ถังปฏิกรณ์ชีวภาพเมมเบรนสำหรับเซลเชื้อเพลิงเอทานอล

บทคัดย่อ

เซลเชื้อเพลิงชนิดเอทานอลโดยตรงได้ถูกศึกษา โดยใช้เอทานอลที่ผลิตขึ้นในห้องปฏิบัติการ ซึ่งเทคนิคการกลั่นลำดับส่วนแบบสุญญากาศประสิทธิภาพสูง ได้ถูกนำมาประยุกต์ใช้ในการแยกเอทานอลควบคู่กับกระบวนการหมักน้ำหมัก โดยจลนพลศาสตร์การหมักแสดงให้เห็นถึงการยับยั้งอย่างมีนัยสำคัญของผลิตภัณฑ์และความเข้มข้นวิกฤตของเอทานอลอยู่ที่ 100 กรัมต่อลิตร น้ำหมักถูกทำให้เดือดที่อุณหภูมิ 35 องศาเซลเซียส โดยทำการลดความดันบรรยากาศลงถึงระดับที่ 45 มิลลิบาร์ ไอผสมของเอทานอลจะถูกกลั่นลำดับส่วนให้ได้ความเข้มข้นถึงร้อยละ 94 ก่อนที่จะลอยออกจากหอกลั่นออกไป ส่งผลให้ส่วนกลั่นเอทานอลนั้น สามารถเอาเข้าสู่กระบวนการแยกน้ำได้โดยตรง โดยไม่ต้องทำการกลั่นเพิ่มเติมอีก ความเข้มข้นของเอทานอลในน้ำหมักนั้นถูกจำกัดให้อยู่ในระดับความเข้มข้นที่ต่ำกว่า 25 กรัมต่อลิตร ซึ่งส่งผล ทำให้ลดอิทธิพลจากการยับยั้งผลิตภัณฑ์สำหรับการแยกเอทานอลควบคู่กับกระบวนการหมักแบบกะนั้น อัตราการใช้สารตั้งต้นอยู่ที่ 26.6 กรัมต่อลิตรต่อชั่วโมง และน้ำตาลกลูโคสจะถูกใช้หมดภายใน 21 ชั่วโมง การแยกเอทานอลควบคู่กับกระบวนการหมักแบบกะซ้ำนั้น สามารถเติมน้ำตาลกลูโคสเข้าไปได้ 8 ครั้ง และเอทานอลถูกผลิตได้ 8 เท่าของการหมักแบบกะ จากนั้นได้ทำการเตรียมเมมเบรนซึ่งจากการเตรียมเมมเบรนยาง ENR ยาง ENR ผสมไคโตซานและจากไคโตซาน พบว่าการผสมไคโตซานกับยาง ENR โดยการเติมสารละลายไคโตซานลงไประหว่างการสังเคราะห์ยาง ENR นั้น การเติมไคโตซานลงในยาง ENR นั้น ทำให้การดูดซับน้ำ, การดูดซับเอทานอล, สมบัติทางไฟฟ้า, ค่าความจุในการแลกเปลี่ยนประจุและสมบัติการนำโปรตอนเพิ่มขึ้น เมมเบรนที่เตรียมได้นั้นจะมีประสิทธิภาพด้านการนำโปรตอนเพิ่มขึ้นตามปริมาณไคโตซานที่เพิ่มขึ้น แต่การแช่เมมเบรนที่เตรียมได้ทั้งหมดในกรดซัลฟิวริกเข้มข้น ร้อยละ 10 โดยปริมาตร จะทำให้เมมเบรนเกิดการเชื่อมขวางมากขึ้น ส่งผลให้มีสมบัติด้านการนำโปรตอนต่ำลง ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับเมมเบรนเนฟิออนซึ่งเป็นเมมเบรนเซลล์เชื้อเพลิงเชิงการค้า พบว่าเมมเบรนไคโตซานที่แช่กรดซัลฟิวริกเข้มข้นร้อยละ 10 โดยปริมาตร เป็นเวลา 5 นาทีจะมีค่าการนำโปรตอนที่ต่ำกว่าเมมเบรนเนฟิออนมาก การทดสอบประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าจากเซลเชื้อเพลิงเอทานอลได้ทำการเปรียบเทียบระหว่างเมมเบรนเนฟิออนกับเมมเบรนที่เตรียมได้พบว่าความเข้มของพลังงานต่อหน่วยพื้นที่ของเมมเบรนเนฟิออนมีค่าเท่ากับ 80 มิลลิวัตต์ต่อตารางเซนติเมตร ณ ความหนาแน่นของกระแส 280 มิลลิแอมป์ต่อตารางเซนติเมตร ในขณะที่เมมเบรนที่เตรียมได้มีความเข้มของพลังงานต่อหน่วยพื้นที่ของเมมเบรนเนฟิออนมีค่าเท่ากับ 58 มิลลิวัตต์ต่อตารางเซนติเมตร ณ ความหนาแน่นของกระแส 210 มิลลิแอมป์ต่อตารางเซนติเมตร ตามลำดับ ส่วนการใช้สารละลายเอทานอลที่ได้จากถังปฏิกรณ์ชีวภาพโดยตรงนั้น พบว่าการทดลองไม่ประสบความสำเร็จเนื่องจากไม่มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น ทั้งนี้อาจจะเกิดเนื่องจากสิ่งปนเปื้อนต่าง ๆ ในน้ำหมักไปขัดขวางการ อ๊อกซิไดซ์เอทานอล ณ บริเวณขั้วไฟฟ้าอะโนด

คำสำคัญ