การผลิตไบโอดีเซลจากน้ำมันทานตะวันโดยใช้ คาร์บอนไดออกไซด์ที่สภาวะเหนือจุดวิกฤตเป็นตัวกลาง
Biodiesel Production from Sunflower Oil in a Supercritical Ca
rbon Dioxide Medium
มานพ เจริญไชยตระกูล,ชินนทัต สินประเสริฐโชค และ เพ็ญจิตร ศรีนพคุณ
ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์
มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

            การสังเคราะห์ไบโอดีเซลสามารถทำได้โดยใช้น้ำมันพืช หรือไขมันสัตว์มาทำปฏิกิริยา ทรานส์เอสเตอร์ริฟิเคชันกับแอลกอฮอลล์ โดยกระบวนการผลิตสามารถทำได้ 2 วิธีคือ การผลิตด้วยวิธีดั้งเดิมซึ่งมีการเติมตัวเร่งปฏิกิริยาเช่น เบส กรด หรือ ไลเปส ช่วยในการทำปฏิกิริยา ส่วนการผลิตวิธีใหม่จะใช้แอลกอฮอลล์ที่สภาวะเหนือจุดวิกฤต ซึ่งไม่ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา แต่มีข้อเสียคือจะต้องดำเนินการภายใต้อุณหภูมิและความดันที่สูง งานวิจัยนี้จึงสนใจที่จะใช้คาร์บอนไดออกไซด์ที่สภาวะเหนือจุดวิกฤตเป็นตัวกลางในการเกิดปฏิกิริยาแทนเมทานอลที่สภาวะเหนือจุดวิกฤต ทั้งนี้เพราะคาร์บอนไดออกไซด์มีอุณหภูมิวิกฤตและความดันวิกฤตต่ำกว่าเมทานอล (TC = 31oC,PC = 7.38 MPa) ทำให้สามารถลดต้นทุนการผลิตได้ อีกทั้งความอันตรายยังน้อยกว่าอีกด้วย

            จุดประสงค์ของงานวิจัยนี้คือ เพื่อศึกษาหาสภาวะที่เหมาะสมในการผลิตไบโอดีเซลจากน้ำมันทานตะวัน โดยใช้คาร์บอนไดออกไซด์ที่สภาวะเหนือจุดวิกฤตเป็นตัวกลาง และโดยใช้ ของผสมระหว่างเมทานอลและคาร์บอนไดออกไซที่สภาวะเหนือจุดวิกฤต (Supercritical MeOH-CO2 mixture)โดยงานวิจัยในช่วงแรกนี้ ได้ทำการศึกษาผลกระทบของเวลาในการทำปฏิกิริยา อัตราส่วนโดยโมลระหว่างน้ำมันต่อเมทานอล ที่มีผลต่อปริมาณเมทิลเอสเตอร์ในผลิตภัณฑ์ นอกจากนี้ยังได้ทำการทดลองเปรียบเทียบโดยการเติมตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเบส (KOH) ปริมาณต่างๆ ลงในระบบที่ศึกษา โดยผลิตภัณฑ์ที่ได้จะถูกนำไปทดสอบด้วย Gas Chromatography (GC)

            ผลการศึกษาเบื้องต้นพบว่า ในการผลิตไบโอดีเซลโดยใช้คาร์บอนไดออกไซด์ที่สภาวะเหนือจุดวิกฤตเป็นตัวกลาง เมื่อเวลาในการทำปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น ปริมาณเมทิลเอสเตอร์ในผลิตภัณฑ์จะเพิ่มขึ้น โดยเปอร์เซนต์เมทิลเอสเตอร์สูงสุดที่ได้คือ 12.40% เมื่อใช้อัตราส่วนโดยโมลระหว่างน้ำมันต่อเมทานอลเท่ากับ 1:42 เวลาในการทำปฏิกิริยา 60นาที ที่ความดัน 150 บาร์ และอุณหภูมิ 40oC

           จากการศึกษาเบื้องต้นนี้จะเห็นได้ว่า เปอร์เซนต์เมทิลเอสเตอร์ในผลิตภัณฑ์ที่ได้ยังมีค่าต่ำมากในทุกสภาวะที่ทำการทดลอง ทั้งนี้อาจเป็นเพราะคาร์บอนไดออกไซด์ที่สภาวะเหนือจุดวิกฤตไม่ช่วยทำให้เมทานอลและน้ำมันผสมกันได้อย่างที่คาดไว้ ดังนั้นการศึกษาในขั้นต่อไป จะทำการเตรียมของผสมระหว่างเมทานอลและคาร์บอนไดออกไซด์ที่สภาวะเหนือจุดวิกฤต (supercritical mixture of methanol and CO2) และใช้เป็นสารตั้งต้นของปฏิกิริยาแทน

            จากการศึกษาเบื้องต้นนี้จะเห็นได้ว่า เปอร์เซนต์เมทิลเอสเตอร์ในผลิตภัณฑ์ที่ได้ยังมีค่าต่ำมากในทุกสภาวะที่ทำการทดลอง ทั้งนี้อาจเป็นเพราะคาร์บอนไดออกไซด์ที่สภาวะเหนือจุดวิกฤตไม่ช่วยทำให้เมทานอลและน้ำมันผสมกันได้อย่างที่คาดไว้ ดังนั้นการศึกษาในขั้นต่อไป จะทำการเตรียมของผสมระหว่างเมทานอลและคาร์บอนไดออกไซด์ที่สภาวะเหนือจุดวิกฤต (supercritical mixture of methanol and CO2) และใช้เป็นสารตั้งต้นของปฏิกิริยาแทน

ตารางที่1 แสดงปริมาณเปอร์เซนต์เมทิลเอสเตอร์ในผลิตภัณฑ์ ที่เวลาในการทำปฏิกิริยาและเปอร์เซนต์ตัวเร่งปฏิกิริยาต่าง ๆ (กำหนดให้ อัตราส่วนโดยโมลระหว่างน้ำมันต่อเมทานอล =1:42, อุณหภูมิ = 40oC, ความดัน = 150 บาร์)

ตารางที่2 แสดงปริมาณเปอร์เซนต์เมทิลเอสเตอร์ในผลิตภัณฑ์ ที่อัตราส่วนโดยโมลระหว่างน้ำมันต่อเมทานอลต่าง ๆ (กำหนดให้ อุณหภูมิ = 40oC, ความดัน = 150 บาร์, เวลาในการทำปฏิกิริยา = 60 นาที)