PSU ไบโอดีเซล 23: น้ำมันที่ไม่ใช้บริโภค

น้ำมันที่ไม่ใช้บริโภค (Non-edible oils)

                อีกแนวทางหนึ่งที่จะลดค่าการผลิตเชื้อเพลิงไบโอดีเซล ก็คือการใช้น้ำมันที่ไม่ใช้บริโภค ซึ่งมีแนวโน้มจะถูกกว่าน้ำมันพืชบริโภค โดยมีน้ำมันพืชกลุ่มหนึ่งที่มีสารเจือปนที่ไม่เหมาะสมต่อการบริโภคของมนุษย์ แม้ว่าในบางกรณีเราสามารถแยกสารเหล่านี้ได้โดยการรีไฟน์ เช่น การสามารถกำจัด gossypol ที่มีอยู่ในเมล็ดฝ้ายได้อย่างมีประสิทธิภาพจากทั้งในน้ำมันที่สกัดได้และในของแข็งที่เหลือจากการหีบ (press cake) ซึ่งทำให้สามารถใช้ประโยชน์เป็นน้ำมันประกอบอาหารของมนุษย์และใช้เป็นอาหารสัตว์ได้ บางกรณีส่วนที่เป็นอันตรายเหล่านี้สามารถกำจัดได้โดยการผสมข้ามสายพันธุ์ เช่นในกรณีของ glucosinolates และกรดอีรูซิกในเรพซีด  อย่างไรก็ตามในหลายๆ กรณีการแยกส่วนประกอบที่มีพิษจากสารไขมันก็ยังไม่ประสบผลสำเร็จหรือยังไม่ได้ทำการวิจัย

                ในบรรดาน้ำมันที่ไม่ใช้บริโภคหลายๆ ชนิดที่ทดลองใช้ผลิตเป็นไบโอดีเซลแล้วนั้น ก็เช่น น้ำมันละหุ่ง (castor oil) น้ำมันสบู่ดำ (physic nut oil) และน้ำมันอีกหลายชนิดที่ผลิตในอินเดียเพื่อใช้ในวัตถุประสงค์โดยเฉพาะ ละหุ่ง (Ricinus communis) รู้จักกันในฐานะพืชประจำบ้าน แม้ว่าน้ำมันของมันจะมี ricin ซึ่งเป็น lectin ที่มีความเป็นพิษสูง แม้ว่าในกระบวนการสกัดน้ำมัน สาร ricin จะตกค้างอยู่ในกากของแข็งที่หีบสกัดแล้วก็ตาม  ถึงกระนั้นน้ำมันที่ได้ก็ยังไม่เหมาะสำหรับการบริโภค เนื่องจากมีผลเป็นยาระบาย (laxative effect)  สมบัติข้อนี้มาจากการที่น้ำมันละหุ่งประกอบด้วยกรด ricinoleic ถึง 90% กรดไฮดรอกซีคาร์บอกซิลิกชนิดนี้ ทำให้น้ำมันละหุ่งมีความหนืดสูงมากๆ ซึ่งมีค่าเกือบร้อยเท่าของน้ำมันชนิดอื่นๆ ในปัจจุบันเอทิลเอสเตอร์จากน้ำมันละหุ่ง ได้รับการนำเสนอว่าเป็นเชื้อเพลิงทางเลือกที่มีความเป็นไปได้สูงในประเทศบราซิล นอกจากนั้นทั้งเมทิลและเอทิลเอสเตอร์จากน้ำมันละหุ่งได้นำมาใช้เป็นสารเพิ่มความหล่อลื่น (lubricity enhancers) สำหรับน้ำมันดีเซลกำมะถันต่ำได้เป็นผลสำเร็จแล้วด้วย

                น้ำมันสบู่ดำ (Jatropha curcas) ไม่สามารถใช้เป็นอาหารได้ เนื่องจากประกอบด้วย Toxalbumine  ชนิดหนึ่งที่เรียกว่า curcine และยังมี phorbol esters ที่เป็นพิษอีกหลายชนิด ซึ่งในปัจจุบัน เรารู้โครงสร้างบางชนิดที่แน่นอนแล้ว ต้นสบู่ดำมีความสามารถในการปรับตัวเข้ากับดิน ระดับความสูง และปริมาณน้ำฝน ที่หลากหลายได้ดี และพืชชนิดนี้ให้เมล็ดน้ำมันที่อุดมไปด้วยกรดโอเลอิกและลิโนเลอิก (linoleic) ซึ่งได้รับการพิจารณาในการใช้เป็นสารป้อนสำหรับการผลิตไบโอดีเซลในนิการากัว (Nicaragua)

                การตรวจสอบสมบัติทางเชื้อเพลิงของเมทิลและเอทิลเอสเตอร์ของน้ำมันสบู่ดำ แสดงให้เห็นว่าสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ดี ดังนั้นจึงมีโครงการมากมายที่จะผลิตเชื้อเพลิงเหลวจากสบู่ดำ เช่น ประเทศจีนร่วมมือกับบริษัท U.O.P. เพื่อผลิตเชื้อเพลิงที่ใช้กับเครื่องบินโดยสาร ซึ่งจะเป็นน้ำมันเจ็ต         

ในด้านข้อด้อยของสบู่ดำก็มีมาก ถึงแม้ว่าสบู่ดำจะเป็นพืชที่ทนต่อความแห้งแล้งได้ดี แต่ก็มีการประเมินจากข้อมูลที่หาได้ในประเทศอินเดีย อินโดนีเซีย นิการากัว บราซิล และกัวเตมาลาแล้วว่า การผลิตน้ำมันสบู่ดำ 1 ลิตรจำเป็นต้องใช้น้ำประมาณ 20,000 ลิตร ในขณะที่พืชพลังงาน ถั่วเหลืองและเรพซีดต้องใช้น้ำเพียง 14,000 ลิตรต่อผลผลิตเชื้อเพลิงไบโอดีเซล 1 ลิตร นอกจากนี้ค่าใช้จ่ายในการเก็บเกี่ยวที่สูงยังส่งผลให้เกิดความไม่คุ้มค่าในเชิงเศรษฐศาสตร์มากขึ้นไปอีกด้วย

                น้ำมันพืชที่ไม่ใช้บริโภคที่มีถิ่นกำเนิดจากอินเดีย อาจจะเป็นสารป้อนราคาถูกสำหรับการผลิตไบโอดีเซล โดยในปัจจุบันอินเดียมีประสบการณ์ในการผลิตและบริโภคน้ำมันที่เติบโตขึ้นอย่างรวดเร็วมาก และคาดว่าจะเพิ่มขึ้นสูงสุดในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า การค้นหาพืชน้ำมันทางเลือกเพื่อทดแทนเชื้อเพลิงจากปิโตรเลียมนั้น นักวิทยาศาสตร์กำลังสำรวจการใช้พืชพื้นเมือง (indigeneous crops) สำหรับผลิตน้ำมันที่ไม่ใช้บริโภค ซึ่งคาดหมายว่าศักยภาพของการใช้น้ำมันเหล่านี้ในอินเดียมีปริมาณถึง 1 ล้านตันต่อปี

                ในประเทศไทย น้ำมันเมล็ดยางพาราก็ได้ถูกวิจัยในการใช้เป็นเชื้อเพลิงไบโอดีเซลแล้วเช่นกัน แต่มีต้นทุนสูงในการเก็บเกี่ยว และระยะเวลาในการเก็บรักษาที่เป็นเวลานานทำให้น้ำมันเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสเปลี่ยนเป็นกรดไขมันอิสระสูง ซึ่งทำให้ต้องใช้กระบวนการผลิตที่มากเพิ่มขึ้นอีกด้วย

 น้ำมันและไขมันสัตว์ 

                ไขมันสัตว์และน้ำมันปลาเป็นผลพลอยได้ของอุตสาหกรรมเนื้อบรรจุภัณฑ์และการแปรรูปปลา ซึ่งใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับผลิตไบโอดีเซลได้เนื่องจากมีราคาต่ำ  น้ำมันและไขมันจากสัตว์ที่ได้ทดสอบการผลิตเป็นแอลคิลเอสเตอร์แล้วนั้น  ประกอบด้วยไขมันวัว (beef tallow) ไขมันหมู (lard) ไขมันไก่ น้ำมันปลา และอื่น ๆ  มีรายงานว่าในสิทธิบัตรฉบับหนึ่งของสหรัฐ (Lee, J. H, 2002)  เป็นการใช้ปฏิกิริยาเอสเตอริฟิเคชันแบบมีกรดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาและปฏิกิริยาทรานส์เอสเตอริฟิเคชันจากผลิตภัณฑ์ที่มาจากเศษของเหลือทิ้งจากสัตว์ (เช่น หนังไก่ กระดูกเล็กและเนื้อเยื่อ) โดยไม่จำเป็นต้องสกัดไขมันออกมาทำปฏิกิริยา

                แต่เมื่อพิจารณาถึงองค์ประกอบของกรดไขมันของน้ำมันและไขมันเหล่านี้ เราจะพบข้อด้อยอยู่เป็นจำนวนมาก ไขมันสัตว์จะให้เมทิลเอสเตอร์ที่มีสมบัติการใช้ที่อุณหภูมิต่ำไม่ดี  เนื่องจากมีกรดไขมันอิ่มตัวอยู่ในปริมาณสูง ส่งผลให้เกิดปัญหาในการใช้งานในฤดูหนาว แต่ในอีกด้านหนึ่งนั้น ระดับขั้นของความอิ่มตัว (degree of saturation) ที่สูงนั้น ทำให้เมทิลเอสเตอร์จากไขมันสัตว์เป็นเชื้อเพลิงที่ดีมาก ในมุมมองของค่าความร้อน (heating value) ที่สูง ค่าซีเทน และเสถียรภาพออกซิเดชัน

                ผู้ผลิตไบโอดีเซลระดับนานาชาติหลายรายได้รวมเอาไขมันวัวเข้ารวมเป็นสารป้อนในการผลิตเป็นไบโอดีเซลด้วย ในขณะที่ไขมันสัตว์ได้เข้าสู่การผลิตไบโอดีเซลในเชิงพาณิชย์แล้ว  น้ำมันปลาก็ถูกพิจารณาอย่างจริงจังมากขึ้น เนื่องจากกรดไขมันไม่อิ่มตัวชนิดหลายพันธะคู่ในน้ำมันปลามีอยู่เป็นปริมาณที่สูง จะทำให้ค่าไอโอดีนสูงและเสถียรภาพออกซิเดชันต่ำ ดังนั้นการใช้ประโยชน์จากเมทิลเอสเตอร์จากน้ำมันปลา จึงปรากฏเฉพาะความเป็นไปได้ที่จะใช้ในรูปของการผสมเอสเตอร์ราคาต่ำจากน้ำมันปลาเข้ากับเรพซีดเอสเตอร์หรือน้ำมันดีเซล

                โดยปกติน้ำมันปลาจะมีกรดไขมันที่จำเป็น (essential oil) เช่น omega 3 อยู่ในสัดส่วนที่สูงและใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมยา แต่ปลาแซลมอลจะมีกรดไขมันโอเมก้า 3 ต่ำจึงเหมาะในการผลิตเป็นไบโอดีเซลมากกว่า

                กระบวนการผลิตน้ำมันจากเศษเหลือของปลาเป็นกรรมวิธีที่ใช้พลังงานสูง เริ่มด้วยการให้ความร้อนเพื่อให้หีบสกัดน้ำมันออกมาได้ง่าย ซึ่งจะได้น้ำออกมาเป็น 7 เท่าของปริมาณน้ำมัน 10% แล้วต้องไปเหวี่ยงแยกเอาเศษของแข็งที่ติดมาออก จากนั้นระเหยน้ำออกให้เหลือไม่เกิน 0.5% โดยน้ำหนัก และน้ำมันจากปลาแซลมอลมีกรดไขมันอิสระสูง ดังนั้นต้องใช้การผลิตแบบ 2 ขั้นตอน คือเอสเตอริฟิเคชันก่อนแล้วตามด้วยทรานส์เอสเตอริฟิเคชันในขั้นตอนต่อมา

                ตารางต่อไปนี้แสดงคุณสมบัติองค์ประกอบกรดไขมันที่อยู่ในไขมันและน้ำมันจากสัตว์

ผม..เอง