การใช้ประโยชน์จากผลผลิตพลอยได้จากกระบวนการผลิตเอทานอลจากการหมักกากน้ำตาล

บทคัดย่อ

โรงงานน้ำตาลในประเทศไทยมีมากกว่า 40 โรงงาน มีปริมาณของผลผลิตพลอยได้มากถึง 4 ล้านตันต่อปี หนึ่งในผลลิตพลอยได้คือกากน้ําตาลซึ่งนํามาใช้ในการผลิตเอทานอล และมีฟูเซลออยล์เป็นผลผลิตพลอยได้อีกต่อหนึ่ง กระบวนการผลิตน้ําตาลนั้นยังมีผลผลิตพลอยได้อีก คือกากชานอ้อย และกากตะกอนหม้อกรอง จุดประสงค์หนึ่งของงานวิจัยนี้คือการแยกแอมิลแอลกอฮอล์ซึ่งเป็นแอลกอฮอล์ที่มูลค่าสูงออกจากฟูเซลออยล์ นอกจากนี้ยังศึกษาการใช้กากชานอ้อย และกากตะกอนหม้อกรองให้เป็นแท่งเชื้อเพลิงแข็ง และตัวดูดซับ ซึ่งจากการวิเคราะห์เชิงเศรษฐศาสตร์พบว่าแนวทางทั้งหมดมีความคุ้มค่าแก่การลงทุน งานวิจัยในส่วนการแยกเอมิลแอลกอฮอล์มีวัตถุประสงค์เพื่อให้ทราบความเป็นไปได้ในการนําเพอ แวปพอเรชัน และการกลั่นแยกองค์ประกอบในฟูเซลออย์สังเคราะห์ เพอแวปพอเรชันใช้เมมเบรนที่มีจําหน่ายในเชิงพาณิชย์ คือ เมมเบรนชนิดไมโครไททาเนีย ออพติไมซ์ซิลิกา และไฮบริดซิลิกาในการแยกน้ำออกจากองค์ประกอบอื่น ๆ ในฟูเซลออยล์สังเคราะห์ เมมเบรนทั้ง 3 ชนิด มีค่าฟลักซ์น้ำปราศจากไอออน ณ อุณหภูมิ 70 C เท่ากับ 99.7, 16.8 และ15.2 kg/(m2 h) ตามลําดับเมื่อใช้สารป้อนเป็นฟูเซลออยล์สังเคราะห์ในเพอแวปพอเรชันที่ดําเนินการแบบกะเมมเบรนชนิดไฮบริดซิลิกากลับให้ค่าฟลักซ์ของน้ำสูงที่สุด และสามารถทําให้ความเข้มข้นของน้ำในสารป้อนลดลงจากร้อยละ 13.383 เปอร์เซ็นต์โดยมวล เหลือ 0.072 เปอร์เซ็นต์โดยมวล เมื่อดําเนินการไปได้เป็นเวลา 12.5 ชั่วโมง โดยระหว่างการแยกน้ำโดยเมมเบรนทั้ง 3 ชนิดนั้น การลดลงของความเข้มข้น และค่าฟลักซ์ของน้ำส่งผลให้ค่าฟลักซ์ของแอลกอฮอล์มีค่าลดลงแม้ว่าความเข้มข้น และความดันไอด้านสารป้อนของแอลกอฮอล์มีค่าค่อนข้างคงที่ ผลจากการจําลองการกลั่นแยกรีเทนเททที่ได้จากเพอแวปพอเรชันที่ใช้เมมเบรนชนิดไฮบริดซิลิก้าโดยโปรแกรม Aspen HYSYS V8.8 แสดงให้เห็นว่าการกลั่นสามารถทําให้ได้เอมิลแอลกอฮอล์ที่มีความบริสุทธิ์ 99 เปอร์เซ็นต์โดยมวลเป็นผลิตภัณฑ์ การวิเคราะห์เชิงเศรษฐศาสตร์ชี้ให้เห็นว่าการนําเพอแวปพอเรชันมาร่วมใช้กับการกลั่นนี้มีความคุ้มค่า การนํากากชานอ้อย และกากตะกอนหม้อกรองมาผลิตเป็นแท่งเชื้อเพลิงทําโดยนําวัสดุทั้งสองชนิดมาผสมกันโดยมีเปอร์เซ็นต์โดยมวลของกากชานอ้อยที่นํามาผลิตเป็นแท่งเชื้อเพลิงคือ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 และ 100 โดยทําการอัดผลผลิตพลอยได้ด้วยเครื่องอัดไฮดรอริกที่ความดัน 5 10 15 และ 20 MPa รูปทรงของแท่งเชื้อเพลิงแข็งคือทรงกระบอกตันและทรงกระบอกกลวง ผลการทดลอง ชี้ให้เห็นว่าค่าความร้อนของแท่งเชื้อเพลิงแข็งสูงขึ้นเมื่อแท่งเชื้อเพลิงแข็งมีอัตราส่วนของกากชานอ้อยที่มากขึ้น ค่าความร้อนของแท่งเชื้อเพลิงแข็งอยู่ระหว่าง 2,600–4,300 แคลอรี่ต่อกรัม แท่งเชื้อเพลิงแข็งมีความหนาแน่นเพิ่มขึ้นเมื่อความดันที่ใช้ในการอัดมากขึ้น แต่รูปทรง และความหนาแน่นไม่มีผลต่อค่าความร้อนของแท่งเชื้อเพลิงแข็ง จากการทดสอบการต้มน้ำเดือดพบว่าระยะเวลาที่ใช้ในการจุดติดไฟ และทําให้น้ำเดือดของแท่งเชื้อเพลิงแข็งที่ผลิตจาก กากชานอ้อยอย่างเดียวคือ 30-100 วินาที และ 3-5 นาทีตามลําดับ ในขณะที่ระยะเวลาในการจุดติดไฟและทําให้น้ำเดือดของแท่งเชื้อเพลิงแข็งที่ผลิตจากกากตะกอนหม้อกรองอย่างเดียวคือ 8-22 นาที และ 20-50 นาทีตามลําดับ ความสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจําเพาะของแท่งเชื้อเพลิงแข็งที่ผลิตจากกากชานอ้อยอย่างเดียวและกากตะกอนหม้อกรองอย่างเดียวมีค่าเท่ากับ 0.80 และ 2.03 กรัมของแท่งเชื้อเพลิงแข็งต่อกรัมของน้ำตามลําดับ มูลค่าปัจจุบันสุทธิ (NPV) อัตราผลตอบแทนภายใน (IRR) และระยะเวลาคืนทุน (PB) ของการผลิตแท่งเชื้อเพลิงแข็งจาก กากตะกอนหม้อกรองอย่างเดียวเพื่อใช้แทนเชื้อเพลิงชีวมวลอื่นภายในโรงงานผลิตน้ำตาลแห่งหนึ่งในจังหวัดสุพรรณบุรีมีค่าเท่ากับ 51.2 ล้านบาท 27.20 % และ 3.53 ปี ตามลําดับ งานวิจัยนี้ยังศึกษาการนําชานอ้อย และกากตะกอนหม้อกรองมาใช้ในการเป็นตัวดูดซับสําหรับการกําจัดแคดเมียม และตะกั่วในน้ำเสีย โดยมีวัตถุประสงค์คือเพื่อให้ทราบอิทธิพลของความเข้มข้นของตัวดูดซับ อัตราส่วนโดยน้ำหนักของชานอ้อยต่อกากตะกอนหม้อกรอง เวลาสัมผัส อุณหภูมิ pH เริ่มต้นของสารละลาย และความเข้มข้นเริ่มต้นของแคดเมียม และตะกั่วที่มีผลต่อความสามารถในการดูดซับ และร้อยละการกําจัดโลหะหนัก นอกจากนี้ยังได้ศึกษาความเป็นไปได้ในการขึ้นรูปวัสดุดูดซับให้มีลักษณะเป็นเม็ดโดยใช้ตัวประสาได้แก่ ดินขาว และปูนปลาสเตอร์ การทดลองดูดซับเป็นแบบกะ ดําเนินการที่อุณหภูมิห้องโดยใช้ตัวดูดซับที่มีขนาดอนุภาค 355 - 500 m ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าชานอ้อยเหมาะสําหรับใช้เป็นวัสดุดูดซับในขณะที่สารประกอบที่ปนเปื้อนในกากตะกอนหม้อกรองทําให้เกิดการตกตะกอนของโลหะ หนัก ซึ่งคาดว่าองค์ประกอบที่ทําให้เกิดการตกตะกอนคือ Ca(OH)2 การดูดซับโลหะหนักโดยชานอ้อยเข้าสู่สมดุลอย่างรวดเร็วเมื่อเวลาผ่านไป 4 นาทีความสามารถในการดูดซับเพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่ม pH ของสารละลายจาก 2 ถึง 6 โดยที่ pH เท่ากับ 6 ให้ค่าการดูดซับที่มากที่สุด และการเพิ่มอุณหภูมิในการดูดซับจาก 30 C เป็น 45 C ไม่ส่งผลต่อความสามารถในการดูดซับตะกั่ว และแคดเมียม ในการทดลองที่ความเข้มข้นเริ่มต้นของโลหะหนักเท่ากับ 100 mg/L การเพิ่มปริมาณตัวดูดซับจาก 1 g/100 mL เป็น 4 g/100 mL ทําให้สามารถกําจัดตะกั่วในสารละลายเพิ่มขึ้นจาก 90.35 % เป็น 96.65 % และสามารถกําจัดแคดเมียมเพิ่มขึ้นจาก 46.20 % เป็น 78.0 % เมื่อความเข้มข้นเริ่มต้นของโลหะหนักเพิ่มขึ้นจาก 100 mg/L เป็น 300 mg/L พบว่าสามารถกําจัดตะกั่วได้ 88.20 % และสามารถกําจัดแคดเมียมได้ 54.07 % โดยความสามารถในการดูดซับตะกั่วมีค่าเพิ่มขึ้นจาก 2.42 mg/g เป็น 6.62 mg/g และความสามารถในการดูดซับแคดเมียมเพิ่มขึ้นจาก 2.00 mg/g เป็น 4.06 mg/g นอกจากนี้ยังพบว่าความสามารถในการดูดซับเพิ่มสูงไปเรื่อย ๆ เมื่อเพิ่มความเข้มข้นเริ่มต้นของโลหะหนัก และเริ่มคงที่เมื่อความเข้มข้นเริ่มต้นของโลหะหนักมีค่าประมาณ 500 mg/L โดยความสามารถในการดูดซับตะกั่วและแคดเมียมมีค่าเท่ากับ 12.82 mg/g และ 6.5 mg/g ตามลําดับ การดูดซับตะกั่วและแคดเมียมที่เกิดขึ้นเป็นไปตามกลไกแบบจลนพลศาสตร์อันดับที่สองเทียม ไอโซเทอร์มการดูดซับสามารถอธิบายได้ด้วยแบบจําลองแลงเมียร์ไอโซเทอร์ม แสดงให้เห็นว่าการเกิดการดูดซับที่ผิวของชานอ้อยเป็นการดูดซับแบบชั้นเดียว สําหรับการขึ้นรูปวัสดุดูดซับให้มีลักษณะเป็นเม็ดโดยใช้ตัวประสานนั้นพบว่าดินขาวไม่สามารถใช้เป็นตัวประสานในการขึ้นรูปได้ ส่วนปูนปลาสเตอร์นั้นสามารถนํามาใช้เป็นตัวประสาน และขึ้นรูปได้แต่ไม่สามารถนําตัวดูดซับมาใช้งานได้เนื่องจกก่อให้เกิดการตกตะกอนของตะกั่ว และไม่สามารถดูดซับแคดเมียมได้นอกจากนี้งานวิจัยนี้ยังวิเคราะห์ต้นทุน และผลตอบแทนทางการเงินของโรงงานหลอมตะกั่วแท่งจากแบตเตอรีเก่าแห่งหนึ่งในจังหวัดสระบุรีในการใช้ชานอ้อยในการกําจัดตะกั่วในน้ำเสีย โดยกําหนดอัตราคิดลด 7 % อัตราเงินเฟ้อ 3 % และอัตราเติบโตของผลตอบแทน 3 % โดยได้ผลการวิเคราะห์ คือโครงการนี้ใช้เวลาประมาณ 4 ปี จะทําให้ ผลตอบแทนที่ได้รับเท่ากับจํานวนเงินที่ลงทุนไป ทั้งมูลค่าปัจจุบันของผลตอบแทนสุทธิซึ่งมีค่า 2,819,669 บาท และอัตราผลตอบแทนภายในโครงการซึ่งมีค่า 22.16 % ชี้ให้เห็นว่าโครงการนี้สามารถให้ผลตอบแทนคุ้มค่ากับการลงทุนภายในอัตราที่กําหนดไว้ และสามารถได้อัตราส่วนผลตอบแทนต่อต้นทุนของโครงการเท่ากับ 1.179

คำสำคัญ