หน้าหลัก arrow ความรู้เกี่ยวกับไบโอดีเซล
*ยินดีต้อนรับเข้าสู่เวบไซต์โครงการเคยู-ไบโอดีเซล แห่งมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์* *Welcome to KU-Biodiesel project's website*
KU-BIODIESEL TODAY

Image

ประกาศ ทางโครงการฯของดบริการวิเคราะห์ Fatty acid methyl ester ตั้งแต่วันที่ 3 มิถุนายน 2556 เป็นต้นไป เนื่องจากเครื่อง Gas chromatography อยู่ในระหว่างการซ่อมบำรุง ทางโครงการฯขออภัยในความไม่สะดวกมา ณ ที่นี้

ความรู้เกี่ยวกับไบโอดีเซล Print E-mail
Written by Administrator   
Friday, 28 September 2007

ไบโอดีเซลคืออะไร

จากปัญหาราคาน้ำมันปิโตรเลียมที่ปรับตัวสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง  ได้ส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อภาคเศรษฐกิจโดยรวม  และอาจเป็นอุปสรรคต่อการขยายตัวทางเศรษฐกิจของประเทศในปัจจุบันและอนาคต  ทั้งนี้เพราะประเทศไทยมีแหล่งน้ำมันดิบไม่เพียงพอกับความต้องการ  ทำให้ต้องพึ่งพาการนำเข้าจากต่างประเทศ  ขณะที่ความต้องการมีแนวโน้มสูงขึ้นเป็นลำดับ  โดยเฉพาะน้ำมันดีเซลที่ใช้ในภาคขนส่งเป็นหลัก  ดังนั้นจึงต้องเร่งพัฒนาพลังงานทดแทนน้ำมันปิโตรเลียม  โดยเฉพาะพลังงานทดแทนน้ำมันดีเซล  โดยการศึกษาวิจัยและพัฒนาวัตถุดิบภายในประเทศ  เช่น น้ำมันพืชชนิดต่างๆ  มาผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ใช้แทนน้ำมันดีเซล  เรียกว่า  ไบโอดีเซล (Biodiesel)

ไบโอดีเซลเป็นเชื้อเพลิงดีเซลทางเลือกที่ผลิตจากแหล่งทรัพยากรหมุนเวียน เช่น น้ำมันจากพืช หรือไขมันจากสัตว์  โดยไบโอดีเซลมีคุณสมบัติที่สามารถย่อยสลายได้เองตามกระบวนการทางชีวภาพ (biodegradable)  และไม่มีพิษ (nontoxic)  ดังนั้นจึงไม่ส่งผลเสียต่อสิ่งแวดล้อม ไบโอดีเซลสามารถนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงกับยานพาหนะได้  ซึ่งมีคุณสมบัติใกล้เคียงกับน้ำมันดีเซล  โดยไม่ต้องดัดแปลงเครื่องยนต์แต่อย่างใด     อีกทั้งยังช่วยรักษาสภาพเครื่องยนต์ให้ใช้งานได้นานกว่าอีกด้วย  เนื่องจากออกซิเจนในไบโอดีเซลให้การสันดาปที่สมบูรณ์กว่าน้ำมันดีเซล ทำให้มีควันดำและก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์น้อย  ช่วยลดมลพิษทางอากาศ รวมทั้งลดการอุดตันของระบบไอเสีย  เนื่องจากองค์ประกอบของไบโอดีเซลไม่มีธาตุกำมะถัน  แต่มีออกซิเจนเป็นองค์ประกอบประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก จึงช่วยการเผาไหม้ได้ดีขึ้น และลดมลพิษซัลเฟอร์ไดออกไซด์  ไฮโดรคาร์บอน  คาร์บอนมอนนอกไซด์  และฝุ่นละออง  ไบโอดีเซลจึงได้รับความสนใจอย่างยิ่ง

วัตถุดิบสำหรับการผลิตไบโอดีเซล ได้แก่ น้ำมันพืช และน้ำมันพืชใช้แล้ว และไขมันสัตว์ อาทิ น้ำมันปาล์ม มะพร้าว ถั่วเหลือง ถั่วลิสง ละหุ่ง งา และทานตะวัน แต่ยังมีพืชน้ำมันอีกชนิดหนึ่งที่มีการส่งเสริมให้นำมาใช้ผลิตเป็นไบโอดีเซลมากขึ้น      ได้แก่ สบู่ดำ เนื่องจากในเมล็ดของสบู่ดำ มีปริมาณน้ำมันสูงถึงร้อยละ 52.8 ของน้ำหนักเนื้อใน และในน้ำมันสบู่ดำมีปริมาณกรดไขมันไม่อิ่มตัวในปริมาณสูง กล่าวคือ มีปริมาณกรดโอเลอิก 44.8 เปอร์เซ็นต์ และกรดไลโนเลอิก 34.0 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งส่งผลให้ไบโอดีเซลที่ผลิตได้มีความหนืดที่เหมาะสมและมีคุณภาพดี นอกจากนี้การนำสบู่ดำมาผลิตเป็นไบโอดีเซลยังไม่เป็นการแย่งตลาดของน้ำมันที่ใช้บริโภค เนื่องจากน้ำมันสบู่ดำไม่สามารถนำมาบริโภคได้ (Kandpal and Madan, 1994)

ขณะเดียวกัน ปาล์มน้ำมันก็เป็นพืชน้ำมันที่น่าสนใจนำมาเป็นวัตถุดิบในการผลิตไบโอดีเซล  ทั้งนี้เพราะปาล์มเป็นพืชที่ปลูกกันมากอยู่แล้ว แต่ละปีประเทศไทยมีผลผลิตของปาล์มจำนวนมาก  อนึ่งน้ำมันปาล์มมีทั้งกรดไขมันที่อิ่มตัวและไม่อิ่มตัวเป็นองค์ประกอบหลัก  กล่าวคือ  มี Palmitic acid 42.6% และ Oleic acid 40.5% (Demirbas, 2002) การที่มีกรดไขมันไม่อิ่มตัวมาก จะช่วยให้ไบโอดีเซลที่ผลิตได้เป็นผลิตภัณฑ์ชนิดอัลคิลเอสเทอร์ไม่อิ่มตัว (Unsaturated alkyl ester)  ซึ่งเป็นไบโอดีเซลที่มีคุณภาพดี  มีความหนืดไม่สูงเกินมาตรฐานสากล อย่างไรก็ตาม การเลือกใช้วัตถุดิบเพื่อนำมาผลิตเป็นไบโอดีเซลโดยมากมักขึ้นอยู่กับความยากง่ายในการหาวัตถุดิบ และราคาของวัตถุดิบเป็นสำคัญ

เทคนิคการผลิตไบโอดีเซล

ไบโอดีเซลสามารถผลิตได้หลายวิธีคือ การใช้โดยตรงและการผสม ไมโครอิมัลชัน (Microemulsion) กระบวนการแตกสลายด้วยความร้อน (Pyrolysis) กระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันกระบวนการผลิตไบโอดีเซลโดยการทำปฏิกิริยากับเมทานอลในสภาวะเหนือวิกฤต นอกจากนั้นยังมีการผลิตไบโอดีเซลด้วยกระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบ วิวิธพันธ์ในการผลิตไบโอดีเซลด้วย (Heterogeneous Catalyst) (Ma and Hanna, 1999; Fukuda et al., 2001; Jitputti et al., 2005; Meher et al., 2004; Marchetti et al., 2005) วิธีการผลิตไบโอดีเซลดังกล่าวข้างต้นแสดงรายละเอียดดังนี้

1. การใช้โดยตรงและการผสม 

การใช้โดยตรงคือ น้ำมันไบโอดีเซลจากน้ำมันพืชแท้ๆ เช่น น้ำมันมะพร้าว น้ำมันปาล์ม น้ำมันถั่วลิสง น้ำมันถั่วเหลือง น้ำมันหมู ซึ่งสามารถนำเอามาใช้ได้เลยกับเครื่องยนต์ดีเซลโดยไม่ต้องผสมหรือผสมสารเคมีอื่นหรือไม่ต้องนำมาเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของน้ำมัน   ส่วนแบบผสมคือเป็นการผสมระหว่างน้ำมันพืช (หรือไขมันสัตว์) กับน้ำมันก๊าดหรือน้ำมันดีเซลหรืออื่นๆ เพื่อให้ไบโอดีเซลที่ได้มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับน้ำมันดีเซลให้มากที่สุด เช่น โคโคดีเซลที่ประจวบคีรีขันธ์ซึ่งเป็นการผสมระหว่างน้ำมันมะพร้าวกับน้ำมันก๊าด หรือที่เรียกปาล์มดีเซล (กองบรรณาธิการ, 2548)

2. ไมโครอิมัลชัน (Microemulsion)

ไมโครอิมัลชัน คือ คอลลอยด์ที่กระจายตัวในสภาวะสมดุลโดยมีอนุภาคในคอลลอยด์ส่วนมากอยู่ในช่วง 1 ? 150 นาโนเมตร ซึ่งเป็นวิธีการหนึ่งเพื่อแก้ปัญหาค่าความหนืดสูงในน้ำมันพืชให้มีค่าความหนืดลดลง โดยใช้ควบคู่กับตัวทำละลายเช่น เมทานอล, เอทานอล และ 1 ? บิวทานอล (Srivasyava and Prasad, 1999) ไมโครอิมัลชั่นที่เกิดจากเมทานอลกับน้ำมันพืชจะได้น้ำมันที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับน้ำมันดีเซล แต่เมื่อนำมาทดสอบกับเครื่องยนต์พบว่ามีการสะสมตัวของคราบ (ซึ่งเป็นสารประกอบคาร์บอน) เกาะรอบๆ หัวฉีดและวาล์วของเครื่องยนต์ซึ่งเป็นข้อเสียของน้ำมันที่ผลิตโดยวิธีนี้ (Ma and Hanna, 1999)

3. กระบวนการแตกสลายด้วยความร้อน (Pyrolysis)

เป็นกระบวนการเปลี่ยนจากสารประกอบหนึ่งชนิดไปเป็นสารประกอบอื่นๆมากกว่าหนึ่งชนิด โดยใช้ความร้อนหรือใช้ความร้อนร่วมกับตัวเร่งปฏิกิริยา ทั้งนี้จะต้องจำกัดปริมาณอากาศหรือออกซิเจนที่ใช้ในกระบวนการด้วยเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ อุณหภูมิที่ใช้ในกระบวนการประมาณ 450 ? 600 องศาเซลเซียส สารประกอบที่ผ่านกระบวนการไพโรไลซิสจะถูกทำให้มีขนาดโมเลกุลที่เล็กลง ซึ่งกระบวนการนี้ยากที่จะกำหนดหรือควบคุมให้ได้ผลิตตามที่ต้องการเนื่องด้วยความหลากหลายทางปฏิกิริยาและผลิตภัณฑ์ที่ได้จากกระบวนการ วัตถุดิบที่สามารถนำมาใช้ในกระบวนการไพโรไลซิสได้แก่ น้ำมันพืช ไขมันสัตว์ กรดไขมันธรรมชาติ (Natural Fatty Acid) และเมทิลเอสเทอร์ของกรดไขมัน (Ma and Hanna, 1999) กลไกของกระบวนการแตกสลายทางความร้อนแสดงในรูปที่ 1

.

Image

 รูปที่ 1 กระบวนการแตกสลายทางความร้อน

ที่มา: Srivasyava and Prasad (1999)

4. การทำปฏิกิริยากับเมทานอลในสภาวะเหนือวิกฤต 

                เป็นกระบวนการผลิตไบโอดีเซลโดยไม่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งวิธีนี้เป็นการนำเอาน้ำมันวัตถุดิบมาทำปฏิกิริยากับเมทานอลในสภาวะเหนือวิกฤต ใช้เวลาในการทำปฏิกิริยาน้อย พร้อมทั้งเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมกล่าวคือ ไม่มีของเสียจากกระบวนการ แต่อย่างไรก็ตามวิธีนี้จะต้องใช้อุณหภูมิและความดันในระดับที่ค่อนข้างสูงประมาณ 512.2 เคลวิน และ 8.1 เมกะปาสคาล ตามลำดับ เพื่อต้องทำให้เมทานอลอยู่ในสภาวะเหนือวิกฤต (Demirbas, 2002)

5. ปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน (Transesterification)

กระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันเป็นการทำปฏิกิริยาเคมีระหว่างไขมันหรือน้ำมัน (Triglyceride) กับแอลกอฮอล์ได้ผลิตภัณฑ์เป็นเอสเทอร์และกลีเซอรอล โดยมีตัวเร่งในปฏิกิริยา   (Ma and Hanna, 1999) ดังแสดงในรูปที่ 2 ตัวเร่งปฏิกิริยาทำหน้าที่ในการเร่งปฏิกิริยาเกิดเป็นผลิตภัณฑ์ได้เร็วขึ้น (Agarwal, 2006)

 

Image

.

รูปที่ 2 ปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันระหว่างไตรกลีเซอไรด์กับแอลกอฮอล์

ที่มา: Ma and Hanna (1999)

                    

                     5.1 ชนิดตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน

การนำตัวเร่งปฏิกิริยามาใช้ในกระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันจะช่วยทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีและผลิตภัณฑ์เกิดได้ดีขึ้น  โดยชนิดของตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถแบ่งได้ดังนี้ (Marchetti et al., 2005)

.  ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดเบส (Base Catalyst)

ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดเบสที่ใช้กันโดยทั่วไปคือ โซเดียมไฮดรอกไซด์หรือโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ ซึ่งควรใช้ทำปฏิกิริยากับเมทานอลหรือเอทานอล โดยน้ำมันที่ใช้จะเป็นชนิดใดก็ได้เช่น น้ำมันดิบ (Crude Oil) น้ำมันที่ใช้แล้ว เป็นต้น ก่อนทำปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันควรเปลี่ยนจากรูปเบส (NaOH, KOH) ไปเป็นในรูปของสารประกอบ อัลคอกซี (alcoxy) ก่อน โดยการเตรียมสารประกอบอัลคอกซีเป็นไปดังปฏิกิริยาเคมีในรูปที่ 3

Image

.

รูปที่ 3 ปฏิกิริยาเคมีในการเตรียมสารอัลคอกซี

ที่มา: Marchetti et al. (2005)

                                 สำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดเบสนี้จะทำให้ปฏิกิริยาเกิดเร็วกว่าเมื่อเทียบกับการใช้กรดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาอีกทั้งยังให้ผลิตภัณฑ์ (ไบโอดีเซล) ในปริมาณที่สูงด้วย (Ma and Hanna, 1999) ส่วนข้อจำกัดตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดเบสคือ น้ำ และ ปริมาณกรดไขมันอิสระในน้ำมันดิบ     (Free Fatty Acid) ถ้ามีน้ำและปริมาณกรดไขมันอิสระอยู่ในระบบของการเกิดปฏิกิริยาในปริมาณมากจะทำให้มีสบู่เกิดขึ้นแทนที่จะได้น้ำมันไบโอดีเซลเป็นผลิตภัณฑ์ (Agarwal, 2006)

                            .  ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดกรด (Acid Catalyst)

                                 กรดที่ใช้กันโดยทั่วไปคือ กรดซัลฟิวริก (H2SO4)  ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดนี้จะทำให้ได้ผลผลิตคือน้ำมันไบโอดีเซลในปริมาณมากแต่ปฏิกิริยาจะเกิดช้ามาก อาจจะใช้เวลามากกว่า 1 วันกว่าปฏิกิริยาจะเกิดอย่างสมบูรณ์ แต่ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดกรดสามารถใช้ได้ดีกับกลีเซอไรด์ที่มีส่วนประกอบของกรดไขมันอิ่มตัวและน้ำในปริมาณสูงได้เช่น ในน้ำมันที่ใช้แล้วเป็นต้น (Fukuda et al., 2001)

 .  เอนไซม์ไลเปส (Lipase)

                                  เอนไซม์ไลเปสถูกใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการต่างๆ เช่น ไฮโดรไลซิสของกลีเซอรอล แอลกอฮอล์ไลซิส (Alcoholysis) และ แอซิโดไลซิส (Acidolysis) ข้อดีของเอนไซม์ไลเปสคือ สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้อีก ไม่มีของเสียออกมาจากกระบวนการ ข้อเสียของเอนไซม์คือมีราคาค่อนข้างแพง (Fukuda et al., 2001)

                             .  ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบวิวิธพันธ์ (Heterogeneous Catalyst)

                                 เป็นการผลิตไบโอดีเซลด้วยกระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่ละลายเป็นเนื้อเดียวในระบบ เช่น ZrO2  ZnO  KNO3/ZrO2  KNO3/KL zeolite เป็นต้น ซึ่งการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดนี้จะช่วยแก้ปัญหาการเกิดสบู่ในกระบวนการผลิตไบโอดีเซลเมื่อใช้เบสเป็นตัวเร่งในระบบที่มีน้ำในปฏิกิริยา (Jitputti et al., 2005)

5.2 แอลกอฮอล์ที่ใช้ในกระบวนการทรานส์เอสเทอรฟิเคชัน

                           แอลกอฮอล์ที่นำมาใช้ในกระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันคือ เมทานอล เอทานอล โพร- พานอล และ บิวทานอล โดยเฉพาะเมทานอลถูกใช้มากที่สุดเพราะมีราคาถูกอีกทั้งยังมีข้อดีในส่วนของคุณสมบัติทางกายภาพและด้านเคมี คือ เป็นโมกุลขนาดเล็กมีขั้ว ซึ่งคุณสมบัติดังกล่าวของ  เมทานอลสามารถเข้าทำปฏิกิริยากับกลีเซอไรด์ได้อย่างรวดเร็วและสามารถละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ได้ดี  ตามสัดส่วนของปฏิกิริยาเคมีพบว่าเพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดสมบูรณ์ต้องใช้อัตราส่วนโดยโมลแอลกอฮอล์ต่อน้ำมันเป็น 3:1 แต่ในทางปฏิบัติต้องใช้อัตราส่วนที่มากกว่านั้น หลังปฏิกิริยาสิ้นสุด ผลิตภัณฑ์ที่ได้เป็นของผสมระหว่าง เอสเทอร์ กลีเซอรอล แอลกอฮอล์ ตัวเร่งปฏิกิริยา ไตร- , ได - , และโมโนกลีเซอไรด์ เพราะฉะนั้นการทำให้ไบโอดีเซลบริสุทธิ์จึงเป็นเรื่องที่ค่อนข้างยาก เพราะถ้าไบโอดีเซลมีส่วนผสมของโมโนกลีเซอไรด์จะทำให้ไบโอดีเซลเกิดการแข็งตัวง่าย ทั้งนี้ถ้ามีสิ่งเจือปนอยู่ในไบโอดีเซลก็จะทำให้จุดหมอกควัน (Cloud Point) และจุดไหลเท (Pour Point) มีค่าสูงขึ้นด้วย (Ma and Hanna, 1999)

 5.3 กลไกการเกิดปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน

                           ปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันประกอบด้วยปฏิกิริยาย่อยแบบผันกลับได้ 3 ขั้นตอนย่อย นั่นคือเริ่มจากไตรกลีเซอไรด์ เปลี่ยนเป็นไดกลีเซอไรด์ โมโนกลีเซอไรด์ ตามลำดับ สุดท้ายได้เป็น เอสเทอร์ กับ กลีเซอรอล ดังแสดงในรูปที่ 4 จากกลไกข้างล่างพบว่าแต่ละขั้นตอนย่อยจะได้ 1 โมลของเอสเทอร์

Image

รูปที่ 4 กลไกการปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันระหว่างน้ำมันพืชกับแอลกอฮอล์

ที่มา:  Fukuda et al. (2001)

5.4 ปัจจัยที่มีผลต่อปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน

                           .  ผลของความชื้นและกรดไขมันอิสระ

                                สำหรับปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดเบส (NaOH , KOH , คาร์โบเนต เป็นต้น) กลีเซอไรด์และแอลกอฮอล์ที่ใช้จะต้องไม่มีน้ำเป็นส่วนผสมเพราะน้ำเป็นสาเหตุทำให้เกิดสบู่ขึ้นในระหว่างการทำปฏิกิริยาดังแสดงในรูปที่ 5 สบู่ที่เกิดขึ้นจะไปลดประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาลง นอกจากนั้นยังส่งผลต่อคุณสมบัติของน้ำมันไบโอดีเซลคือทำให้ค่าความหนืดสูงขึ้น ทำให้น้ำมันมีลักษณะเป็นเจล และ ยากต่อการแยกไบโอดีเซลออกจากกลีเซอรอลด้วย

Image

รูปที่ 5 ปฏิกิริยาการเกิดสบู่ (Saponification)

ที่มา: Waste Management and Research Center (2006)

จากรูปนี้จะเห็นได้ว่าปัจจัยที่ทำให้ปฏิกิริยาการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันเกิดสบู่ได้นอกจากน้ำแล้วยังมี กรดไขมันอิสระ (Free Fatty Acid) ที่มีอยู่ในน้ำมันวัตถุดิบ ดังนั้นในการทำปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันโดยใช้เบสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา น้ำมันวัตถุดิบควรมีค่าความเป็นกรด (Acid value) ไม่เกิน 4 มิลลิกรัมโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ต่อกรัม เพราะการมีกรดไขมันอิสระในน้ำมันวัตถุดิบที่มากเกินไปจะทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ (ไบโอดีเซล) น้อยลง (Ramsdhas et al., 2005)

แต่สำหรับน้ำมันวัตถุดิบที่ค่าความเป็นกรดสูง (มากกว่า 4 มิลลิกรัมต่อกรัม) จะต้องนำน้ำมันมาทำการลดค่าความเป็นกรดลง โดยให้ปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชันซึ่งใช้กรดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (Acid esterification) ดังแสดงในรูปที่ 6 แล้วจึงนำผลิตภัณฑ์ที่ได้ไปทำปฏิกิริยา ทราส์เอสเทอริฟิเคชันโดยใช้เบสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาต่อ (Ramadhas et al., 2005)

.

Image

.

รูปที่ 6 ปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชัน

ที่มา: Khan (2002)

.  ผลของอัตราส่วนโดยโมลระหว่างแอลกอฮอล์ต่อน้ำมัน

                               Agarwal (2006) อัตราส่วนโดยโมลระหว่างแอลกอฮอล์ต่อน้ำมันถือเป็นปัจจัยหนึ่งที่มีผลอย่างมากต่อการผลิตไบโอดีเซล  เนื่องจากปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันเป็นปฏิกิริยาแบบผันกลับ เพราะฉะนั้นแอลกอฮอล์ที่ใช้ในปฏิกิริยาจะต้องใช้ในปริมาณที่มากเกินพอเพื่อที่จะทำให้ปฏิกิริยาเกิดไปทางขวามากขึ้นซึ่งก็จะทำให้ได้ผลิตภัณฑ์มากขึ้นเช่นกัน โดยในรูปที่ 4 สัดส่วนที่ใช้ในปฏิกิริยาคือ 3 โมลของแอลกอฮอล์ต่อ 1 โมลของไตรกลีเซอไรด์ ดังนั้นยิ่งใช้อัตราส่วนมากเท่าไหร่ก็จะทำให้ได้เอสเทอร์ (ไบโอดีเซล) มากขึ้นเท่านั้นและภายในเวลาที่สั้นลงด้วย อัตราส่วน 6:1 เป็นค่าที่ถูกใช้ในกระบวนการอุตสาหกรรมพบว่าได้เมทิลเอสเทอร์มากกว่า 98 เปอร์เซ็นต์ (Fukuda et al., 2001)

 .  ผลของตัวเร่งปฏิกิริยา

                                ตัวเร่งสามารถแบ่งได้เป็น ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิด เบส กรด หรือ เอมไซม์ กระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันที่ใช้เบสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาจะเกิดเร็วกว่าเมื่อใช้กรดเป็นตัวเร่ง แต่อย่างไรก็ตามกลีเซอไรด์ที่มีกรดไขมันมันอิสระในปริมาณมากและมีน้ำผสมอยู่ด้วยการใช้กรดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาจะเหมาะสมกว่า (Ma and Hanna, 1999) โดยในตารางที่ 1 คือตารางที่เปรียบเทียบข้อแตกต่างของตัวเร่งปฏิกิริยาชนิด เบส กรด และเอนไซม์

                                เมื่อใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเบสที่ความเข้มข้น 0.5 ? 1 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก จะทำให้ผลได้ผลิตภัณฑ์ (Yield) 94 ? 99 เปอร์เซ็นต์ การเพิ่มปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาเบสไม่ได้เป็นการช่วยทำให้ผลิตภัณฑ์เกิดมากขึ้น แต่กลับเพิ่มค่าใช้จ่ายในขั้นตอนของการล้างเอาตัวเร่งปฏิกิริยาเบสออกจากผลิตภัณฑ์ (Agarwal, 2006)

ตารางที่ 1 การเปรียบเทียบข้อแตกต่างระหว่างตัวเร่งปฏิกิริยาชนิด เบส กรด และเอมไซม์

.

Image

ที่มา: Marchetti et al. (2005)

.  ผลของเวลาและอุณหภูมิการทำปฏิกิริยา

                               Meher et al. (2004) อัตราการเกิดไบโอดีเซลจะแปรผันโดยตรงกับเวลา นั่นคือถ้าเวลาในการทำปฏิกิริยามากขึ้นก็จะทำให้ได้ปริมาณเอสเทอร์มากขึ้นเช่นกัน  

                               Agarwal (2006) อุณหภูมิเป็นปัจจัยหนึ่งที่มีผลกระทบต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันอย่างมาก อย่างไรก็ตามถ้าเพิ่มเวลาในการทำปฏิกิริยาให้เพียงพอ ปฏิกิริยาก็จะเกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์ภายใต้อุณหภูมิห้อง แต่อุณหภูมิที่ใช้ในการทำปฏิกิริยาโดยทั่วไปจะใช้อุณหภูมิที่ใกล้เคียงกับจุดเดือดของแอลกอฮอล์ที่ใช้เช่น ถ้าเป็นเมทานอลอุณหภูมิที่ใช้คือ 60 ? 70 องศาเซลเซียส ที่ความดันบรรยากาศ (โดยใช้เบสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา)

.  ผลของอัตราการกวนผสม

                               การกวนผสมนับเป็นปัจจัยหนึ่งที่สำคัญมาก สำหรับปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน เพราะน้ำมันหรือไขมันที่นำมาใช้ในการผลิตไบโอดีเซลนั้นไม่ละลายเป็นเนื้อเดียวกันกับแอลกอฮอล์และตัวเร่งปฏิกิริยา ดังนั้นจึงต้องมีการกวนผสมให้เนื้อสารสัมผัสกันปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันจึงจะเกิดและได้เป็นไบโอดีเซล (Meher et al., 2006)

เอกสารอ้างอิง

1. กองบรรณาธิการเทคนิค เครื่องกลไฟฟ้า อุตสาหกรรม. 2548. ไบโอดีเซล ? พลังงานทดแทนช่วยชาติ. 22 (256): 154-163.

2. Agarwal, A.K. 2006. Biofuels (alcohols and biodiesel) applications as fuels for internal combustion engines. Progress in Energy and Combustion Sciene. (Unpublished manuscript).

3. Demirbas, A. 2002. Biodiesel from vegetable oils via transesterification in supercritical methanol. Energy Convers Manage. 43:2349?2356.

4. Fukuda, H., A. Kondo and H. Noda. 2001. Biodiesel fuel production by transesterification of oils. Journal of Bioscience and Bioengineering. 92:405-416.

5. Jitputti, J., B. Kitiyanan, P. Rangsunvigit, K. Bunyakiat, L. Attanatho and P. Jenvanitpanjakul. 2005. Transesterification of crude palm kernel oil and crude coconut oil by different solid catalysts. Chemical Engineering Journal. 116: 61-66.

6. Kandpal, J.B. and M. Madan. 1994. Jatropha curcas: a renewable source of energy for meeting future energy needs. Technical Note. 6: 159-160.

7. Khan, A.K. 2002. Research into Biodiesel Kinetics & Catalyst Development. Available Source: www.cheque.uq.edv.au/ugrad/chee4001/CHEE400102/Adam_khan_

Thesis.pdf, January 1, 2007.

8. Ma, F., L.D. Clements and M.A. Hanna. 1998. The effect of catalyst, free fatty acids, and water on transesterification of beef tallow. Transactions of the American Society of Agricultural Engineers. 41(5):1261?1264.

9. Ma, F., L.D. Clements and M.A. Hanna. 1999. The effect of mixing on transesterification of beef tallow. Bioresource Technology. 69:289?293.

10. Madras, G., C. Kolluru and R. Kumar. 2004. Synthesis of biodiesel in supercritical fluids. Fuel. 83:2029?2033.

11. Marchetti, J.M., V.U. Miguel and A.F. Errazu. 2005. Possible methods for biodiesel production. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 20:280?28

.           12. Meher, L.C., D. Sagar and S.N. Naik. 2004. Technical aspects of biodiesel production by Transesterification-a review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 10:1-21.

13. Ramadhas, A.S., S. Jayaraj and C. Muraleeharan. 2005. Biodiesel production from high FFA rubber seed oil. Fuel. 84: 335-340.

14. Srivastava, A. and R. Prasad. 1999. Triglycerides ? based diesel fuels. Renewable and Sustainable Energy Review. 4: 111-133.

15. Waste Management and Research Center. 2006. Small Scale Biodiesel Production. Available Source: www.wmrc.com/. November 17, 2006.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Last Updated ( Tuesday, 18 November 2008 )
ข่าวประชาสัมพันธ์
Twitter

โครงการเคยู-ไบโอดีเซล : ห้อง 1301 ชั้น 3 อาคาร 1 ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตบางเขน โทรศัพท์ 02-942-8555 ต่อ 1209 หรือ 089-492-2206 e-mail: kubiodiesel@gmail.com
ผู้ให้การสนับสนุน

บริษัท ปตท. จำกัด (มหาชน) บริษัท โตโยต้า มอเตอร์ ประเทศไทย จำกัด กระทรวงพลังงาน บริษัท ดีวัน ออยล์ โฮลดิ้ง ประเทศไทย จำกัด มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์