<<<--- GTL เชื้อเพลิงทางเลือกใหม่ทดแทนการใช้น้ำมัน --->>>

พอดีผมไปอ่านเจอในเวปมหาวิทยาลัย เห็นน่าสนใจดี เลยเอามาฝากกันครับ เป็นผลงานของ อ.พระจอมเกล้าธนบุรี ครับ

ผศ.ดร. นวดล เหล่าศิริพจน์
นักวิจัย JGSEE
เจ้าของรางวัลนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่ ปี 2550____________________________________

ในปัจจุบัน หลายประเทศทั่วโลกกำลังเร่งพัฒนาเทคโนโลยีเชื้อเพลิงทางเลือกใหม่ที่สะอาดขึ้น เพื่อลดปัญหาภาวะโลกร้อน รวมถึงลดการพึ่งพาน้ำมันเพียงอย่างเดียว โดยหนึ่งในเชื้อเพลิงทางเลือกที่ถูกกล่าวถึงกันมากที่สุดในปัจจุบันคือ เชื้อเพลิงไฮโดรเจน ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงสะอาด และสามารถใช้ควบคู่กับเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel cells) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทั้งนี้การได้มาซึ่งเชื้อเพลิงไฮโดรเจนนั้น จะต้องอาศัยการแยกโมเลกุลไฮโดรเจนออกจากสารตั้งต้นจำพวกสารไฮโดรคาร์บอน เช่น ก๊าซธรรมชาติ ก๊าซหุงต้ม ก๊าซชีวภาพ เอทานอล และเมทานอล โดยผ่านกระบวนการทางเคมีที่เรียกว่า "กระบวนการรีฟอร์มมิ่ง" โดยกระบวนการดังกล่าวมีหัวใจสำคัญอยู่ที่การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา (Catalyst) ซึ่งจะช่วยลดความต้องการพลังงานของระบบ

ดร.นวดล และทีมวิจัยได้ทำการวิจัย "การออกแบบระบบผลิตไฮโดรเจนจากวัตถุดิบที่สามารถหาได้ในประเทศไทย อันได้แก่ ก๊าซธรรมชาติ ก๊าซหุงต้ม ก๊าซชีวภาพ เอทานอล และเมทานอล อย่างมีประสิทธิภาพ" ซึ่งได้รับการสนับสนุนเงินทุนวิจัยจาก สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย (สกว.) โดยงานวิจัยดังกล่าวมุ่งเน้นไปที่การสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดใหม่ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตไฮโดรเจนให้ดีขึ้นกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีใช้กันอยู่ในปัจจุบันซึ่งมักประสบกับปัญหาด้านการเสื่อมสภาพเร็ว และมีประสิทธิภาพการทำงานต่ำโดยเฉพาะเมื่อถูกใช้กับสารตั้งต้นที่เป็นสารไฮโดรคาร์บอนขนาดใหญ่ ผลสรุปจากการศึกษาพบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาจำพวกซีเรียมออกไซด์ (ซีเรีย) ที่มีขนาดอยู่ในระดับนาโน ซึ่งจัดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดใหม่สำหรับกระบวนการรีฟอร์มมิ่ง มีศักยภาพในการผลิตไฮโดรเจนจากวัตถุดิบทุกชนิดสูงมากเมื่อเปรียบเทียบกับตัวเร่งปฏิกิริยาทั่วไปที่ใช้ในปัจจุบัน อนึ่งหลังจากประสบความสำเร็จในการสังเคราะห์และพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีศักยภาพสูงแล้ว งานวิจัยในขั้นถัดมาที่ ดร.นวดล และทีมวิจัยได้ดำเนินการคือ การศึกษาเพื่อหา สภาวะการทำงานที่เหมาะสมที่สุดของระบบ เช่น ความดัน อุณหภูมิ และรูปแบบของเครื่องปฏิกรณ์ สำหรับการผลิตไฮโดรเจนจากวัตถุดิบแต่ละชนิด รวมถึงการขยายขนาดของระบบผลิตไฮโดรเจนให้มีขนาดใหญ่ขึ้น (Prototype scale) โดยในงานวิจัยส่วนนี้ ดร.นวดล ได้รับเงินทุนวิจัยจาก บริษัท ปตท. จำกัด (มหาชน) เพื่อออกแบบและสร้างระบบผลิตไฮโดรเจนที่มีศักยภาพในการผลิตไฮโดรเจนสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงขนาด 1 กิโลวัตต์จากก๊าซธรรมชาติ ซึ่งคาดว่าจะดำเนินการเสร็จสิ้นในภายในปีนี้ และสามารถผลักดันให้เกิดการนำไปใช้ในกลุ่มธุรกิจของบริษัท ปตท. จำกัด (มหาชน) ได้ในเร็ววัน

จากความสำเร็จในการวิจัยครั้งนี้ ดร.นวดล และทีมวิจัยยังมีแนวคิดในการเปลี่ยนไฮโดรเจนที่ผลิตได้ไปเป็นเชื้อเพลิงทางเลือกใหม่อื่นๆ ที่มีคุณสมบัติเหมือนกับน้ำมันเบนซิน และดีเซล เพื่อให้ผู้ใช้รถสามารถเปลี่ยนมาใช้แทนที่การใช้น้ำมันได้โดยไม่ต้องทำการดัดแปลงเครื่องยนต์ โดยงานวิจัยดังกล่าวได้รับการสนับสนุนเงินทุนวิจัยจากสำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย (สกว.) ซึ่งหากงานวิจัยชิ้นนี้ประสบผลสำเร็จ จะช่วยให้ผู้ใช้รถมีทางเลือกในการใช้เชื้อเพลิงเพิ่มขึ้น และช่วยลดการนำเข้าน้ำมัน และลดการสูญเสียเงินตราออกนอกประเทศได้ในที่สุด ตัวอย่างของเชื้อเพลิงชนิดสำคัญที่ทั่วโลกกำลังให้ความสนใจศึกษาและวิจัยอยู่ ได้แก่ GTL (Gas to Liquid), BTL (Biomass to Liquid) และ CTL (Coal to Liquid) ซึ่งมีคุณสมบัติคล้ายคลึงกับน้ำมันเชื้อเพลิงที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน โดยเชื้อเพลิงทางเลือกใหม่เหล่านี้สามารถสังเคราะห์ขึ้นได้จากวัตถุดิบตามธรรมชาติมากมาย เช่น วัสดุชีวะมวล (Biomass) แก๊สชีวภาพ (Biogas) แก๊สธรรมชาติ และถ่านหิน โดยถ้าวัตถุดิบที่ใช้อยู่ในสถานะแก๊สเชื้อเพลิงที่ได้จากกระบวนการผลิตจะถูกเรียกว่า GTL หากวัตถุดิบที่ใช้คือวัสดุชีวะมวลเชื้อเพลิงที่ผลิตได้จะถูกเรียกว่า BTL และถ้าวัตถุดิบที่ใช้ในการสังเคราะห์คือถ่านหินเชื้อเพลิงที่ผลิตได้จะถูกเรียกว่า CTL นั่นเอง

เชื้อเพลิงทั้งสามชนิดนี้มีข้อได้เปรียบกว่าเชื้อเพลิงทางเลือกใหม่ประเภทอื่นๆ เช่น ไฮโดรเจน คือ ไม่จำเป็นต้องทำการเปลี่ยนแปลงระบบการใช้เชื้อเพลิง โดยในส่วนของการใช้ไฮโดรเจน หรือแม้แต่การใช้แก๊สธรรมชาติมาเป็นเชื้อเพลิงแทนที่น้ำมัน (Compressed Natural Gas; CNG) นั้น จำเป็นต้องทำการดัดแปลงเครื่องยนต์ที่ใช้ให้เป็นเครื่องยนต์เซลล์เชื้อเพลิงและเครื่องยนต์ที่ใช้แก๊สเป็นเชื้อเพลิงตามลำดับ แต่เนื่องจากเชื้อเพลิง GTL, BTL, และ CTL มีสถานะและคุณสมบัติใกล้เคียงกับน้ำมันเชื้อเพลิงเหลวที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน ดังนั้น ระบบเครื่องยนต์สำหรับเชื้อเพลิงเหล่านี้รวมถึงระบบขนส่งและระบบจ่ายน้ำมันจึงไม่มีความจำเป็นต้องเปลี่ยนแปลง ซึ่งข้อดีดังกล่าวเป็นส่วนสำคัญที่มีการคาดหมายว่าเชื้อเพลิง GTL, BTL, และ CTL จะมีโอกาสใช้งานจริงอย่างแพร่หลายในเชิงพาณิชย์ในอนาคตอันใกล้

กระบวนการในการผลิต GTL, BTL, และ CTL มีความคล้ายคลึงกัน คือ ต้องทำการแปลงสภาพวัตถุดิบเริ่มต้นให้กลายเป็นแก๊สสังเคราะห์เสียก่อน ซึ่งกระบวนการแปลงสภาพอาจจะใช้กระบวนการรีฟอร์มมิงสำหรับสารตั้งต้นที่เป็นแก๊ส และใช้กระบวนการแก๊สซิฟิเคชันสำหรับสารตั้งต้นที่เป็นของแข็ง หลังจากการแปลงสภาพขั้นต้นแล้วแก๊สสังเคราะห์ที่ได้จะถูกส่งต่อเข้าสู่อีกระบบหนึ่งเพื่อเกิดกระบวนการ Fischer–Tropsch บนตัวเร่งปฏิกิริยาของแข็งประเภทเหล็กหรือโคบอลต์ และเปลี่ยนสภาพกลายเป็นเชื้อเพลิงเหลวในที่สุด กระบวนการ Fischer–Tropsch นั้นได้รับการพัฒนามาเป็นเวลานานตั้งแต่สมัยหลังสงครามโลกครั้งที่ 2 อย่างไรก็ดีปัญหาของกระบวนการดังกล่าวในปัจจุบันคือ ความคุ้มค่าทางเชิงเศรษฐศาสตร์ ซึ่งมีรายงานว่ากระบวนการดังกล่าวจะมีความคุ้มค่าในเชิงพาณิชย์เมื่อมีการสร้างในระดับที่ใหญ่เท่านั้น ในปัจจุบันจึงได้มีความพยายามที่จะคิดค้นเทคโนโลยีใหม่นอกเหนือจากกระบวนการ Fischer–Tropsch ในการแปลงรูปเชื้อเพลิง โดย Texas A&M University สหรัฐอเมริกา ได้เสนอ กระบวนการผลิต GTL ในรูปแบบใหม่ ด้วยทำการแปลงรูปแก๊สธรรมชาติไปเป็นเชื้อเพลิงเหลวโดยตรง ไม่ผ่านกระบวนการแปลงสภาพเป็นแก๊สสังเคราะห์ ซึ่งจะมีการดำเนินการเป็น 3 ขั้นตอนใหญ่ๆ คือ ขั้นตอนการเปลี่ยนแก๊สธรรมชาติซึ่งมีมีเทนเป็นองค์ประกอบหลักไปเป็นอะเซททีลีน (C2H2) โดยกระบวนการ Cracking จากนั้นแปลงสภาพอะเซททีลีนที่ได้ไปเป็นเอทีลีน (C2H4) โดยกระบวนการไฮโดรจิเนชัน และขั้นตอนสุดท้าย คือ การแปลงสภาพเอทีลีนไปเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนโมเลกุลใหญ่ หรือน้ำมันเชื้อเพลิง ผ่านกระบวนการ Oligomerization ซึ่งการผลิตเชื้อเพลิง GTL โดยใช้กระบวนการดังกล่าวจะคุ้มค่าในการลงทุนสำหรับโรงงานที่มีกำลังการผลิตต่ำกว่ากระบวนการผลิตแบบดั้งเดิมมาก

นอกจากการผลิต GTL โดยกระบวนการใหม่ดังที่ได้กล่าวมาแล้วเมื่อต้นปี ค.ศ. 2005 ได้มีงานวิจัยตีพิมพ์ในวารสาร Science Magazine เกี่ยวกับการเปลี่ยนวัสดุชีวะมวลไปเป็นน้ำมันเชื้อเพลิง BTL โดยไม่ต้องผ่านกระบวนการ Fischer–Tropsch กระบวนการดังกล่าวเริ่มจากการเปลี่ยนวัสดุชีวะมวลไปเป็นสารประกอบที่อยู่ในรูปของน้ำตาลเสียก่อน (Biomass-derived carbohydrates) โดยกระบวนการชีวเคมีซึ่งใช้เอนไซม์เข้าช่วยในการแปลงสภาพ จากนั้นจึงใช้กระบวนการความร้อนเคมีต่อเนื่อง 3 กระบวนการ บนตัวเร่งปฏิกิริยาของแข็งในการเปลี่ยนสารประกอบน้ำตาลดังกล่าวไปเป็นน้ำมันเชื้อเพลิง ซึ่งกระบวนการทั้งสามนี้ประกอบด้วยกระบวนการดีไฮเดรชัน กระบวนการไฮโดรจิเนชัน และกระบวนการ Aldol (Crossed & Self) Condensation ตามลำดับ

เครื่องปฏิกรณ์


เครื่องควบคุมอัตราการป้อนแก๊ส


อุปกรณ์ควบคุมความดันของแก๊สในระบบ



ผศ.ดร. นวดล เหล่าศิริพจน์
นักวิจัย JGSEE
เจ้าของรางวัลนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่ ปี 2550
ประวัติการทำงาน ผศ.ดร. นวดล เหล่าศิริพจน์
//www.kmutt.ac.th/rippc/jgst1.htm

Create Date : 12 กันยายน 2550		0 comments
Last Update : 12 กันยายน 2550 9:49:11 น.
Counter : 2185 Pageviews.
Share Tweet