ใช้ประโยชน์ชานอ้อยผลิตแก๊สมีเทนโดยวิธีการหมักแบบสองขั้นตอน

  ชานอ้อย (Sugarcane Bagasse) คือ เศษเหลือของลำต้นอ้อยมีลักษณะเป็นเส้นใยที่หีบเอาน้ำอ้อยหรือน้ำตาลออกจากท่อนอ้อยแล้ว เป็นวัสดุเศษเหลือการเกษตรจากโรงงานอุตสาหกรรมผลิตน้ำตาล ในแต่ละปีจะมีชานอ้อยเหลือจากกระบวนการผลิตเป็นจำนวนมาก

  เพื่อใช้ประโยชน์ชานอ้อยเป็นเชื้อเพลิงที่มีประสิทธิภาพ ผศ.ดร.ประไพพิศ ชัยรัตนมโนกร  อาจารย์ประจำภาควิชาเทคโนโลยีและการจัดการสิ่งแวดล้อม คณะสิ่งแวดล้อม มหาวิทยาลัยเกษตรสาสตร์ จึงได้ศึกษาหาแนวทางใช้ประโยชน์ชานอ้อยเป็นวัตถุดิบในการผลิตแก๊สมีเทนอย่างต่อเนื่องโดยวิธีการหมักแบบสองขั้นตอน  โดยในขั้นต้นเป็นการผลิตแก๊สไฮโดรเจน และขั้นตอนที่สองจึงได้แก๊สมีเทน สุดท้ายผลิตมีเธน

  ด้วยพิจารณาเห็นว่า ชานอ้อยเป็นวัสดุชีวภาพทางการเกษตรที่ประกอบด้วยสารอินทรีย์เป็นส่วนใหญ่ คือมีคาร์บอนและเซลลูโลสในปริมาณมาก(ร้อยละ 55 และ ร้อยละ 48.5 ตามลำดับ) และสามารถย่อยสลายได้ด้วยจุลินทรีย์ ในช่วงแรกจึงเป็นการผลิตแก๊สไฮโดรเจน(H₂)จากชานอ้อยโดยการหมักแบบไม่ใช้อากาศในถังปฏิกรณ์ที่ 55 องศาเซลเซียสด้วยเชื้อ Clostridium thermopalmarium HM756303  แต่เนื่องจากชานอ้อยมีองค์ประกอบของลิกโนเซลลูเลส ซึ่งมีเฮมิเซลลูโลส ลิกนิน และเซลลูโลส จึงต้องปรับสภาพชานอ้อยด้วยสารละลายด่างโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) ที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 2 ชั่วโมง เพื่อกำจัดเฮมิเซลลูโลส และลิกนิน  โดยพบว่า ความเป็นกรด-ด่างเริ่มต้น (pH) ความเข้มข้นของเป็ปโตน บัฟเฟอร์ฟอสเฟต และโซเดียมไบคาร์บอนเนต (NaHCO3) มีผลต่อการผลิตไฮโดรเจนอย่างมีนัยสำคัญ ผลการศึกษาสภาวะที่เหมาะสม ได้แก่การหมักชานอ้อยร่วมกับเป็ปโตนที่ความเข้มข้นของ 3 กรัม/ลิตร และเฟอรัสซัลเฟต (FeSO4) ที่ความเข้มข้น 50 มิลลิกรัม/ลิตร  ค่าpHที่ 5.5 นอกจากนี้เชื้อ C. thermopalmarium สามารถทำงานได้ในสภาวะที่ไม่ปลอดเชื้อด้วย โดยปริมาณไฮโดรเจนที่ได้จากการหมักในสภาวะที่ไม่ปลอดเชื้อมีค่าน้อยกว่าเล็กน้อยเมื่อเปรียบเทียบกับการหมักในสภาวะที่ปลอดเชื้อ ดังนั้นการผลิตไฮโดรเจนอย่างต่อเนื่องในสภาวะที่ไม่ปลอดเชื้อด้วย C. thermopalmarium ได้จากการหมักที่ hydraulic retention times ( HRT) ที่ 6 ชั่วโมง จะได้ปริมาณไฮโดรเจนสูงสุดที่ 2745 มิลลิลิตรต่อวัน และความเข้มข้นไฮโดรเจนสูงสุดมีค่าประมาณ 60% นอกจากนั้น พบว่า ผลการปรับสภาพชานอ้อยด้วยสารละลาย NaOH ส่งเสริมการผลิตไฮโดรเจน และการหมักชานอ้อยที่ปรับสภาพด้วยสารละลาย NaOH ที่ความเข้นข้น 2% ได้แก๊สไฮโดรเจนสูงสุด

  ในขั้นตอนที่สอง นำน้ำหมักหลังจากการผลิตไฮโดรเจนไปหมักต่อเพื่อผลิตแก๊สมีเธน (CH4) ที่ 55 องศาเซลเซียส ได้ความเข้มข้นของมีเทนสูงสุดที่ 65% และปริมาณมีเทนที่ได้จากการหมักในระยะเวลาการหมัก 24 ชั่วโมง ได้แก๊สมีเทนเฉลี่ยสูงสุด 2906.95±253.93 มิลลิลิตรต่อวัน  และผลผลิตมีเทนเฉลี่ยสูงสุด 184.99±14.57 ลิตรต่อการหมักชานอ้อย 1 กิโลกรัม

 เมื่อพิจารณาค่าพลังงานจากแก๊สไฮโดรเจนและมีเทนจากการหมักทั้งสองขั้นตอน ได้ผลผลิตพลังงานสูงสุดที่ 8102.45 กิโลจูลต่อการหมักชานอ้อย 1 กิโลกรัม ทั้งนี้ความเข้มข้นของแก๊สที่สนใจได้แก่ แก๊สไฮโดรเจนและมีเทน สามารถเพิ่มขึ้นได้เมื่อบำบัดแก๊สชีวภาพด้วยกระบวนการดูดซึมด้วยสารละลาย NaOH

	ที่มาข้อมูล : โครงการวิจัยทุนอุดหนุนวิจัย มก. หัวหน้าโครงการ : ผศ.ดร.ประไพพิศ ชัยรัตนมโนกร ภาควิชาเทคโนโลยีและการจัดการสิ่งแวดล้อม คณะสิ่งแวดล้อม มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์   เรียบเรียง : ฝ่ายเผยแพร่งานวิจัย สถาบันวิจัยและพัฒนาแห่ง มก. โทร. 02 561 1474 e-mail : rdiwan@ku.ac.th
ผศ.ดร.ประไพพิศ ชัยรัตนมโนกร