ชนิตพล

ผู้เขียน : ชนิตพล

อัพเดท: 18 เม.ย. 2010 12.15 น. บทความนี้มีผู้ชม: 231293 ครั้ง

E THANOL ……….energy of THAILAND

Biofuels:….เป็นแหล่งพลังงานที่มนุษย์สามารถผลิตขึ้นมา….แล้วใช้ไป….และผลิตขึ้นมาใหม่ เป็นวัฏจักรที่ไม่มีวันสิ้นสุด…เปรียบเสมือนเป็น…renewable or sustainable energy…biofuels ….ที่ใช้กันอย่างกว้างขวางคือ…..biodiesel…ethanol


(Process of Production ) ETHANOL.....energy of THAILAND

ตอนที่ 5

 

         2.3 กระบวนการผลิตเอทานอล ( Process of Production )

            ตามที่ได้กล่าวมาแล้วว่าในการผลิตไบโอเอทานอล วัตถุดิบที่ใช้ในการผลิต นั้นได้จากพืช 2 กลุ่ม คือ 1. กลุ่มที่มีสารประกอบของ น้ำตาล และแป้ง เช่น อ้อย  บีทรูท* (beetroot) ข้าวฟ่างหวาน** (sweet  sorghum) ข้าวฟ่าง ข้าวโพด และมันสำปะหลัง   2. จำพวกเซลลูโลส หรือ ลิกโนเซลลูโลส (Lignocellulosic Material)  เป็นเศษเหลือใช้จากการทำสวน ทำไร่ ทำนาข้าว และ สิ่งที่เหลือจาก อุตสาหกรรมแปรรูปที่ใช้พืชผลทางการเกษตร  เช่น ต้นปาล์ม  เส้นใยปาล์ม ทะลายปาล์ม ฟางข้าว ชานอ้อย ซังข้าวโพด  เศษไม้ เศษกระดาษ ขี้เลื่อย และวัชพืช เป็นต้น   การใช้วัตถุดิบทั้ง 2  กลุ่มนี้จะแตกต่างกันเฉพาะขั้นตอนการเตรียม และการย่อยสลายทั้งแป้งและเซลลูโลสให้เป็นน้ำตาล กลูโคส (Glucose) ก่อน แล้วจึงจะเข้าสู่กระบวนการเดียวกันคือ การหมักน้ำตาลให้เป็น แอลกอฮอล์ ต่อไป     กระบวนการผลิต แบ่งเป็น 3 ขั้นตอนดังนี้          

                                                                                                                                                                                

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 *บีทรูท (beetroot)  หรือเรียกว่า ผักกาดแดง  ผักกาดฝรั่ง  มีชื่อทางวิทยาศาสตร์ Beta vulgaris  L.  , อยู่ในวงศ์  :  Chenopodiaceae  , มีชื่อสามัญว่า  :  Chard, Beetroot, Sugarbeet, Mangel-wurzel ….บางครั้งเรียกว่า เบบี้แครอท เป็นพืชที่มีหัวอยู่ใต้ดินมีขนาดเล็กทรงกลมใช้สะสมอาหาร มีเปลือกสีเข้มจนดำ มีเนื้อสีม่วงแดงเข้ม ฉ่ำน้ำ และสีจะติดมือ มีถิ่นกำเนิดอยู่ในแถบเมดิเตอร์เรเนียนและภาคเหนือของทวีปแอฟริกา     ปัจจุบันมีการปรับปรุงพันธุ์ เพื่อใช้เป็นอาหารของมนุษย์และสัตว์ สามารถปลูกได้ผลผลิตดีทางภาคเหนือของไทย … บีทรูทจัดเป็นผักเพื่อสุขภาพเพราะว่าที่รากอุดมด้วยสารอาหารทั้งแร่ธาตุและวิตามิน หลายชนิด เช่น เหล็ก  ฟอสฟอรัส โพแทสเซียม  แคลเซียม โซเดียม  วิตามินซี วิตามินเอ บี 1 บี 2 …..ในเนื้อบีทรูทสุก 100 g ให้พลังงาน 27 Kcal  โซเดียม 241 mg คาร์โบไฮเดรต 5.5 g  เส้นใย 2.9 g โปรตีน 2.6 g โพแทสเซียม 909 mg และน้ำตาล 0.6 g…..บางสายพันธุ์ใช้เป็นอาหารสัตว์และใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตน้ำตาล (sugar beet) เพราะมีปริมาณน้ำตาลสูงถึง 15-20 % wt                                                                                                                     

 **ข้าวฟ่างหวาน (sweet sorghum /sorgo ) มีชื่อทางวิทยาศาสตร์:  Sorghum bicolor (L.)Moench  มีลำต้นสูงเกินกว่า 2 เมตรและมี ช่อดอกหลวม มีเมล็ดไม่ มากนัก มีกาบหุ้มเหนียวทำให้กะเทาะเมล็ดออกยากกว่าข้าวฟ่างทั่วไป  ลำต้นและใบใช้ทำเป็นอาหารสัตว์  มีน้ำหวานคล้ายอ้อย ปัจจุบันเกษตรกรในหลายประเทศหันมาปลูกข้าวฟ่างหวานกันเป็นจำนวนมาก  เพื่อใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตเป็น น้ำเชื่อม น้ำตาล และใช้หมักเป็นแอลกอฮอล์ ส่วนกากที่เหลือใช้เป็นอาหารสัตว์ได้                     

1.)  ขั้นตอนการเตรียมวัตถุดิบ (Preparation of Feedstock) ซึ่งถ้าเป็นประเภทแป้งหรือเซลลูโลสนั้น จะต้องนำไปผ่านกระบวนการย่อยแป้งหรือเซลลูโลสให้เป็นน้ำตาลก่อน ด้วยการใช้กรดหรือเอนไซม์และปรับความเข้มข้น ความเป็นกรด-ด่าง (ค่าpH) และควบคุมอุณหภูมิให้เหมาะสม  จึงจะพร้อมที่จะนำไปหมักได้     ในปัจจุบันประเทศไทยเรามีวัตถุดิบที่เหมาะสม มีปริมาณมาก และคุ้มค่ากับการลงทุน ได้แก่ น้ำอ้อยสด กากน้ำตาล  และมันสำปะหลัง ทั้งแบบเส้นและหัวมันสด ส่วนการใช้เซลลูโลสยังอยู่ในระหว่างการวิจัยและพัฒนาในเชิงการค้าอยู่ ( พร้อมๆกับทางประเทศ จีน สหรัฐอเมริกา และแคนาดา)                          

 

 

 90275_Picture25.png

รูปที่
4  แสดงกระบวนการเตรียมมันสำปะหลังสด/เส้น

                                                                                                                                                                        

                                                                                                                                                                           

           ในกระบวนการผลิตเอทานอลประเภท ไบโอเอทานอล  การเตรียมวัตถุดิบจำพวกน้ำตาล ได้แก่   น้ำอ้อยสด กากน้ำตาล  ก่อนเข้ากระบวนการหมัก  ที่สามารถใช้เชื้อจุลินทรีย์ (yeast) ได้โดยตรง และการจัดเตรียมได้ง่ายและรวดเร็ว  โดยนำมาปรับความเข้มข้นของปริมาณน้ำตาลด้วยน้ำสะอาด ปรับสภาพ ความเป็นกรด–ด่าง และควบคุมอุณหภูมิให้เหมาะสม ก่อนที่จะส่งเข้ากระบวนการหมัก  ส่วนวัตถุดิบจำพวกแป้งนั้น    ส่วนมากจะเป็น หัวมันสำปะหลังหรือมันเส้น (ประเทศแถบยุโรป  สหรัฐอเมริกา และจีนตอนเหนือ ใช้ ข้าวโพด) แลจะต้องนำไปผ่านกระบวนการย่อยให้เป็นน้ำตาลด้วยการใช้กรด (Acid Hydrolysis)หรือ   เอนไซม์(Enzymatic Hydrolysis) เพื่อทำให้อยู่ในน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว (ในรูปของกลูโคส) และปรับสภาพให้เหมาะสม (ตามสมการที่แสดงในรูปที่ 3 ) ก่อนที่จะส่งเข้าสู่กระบวนการหมัก….ตามรูปที่ 4 แสดง กระบวนการเตรียมมันสำปะหลัง แบบแห้ง / หัวมันสด ก่อนเข้ากระบวนการย่อยแป้ง                                       
           ในปัจจุบันการผลิตในเชิงการค้า จะต้องมีการลดต้นทุนในการผลิต  มีความสะดวกในการใช้ และรวดเร็ว
จึงนิยมใช้ เอนไซม์* ในการย่อยแป้ง  เพื่อเป็นการรักษาเครื่องมือและเครื่องจักรของกระบวนการผลิต (ใช้กรดจะเกิดการกัดกร่อนของเครื่องจักรและอุปกรณ์ได้ง่าย)  และเป็นการช่วยอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม เอนไซม์ที่ใช้ในการย่อยแป้งในมันสำปะหลังมี 2 ชนิดได้แก่ แอลฟา – อะไมเลส (α – Amylase) ในขั้นตอนที่เรียกว่า liquefaction และกลูโค - อะไมเลส หรือเบต้า – อะไมเลส (Gluco amylase หรือ β - Amylase) ในขั้นตอนที่เรียกว่า saccharification……ตามที่แสดงในรูปที่ 5 เมื่อได้น้ำแป้งที่ปรับสภาพแล้ว (slurry)….จะถูกส่งเข้ากระบวนการย่อยโดยต้มให้สุกก่อน แล้วย่อยให้เป็นแป้งที่โมเลกุลเล็กลงก่อนที่ จะนำมาย่อยจากแป้งให้เป็นน้ำตาล เพื่อข้ากระบวนการหมักต่อไป                                                                                      
           ในขั้นตอนของ
liquefaction น้ำแป้งจะถูกย่อยด้วย alpha-amylase enzyme  รียกน้ำแป้งว่า...“mash”…และต้องส่งเข้ากระบวนการต้มให้สุกโดยหม้อต้ม (cookers) ที่มีความร้อนสูงถึง 120-140 องศาเซลเซียส และลดความร้อนลงมาที่ 95 องศาเซลเซียส ทำให้แป้งย่อยสลายได้เร็วขึ้นและเป็นการลดปริมาณแบคทีเรียใน mash ส่วนในขั้นของ Sacchairification…..mash จาก cookers จะถูกทำให้เย็นลง และเติมด้วย gluco-amylaseในถังย่อยแป้งทั้งหมดให้เป็นน้ำตาล(fermentable sugars dextrose)ที่พร้อมเข้ากระบวนการหมัก          

                                                                                                                                                                                

                                                                                                                                                                               

                                                                                                                                                                                

                                                                                                                                                                   

                                                                                                                                                                                         

                                                                                                                                                                                  

                                                                                                                                                                             

                                                                                                                                                                              

                                                                                                                                                                              

                                                                                                                                                                                   

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

*เอนไซม์ (enzyme) เป็นโปรตีนที่ช่วยเร่งปฏิกิริยาทางเคมีในสิ่งมีชีวิต เป็นการลดพลังงานกระตุ้น (Activation  energy)    คือ  พลังงานจำนวนน้อยที่สุดที่ทำให้อนุภาคของสารตั้งต้นเกิดปฏิกิริยาเคมีได้  มีหน่วยเป็น kJ/mol  หรือ  kcal/mol ) ของปฏิกิริยา เอนไซม์แบ่งไปตามชนิดของสารตั้งต้นที่ใช้ทำปฏิกิริยาเคมี ทำให้ได้สารที่ถูกแปรสภาพเกิดได้เร็วขึ้นและสามารถใช้ประโยชน์จากปฏิกิริยาเคมีได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ                                                                                                    
การเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์                                                                                                                                                          
ให้ - E   เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (เอนไซม์) และ – S=  substrate หรือ สารตั้งต้น และ P=Product  หรือ สารที่ถูกแปรสภาพ         
                                                            
E + S      à     ES (สารเชิงซ้อน)    à   E + P       




                                                                                                                                                                                                                                      

90275_Picture26.png

                        

                                                                                            รูปที่
5  แสดงกระบวนการย่อยแป้งด้วยเอนไซม์

 


บทความนี้เกิดจากการเขียนและส่งขึ้นมาสู่ระบบแบบอัตโนมัติ สมาคมฯไม่รับผิดชอบต่อบทความหรือข้อความใดๆ ทั้งสิ้น เพราะไม่สามารถระบุได้ว่าเป็นความจริงหรือไม่ ผู้อ่านจึงควรใช้วิจารณญาณในการกลั่นกรอง และหากท่านพบเห็นข้อความใดที่ขัดต่อกฎหมายและศีลธรรม หรือทำให้เกิดความเสียหาย หรือละเมิดสิทธิใดๆ กรุณาแจ้งมาที่ ht.ro.apt@ecivres-bew เพื่อทีมงานจะได้ดำเนินการลบออกจากระบบในทันที