ำมันทั้งสองชนิดนั้นมีค่าที่ใกล้เคียงกัน ที่เหมาะสำหรับใช้ในการทดสอบกับเครื่องยนต์ในรถยนต์ได้อย่างเหมาะสม


          ก่อนที่เราจะไปปิดท้ายที่ผลการทดลองจากทีมนักวิจัย ทางผู้เขียนอยากจะอธิบายหลักการฟิสิกส์ที่เกี่ยวกับความเป็นมาความหนืดของของเหลว และ ความหนาแน่นของสาสารนั้นๆ เรามาเริ่มที่ความหนืดของของเหลว ที่ว่าเมื่อนำลูกเหล็กทรงกลมนั้นนำมาทดสอบหย่อนลงในของเหลวที่มีความหนืดจะเกิดแรงทั้งหมด 3 แรงที่กระทำต่อลูกเหล็กทรงกลม mg = น้ำหนักของลูกกลมโลหะ, FB = แรงลอยตัวของของเหลว และ F = แรงหนืดของของเหลว กระทำภายในของของเหลว

   

จากสูตรสมการคือ อัตราส่วนของมวลต่อหนึ่งหน่วยปริมาตร ได้ดังนี้

 

          จากนั้นทางทีมวิจัยได้นำไบโอดีเซลจากต้นสะเดานั้นไปทดสอบกับเครื่องยนต์ในรถยนต์ เพื่อทดสอบดูการปล่อยก๊าซพิษออกสู่สิ่งแวดล้อม จากผลการทดลองปรากฏว่า มีการปล่อยก๊าซพิษจำพวกคาร์บอนไดออกไซด์เพียงแค่ 20 เปอร์เซ็นต์ หรือคิดเป็นจำนวน 0.14 กิโลกรัม ต่อ กิโลวัตต์ต่อชั่วโมง เลยทีเดียว ในอนาคตข้างหน้านั้นการนำพืช หรือ น้ำมันจากสัตว์นั้นยังสามารถหาได้หลากหลายมาทำการทดสอบน้ำมันไบโอดีเซล ไม่ว่าจะเป็น จากไขมันหมู สบู่ดำ  ชานอ้อย ต่างๆอีกมากมาย เพื่อให้ได้คุณสมบัติน้ำมันที่ใกล้เคียงกับน้ำมันดีเซลธรรมดา ที่สามารถนำไปใช้กับยานพาหนะ เพื่อลดการปล่อยมลภาวะทางอากาศออกสู่สิ่งแวดล้อมที่ก่อให้เกิดโรคต่างๆมากมาย ต่อมนุษย์ และ สัตว์ อีกด้วย
 

ที่มา 

• https://techxplore.com/news/2020-12-sustainable-biodiesel-neem-tree-trans-esterification.html
• https://www.dede.go.th/ewt_news.php?nid=466&filename=index
• https://www.transtimenews.co/3143/
• http://www.dms.eng.su.ac.th/filebox/FileData/EEM009.pdf
• http://www.inderscience.com/offer.php?id=111998