โครงการศึกษาความเป็นไปได้ในการผลิตเอทานอลจากเซลูโลสเชิงพาณิชย์

(ดำเนินโครงการในปี พ.ศ. 2554) ปัจจุบันพลังงานเป็นปัจจัยหนึ่งที่สำคัญต่อการผลิตในภาคธุรกิจและอุตสาหกรรมซึ่งการจัดหาพลังงานให้มีปริมาณเพียงพอและราคาที่เหมาะสมเพื่อให้สอดคล้องกับ ความต้องการเป็นสิ่งที่ควรจะกระทำอย่างยิ่งโดยเฉพาะจากแหล่งพลังงานภายในประเทศ แต่ที่ผ่านมายังมีการจัดหาพลังงานจากแหล่งภายในประเทศได้ไม่เพียงพอกับความต้องการ ทำให้ต้องพึ่งพาแหล่งพลังงานจากต่างประเทศกว่าร้อยละ 60 ของความต้องการพลังงานเชิงพาณิชย์ทั้งหมด ดังนั้น เพื่อให้มั่นใจว่าในอนาคตประเทศไทยจะยังมีพลังงานใช้อย่างพอเพียงต่อความต้องการ จึงได้มีแนวทางหนึ่งเกิดขึ้น คือ การพัฒนาแหล่งพลังงานภายในประเทศ ซึ่งแหล่งพลังงานนั้นควรที่จะมีราคาถูกและมีปริมาณมากเพียงพอตลอดไป โดยแหล่งพลังงานหมุนเวียนจากชีวมวลเป็นแหล่งพลังงานหนึ่งที่มีความเป็นไปได้สูง เนื่องจากหาได้ง่าย ราคาถูก และยังมีสารอาหารบางอย่างเหลืออยู่ในปริมาณที่น่าจะนำกลับมาใช้ประโยชน์ได้อีก ดังนั้นการศึกษาศักยภาพของพลังงานชนิดนี้จึงควรทำอย่างเร่งด่วน เพื่อเป็นการลดความเสี่ยงต่อการพึ่งพาพลังงานเชิงพาณิชย์ประเภทฟอสซิลจากต่างประเทศที่นับวันจะมีราคาสูง และหายากยิ่งขึ้น (ธเนศ และคณะ, 2550) ซึ่งหนึ่งในพลังงานที่สามารถผลิตได้จากชีวมวล ที่ทั่วโลกกำลังให้ความสนใจ คือ เอทานอล เพราะสามารถผลิตได้จากกระบวนการทางชีวภาพ ที่เกิดจากการนำพืชมาหมักเพื่อเปลี่ยนแป้งเป็นน้ำตาลและเปลี่ยนจากน้ำตาลเป็นแอลกอฮอล์ โดยใช้เอนไซม์หรือสารเคมีบางชนิดช่วยในการย่อย แล้วทำให้แอลกอฮอล์บริสุทธิ์ด้วยการกลั่นและแยกน้ำ เพื่อนำไปใช้เป็นส่วนประกอบในอุตสาหกรรมประเภทต่างๆ รวมถึงการนำไปผสมกับน้ำมันเชื้อเพลิง ทำให้สามารถช่วยลดมูลค่าการนำเข้าน้ำมันได้ นอกจากนี้พลังงานทดแทนอย่างเอทานอลยังถือเป็นพลังงานที่สะอาดกว่าน้ำมัน เนื่องจากสามารถเผาไหม้ได้อย่างสมบูรณ์กว่าเมื่อเทียบกับน้ำมันปิโตรเลียม โดยการผลิตเอทานอลส่วนใหญ่ของโลกใช้วัตถุดิบหลัก 2 ประเภท คือ 1.น้ำตาล เช่น อ้อย และกากน้ำตาล 2.แป้ง เช่น มันสำปะหลัง ข้าว และข้าวโพด แต่อย่างไรก็ตาม เริ่มมีความวิตกกังวลว่า วัตถุดิบดังกล่าวอาจไม่เพียงพอต่อการผลิตเอทานอลในระยะข้างหน้า เนื่องจากเป็นการนำเอาพืชอาหารมาใช้ในการผลิตเอทานอล ซึ่งอาจส่งผลให้ราคาสินค้าอาหารภายในประเทศปรับสูงขึ้น ดังนั้นปัจจุบันการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตเอทานอลในหลายประเทศจึงมุ่งเน้นไปที่วัตถุดิบประเภทอื่น เช่น เซลลูโลส ซึ่งเป็นเศษเหลือใช้ที่ได้จากพืช

เซลลูโลส เป็นแหล่งวัตถุดิบหนึ่งที่ได้รับความสนใจจากนักวิทยาศาสตร์ในการนำมาผลิตเอทานอลเป็นอย่างมาก โดยเอทานอลที่ผลิตจากเซลลูโลสเป็นเอทานอลที่ผลิตจากวัตถุดิบหลักประเภทฟางข้าว กากอ้อย ซังข้าวโพด และเปลือกไม้ รวมทั้งวัชพืช เช่น ผักตบชวา หญ้า และวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตร เช่น เหง้ามันสำปะหลัง เป็นต้น เนื่องจากในวัตถุดิบดังกล่าวจะประกอบด้วยลิกโนเซลลูโลส (Lignocellulosic Material) ซึ่งเป็นสารประกอบอินทรีย์ประเภทคาร์โบไฮเดรตที่เป็นส่วนประกอบสำคัญของเซลล์พืช ที่เกิดขึ้นจากหน่วยย่อยของน้ำตาลกลูโคสเชื่อมต่อกันเป็นสายยาว หรือที่เรียกว่าโพลีเมอร์ของน้ำตาลกลูโคสทำให้เอทานอลที่ผลิตจากเซลลูโลสมีสมบัติและลักษณะทางเคมีเช่นเดียวกับเอทานอลที่ผลิตจากวัตถุดิบประเภทน้ำตาลและแป้ง ดังนั้นถ้าสามารถนำเซลลูโลสดังกล่าวมาทำการแปรรูปเป็นเอทานอล จะทำให้ช่วยเพิ่มมูลค่าของเสีย ช่วยลดปัญหามลพิษจากการเผาทิ้งวัสดุดังกล่าว และยังเป็นการนำวัสดุเหลือทิ้งมาใช้ให้เกิดประโยชน์สูงขึ้นด้วย

การนำเซลลูโลสมาใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตเอทานอล ต้องประกอบด้วยขั้นตอนที่สำคัญดังนี้ คือ 1) การปรับสภาพเซลลูโลส (Pretreatment) เพื่อกำจัดองค์ประกอบอื่น ได้แก่ ลิกนิน (Lignin) และเฮมิเซลลูโลส (Hemicellulose) ทำให้เซลลูโลสมีโครงสร้างที่เหมาะสม และเพิ่มพื้นที่ในการเข้าทำปฏิกิริยาของเอนไซม์ 2) การย่อยสลายเซลลูโลส (Hydrolysis) เพื่อให้ได้น้ำตาลรีดิวซ์ 3) การหมัก (Fermentation) เป็นการนำน้ำตาลรีดิวซ์มาใช้ในการผลิตเอทานอล ดังนั้นโครงการศึกษาความเป็นไปได้ในการผลิตเอทานอลจากเซลลูโลสเชิงพาณิชย์ เพื่อศึกษาเทคโนโลยีและความเป็นไปได้ในการผลิตเอทานอลจากเซลลูโลสที่เหมาะสมกับประเทศไทยในเชิงพาณิชย์ จึงมีขอบเขตในการทำการศึกษา คือ เพื่อเปรียบเทียบการผลิตเอทานอลจากเซลลูโลสที่มีศักยภาพที่เหมาะสมทั้งด้านราคาและปริมาณในประเทศไทย โดยศึกษาหาสภาวะ ที่เหมาะสมในการปรับสภาพเซลลูโลส หาสภาวะที่เหมาะสมในการย่อยสลายเซลลูโลส และศึกษาหาสภาวะที่เหมาะสมในการหมัก

วัตถุประสงค์ -ศึกษาและพัฒนาการผลิตเอทานอลจากเซลลูโลส -ศึกษาความเป็นไปได้ในการนำวัตถุดิบที่หลากหลายมาผลิตเอทานอล

เป้าหมาย -เพื่อศึกษาเทคโนโลยีและความเป็นไปได้ในการผลิตเอทานอลจากเซลลูโลสที่เหมาะสมกับประเทศไทยในระดับเชิงพาณิชย์