ศูนย์การเรียนรู้โรงงานต้นแบบผลิตแอลกอฮอล์ไร้น้ำแห่งแรกของประเทศไทย วว. ขับเคลื่อนนโยบาย BCG  เพิ่มขีดความสามารถพึ่งตนเองทางเทคโนโลยีของประเทศ

กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (อว.) โดย สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย (วว.) โชว์ศูนย์การเรียนรู้โรงงานต้นแบบผลิตแอลกอฮอล์ไร้น้ำแห่งแรกของประเทศไทย ซึ่งเป็นความสำเร็จที่เป็นรูปธรรมและเป็นต้นแบบสำคัญในการนำวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยีและนวัตกรรม ขับเคลื่อนเศรษฐกิจฐานรากตามนโยบาย BCG ช่วยลดการขาดดุลการค้าและเพิ่มขีดความสามารถในการพึ่งตนเองทางเทคโนโลยีของประเทศ

          โดยเมื่อ พ.ศ. 2524 กระทรวงการคลังอนุมัติให้ วว. ดำเนินการก่อสร้างโรงงานต้นแบบเพื่อผลิตแอลกอฮอล์ไร้น้ำ ที่มีความบริสุทธิ์ไม่ต่ำกว่าร้อยละ 99.5 โดยปริมาตรจากมันสำปะหลัง โดยมีวัตถุประสงค์ เพื่อใช้เป็นพลังงานทดแทนน้ำมันปิโตรเลียมบางส่วน ด้วยการนำไปผสมกับน้ำมันเบนซินแล้วใช้เป็นน้ำมันเบนซินชนิดพิเศษ ช่วยลดการขาดดุลการค้า เพิ่มขีดความสามารถในการพึ่งตนเองทางเทคโนโลยีของประเทศ สอดคล้องกับแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติ ฉบับที่ 5 ซึ่งได้กำหนดเป้าหมายของการนำแอลกอฮอล์มาใช้เป็นพลังงาน 35 ล้านลิตรต่อปี ภายใน พ.ศ. 2529

         โรงงานต้นแบบเพื่อผลิตแอลกอฮอล์ไร้น้ำได้ก่อสร้างแล้วเสร็จเมื่อ พ.ศ.2526 มีกำลังการผลิต 1,500 ลิตรต่อวัน ใช้งบประมาณไปจำนวน 70 ล้านบาท โดยได้รับความร่วมมือจากรัฐบาลญี่ปุ่นและศึกษากรรมวิธีการผลิตจากสมาคมอุตสาหกรรมหมักแห่งประเทศญี่ปุ่น สำหรับการผลิตแอลกอฮอล์หรือเอทานอลจากวัสดุการเกษตร  ด้วยกระบวนการผลิตประหยัดพลังงาน นับเป็นโรงงานแห่งแรกและใหญ่ที่สุดของประเทศไทยในขณะนั้น 

         จากจุดเริ่มต้นดังกล่าว วว. ได้ต่อยอดวิจัยพัฒนาและประสบผลสำเร็จในการศึกษาการใช้เอทานอลไร้น้ำเป็นเชื้อเพลิง พร้อมทำการศึกษาด้านตลาด โดยได้รับความร่วมมือจาก บริษัท สองพลอย จำกัด และการปิโตรเลียมแห่งประเทศไทย นำไปจำหน่ายในสถานีบริการ

         นอกจากนี้ยังได้ดำเนินโครงการทดลองตลาดผลิตภัณฑ์แก๊สโซฮอล์จากวัตถุดิบ มันสำปะหลังสด มันสำปะหลังเส้น และน้ำเบียร์ที่หมดอายุ ส่งให้ บริษัท บางจาก ปิโตรเลียม จำกัด (มหาชน) และบริษัท ปตท. จำกัด (มหาชน) โดยสามารถกลั่นเอทานอลไร้น้ำได้ 168,000 ลิตร นำไปผสมเป็นแก๊สโซฮอล์ สำหรับใช้เป็นเชื้อเพลิงจำหน่าย ทดแทนน้ำมันเบนซินออกเทน 95 นอกจากนี้ยังให้บริการกลั่นแอลกอฮอล์ไร้น้ำให้กับ ปตท. เพื่อนำไปใช้ทดลองเป็นเชื้อเพลิงในโครงการส่วนพระองค์สวนจิตรลดาด้วย

         กระบวนการผลิตของโรงงานต้นแบบผลิตแอลกอฮอล์ไร้น้ำของ วว. สามารถลดการใช้พลังงานได้ในส่วนของขั้นตอนการเปลี่ยนแป้งโดยใช้เอนไซม์ที่อุณหภูมิต่ำ และขั้นตอนการกลั่นน้ำส่าให้เป็นเอทานอลไร้น้ำภายใต้แรงดันบรรยากาศ สามารถช่วยลดการใช้พลังงานได้ถึงร้อยละ 40

กรรมวิธีการผลิตแอลกอฮอล์ไร้น้ำโดยโรงงานต้นแบบผลิตแอลกอฮอล์ไร้น้ำของ วว. มีดังนี้

1.การปรับสภาพวัตถุดิบ ประกอบด้วย

- ใช้หัวมันสำปะหลังสดที่มีปริมาณแป้ง 28% จำนวน 9.3 ตันต่อวัน 

- ปอกเปลือกมันสำปะหลังด้วยเครื่องล้างและสับลดขนาดด้วยเครื่องสับ 

- ส่งมันสำปะหลังที่ปอกเปลือกและสับเข้าไปบดผสมกับน้ำที่เครื่องบด

- น้ำแป้งที่ได้จะถูกเปลี่ยนให้เป็นน้ำตาล โดยผ่านการย่อย 2 ขั้นตอน คือ การทำให้เป็นของเหลวด้วยเอนไซม์ย่อยแป้ง และความร้อนที่หม้อต้ม

- ทำการย่อยครั้งที่ 2 ด้วยเอนไซม์ Glucoamylase เพื่อเปลี่ยนแป้งให้เป็นน้ำตาลที่ถังย่อยน้ำตาล 

2. การหมัก ประกอบด้วย

- การเลี้ยงเชื้อยีสต์ ดำเนินการในถังเลี้ยงเชื้อ โดยใช้กากน้ำตาล น้ำและสารอาหาร เป็นอาหารเลี้ยงเชื้อ จากนั้นนำเชื้อยีสต์ที่เตรียมไว้เทลงในถังเลี้ยงเชื้อ โดยจะใช้เวลาเลี้ยงเชื้อ 24 ชั่วโมง

- การหมัก เริ่มด้วยการส่งอาหารน้ำตาลที่เตรียมแล้วจากถังย่อยน้ำตาลไปยังถังหมัก จากนั้นจึงส่งเชื้อยีสต์จากถังเลี้ยงเชื้อที่ เตรียมไว้ไปยังถังหมัก โดยควบคุมอุณหภูมิไว้ที่ 30-32 องศาเซลเซียส และใช้เวลาในกระบวนการหมัก 72 ชั่วโมง

- การกรองกากส่า นำเชื้อยีสต์ที่ผ่านการหมักส่งไปกรองกากส่าด้วยเครื่องแยกกากตะกอน ก่อนที่จะนำไปกลั่นต่อไป

3. การกลั่น เป็นกระบวนการทำบริสุทธิ์ด้วยการแยกของผสมหรือสารละลายโดยอาศัยจุดเดือดที่ต่างกัน ประกอบด้วยหอกลั่น 2 ชุด

- ชุดแรก ใช้กลั่นน้ำส่าที่มีแอลกอฮอล์ประมาณ 8-12% โดยปริมาตร ให้ได้แอลกอฮอล์ที่มีความเข้มข้น 95.6% โดยปริมาตร 

- ชุดที่สอง ทำหน้าที่กลั่นแอลกอฮอล์ 95.6% โดยปริมาตร จากหอกลั่นชุดแรก ให้ได้แอลกอฮอล์บริสุทธิ์หรือแอลกอฮอล์ไร้น้ำ ที่มีความเข้มข้น 99.5% โดยปริมาตรขึ้นไป หอกลั่นชุดนี้จะเป็นการกลั่นแบบอะซิโอโทรป    (Azeotropic distillation) โดยใช้เบนซีนหรือเฮกเซนเป็นสารจับน้ำ (Dehydrant) หลังจากผ่านการตรวจสอบคุณภาพที่ถังตรวจสอบแล้ว แอลกอฮอล์บริสุทธิ์จะส่งไปเก็บไว้ในถังเก็บแอลกอฮอล์ต่อไป 

4. การบำบัดของเสีย ดำเนินการกำจัดน้ำเสียก่อนระบายสู่ท่อระบายสาธารณะ โดยใช้วิธีการทำแห้งเพื่อใช้เป็นอาหารสัตว์ มีกระบวนการบำบัด 3 ขั้นตอน 

- แยกกากออกจากส่วนที่เป็นของเหลว เจือจางด้วยเครื่องแยกกาก โดยจะแยกน้ำเสียออกเป็นกากและน้ำ ลงมาไว้ที่ถังเก็บ 

- จากนั้นส่วนที่เป็นน้ำจากถังเก็บ จะถูกส่งไประเหยให้ข้นโดยผ่านเครื่องระเหยและเครื่องแยก   

- ส่วนที่เป็นกากจะนำไปผสมกับของเหลวข้น แล้วนำไปเข้าเครื่องทำแห้ง จะได้เป็นอาหารสัตว์ ซึ่งมีโปรตีนประมาณ 25%

ปัจจุบันเทคโนโลยีที่ใช้ในกระบวนการผลิตเอทานอลในส่วนขั้นตอนการหมักและการทำแอลกอฮอล์ไร้น้ำ จากเดิมที่ดำเนินการหมักเป็นแบบกะ (Batch fermentation) มีการพัฒนารูปแบบของการหมัก ดังนี้

1.การหมักแบบกะ (Batch fermentation) เป็นกระบวนการหมักโดยการเติมวัตถุดิบ สารอาหารและหัวเชื้อ ลงไปในถังหมักเพียงครั้งเดียวตลอดการหมัก

2.การหมักแบบกึ่งกะ (Fed batch fermentation) เป็นกระบวนการหมักโดยการเติมวัตถุดิบ สารอาหารและหัวเชื้อลงไปในถังหมักมากกว่า 1 ครั้ง เพื่อให้เชื้อจุลินทรีย์สามารถใช้วัตถุดิบและสารอาหารได้ในปริมาณที่สูงขึ้น

3.การหมักแบบต่อเนื่อง (Continuous fermentation) เป็นกระบวนการหมักโดยการเติมวัตถุดิบ สารอาหารและหัวเชื้อ ลงไปในถังหมักตลอดเวลา พร้อมทั้งมีการแยกผลิตภัณฑ์ออกมาตลอดเวลา ทำให้ผลิตผลิตภัณฑ์ได้สูงสุดในระยะเวลาเท่ากันเมื่อเทียบกับการหมักแบบกะและแบบกึ่งกะ

กรรมวิธีหรือเทคโนโลยีในการแยกน้ำเพื่อผลิตเอทานอลไร้น้ำ ปัจจุบันมีการใช้ 3 รูปแบบ

1.กระบวนการแยกด้วยวิธีการกลั่นสกัดแยกด้วยสารตัวที่ 3 (Azeotropic distillation) ซึ่งเป็นวิธีดั้งเดิมที่นิยมใช้กันมาเป็นเวลานาน ปัจจุบันยังมีการใช้งานเชิงพาณิชย์อยู่ แต่มีการปรับเปลี่ยนสารตัวที่ 3 (Entrainer) จากเดิมที่มีการใช้สารเบนซีน (Benzene) ได้เปลี่ยนมาใช้สารไซโคลเฮกเซน (Cyclo-hexane) ซึ่งมีความเป็นพิษน้อยกว่าแทน

2.กระบวนการแยกด้วยวิธีกรองผ่านเยื่อเลือกผ่าน (Membrane pervaporation) โดยตัวเยื่อเลือกผ่าน (Membrane) จะทำหน้าที่กรองแยกน้ำและเอทานอลที่มีขนาดของโมเลกุลที่ต่างกันออกจากกัน

3.กระบวนการแยกน้ำด้วยวิธีการดูดซับ (Molecular sieve adsorption) โดยน้ำที่ปนอยู่ในแอลกอฮอล์จะถูกดูดซับด้วยตัวตัวดูดซับที่มีรูพรุนสูง เช่น ตัวดูดซับ (Zeolite) ที่มีรูพรุนขนาด 3A และ 4A เป็นต้น ซึ่งวิธีนี้นิยมใช้ในปัจจุบัน

         ทั้งนี้โรงงานต้นแบบผลิตแอลกอฮอล์ไร้น้ำจากมันสำปะหลังแห่งแรกของประเทศไทย วว. ได้ทำหน้าที่เป็นโรงงานต้นแบบผลิตพลังงานทดแทนให้แก่ประเทศรวม 20 ปี (พ.ศ.2526-2546) ปัจจุบันไม่ได้ถูกใช้งานแล้ว  เนื่องจากโรงงานผลิตเชื้อเพลิงเอทานอลของภาคเอกชน ซึ่ง วว. เป็นหน่วยงานสำคัญที่ผลักดันรัฐบาลอนุมัติให้มีการจัดตั้ง ได้เริ่มดำเนินการผลิตและจำหน่ายเป็นผลิตภัณฑ์น้ำมันแก๊สโซฮอล์ ซึ่งได้รับความนิยมจากผู้ใช้อยู่ในขณะนี้ ด้วยศักยภาพของโรงงานแห่งนี้ วว. โดยการสนับสนุนทุนจาก สำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.) จึงได้ดำเนินการปรับปรุงให้เป็นศูนย์การเรียนรู้ เพื่อเป็นแหล่งค้นคว้า ศึกษาดูงาน แลกเปลี่ยนความรู้ และประสบการณ์ด้านพลังงานทดแทนของประเทศต่อไป

ศูนย์การเรียนรู้โรงงานต้นแบบผลิตแอลกอฮอล์ไร้น้ำแห่งแรกของประเทศไทย วว. ตั้งอยู่เลขที่ 196  ถ.พหลโยธิน เขตจตุจักร กรุงเทพฯ วว. พร้อมให้บริการและคำแนะนำปรึกษาด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยีและนวัตกรรม เพื่อพัฒนาศักยภาพในการแข่งขันของประเทศ สอบถามรายละเอียดเพิ่มเติม ได้ที่ โทร. 0 2577 9000 โทรสาร 0 2577 9009 เว็บไซต์ www.tistr.or.th อีเมล : tistr@tistr.or.th line@TISTR IG : tistr_ig