การผลิตไบโอดีเซลโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเถ้าเปลือกหอย บนตัวรองรับซิลิกาเถ้าแกลบข้าว

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธุ์จากเถ้าเปลือกหอยขม (River Snail Shell Ash: RSSA) ที่มีการใช้วัสดุรองรับจากเถ้าแกลบข้าว (Rice Husk Ash: RHA) โดยในการศึกษาได้ทำการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาและวัสดุรองรับด้วยการนำไปเผาแคลไซน์ที่อุณหภูมิสูง 900 °C เป็นเวลา 4 h ก่อนทำการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาบนตัวรองรับ (RSSA/RHA) ด้วยวิธีการเคลือบฝังแบบเปียก (Wet impregnation) ซึ่งมีการศึกษาอัตราการผสมของ RSSA:RHA ที่ 30:70 50:50 และ 70:30 จากนั้นนำตัวเร่งปฏิกิริยาที่ได้ไปใช้ในกระบวนการผลิตไบโอดีเซลจากน้ำมันพืชใช้แล้วที่มีการศึกษาเงื่อนไขที่เหมาะสมในการผลิต ได้แก่ อัตราส่วนโมลเมทานอลต่อน้ำมัน 3:1-9:1 ปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยา 1-3%wt ระยะเวลาการผลิต 1-2 h ภายใต้การทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ 60-65 °C และมีการกวนผสมสารอย่างต่อเนื่อง 300-500 rpm ผลจากการวิเคราะห์ค่าคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพของเถ้าหอยขมบนวัสดุรองรับเถ้าแกลบข้าวด้วยเทคนิค XRF และ SEM พบว่าอัตราส่วนของตัวเร่งปฏิกิริยา RSSA:RHA ที่ 70:30 มีปริมาณ CaO และ SiO2 สูงถึง 71.96 และ 13.77%wt ตามลำดับ และมีอนุภาคที่มีพื้นผิวขรุขระ ขนาดเล็กในระดับไมครอน มีหลากหลายรูปทรง เช่น แบบทรงกลม หรือมีบางส่วนเกาะกลุ่มกันเป็นก้อน ซึ่งเมื่อนำไปผลิตไบโอดีเซลสามารถทำให้เกิดผลผลิตสูงถึง 94.16%wt ที่อัตราส่วนโมลของเมทานอลต่อน้ำมัน 3:1 ปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยา 1%wt และระยะเวลาการทำปฏิกิริยา 2 h โดยไบโอดีเซลที่ผลิตได้มีค่าคุณสมบัติอยู่ในช่วงมาตรฐานตามกรมธุรกิจพลังงานกำหนด ได้แก่ ค่า pH เท่ากับ 7, ค่าความเป็นกรด 0.365 mg KOH/g oil, ความหนาแน่น 880 kg/m3, ความหนืด 4.759 cSt, จุดวาบไฟ 176 ºC, จุดติดไฟ 186 ºC, จุดขุ่น 10 ºC และจุดไหลเท 7 ºC จากนั้นเมื่อทำการขยายการผลิตไปสู่ระดับเครื่องต้นแบบและนำไบโอดีเซลที่ได้ไปทดสอบการใช้งานในเครื่องยนต์ดีเซลฃขนาดเล็กด้วยความเร็วรอบเครื่องยนต์ 900-2,200 rpm พบว่าค่าแรงบิด กำลังเบรก อัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง อัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำเพาะ อัตราการสิ้นเปลืองพลังงานจำเพาะ และประสิทธิภาพความร้อนเบรกที่เกิดขึ้น มีค่า 0.903-1.523 kg/h, 9.72-13.84 Nm, 0.854-2.781 kW, 0.46-1.30 kg/kWh, 18.95-53.28 MJ/kWh และ 6.76-19.00% ตามลำดับ ซึ่งมีแนวโน้มสัมพันธ์กับรอบของเครื่องยนต์เป็นไปในลักษณะเดียวกับการใช้ไบโอดีเซลลูกผสมและน้ำมันดีเซลฐานที่มีขายตามท้องตลาด เนื่องจากน้ำมันที่ผลิตได้มีค่าความร้อนสูง 41.09 MJ/kg และจากการวิเคราะห์ค่าทางเศรษฐศาสตร์พบว่าไบโอดีเซลที่ผลิตได้จากการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาทางธรรมชาติ 70%wt RSSA/RHA มีต้นทุนการผลิตเท่ากับ 25.99 Baht/L ซึ่งถือเป็นต้นทุนการผลิตไบโอดีเซลในระดับต่ำ จึงเห็นได้ว่าการผลิตไบโอดีเซลจากการใช้วัสดุทางธรรมชาติที่สังเคราะห์ขึ้นได้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถลดต้นทุนการผลิต อีกทั้งยังลดการใช้สารเคมีและลดการก่อเกิดน้ำเสียในกระบวนการผลิตไบโอดีเซลได้อีกด้วย