การปรับปรุงคุณภาพน้ำมันปาล์มดิบโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาซิงค์ออกไซด์ระดับนาโนสำหรับเครื่องยนต์ดีเซลรอบต่ำ

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้ได้ศึกษาการผลิตน้ำมันไบโอดีเซลจากน้ำมันปาล์มดิบ ภายใต้กระบวนการผลิตในห้องปฏิบัติการ กระบวนการผลิตทางเคมีใช้ปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน (Trans-esterification) และเบสเป็นสารเร่งปฏิกิริยา โดยผ่านกระบวนการกลั่นเพื่อปรับปรุงคุณภาพจากสารเติมแต่งนาโนซิงค์ออกไซด์ผสมกับน้ำมันไบโอดีเซล ใช้น้ำมันที่ส่วนผสมต่างกันเพื่อทดสอบหาคุณสมบัติและสมรรถนะการทำงานของเครื่องยนต์นั้นมีทั้งหมด 6 ชนิด คือ 1. น้ำมันปาล์มไบโอดีเซล (B100) 2. น้ำมันดีเซล 3.น้ำมันปาล์มไบโอดีเซลที่ผ่านการปรับปรุงคุณภาพด้วยวิธีการกลั่น (R-B100) 4. น้ำมันปาล์มไบโอดีเซลผสมสารเติมแต่งนาโนซิงค์ออกไซด์ 0.05 กรัม (B100+ZnO 0.05 g.) 5. น้ำมันปาล์มไบโอดีเซลที่ผ่านการปรับปรุงด้วยวิธีการกลั่น ผสมสารเติมแต่งนาโนซิงค์ออกไซด์ 0.05 กรัม (R-B100+ZnO 0.05 g.) และ 6. น้ำมันปาล์มดิบ น้ำมันที่ศึกษานั้นได้นำไปทดสอบคุณสมบัติต่าง ๆ ภายใต้มาตรฐาน American Society of Testing และ Materials (ASTM) จากผลพบว่าน้ำมันปาล์มดิบและกลุ่มน้ำมัน B100 ไม่อยู่ภายใต้มาตรฐานค่าความหนืด ASTM D445 แต่น้ำมัน R-B100 และน้ำมัน R-B100+ZnO 0.05 g. ให้ผลทดสอบคุณสมบัติด้านความหนืดอยู่ในมาตรฐาน ASTM D445 อีกทั้งการทดสอบของตัวอย่างน้ำมันทดสอบชนิดที่ 1-5 ทั้งหมดยกเว้นน้ำมันปาล์มดิบได้ให้ผลการทดสอบค่าความถ่วงจำเพาะ ค่าดัชนีซีเทน และค่าความร้อนของเชื้อเพลิงอยู่ภายใต้มาตรฐาน ASTM D1298 ASTM D976 และ ASTM D240 ตามลำดับ แต่ยังมีค่าดัชนีซีเทนและความร้อนของเชื้อเพลิงของกลุ่มน้ำมันที่ปรับปรุงมีค่าน้อยกว่าน้ำมันดีเซลไม่เกิน 28% และ 16% ตามลำดับเมื่อเทียบกับค่าของน้ำมันดีเซล การศึกษาผลของการใช้กลุ่มน้ำมันทดสอบในเครื่องยนต์ดีเซลรอบต่ำจำนวน 1 สูบ ที่มีต่อการปล่อยมลพิษไอเสีย พบว่าน้ำมันปาล์มดิบที่ไม่ผ่านการปรับปรุงปล่อยก๊าซต่าง ๆ ในปริมาณที่สูงกว่าน้ำมันดีเซลมาก ซึ่งสอดคล้องกับค่าความหนืดที่มากเกินไป ทำให้เกิดการเผาไหม้ภายในไม่สมบูรณ์ แต่เมื่อนำกลุ่มน้ำมันที่ปรับปรุงมาทดสอบพบว่ามีการปล่อย CO น้อยลงเมื่อเทียบกับการใช้น้ำมันดีเซลประมาณ 24-61% เนื่องจากเกิดกระบวนการสันดาปภายในสมบูรณ์มากขึ้นจากปริมาณออกซิเจนมากขึ้น โดยเฉพาะน้ำมัน R-B100+ ZnO 0.05 g. ให้การปล่อย CO น้อยกว่าถึง 61 %. ในส่วน NOx พบว่ามีการปล่อยมากขึ้นเมื่อเทียบกับการใช้น้ำมันดีเซลไม่เกิน 21 % เนื่องจากอุณหภูมิในห้องเผาไหม้สูงขึ้นส่งผลต่อการปล่อยไนโตรเจนออกไซด์ของเครื่องยนต์สูงขึ้นตามไปด้วย โดยเฉพาะน้ำมัน R-B100+ ZnO 0.05 g. ให้การปล่อย NOx ใกล้เคียงกับน้ำมันดีเซล ในส่วน CO2 พบว่ามีการปล่อยมากขึ้นเมื่อเทียบกับการใช้น้ำมันดีเซลประมาณ 88 % เนื่องจากปริมาณออกซิเจนที่เพิ่มขึ้นทำให้คาร์บอนมอนอกไซด์สามารถเปลี่ยนไปเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ได้มากขึ้น ในส่วน HC พบว่ามีการปล่อยมากขึ้นเมื่อเทียบกับการใช้น้ำมันดีเซลประมาณ 20-56 % เนื่องจากอัตราส่วนผสมระหว่างน้ำมันกับอากาศเป็นแบบส่วนผสมบาง ทำให้การแพร่กระจายของเปลวไฟลดลง ทำให้ส่วนผสมบางส่วนเผาไหม้ไม่ทันและเหลือมากับไอเสีย ส่งผลให้เกิดการปล่อยไฮโดรคาร์บอนในปริมาณที่มากขึ้น ผลศึกษาการใช้กลุ่มน้ำมันทดสอบมีต่อประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องยนต์ดีเซลรอบต่ำ 1 สูบ แสดงให้เห็นถึงการใช้น้ำมัน B100 ให้อัตราสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำเพาะเบรกในปริมาณที่สูงกว่าน้ำมันดีเซลถึง 60% แต่เมื่อใช้น้ำมันที่ปรับปรุงแล้วจะให้ค่าที่สูงกว่าเพียง 14.95 %. เนื่องจากความหนืดที่สูงกว่าน้ำมันดีเซล จึงมีผลต่อการกระจายตัวของน้ำมันเชื้อเพลิงที่ไม่ดี ส่งผลให้การเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ การศึกษานี้ได้ทำการวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์เพื่อเปรียบเทียบต้นทุนในการผลิตน้ำมันไบโอปาล์มดีเซลในขนาดระดับห้องปฏิบัติการ พบว่าน้ำมันที่ปรับปรุงและผลิตในห้องปฏิบัติการยังมีต้นทุนสูงกว่าถึง 2 เท่า แม้ว่าน้ำมันปาล์มดิบมีราคาถูกกว่าน้ำมันดีเซลประมาณ 16% อย่างไรก็ตามระดับการผลิตขนาดใหญ่ขึ้นสามารถลดผลส่วนต่างลงได้ และน้ำมันไบโอปาล์มดีเซลยังจัดเป็นพลังงานทดแทนจากผลผลิตทางการเกษตรในประเทศ

คำสำคัญ