การผลิตก๊าซชีวภาพจากวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตร และชีวมวลเพื่อพัฒนาเป็นพลังงานทางเลือก

บทคัดย่อ

พลังงานทดแทนถือเป็นแหล่งพลังงานสำคัญเพื่อใช้ทดแทนแหล่งพลังงานหลักที่มีจำกัดและกำลังจะหมดไปในอนาคต ก๊าซชีวภาพและก๊าซไฮโดรเจนเป็นหนึ่งในพลังงานทดแทนที่สามารถผลิตได้ในประเทศไทยโดยใช้วัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรซึ่งเป็นแหล่งวัตถุดิบที่มีศักยภาพในการนำมาใช้เป็นวัตถุดิบตั้งต้น การใช้วัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรเพื่อผลิตพลังงานทดแทนจะเป็นการช่วยลดต้นทุนการผลิต และยังช่วยเพิ่มมูลค่าให้แก่วัสดุเหลือทิ้งเหล่านี้ด้วย ในแผนงานวิจัยนี้จึงได้ศึกษาการนำวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรมาใช้ในการผลิตก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซชีวภาพ ซังข้าวโพดถูกเลือกมาใช้เป็นวัตถุดิบตั้งต้นในการผลิตไฮโดรเจน โดยได้ทำการปรับสภาพวัตถุดิบด้วยโพแทสเซียมไฮ-ดรอกไซด์ (KOH) ความเข้มข้ม 5% (โดยน้ำหนักต่อปริมาตร) ให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 60๐C เป็นเวลา 1 ชั่วโมง จากนั้นย่อยซังข้าวโพดด้วยเอนไซม์เซลลูเลส ปริมาณ 20 FPU/g อัตราส่วนของแข็งต่อสารละลายที่ 1:10 บ่มที่อุณหภูมิ 50๐C เป็นเวลา 48 ชั่วโมง ซึ่งผลิตน้ำตาลรีดิวส์ได้สูงสุด 73 กรัมต่อลิตร น้ำตาลรีดิวส์ที่ผลิตได้จะถูกนำไปใช้เป็นสารตั้งต้นในกระบวนการหมักไฮโดรเจนแบบไม่ใช้แสงและทำการศึกษาปัจจัยที่มีผลต่อการผลิตไฮโดรเจน โดยออกแบบการทดลองตามทฤษฎี Full Factorial Design ซึ่งจากการทดลองพบว่า ปัจจัยที่มีผลต่อการผลิตก๊าซไฮโดรเจนอย่างมีนัยสำคัญ คือ เทอมของผลกระทบหลัก ได้แก่ ความเข้มข้นน้ำตาล พีเอช และระยะเวลาการหมัก ส่วนเทอมของผลกระทบร่วม ได้แก่ ความเข้มข้นน้ำตาลกับพีเอช และความเข้มข้นน้ำตาลกับระยะเวลาการหมัก โดยสภาวะที่เหมาะสมในการหมักไฮโดรเจนจากซังข้าวโพด คือ ความเข้มข้นน้ำตาลเริ่มต้นที่ 22.5 กรัมต่อลิตร พีเอช 6 ระยะเวลาในการหมัก 6 วัน สามารถผลิตก๊าซไฮโดรเจนได้สูงสุดคือ 81.98 ml-H2/g-RS ในการศึกษาการผลิตก๊าซชีวภาพได้ใช้วัตถุดิบตั้งต้นทั้งหมด 2 ชนิด ซึ่งได้แก่ ต้นข้าวโพดและมันสำปะหลัง ในขั้นแรกได้ทำการคัดแยกและคัดกรองจุลินทรีย์จากธรรมชาติที่มีความสามารถในการผลิตเอนไซม์เซลลูเลสและอะไมเลสเพื่อนำมาประยุกต์ใช้ในกระบวนการย่อยวัตถุดิบตั้งต้น โดยจากการคัดแยกพบว่าจุลินทรีย์ไอโซเลต CS16 และ CS11 แสดงแอคติวิตีของเอนไซม์เซลลูเลสและอะไมเลสสูง ตามลำดับ รวมทั้งสามารถย่อยต้นข้าวโพดและมันสำปะหลังให้ผลผลิตน้ำตาลรีดิวซ์สูงที่สุดเมื่อเทียบกับจุลินทรีย์ไอโซเลตอื่นๆ จึงได้ทำการคัดเลือกจุลินทรีย์ทั้ง 2 ไอโซเลตเพื่อนำไปใช้ในการย่อยต้นข้าวโพดที่ผ่านการปรับสภาพด้วยด่างและมันสำปะหลัง จากนั้นตัวอย่างต้นข้าวโพดที่ผ่านการปรับสภาพด้วยด่างและย่อยด้วยจุลินทรีย์ (M5%TS) และมันสำปะหลังที่ผ่านการย่อยด้วยจุลินทรีย์ (C5%TS) จะถูกนำไปศึกษาศักยภาพการผลิตก๊าซมีเทน (biochemical methane potential; BMP) ซึ่งจากการศึกษาพบว่าตัวอย่าง M5%TS และตัวอย่าง C5%TS ให้ผลผลิตก๊าซมีเทนเท่ากับ 140.06 และ 162.60 mlCH4/gVSadded ตามลำดับ ตัวอย่าง M5%TS และตัวอย่าง C5%TS จะถูกนำไปใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตก๊าซชีวภาพโดยใช้ถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบกวนสมบูรณ์ จากการทดลองเดินระบบถังปฏิกรณ์ชีวภาพที่ OLR เท่ากับ 2.70 kg/m3•d หรือเท่ากับ HRT 19 วัน ตัวอย่าง M5%TS และตัวอย่าง C5%TS ให้ผลผลิตก๊าซมีเทนเท่ากับ 137.30?20.11 mlCH4/gVSadded และ 143.76?6.23 mlCH4/gVSadded ตามลำดับ

คำสำคัญ