การผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลัง กุณฑิกา เวชกลาง ไพลิน แผนวิชิต

1. การผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลังการผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลัง กุณฑิกา เวชกลาง ไพลิน แผนวิชิต

2. ความสำคัญของเอทานอล • ในปัจจุบันได้มีผู้ให้ความสนใจเกี่ยวกับเชื้อเพลิงเพื่อเป็นแหล่งพลังงานทางเลือกใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในประเทศไทยซึ่งเป็นประเทศที่นำเข้าน้ำมัน • โดยปกติน้ำมันเป็นแหล่งพลังงานใต้พื้นดิน ซึ่งเป็นแหล่งเชื้อเพลิงหลักที่มนุษย์บนโลกพึ่งพาในการสร้างไฟฟ้าและเป็นเชื้อเพลิงให้กับเครื่องจักรจะต้องอาศัยการทับถมของซากพืชซากสัตว์นับล้าน ๆ ปี • แต่ในปัจจุบันสามารถใช้พืชผักผลิตเชื้อเพลิงได้โดยเลียนแบบกระบวนการธรรมชาติ (อุษาวดี ,2548)

3. ความสำคัญของเอทานอล ปัจจุบันปัญหาเรื่องแหล่งพลังงานที่ใช้ในประเทศที่มีส่วนอย่างมากกับการพัฒนาประเทศ มีการวิจัยหาแหล่งพลังงานใหม่ที่มีความเหมาะสมในการนำมาใช้ควบคู่ไปกับพลังงานที่มีอยู่ แหล่งพลังงานที่ได้รับความสนใจคือเอทานอล

4. เอทานอล • ลักษณะ • เป็นของเหลวใส ไม่มีสี • กลิ่นเป็นที่ยอมรับได้ • การนำไปใช้ • สารละลายสำหรับผลิตภัณฑ์สี • ผลิตภัณฑ์ยา • ผลิตภัณฑ์กาว • เกี่ยวกับเครื่องยนต์

5. เอทานอล • เอทานอลในทางเคมีเป็นกลุ่มสารประกอบอินทรีย์มีสูตรทางเคมีคือ • C2H5OH • ประกอบด้วย คาร์บอน ไฮโดรเจน และอ๊อกซิเจน เป็นไฮดรอกซิล ดิริเวทีฟ ของ ไฮโดรคาร์บอน เกิดจากการแทนที่ ไฮโดรเจนอะตอมด้วย hydroxyl group (OH) • เอทานอลบริสุทธิ (anhydrous) มีจุดเดือด ที่ 78.5 องศาเซนติเกรด • คุณสมบัติของ เอทานอลใช้เป็นสารเพิ่ม อ๊อคเทน ในน้ำมันแก๊สโซลีนได้ทำให้มีการใช้ผสมแก๊สโซลีนอย่างแพร่หลายแทนสารผสมที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน

6. เอทานอล สำหรับ "เอทานอล" (Ethanol) เป็นแอลกอฮอล์ที่เกิดจากการหมักพืช เศษซากพืช เพื่อเปลี่ยนแป้งจากพืชให้เป็นน้ำตาลแล้วเปลี่ยนจากน้ำตาลเป็นแอลกอฮอล์อีกครั้ง แอลกอฮอล์ที่ทำให้บริสุทธิ์ 95% จะเรียกว่าเอทานอล และนำไปใช้ผสมกับน้ำมัน ซึ่งสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ใน 3 รูปแบบ คือ 1.เป็นเอทานอล 95% ใช้เป็นเชื้อเพลิงโดยตรงทดแทนน้ำมันเบนซิน และน้ำมันดีเซลใช้ได้กับเครื่องยนต์ที่มีอัตราส่วนการอัดสูง 2. เอทานอลบริสุทธิ์ 99.5% โดยปริมาตร ผสมในน้ำมันเบนซินเรียกว่า แก๊สโซฮอล์ (Gasohol) โดยทั่วไปใช้ผสมกับน้ำมันเบนซินอัตราส่วนร้อยละ 10 ในลักษณะของสารเติมแต่งเพื่อปรับปรุงค่าออกเทนของน้ำมันเบนซิน ซึ่งสามารถนำมาใช้งานกับเครื่องยนต์โดยทั่วไป ไม่ต้องดัดแปลงเครื่องยนต์แต่อย่างใด

7. เอทานอล 3. เป็นสารเคมีเพิ่มออกเทน (Octane) แก่เครื่องยนต์ โดยการเปลี่ยนรูปเอทานอลมาเป็นสาร ETBE (Ethyl Tertiary Butyl Ether) สามารถใช้ทดแทนสาร MTBE (Methyl Tertiary Butyl Ether) ซึ่ง MTBE เป็นสารเติมแต่งในน้ำมันเบนซินที่หลายประเทศประกาศห้ามใช้ เนื่องจากก่อให้เกิดมลภาวะในอากาศที่สูงกว่าสารเติมแต่งอื่นๆ

8. เอทานอลและมันสำปะหลังเอทานอลและมันสำปะหลัง เนื่องจากประเทศไทยเป็นประเทศเกษตรกรรมซึ่งมีวัสดุทางการเกษตรหลายชนิดที่สามารถนำมาเป็นวัตถุดิบในการผลิตเอทานอลได้เช่น การผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลัง เป็นต้น และเอทานอลยังสามารถนำไปผสมในน้ำมันเชื้อเพลิงในอัตราส่วนที่เหมาะสมเพื่อลดปริมาณการใช้น้ำมันเชื้อเพลิงให้น้อยลง ซึ่งเชื้อเพลิงชนิดนี้ก่อให้เกิดมลพิษน้อยกว่าเชื้อเพลิงที่ใช้กันอยู่ (จีรศักดิ์และปรัชญา, 2548)

9. เอทานอลและมันสำปะหลังเอทานอลและมันสำปะหลัง เอทานอล เป็นแอลกอฮอล์ชนิดหนึ่งซึ่งเกิดจากการหลักพืชเศษซากพืช ได้แก่ อ้อย น้ำตาล กากน้ำตาลกากอ้อย บีทรูท(หัวผักกาดหวาน) แป้งมันสำปะหลัง มันเทศ ธัญพืชต่างๆ เช่น ข้าวโพด ข้าว ข้าวสาลี ข้าวบาร์เลย์ ข้าวฟ่าง เพื่อเปลี่ยนแป้งจากพืชให้เป็นน้ำตาลแล้วเปลี่ยนจากน้ำตาลเป็นแอลกอฮอล์อีกครั้ง แอลกอฮอล์ที่ทำให้บริสุทธิ์ 95 % จะเรียกว่า เอทานอล (Ethanol)

10. เอทานอลและมันสำปะหลังเอทานอลและมันสำปะหลัง • กากวัสดุที่เหลือใช้จากการเกษตร เช่น แกลบ ฟางข้าว ชานอ้อย กากมันสำปะหลัง เศษไม้ เศษยางพารา และอื่นๆ ที่มีปริมาณมากพอที่จะนำมาใช้ประโยชน์เป็นแหล่งพลังงานทดแทนได้ • การผลิตเอทานอล จากพืช เช่น อ้อยและหัวมันสำปะหลัง ก็เป็นอีกโครงการหนึ่งที่กระทรวงพลังงานกำลังร่วมกับกระทรวงเกษตรและสหกรณ์ และกระทรวงอุตสาหกรรม ผลักดันให้ก้าวหน้า ซึ่งขณะนี้เป็นที่ชัดเจนแล้วว่า เอทานอลสามารถผลิตเพื่อขายในเชิงพาณิชย์ได้

11. เอทานอลและมันสำปะหลังเอทานอลและมันสำปะหลัง • ประเทศไทยต้องนำเข้า MTBE มาใช้เพื่อพลังงานเชื้อเพลิงเป็นมูลค่าสูงมาก การผลิตเอทานอลด้วยมันสำปะหลัง สำหรับนำมาทดแทนสาร MTBE ดังกล่าว โดยสามารถผลิตได้ในราคาที่เหมาะสม • การผลิตเอทานอล ขบวนการผลิตเพื่อให้ได้แอลกอฮอลล์บริสุทธิ์นั้น จำเป็นต้องลงทุนตั้งโรงงานที่ใช้งบประมาณสูง

12. มันสำปะหลัง • ปัจจุบันมันสำปะหลัง เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าราคาสินค้าต่ำอยู่เป็นประจำทั้งนี้จะสนับสนุน ลดการส่งออก มันอัดเม็ด แต่จะเพิ่มการแปรรูปให้มากขึ้น ทั้งด้านการอาหารและพลังงานเอทานอล • มันสำปะหลังสามารถแปรรูปได้อย่างมากมาย ซึ่งสามารถจะเป็นอุตสาหกรรมต่อเนื่องได้อีกมาก แป้งมันสำปะหลัง การทำเป็นอาหารสัตว์ การทำโฟมที่ย่อยสลายได้ การทำเอทานอลเพื่อการพลังงาน การผลิตเป็นแอลกอฮอล์

13. การผลิตเอทานอล Figure: Ethanol production pathway Casey et al., 1986 5

14. Ethanol Fermentation Saccharomyces cerevisiae การผลิตเอทานอล • Sugar • Sugar beet • Starches • Cellulosic • materials • Molasses Embden-Meyerhof pathway C6H12O6 --------------> 2C2H5OH + 2CO2 + energy

15. การผลิตเอทานอล • กระบวนการผลิตเอทานอล ประกอบด้วย • กระบวนการเตรียมวัตถุดิบสำหรับผลิตเอทานอล • กระบวนการหมัก • การแยกผลิตภัณฑ์เอทานอล • การทำให้บริสุทธิ์ • ถ้าเป็นประเภทแป้งหรือเซลลูโลส เช่นมันสำปะหลังและธัญญพืช จะต้องนำไปผ่านกระบวนการย่อยแป้งหรือเซลลูโลสให้เป็นน้ำตาลก่อน ด้วยการใช้กรดหรือเอนไซม์ แล้วสามารถนำไปหมักได้

16. การผลิตเอทานอล กระบวนการกลั่น แยกเอทานอลออกโดยใช้กระบวนการกลั่นลำดับส่วน ซึ่งสามารถแยกเอทานอลให้ได้ความบริสุทธิ์ประมาณร้อยละ 95 โดยปริมาตร กระบวนการหมักด้วยยีสต์ จะเปลี่ยนน้ำตาลให้เป็นแอลกอฮอล์ ในกระบวนการหมัก ได้เอทานอลที่มีความเข้มข้นประมาณร้อยละ 8-12 โดยปริมาตร กรรมวิธีแยกน้ำโดยการใช้โมเลกูล่าร์ซีพ (molecular sieve separation) เอทานอลที่ความบริสุทธิ์ ร้อยละ 95 จะไหลผ่านช่องว่างตัวดูดซับซีโอไลต์ออกไปได้ แต่โมเลกุลของน้ำ จะถูกดูดซับไว้ ทำให้เอทานอลที่ไหลออกไปมีความบริสุทธิ์ร้อยละ 99.5 (กระทรวงพลังงาน, 2543)

17. การผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลังการผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลัง วัตถุดิบสำหรับผลิตเอทานอลดังนี้1. พืชที่เหมาะสมสำหรับการนำมาใช้เป็นวัตถุดิบผลิตเอทานอลมากที่สุดคือมันสำปะหลังซึ่งมีปริมาณส่วนเกินของตลาดประมาณ 4 ล้านตันต่อปีสามารถผลิตเอทานอลได้ประมาณ 2 ล้านลิตรต่อวัน2. การใช้อ้อยเป็นวัตถุดิบผลิตเอทานอลไม่เหมาะสมเพราะปริมาณการผลิตอ้อยยังไม่เพียงพอกับความต้องการของอุตสาหกรรมน้ำตาล3. กากน้ำตาลสามารถนำมาใช้เป็นวัตถุดิบผลิตเอทานอลได้เฉพาะส่วนที่เหลือจากการบริโภคซึ่งมีประมาณ 0.8 ล้านตันต่อปีผลิตเอทานอลได้ประมาณ 600,000 ลิตรต่อวัน

18. การผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลังการผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลัง • เอทานอล (Ethanol) หรือ เอทิลแอลกอฮอล์ (Ethyl Alcohol) ที่ผลิตจากพืช เช่น มันสำปะหลัง อ้อย และกากน้ำตาล • ในกระบวนการผลิต หากใช้วัตถุดิบประเภทแป้ง และเซลลูโลส จะต้องนำมาย่อยให้เป็นน้ำตาลก่อน โดยการใช้กรด แบคทีเรีย หรือเอ็นไซม์ ใช้เวลาในการหมักประมาณ 2-3 วัน (กรณีเป็นการหมักแบบชั่วคราว หากหมักแบบต่อเนื่องจะใช้เวลาน้อยกว่านี้) จะได้แอลกอฮอล์ที่ความเข้มข้นประมาณร้อยละ 8-12 โดยปริมาตร • จากนั้นนำไปกลั่นแยกแบบลำดับส่วน จะได้แอลกอฮอล์ที่ความเข้มข้นร้อยละ 95 โดยปริมาตร ในกรณีที่ต้องนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงผสมก๊าซโซฮอล์ และดีโซฮอล์ จะต้องแยกส่วนน้ำออกอีกประมาณร้อยละ 5 โดยปริมาตร โดยวิธีการกลั่นกับสารตัวที่สาม หรือแยกด้วยเครื่องโมเลกคูลาชีฟ (molecular sieve) หรือเครื่องแยกระบบเมมเบรน

19. การผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลังการผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลัง ปริมาณมันสำปะหลังเพื่อใช้เป็นวัตถุดิบผลิตเอทานอล ในปี 2544 ประเทศไทยมีการใช้เบนซินออกเทน 95 ในปริมาณ 3,000 ล้านลิตรต้องผลิตเอทานอลได้ไม่น้อยกว่าปีละ 300 ล้านลิตร (ร้อยละ 10) จึงจะเพียงพอกับความต้องการ มันสำปะหลังจำนวน 6 กิโลกรัมสามารถผลิตเอทานอลได้ 1 ลิตรดังนั้นต้องใช้มันสำปะหลังหัวสดจำนวน 1.8 ล้านตันเพื่อผลิตเอทานอลสำหรับเบนซินออกเทน 95

20. การผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลังการผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลัง ขั้น ตอนการทำมันสำ ปะหลังชิ้นแห้ง

21. การผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลังการผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลัง Cassava Ethanol Process Flowchart

22. การผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลังการผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลัง

23. การผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลังการผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลัง เปลือกมันสำปะหลังสามารถนำมาใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับการผลิตน้ำตาลรีดิวส์ได้ ใน การศึกษาทดลองสามารถผลิตน้ำตาลรีดิวส์ได้สูงสุดโดย ใช้เปลือกมันสำปะหลัง 1.5% ไฮโดรไลซิสโดยใช้ กรดซัลฟูริกความเข้มข้น 0.1 โมลาร์ที่อุณหภูมิ 135องศาเซลเซียสภายใต้ความดัน 15ปอนด์ต่อตารางนิ้ว เป็นเวลา 90 นาที ได้น้ำตาลรีดิวส์ 66.28% สำหรับการย่อยด้วยแอลฟ่าอะไมเลสและ อะไมโลกลูโคซิเดส ผลิตน้ำตาลได้49.14%

24. การผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลังการผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลัง ในการศึกษาการหมักน้ำตาลรีดิวส์ที่ได้โดย Saccharomyces cerevisiae พบว่าสามารถใช้น้ำตาลได้โดยบ่มในตู้บ่มเชื้อที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียสความเร็วรอบ150 รอบต่อนาที หลังจากบ่มเป็นเวลา 20 ชั่วโมงจะผลิตเอธานอลได้ 5.54 กรัมต่อลิตร จากการศึกษาวิจัยนี้แสดงว่าเปลือกมันสามารถนำมาใช้เป็นแหล่งคาร์บอนสำหรับการหมักของยีสต์เป็นเอธานอลได้ (จิรศักดิ์และกนก, 2545)

25. การผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลังการผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลัง เอทานอลจากมันสำปะหลังจะใช้หัวมันสดปอกเปลือกล้างน้ำทำความสะอาดบดให้ละเอียดเพื่อเปลี่ยนแป้งให้เป็นน้ำตาลด้วยเอนไซม์แล้วนำไปหมักด้วยยีสต์เพื่อเปลี่ยนน้ำตาลให้เป็นเอทานอลแล้วนำไปกลั่นให้บริสุทธ์มันสำปะหลัง 1 ตันได้เอทานอล 180 ลิตร

26. การผลิตเอทานอล จากมันสำปะหลัง

27. บทสรุป พลังงานที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันส่วนใหญ่เป็นพลังงานจากน้ำมันปิโตรเลียม ซึ่งมีราคาแพงขึ้นอย่างต่อเนื่องเป็นพลังงานที่นับวันจะหมดไปจากโลก และเป็นพลังงานที่สร้างมลพิษไปทั่วโลก จากสภาพแวดล้อมด้านความเป็นอยู่ของมนุษย์จำเป็นต้องใช้พลังงานแต่ละวันเป็นจำนวนมหาศาล ประเทศต่าง ๆ ทั่วโลกจึงเห็นความจำเป็นและหาทางผลิตพลังงานเพื่อทดแทนพลังงานจากน้ำมันปิโตรเลียมดังกล่าว การใช้เอทานอลเป็นพลังงานทดแทนที่เหมาะสมที่สุดในปัจจุบัน เอทานอล ช่วยกระจายรายได้สู่เกษตรกรในพื้นที่ปลูกทั่วประเทศ ลดต้นทุนด้านพลังงาน ช่วยเสริมคุณภาพสิ่งแวดล้อมของท้องถิ่นและของโลกในฐานะที่เป็นเชื้อเพลิงจากธรรมชาติ ไม่สร้างมลพิษ

28. บทสรุป ประเทศไทยมีการเริ่มใช้มันสำปะหลัง และรวมถึงระบบการกำจัดของเสียจากการผลิตที่มีช่องทางที่จะใช้ประโยชน์ของเหลือโดยการเพิ่มมูลค่าหรือนำมาเป็นพลังงานหมุนเวียนใช้ใหม่ การผลิตเอทานอลจึงมีการค้นคว้าวิจัยในขั้นตอนต่าง ๆ ของขบวนการโดยเฉพาะการศึกษาเรื่องเชื้อที่ใช้ในขบวนการหมัก เช่นเดียวกับการพัฒนาในเรื่องของวัตถุดิบ เช่น มันสำปะหลัง ซึ่งสามารถปรับปรุงขึ้นได้ทั้งปริมาณผลผลิตและคุณภาพของแป้งในหัวมัน พันธุ์มันสำปะหลังยังคงได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้ได้ผลผลิตคุ้มทุนที่สุด

29. ขอบคุณค่ะ