การปรับปรุงคุณภาพน้ำมันสบู่ดำ
[youtube]http://www.youtube.com/watch?v=EG3j5871L44[/youtube]
บทวิทยุรายการ “จากแฟ้มงานวิจัย มก.”
ออกอากาศวัน เสาร์ ที่ 25 เดือน มกราคม พ.ศ. 2557
เรื่อง การปรับปรุงคุณภาพน้ำมันสบู่ดำ
บทวิทยุโดย วิทวัส ยุทธโกศา
……………………………………………………………………………………………………
–เพลงประจำรายการ–
สวัสดีครับ คุณผู้ฟังทุกท่านครับ พบกันอีกครั้งกับรายการ “จากแฟ้มงานวิจัย มก.” ซึ่งออกอากาศเป็นประจำทุกวันเสาร์ ทางสถานีวิทยุ มก. แห่งนี้ครับ รายการนี้ผลิตโดย ฝ่ายเผยแพร่งานวิจัย สถาบันวิจัยและพัฒนาแห่งมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ รายการของเราเป็นรายการที่จะนำเสนอเรื่องราวผลงานวิจัยดีๆ ของมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์เพื่อให้คุณผู้ฟังได้นำมาปรับใช้ในชีวิตประจำวัน หรือเพื่อสร้างรายได้ให้กับตนเอง โดยมีกระผมวิทวัส ยุทธโกศา เป็นผู้ดำเนินรายการครับ
คุณผู้ฟังครับ วันนี้กระผมมีผลงานที่น่าสนใจมีฝากคุณผู้ฟังครับ เป็นเรื่องเกี่ยวกับพลังงานทางเลือกเพราะในปัจจุบันปริมาณการใช้น้ำมันเชื้อเพลิงของประเทศไทยได้เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ในขณะที่ราคาน้ำมันในตลาดโลกพุ่งสูงขึ้นอย่างมาก ทำให้ประเทศไทยต้องเร่งแก้ไขปัญหาด้านพลังงาน หนึ่งในวิธีการแก้ไขปัญหาพลังงานของประเทศ นั่นก็คือ การจัดหาแหล่งพลังงานหมุนเวียนในประเทศ สบู่ดำเป็นพืชที่มีศักยภาพในการแปรรูปให้เป็นพลังงานทดแทนได้เป็นอย่างดีครับ เมล็ดของสบู่ดำสามารถนำมาสกัด เพื่อให้ได้น้ำมันที่สามารถนำมาใช้ทดแทนน้ำมันดีเซลได้ เมื่อเปรียบเทียบกับน้ำมันดีเซลกับน้ำมันสบู่ดำ จะเห็นได้ว่าน้ำมันสบู่ดำมีค่าความร้อน และค่าซีเทนนัมเบอร์ ต่ำกว่าน้ำมันดีเซลเพียงเล็กน้อย เท่านั้นครับ
และจากผลงานเรื่อง “การศึกษาสารเติมแต่งสำหรับการปรับปรุงคุณภาพน้ำมันสบู่ดำ”ของ อ.วัชรพล ชยประเสริฐ ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร คณะวิศวกรรมศาสตร์ กำแพงแสน เป็นผลงานที่จะถ่ายทอดความรู้ให้แก่คุณผู้ฟังครับ ช่วงนี้พักกันก่อนสักครู่นะครับ แล้วพบกันใหม่ในช่วงหน้าครับ
-เพลงคั่นรายการ-
กลับมาฟังกันต่อนะครับ อย่างไรก็ดี การใช้น้ำมันสบู่ดำในเครื่องยนต์ดีเซลรอบสูงนับว่าเป็นเรื่องที่ท้าทาย เนื่องจากน้ำมันสบู่ดำมีความหนืดสูงมาก ส่งผลให้หัวฉีดเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ดีเซลรอบสูงมีประสิทธิภาพในการทำงานต่ำ จึงเกิดการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์และเครื่องยนต์มีสมรรถนะลดลง ดังนั้น การใช้งานของน้ำมันสบู่ดำจึงถูกจำกัดอยู่กับเครื่องยนต์ดีเซลรอบต่ำ เช่น รถไถเดินตามเท่านั้น นอกจากนี้น้ำมันสบู่ดำยังมีปริมาณกรดไขมันอิสระอยู่สูง เนื่องจากน้ำมันเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นกับออกซิเจนในอากาศ โดยกรดที่อยู่ในน้ำมันจะเร่งให้เครื่องยนต์สึกหรออย่างรวดเร็ว ดังนั้น การนำน้ำมันสบู่ดำมาใช้ทดแทนน้ำมันดีเซลจะต้องนำน้ำมันสบู่ดำมาผ่านกระบวนการเปลี่ยนโครงสร้างโมเลกุลของน้ำมันสบู่ดำ เพื่อให้ได้ไบโอดีเซลที่มีความหนืดและค่าความเป็นกรดตามมาตรฐานใกล้เคียงกับน้ำมันดีเซลครับ
ส่วนกระบวนการเปลี่ยนโครงสร้างน้ำมันที่เป็นที่นิยมมากที่สุดคือ กระบวนทรานเอสเตอริฟิเคชั่น อย่างไรก็ตาม เพื่อให้กระบวนการเปลี่ยนโครงสร้างของน้ำมันสบู่ดำนี้เป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพและปลอดภัยที่สุด ผู้ปฏิบัตงานจำเป็นต้องมีความรู้ ความเข้าใจเกี่ยวกับการทำงานขององค์ประกอบต่าง ๆ ในกระบวนการนี้เป็นอย่างดี นอกจากนี้การใช้งานกระบวนการนี้ยังเป็นการเพิ่มต้นทุนการผลิตให้สูงขึ้นอีกด้วยครับ
เพื่อเป็นการลดค่าใช้จ่าย และลดขั้นตอนในการผลิตน้ำมันไบโอดีเซลจากสบู่ดำ การศึกษาค้นคว้าสารเติมแต่งเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติน้ำมันสบู่ดำ จึงมีความจำเป็นอย่างยิ่ง อีกทั้งงานวิจัยนี้ยังเป็นแนวทางในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่ใช้ในการปรับปรุงคุณสมบัติน้ำมันชนิดอื่นได้เช่นกันครับ
คุณผู้ฟังครับ โครงการวิจัยนี้ตั้งอยู่บนสมมุติฐานที่ว่า การลดค่าความหนืดและความเป็นกรดของน้ำมันสบู่ดำจะช่วยให้สามารถนำน้ำมันสบู่ดำไปใช้กับเครื่องยนต์ดีเซลได้โดยตรง โดยไม่ต้องผ่านกระบวนการปรับคุณสมบัติของน้ำมันที่ซับซ้อน ซึ่งการลดค่าความหนืดและค่าความเป็นกรดของน้ำมันสบู่ดำจะทำโดยการเติมของเหลวความหนืดต่ำที่มีคุณสมบัติอี่นใกล้เคียงกับน้ำมันดีเซลและสารเติมแต่งที่ช่วยป้องกันการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นในน้ำมันลงไปในน้ำมันสบู่ดำครับ
คุณผู้ฟังครับ น้ำมันสบู่ดำที่ใช้ในการวิจัยในครั้งนี้จะเป็นน้ำมันที่ผลิตได้ภายในหน่วยงานของคณะผู้วิจัย ซึ่งจะช่วยให้สามารถควบคุมคุณภาพของน้ำมันที่ได้ครับ ส่วนการใช้สารเติมแต่งจะช่วยลดความซับซ้อนในกระบวนการปรับปรุงคุณสมบัติน้ำมันสบู่ดำได้ครับ และทราบไหมครับว่า น้ำมันเชื้อเพลิงที่จะใช้กับเครื่องยนต์ดีเซลต้องเป็นน้ำมันซึ่งมีคุณสมบัติใกล้เคียงกับค่าคุณสมบัติมาตรฐานของน้ำมันดีเซลที่ใช้อยู่ในท้องตลาดเท่านั้นครับ ช่วงนี้พักกันก่อนสักครู่นะครับ ช่วงหน้ามาฟังวิธีการทำวิจัยกันครับ
-เพลงคั่นรายการ-
กลับมาฟังกันต่อนะครับ มาฟังวิธีการวิจัยในครั้งนี้กันนะครับว่าทำกันอย่างไรบ้าง
คุณผู้ฟังครับ โครงการวิจัยนี้ได้แบ่งการศึกษาออกเป็น 2 ส่วนหลัก ตามวัตถุประสงค์ ก็คือ
ส่วนแรกเป็นการศึกษาสารเติมแต่งที่สามารถลดความหนืด และยับยั้งการเกิดกรดของน้ำมันสบู่ดำให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้
ส่วนที่สองเป็นการศึกษาผลกระทบของการใช้น้ำมันสบู่ดำผสมสารเติมแต่งที่มีต่อเครื่องยนต์ดีเซลครับ
คุณผู้ฟังครับ เงื่อนไขหลักในการเลือกสารเติมแต่ง นั่นก็คือ ต้องมีราคาที่ต่ำ และหาซื้อได้สะดวก ดังนั้น สารเติมแต่งที่ถูกเลือกมาใช้ เพื่อปรับปรุงค่าความหนืดของน้ำมันสบู่ดำก็คือ เอทิลแอลกอฮอล์และน้ำมันก๊าด เนื่องจากเป็นเชื้อเพลิงที่มีค่าความหนืดต่ำ สามารถนำมาใช้งานกับเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยกำลังอัดของอากาศ (compression ignition engine) มีราคาใกล้เคียงกับน้ำมันดีเซล ในแง่ของค่าความเป็นกรด เนื่องจากวิตามินซีและวิตามินอี มีคุณสมบัติเป็นสารต้านอนุมูลอิสระ จึงถูกเลือกมาใช้เป็นสารเติมแต่งเพื่อยับยั้งไม่ให้น้ำมันสบู่ดำทำปฏิกิริยากับออกซิเจนจนมีค่าความเป็นกรดมากจนเกินไปครับ
ส่วนน้ำมันสบู่ดำที่ใช้ในการศึกษาได้มาจากการบีบเมล็ดสบู่ดำ โดยใช้เครื่องบีบแบบสกรูเพรส น้ำมันที่ได้จะถูกบรรจุอยู่ในขวดพลาสติกปิดสนิทและเก็บรักษาที่อุณภูมิห้อง จนกว่าจะถูกนำมาใช้ในการทดลองครับ
เรามาฟัง การศึกษาผลของสารเติมแต่งต่อความหนืดและความเป็นกรดกันก่อนนะครับ
การศึกษาผลของสารเติมแต่งต่อความหนืด และความเป็นกรดของน้ำมันสบู่ดำสามารถแบ่งได้เป็น 3 การทดลองครับ น้ำมันสบู่ดำที่ใช้ในแต่ละการทดลองเป็นน้ำมันที่ได้จากเมล็ดสบู่ดำจากการเก็บเกี่ยวครั้งเดียวกันครับ แต่ทำการบีบที่ต่างเวลากัน โดยการบีบน้ำมันจะกระทำก่อนการทดลอง 3 – 7 วัน ในการทดลองแต่ละครั้งน้ำมันสบู่ดำดิบจะถูกปรับปรุงคุณภาพด้านความหนืดโดยการเติมเอทิลแอลกอฮอล์หรือน้ำมันก๊าด และการชะลอปฏิกิริยาออกซิเดชั่นของน้ำมันจะทำโดยการเติมวิตามินอี หรือวิตามินซี ในอัตราที่แตกต่างกัน ในการหาค่าความหนืดและความเป็นกรด ตัวอย่างน้ำมันจะถูกส่งไปที่ ห้องปฏิบัติการวิจัย โครงการเคยูไบโอดีเซล ภาควิชาวิศวกรรมเคมี ช่วงนี้พักกันก่อนสักครู่นะครับ ช่วงหน้ามาติดตามการทดลองกันครับ
-เพลงคั่นรายการ-
ในการทดลองที่ 1
จะเป็นการศึกษาผลการเติมสารเติมแต่งต่อการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของน้ำมันสบู่ดำในระยะยาว โดยทำการทดสอบน้ำมัน 3 ครั้ง ที่ 3 ช่วงเวลานั่นก็คือ เมื่อน้ำมันสบู่ดำมีอายุ 30, 328, และ 381 วัน วิธีการปรับปรุงคุณสมบัติของน้ำมันสบู่ดำในการทดสอบที่ 1 คือ การเหวี่ยงด้วยเครื่องเซนตริฟิวจ์ (centrifuge) เป็นเวลา 15 นาที เพื่อให้น้ำมันตกตะกอน ในการทดสอบที่ 2 เป็นการหาคุณสมบัติของน้ำมันสบู่ดำที่ถูกปรับปรุงคุณสมบัติโดยการเติมวิตามินซี และวิตามินอี สังเกตว่าการเติมวิตามินได้เติมไว้ก่อนล่วงหน้าเมื่อน้ำมันสบู่ดำมีอายุ 30 วัน และในการทดสอบที่ 3 ได้ทำการทดสอบกับน้ำมันสบู่ดำที่ผ่านและไม่ผ่านการเติมวิตามินอี และถูกปรับปรุงคุณสมบัติโดยการผสมกับเอทิลแอลกอฮอล์ หรือน้ำมันก๊าดในอัตราส่วนต่าง ๆ กันครับ
การทดลองที่ 3 เป็นการศึกษาผลของอัตราการเติมสารเติมแต่งต่อการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของน้ำมันสบู่ดำ จากผลการทดลองที่ 1 พบว่าเอทิลแอลกอฮอล์และน้ำมันก๊าดสามารถลดค่าความหนืดและความเป็นกรดของน้ำมันสบู่ดำได้ อย่างไรก็ตามการเติมสารเติมแต่งทั้งสองชนิดนี้ที่อัตราส่วนผสม 30 % ก็ยังไม่สามารถทำให้ค่าความหนืดและความเป็นกรดของน้ำมันสบู่ดำต่ำลงถึงระดับค่ามาตรฐานได้ ซึ่งในการทดลองที่ 3 คณะผู้วิจัยจึงเลือกศึกษาการลดความหนืดและความเป็นกรด โดยการผสมน้ำมันสบู่ดำกับเอทิลแอลกอฮอล์กับน้ำมันเชื้อเพลิงมาตรฐานที่มีจำหน่ายในท้องตลาด น้ำมันเชื้อเพลิงมาตรฐานที่เลือกใช้คือ น้ำมันดีเซลสูตรผสมไบโอดีเซล 5% หรือ B5 เนื่องจากน้ำมันก๊าดมีราคาสูงกว่าน้ำมันดีเซล และทางคณะผู้วิจัยก็ได้เลือกเครื่องยนต์ดีเซลสูบเดียวรุ่น ET-110 ของสยามคูโบต้าดีเซล เพื่อใช้ในการทดสอบสมรรถนะ แสดงข้อมูลทางเทคนิคของเครื่องยนต์ เชื้อเพลิงที่ใช้ในการทดสอบคือ น้ำมันสบู่ดำผสมกับน้ำมันดีเซล น้ำมันสบู่ดำดิบที่ใช้ในการทดสอบเป็นน้ำมันชุดเดียวกับที่ใช้ในการทดลองที่ 3 เมื่อใช้น้ำมันสบู่ดำผสมเอทิลแอลกอฮอล์ผสมกับน้ำมัน B5 ในอัตราส่วน 2:1:7 เป็นเชื้อเพลิงแล้ว จะพบว่าเครื่องยนต์ไม่สามารถทำงานได้ จึงต้องยกเลิกการใช้แอลกอฮอล์ในส่วนผสมไปครับ ช่วงนี้พักกันก่อนสักครู่นะครับ
-เพลงคั่นรายการ-
และผู้วิจัยได้พบว่าน้ำมันสบู่ดำบริสุทธิ์สามารถใช้งานได้กับเครื่องยนต์ดีเซลได้ แต่เครื่องยนต์จะมีประสิทธิภาพต่ำลง ซึ่งสอดคล้องกับผลการทดสอบสมรรถนะเครื่องยนต์ดีเซลในโครงการวิจัยนี้ และคณะผู้วิจัยได้พบว่าเครื่องยนต์ที่ใช้ทดสอบสามารถทำงานได้เป็นปกติ ไม่มีอาการสะดุดแต่อย่างใด เมื่อใช้น้ำมัน B5 เป็นเชื้อเพลิง ที่ 2450 รอบต่อนาที เครื่องยนต์ให้กำลังสูงสุดเท่ากับ 7.45 กิโลวัตต์ และเครื่องยนต์ให้แรงบิดสูงสุดเท่ากับ 34.34 นิวตัน-เมตร เมื่ออัตราส่วนผสมของน้ำมันสบู่ดำเพิ่มขึ้น ค่าแรงบิดและกำลังของเครื่องยนต์มีแนวโน้มที่ลดลง แต่อุณหภูมิไอเสีย และอัตราการใช้เชื้อเพลิงมีแนวโน้มเพิ่มมากขึ้น เมื่อเปรียบเทียบระหว่างน้ำมัน B5 และน้ำมันผสมที่อัตราส่วนผสมของน้ำมันสบู่ดำ 40 vol% เครื่องยนต์ให้กำลังลดลงโดยเฉลี่ยจากทุกรอบการทำงานประมาณ 7.5% และมีอัตราการใช้เชื้อเพลิงเพิ่มขึ้นเฉลี่ยประมาณ 15.9% สมรรถนะของเครื่องยนต์ที่ลดลงมีสาเหตุมาจากค่าความหนืดที่เพิ่มขึ้นครับคุณผู้ฟัง และเมื่อมีการเติมน้ำมันสบู่ดำลงในน้ำมัน B5 ความหนืดที่เพิ่มขึ้นของเชื้อเพลิงทำให้การแตกตัวเป็นละอองเป็นไปได้ไม่ดีเท่าที่ควร ส่งผลให้ประสิทธิภาพการเผาไหม้เชื้อเพลิงลดลง นอกจากนี้น้ำมันสบู่ดำยังมีค่าความร้อนน้อยกว่าน้ำมัน B5 ซึ่งมีน้ำมันดีเซลเป็นส่วนผสมหลัก ทำให้ได้ค่าความร้อนต่อหนึ่งหน่วยเชื้อเพลิงลดลงเมื่ออัตราส่วนผสมของน้ำมันสบู่ดำมีค่าเพิ่มขึ้นครับ
คุณผู้ฟังครับ สารเติมแต่งที่เหมาะสมนอกจากจะต้องสามารถปรับปรุงคุณสมบัติของน้ำมันสบู่ดำให้ได้ตามมาตรฐานแล้ว จะต้องไม่ทำให้น้ำมันสบู่ดำที่ปรับปรุงคุณภาพแล้วมีราคาสูงกว่าไบโอดีเซลที่ได้จากกระบวนการทรานเอสเตอริฟิเคชั่น หรือน้ำมันดีเซลที่มีจำหน่ายตามท้องตลาดด้วย นอกจากนี้ยังต้องสามารถทำให้น้ำมันสบู่ดำใช้งานได้กับเครื่องยนต์อย่างเป็นปกติ ถึงแม้ว่าเอทิลแอลกอฮอล์และน้ำมันก๊าดจะช่วยปรับปรุงคุณสมบัติด้านความหนืดและความเป็นกรดของน้ำมันสบู่ให้ดีขึ้นได้ ค่าความหนืดและความเป็นกรดของน้ำมันที่ปรับสถาพแล้วยังคงมีค่าสูงกว่าค่ามาตรฐานสำหรับน้ำมันไบโอดีเซลอยู่มาก นอกจากนี้น้ำมันก๊าดยังมีราคาที่สูง และการใช้เชื้อเพลิงผสมเอทิลแอลกอฮอล์ กับเครื่องยนต์ดีเซลที่ไม่มีการปรับแต่งก็ไม่สามารถทำได้ ดังนั้นแนวทางการใช้น้ำมันสบู่ดำดิบกับเครื่องยนต์ดีเซลที่น่าจะเป็นไปได้ก็คือ การผสมร่วมกับน้ำมันดีเซลมาตรฐาน โดยเติมสารต้านอนุมูลอิสระเช่น วิตามินอี ลงในน้ำมันสบู่ดำดิบทันทีหลังจากการบีบ เพื่อรักษาคุณภาพของน้ำมันไม่ให้มีค่าความเป็นกรดมากเกินไป ข้อสรุปที่ได้จากโครงการวิจัยนี้คือ นั่นก็คือ
- สารต้านอนุมูลอิสระสามารถใช้เพื่อชะลอปฏิกิริยาออกซิเดชั่นในน้ำมันสบู่ดำได้
- เชื้อเพลิงที่ได้จากการผสมระหว่างน้ำมันสบู่ดำ และน้ำมันดีเซลมาตรฐานสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงทดแทนน้ำมันดีเซลมาตรฐานได้ครับ
อย่างไรก็ตามการใช้งานน้ำมันสบู่ดำดิบผสม ยังคงต้องจำกัดอยู่กับเฉพาะเครื่องยนต์รอบต่ำ น้ำมันผสมที่ได้ยังมีความเป็นกรดสูงกว่าค่ามาตรฐานอย่างเห็นได้ชัด นอกจากนี้โครงการวิจัยนี้ไม่ได้ศึกษาถึงผลกระทบของการใช้น้ำมันสบู่ดำดิบที่มีต่อการสึกหรอของเครื่องยนต์ในระยะยาว อย่างไรก็ตาม ผลงานวิจัยนี้ก็เป็นผลงานวิจัยหนึ่งที่มีการศึกษา เพิ่มเติมประสิทธิภาพของน้ำมันจากสบู่ดำ เพื่อการลดต้นทุนและลดความซับซ้อนในการปรับปรุงคุณสมบัติน้ำมันสบู่ดำ และการส่งเสริมการจัดหาแหล่งพลังงานหมุนเวียนในประเทศ และที่สำคัญเป็นการลดอัตราการใช้แหล่งพลังงานธรรมชาติ และลดมลภาวะได้อีกด้วยครับ วันนี้กระผมขอจบรายการไว้เพียงเท่านี้ก่อนนะครับ
สัปดาห์หน้ากระผม จะนำเรื่องราวผลงานวิจัยอะไรดีๆ มาฝากคุณผู้ฟังอีก อย่าลืมติดตามรับฟังได้ในรายการ “จากแฟ้มงานวิจัย มก.” ในวันและเวลาเดียวกันนี้ หากคุณผู้ฟังมีข้อเสนอแนะนำติชมรายการหรือจะสอบถามข้อมูลเพิ่มเติม สามารถเขียนจดหมายมายังรายการ “จากแฟ้มงานวิจัย มก.” ตู้ ปณ. 1077 ปทฝ. เกษตรศาสตร์ กรุงเทพฯ 10903 หรือโทรสอบถาม ได้ที่ 0-2561-1474 สำหรับวันนี้รายการจากแฟ้มงานวิจัย มก. ได้หมดเวลาลงแล้วครับ พบกันใหม่ในสัปดาห์หน้า สำหรับวันนี้ลาไปก่อน สวัสดีครับ