การประเมินประสิทธิภาพด้านพลังงานและของเสียของกระบวนการปรับสภาพโครงสร้างชีวมวลเพื่อการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพและสารเคมีชีวภัณฑ์สำหรับอุตสาหกรรมไบโอรีไฟเนอรี่

บทคัดย่อ

ปัจจุบันชีวมวลสามารถนำมาผลิตนวัตกรรมใหม่ได้มากมาย อาทิ วัสดุ สารเคมี และเชื้อเพลิง แต่ในขั้นตอนการผลิตสิ่งต่างๆ มีค่าใช้จ่ายที่สูงจึงจำเป็นต้องมีการคัดเลือกกระบวนการที่เหมาะสมในการผลิตผลิตภัณฑ์ต่างๆ งานวิจัยนี้ได้ศึกษาเกี่ยวกับการปรับสภาพด้วยวิธีการไอน้ำความดันสูง การปรับสภาพด้วยด่าง การปรับสภาพด้วยด่างเปอร์ออกไซต์ การปรับสภาพด้วยสารอินทรีย์ และกระบวนการหมักพร้อมย่อย (simultaneous saccharification and fermentation) เพื่อผลิตไบโอเอทานอล งานวิจัยนี้มีการประเมินความเป็นไปได้ทางเศรษฐศาสตร์เพื่อเลือกกระบวนการที่มีความเป็นไปได้ ชีวมวลที่นำมาศึกษา ได้แก่ ฟางข้าว ชานอ้อย และซังข้าวโพด โดยผ่านกระบวนการปรับสภาพทั้ง 4 วิธีการข้างต้น จากผลงานวิจัยพบว่า การใช้ไอน้ำความดันสูงส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงของชีวมวลทั้งสามชนิดแบบไม่มีนัยยะ แต่เมื่อเปลี่ยนมาใช้การปรับสภาพด้วยสารอินทรีย์ ปริมาณของเซลลูโลสทั้งสามชีวมวลเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยยะ ฟางข้าวเพิ่มขึ้นเป็น 7.44% ชานอ้อยเพิ่มขึ้น 8.06% และซังข้าวโพด 8.72% เมื่อนำไปหมักเพื่อผลิตไบโอเอทานอล ปริมาณไบโอเอทานอลของชานอ้อยให้ปริมาณเอทานอลสูงที่สุดที่ 0.69 กิโลกรัมไบโอเอทานอล/กิโลกรัมชีวมวล ผลจากการปรับสภาพด้วยด่างเพิ่มปริมาณเซลลูโลสของฟางข้าวได้สูงที่สุดถึง 62.15% ชานอ้อย 65.02% และ ซังข้าวโพด 42.20% และเมื่อนำไปหมักพร้อมย่อยซังข้าวโพดได้ปริมาณไบโอเอทานอลสูงถึง 0.107 กิโลกรัม/กิโลกรัมชีวมวล การใช้ด่างเปอร์ออกไซด์ที่ความเข้มข้นโซเดียมไฮดรอกไซด์และไฮโดรเจรเปอร์ออกไซด์ 5% เพิ่มประสิทธิภาพการทำเอนไซม์ได้มากกว่าอีก3วิธี ซึ่งเพิ่มสูงสุดถึง 98.43% เมื่อใช้กับซังข้าวโพด เมื่อพิจารณาประสิทธิภาพพลังงานของแต่ละกระบวนการของชีวมวลทั้ง3ชนิด การปรับสภาพด้วยวิธีด่างและด่างเปอร์ออกไซด์มีความใกล้เคียงกันโดยฟางข้าวและชานอ้อยได้ประสิทธิภาพพลังงานสูงสุดจากการปรับสภาพด้วยด่างเปอร์ออกไซด์ที่ 0.165 และ 0.162 กิโลกรัมไบโอเอทานอล/กิโลวัตต์ชั่วโมงตามลำดับ ในส่วนของซังข้าวโพดประสิทธิภาพพลังงานสูงสุดที่ 0.172 กิโลกรัมไบโอเอทานอล/กิโลวัตต์ชั่วโมง จากการปรับสภาพด้วยด่างโซเดียมไฮดรอกไซด์ 10% การประเมินของเสียจากกระบวนการ การใช้ด่างเปอร์ออกไซด์ได้ปริมาณของเสียน้อยที่สุดทั้งฟางข้าว ชานอ้อย และซังข้าวโพด ปริมาณ 38.058 38.895 และ 37.450 กิโลกรัม/กิโลกรัมผลิตภัณฑ์ตามลำดับ จากกระบวนการจำลองและออกแบบการผลิตไบโอเอทานอลจากฟางข้าวโดยใช้การปรับสภาพด้วยวิธีด่างเปอร์ออกไซด์ โดยใช้สภาวะอุณหภูมิ 25?C ระยะเวลา 1วัน โดยใช้ โซเดียมไฮดรอกไซด์ 5% และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 5% หลังจากการปรับสภาพและกลั่นเพื่อเพิ่มความบริสุทธิ์ให้ได้ 95% กำลังผลิตของไบโอเอทานอลอยู่ที่ 12,784.2 ลิตร/ปี เมื่อนำผลงานวิจัยที่ได้ไปประเมินความเป็นไปได้ทางเศรษฐศาสตร์และเศรษฐศาสตร์ พบว่า ค่าการลงทุนทั้งหมด (Total capital investment) เท่ากับ 14,168,000.00 ดอลลาร์ค่าใช้จ่ายในการดําเนินงาน (Total operating cost) เท่ากับ 3,285,663.27 ดอลลาร์ ผลการขายไบโอเอทานอล เท่ากับ 29,863.86 ดอลลาร์ อัตราส่วนกําไรสุุทธิกับค่าใช้จ่าย (Rate of interest : ROI) เท่ากับ -42.98% ระยะเวลาการคืนทุน (Payback period: PBP) ไม่สามารถคำนวณได้ มูลค่าปัจจุบันสุทธิ (Net Present Value: NPV) เท่ากับ -29,390,401.06 ดอลลาร์ และ อัตราตอบแทนภายใน (Internal rate of return : IRR) ไม่สามารถคำนวณได้ จากการศึกษาและจำลองการผลิตไบโอเอทานอลแสดงให้เห็นว่าการผลิตไบโอเอทานอล เพียงอย่างเดียวไม่สามารถไม่ทำได้ เนื่องจากต้นทุนในการลงทุนสูง อีกทั้งราคาของไบโอเอทานอลต่ำจึงทำให้ ไม่มีความเป็นไปได้ในเชิงเศรษฐศาสตร์ นอกจากนี้ การใช้ประโยชน์ จากเฮมิเซลลูโลสและลิกนินยังไม่มีประสิทธิภาพ จึงจำเป็นต้องมีการศึกษาในการนำลิกนินและเฮมิเซลลูโลสไปแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์ชนิดต่างๆ เพื่อให้เกิดความเป็นไปได้ทางเศรษฐศาสตร์ และความยั่งยืนของกระบวนการไบโอรีไฟเนอรี่

คำสำคัญ