Technology

Energy

เชื้อเพลิงสะอาดทางเลือก

หรือเชื้อเพลิงสังเคราะห์ อาจยังไม่

เป็นที่รู้จักนักสำหรับคนไทย แต่จริงๆ

แล้วเชื้อเพลิงเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของ

ชีวิตประจำวันของเรา เช่น เมทานอล

ไดเมทิลอีเทอร์ น้ำมันเบนซินสังเคราะห์

น้ำมันดีเซลสังเคราะห์ เป็นต้น เชื้อเพลิง

สังเคราะห์เป็นเชื้อเพลิงที่ผลิตจากก๊าซ

สังเคราะห์ (ก๊าซผสมระหว่างก๊าซคาร์บอน-

มอนอกไซด์และก๊าซไฮโดรเจน) โดยวัตถุดิบ

ที่ใช้ในการผลิตก๊าซสังเคราะห์ที่ได้รับความ

สนใจในปัจจุบันคือ ชีวมวล เช่น แกลบ ซังข้าวโพด กะลาปาล์ม

เศษไม้ เป็นต้น ซึ่งมีอยู่มากโดยเฉพาะประเทศกสิกรรมอย่าง

ประเทศไทย โดยนำชีวมวลมาผ่านกระบวนการแกสิฟิเคชัน ใน

เครื่องแกสิไฟเออร์ เพื่อเปลี่ยนชีวมวลเป็นก๊าซสังเคราะห์ แล้วนำ

มาใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์ ผ่านกระบวน

การฟิชเชอร์-โทรปช์ (fischer-tropsch) เพื่อเปลี่ยนโมเลกุลของ

ก๊าซสังเคราะห์ให้เป็นเชื้อเพลิงสังเคราะห์ต่าง ๆ

เมื่อเรานำเชื้อเพลิงสังเคราะห์ไปใช้ เช่น นำน้ำมันดีเซล

สังเคราะห์ไปใช้ในรถยนต์ เมื่อเกิดการเผาไหม้ก็จะก่อให้เกิดก๊าซ

คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ซึ่งน้ำก็จะก่อให้เกิดฝน ส่วนก๊าซ

คาร์บอนไดออกไซด์จะลอยสู่ชั้นบรรยากาศ และถูกพืช และ

เมทานอลได้รับการพัฒนาและนำมาประยุกต์ใช้

เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงขนาดเล็ก

เช่น ในคอมพิวเตอร์แบบพกพา และรถมอเตอร์ไซด์

ขนาดเล็ก

เทคโนโลยีGTL เพื่อการผลิตเชื้อเพลิงสะอาด

ต้นไม้นำมาใช้ในการเจริญเติบโตเป็นวัฏจักร ดังนั้น

อาจกล่าวได้ว่าเชื้อเพลิงสังเคราะห์เหล่านี้เป็นพลัง-

งานหมุนเวียนที่ยังยืน และไม่มีวันหมดไปนั่นเอง

ดังแสดงในรูปที่ 1

095June-July 2008, No.199

ประเสริฐ เรียบร้อยเจริญ ภาควิชาเคมีเทคนิค คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

E-mail: prasert.r@chula.ac.th

ปริมาณสาร ประกอบอะโรมาติกต่ำ มีเขม่าน้อย เป็นต้น และมี

การคาดการณ์ว่าในอีกไม่เกิน 50 ปีข้างหน้า น้ำมันสังเคราะห์จะ

เป็นสิ่งสำคัญที่จะมาทดแทนน้ำมันปิโตรเลียม

รูปที่ 2 เทคโนโลยี GTL (Gas-to-Liquid Technology) เพื่อการผลิตเชื้อเพลิง

สังเคราะห์

น้ำมันสังเคราะห์ ผลิตได้อย่างไร? ในปัจจุบันเมื่อกล่าวถึงเชื้อเพลิงสังเคราะห์

นั้น โดยส่วนใหญ่จะนึกถึง น้ำมันก๊าซโซลีน น้ำมัน

ดีเซลที่ได้จากกระบวนการฟิชเชอร์-โทรปช์ เมทา-

นอล ดีเอ็มอี (ไดเมทิลอีเทอร์) หรือก๊าซธรรมชาติ

สังเคราะห์ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นสารประกอบไฮโดร-

คาร์บอน เป็นต้น โดยการนำชีวมวล เช่น แกลบ

ซังข้าวโพด กะลาปาล์ม ต้นปาล์ม ทรายปาล์ม

หรือซากพืชชนิดอื่น ๆ มาใช้เป็นสารตั้งต้นในการ

ผลิตก๊าซสังเคราะห์ผ่านกระบวนการแกสิฟิเคชัน

และกระบวนการการเปลี่ยนแปลงทางเคมี โดยจะ

ทำให้โมเลกุลของก๊าซสังเคราะห์เปลี่ยนเป็นเชื้อ

เพลิงสังเคราะห์ ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงสะอาดและยั่งยืน

แตกต่างจากเชื้อเพลิงที่ได้จากน้ำมันดิบที่นับวัน

จะยิ่งลดน้อยลง และมีราคาที่สูงขึ้น เชื้อเพลิง

หรือน้ำมันสังเคราะห์เหล่านี้ สามารถนำมาใช้ทดแทน

น้ำมันปิโตรเลียมได้ โดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลง

โครงสร้างพื้นฐาน ทั้งยังก่อให้เกิดมลพิษจากการ

ใช้งานอีกด้วย เนื่องจากปราศจากกำมะถัน มี

ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

ไอเสียรถยนต์

น้ำมันดีเซล น้ำมันก๊าซโซลีน

เมทานอล ไดเมทิลอีเทอร์

การผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์

น้ำ เชื้อเพลิงสังเคราะห์

ก๊าซสังเคราะห์

ก๊าซสังเคราะห์ แกสิไฟเออร์

ชีวมวล

น้ำมันสังเคราะห์ เช่น น้ำมันก๊าซโซลีน น้ำมันดีเซล น้ำมันก๊าด

น้ำมันหล่อลื่น

LPG Diesel

Turbine

Biomass Syngas Product

Fischer- Tropsch synthesis

Methanol synthesis

DME synthesis

Hydro- cracking

Wax

Methanol

Dimethyl Ether

Gasoline Kerosene Naphtha LPG Lubricant

Petrochemical Biodiesel

Fuel (DMFC)

เทคโนโลยี GTL

ชีวมวล กระบวนการ

ผลิตก๊าซ สังเคราะห์

ก๊าซสังเคราะห์ น้ำมันสังเคราะห์ดิบ

กระบวนการ ฟิชเชอร์- โทรปช์

กระบวนการ แตกตัวเพื่อ ผลิตน้ำมัน

รูปที่ 1 วัฏจักรชีวิตของเชื้อเพลิงสังเคราะห์ที่ยั่งยืนจากชีวมวล

Technology Energy

Technology Promotion Mag.096

กระบวนการฟิชเชอร์-โทรปช์ เป็นกระบวนการความร้อน

ทางเคมีที่เปลี่ยนก๊าซสังเคราะห์เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอน

ดังแสดงในสมการ ค้นพบครั้งแรกในประเทศเยอรมัน ในปี พ.ศ.

2463 โดยมุ่งเน้นที่การผลิตสารประกอบโฮโดรคาร์บอน ที่มี

คาร์บอนอะตอม ระหว่าง 10 – 23 คาร์บอนอะตอม ผลิตภัณฑ์

นั้นจะเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนผสม ซึ่งขึ้นอยู่กับภาวะใน

การสังเคราะห์ ชนิดของตัวเร่งปฏิกิริยา (โคบอลท์ หรือเหล็ก) และ

องค์ประกอบของก๊าซสังเคราะห์ เป็นต้น สารประกอบโฮโดรคาร์บอน

ที่ได้จากกระบวนการจะผ่านกระบวนการปรับปรุงคุณภาพและ

การแยกต่าง ๆ ก่อนนำไปใช้งาน เช่น กระบวนการแตกตัวด้วย

ไฮโดรเจน การกลั่น เป็นต้น

CO + 2H2 ↔ - CH2 -+H2O ∆H = -162.0 kJ/mol

เชื้อเพลิงสังเคราะห์ใช้ได้เช่นเดียวกับเชื้อเพลิงที่ได้จาก

น้ำมันดิบ ตัวอย่างเช่น น้ำมันดีเซลสังเคราะห์สามารถนำมาใช้

เป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์ หรือนำมาผสมกับนำมันดีเซลปกติ ใช้เพื่อ

เพิ่มคุณภาพต่าง ๆ ของน้ำมันปิโตรเลียม เช่น เพิ่มประสิทธิภาพ

ในการเผาไหม้ เพิ่มกำลังของรถยนต์ อีกทั้งลดมลพิษต่าง ๆ เช่น

ลดเขม่า ลดควันขาว และลดก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ เป็นต้น

ตัวอย่างน้ำมันดีเซลสังเคราะห์ที่มีขายในท้องตลาด คือ เชลล์

เพียวร่าดีเซล ซึ่งเป็นน้ำมันดีเซลมที่ได้จากปิโตรเลียมผสมกับ

น้ำมันดีเซลสังเคราะห์ ซึ่งมีราคาแพงกว่าน้ำมันดีเซลจากปิโตรเลียม

1.50 บาทต่อลิตร ซึ่งถือว่าไม่แพงเลยเมื่อคุณภาพของน้ำมันและ

สิ่งแวดล้อมดีขึ้น

รูปที่ 3 เชลล์เพียวร่าดีเซล (น้ำมันดีเซลสังเคราะห์ผสม)

ที่มา: http://www.shell.com/home/content2/thailandth/shell_for_motorists/

fuels/pura_diesel_1202.html)

ประเทศที่ผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์ ประเทศแอฟริกาใต้ และประเทศมาเลเซีย เป็นประเทศที่

มีการผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์ในเชิงอุตสาหกรรม โดยบริษัทซาซอล

(Sasol) ได้ดำเนินการผลิตน้ำมันดีเซลสังเคราะห์

จากถ่านหิน โดยมีเริ่มต้นเทคโนโลยีจากเครื่อง

ปฏิกรณ์เบดนิ่ง ที่มีกำลังในการผลิต 300 ถึง 4,500

บาร์เรลต่อวัน และเครื่องปฏิกรณ์ของเหลวผสม

แขวนลอยในปัจจุบัน ที่กำลังผลิต 20,000 บาร์เรล

ต่อวัน ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาทั้ง 2 ชนิด

บริษัท เชลล์ (ประเทศมาเลเซีย) ได้ดำเนิน

การผลิตน้ำมันดีเซลสังเคราะห์ ด้วยเครื่องปฏิกรณ์

เบดนิ่งที่กำลังในการผลิต 12,500 บาร์เรลต่อวัน

ภายใต้ชื่อ เชลล์ เอ็มดีเอส และขายภายใต้ชื่อ

ทางการค้า เพียวร่าดีเซล ในประเทศญี่ปุ่นนั้นได้มี

การสร้างโรงงานต้นแบบขนาดเล็ก และทดสอบ

การผลิตที่ จังหวัดฮอกไกโด และในอนาคตอันใกล้

นี้ จะมีโรงงานต้นแบบสำหรับการผลิตน้ำมัน

สังเคราะห์ ที่มีกำลังในการผลิต 500 บาร์เรลต่อวัน

ในจังหวัดนิงาตะ ซึ่งเป็นโรงงานที่เกิดจากความ

ร่วมมือของบริษัทยักษ์ใหญ่ 6 แห่งของญี่ปุ่น และ

ใช้เงินลงทุนถึง 3.6 หมื่นล้านเยน

รูปที่ 4 โรงงานผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์ บริษัท ซาซอล (Sasol)

ประเทศแอฟริกาใต้

ที่มา: www.emersonprocess.com

Technology Energy

097June-July 2008, No.199

รูปที่ 5 โรงงานผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์ SMDS บริษัท เชลล์

ประเทศมาเลเซีย

ที่มา: www.bda.gov.my

รูปที่ 6 โรงงานต้นแบบการผลิตเชื้อเพลิงเหลวจากก๊าซธรรมชาติ

ณ เกาะฮอกไกโด ประเทศ ญี่ปุ่น

ที่มา: http://www3.u-toyama.ac.jp/tsubaki/japanese.html

เมทานอลกับพลังงานทางเลือก เมทานอล เป็นแอลกอฮอล์ที่มีขนาดเล็ก

ที่สุด มีสูตรโครงสร้างทางเคมี คือ CH3OH มี

สถานะเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง เป็นสารเคมี

พื้นฐานที่สำคัญในอุตสาหกรรมเคมีต่าง ๆ มีเปลว

ไฟสีฟ้าเมื่อเกิดการเผาไหม้ โดยเกิดการเผาไหม้ได้

อย่างสมบูรณ์โดยไม่มีเขม่า สามารถใช้เป็นเชื้อ

เพลิงได้ทั้งการใช้ทางตรงและทางอ้อม สำหรับการ

ใช้ทางตรงนั้น คือ การใช้เป็นเชื้อเพลิงในตะเกียง

หรือในเครื่องยนต์ออตโต (otto engine) หรือ

เครื่องยนต์ดีเซล แต่ไม่ค่อยเป็นที่นิยมเนื่องจากมี

พิษต่อร่างกาย ซึ่งทำให้ตาบอดและเสียชีวิตได้

อย่างไรก็ตามได้มีการนำเมทานอลมาใช้

ทางอ้อม โดยการพัฒนาและนำมาประยุกต์ใช้เป็น

เชื้อเพลิงสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงขนาดเล็ก เช่น ใน

คอมพิวเตอร์แบบพกพา และรถมอเตอร์ไซด์ขนาด

เล็ก เป็นต้น นอกจากนั้นในปัจจุบันการขาดแคลน

น้ำมันเชื้อเพลิงโดยเฉพาะอย่างยิ่งน้ำมันดีเซลนั้น เมทานอลเป็น

สารตั้งต้นที่สำคัญสำหรับการผลิตไบโอดีเซลอีกด้วย รัฐบาลได้

ส่งเสริมให้ภาคเอกชนผลิตไบโอดีเซลเพื่อลดการนำเข้าน้ำมันดีเซล

ไบโอดีเซลได้จากการทำปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน (trans-

esterification) ของน้ำมันพืช หรือน้ำมันสัตว์กับแอลกอฮอล์ เช่น

เมทานอล เอทานอล เป็นต้น

เป็นที่รู้กันดีว่าในบรรดาแอลกอฮอล์ชนิดต่าง ๆ นั้นเมทานอล

เป็นสารตั้งต้นที่ดีที่สุด โดยในกระบวนการผลิตไบโอดีเซลจะใช้

เมทานอลต่อน้ำมันในอัตราส่วนร้อยละ 15 นอกจากนั้นเมทานอล

ยังสามารถนำมาใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตก๊าซโซลีน ผ่านกระ-

บวนการ MTG (Methanol to Gasoline) ได้อีกด้วยด้วย จะเห็นว่า

ความต้องการเมทานอลนั้นเพิ่มสูงขึ้นอย่างรวดเร็วแต่ในปัจจุบัน

สำหรับประเทศไทยนั้น ประเทศไทยยังไม่สามารถผลิตเมทานอล

ได้เอง จึงต้องพึ่งพาการนำเข้าจากต่างประเทศ ทำให้ต้องสูญเสีย

เงินตราต่างประเทศอย่างมาก ตามปริมาณความต้องการที่เพิ่ม

ขึ้น

กระบวนการผลิตเมทานอล ในอดีตเมทานอลเป็นผลิตภัณฑ์พลอยได้ที่เกิดจากการ

กลั่นไม้ (wood spirit) ซึ่งมีปริมาณน้อยมากไม่สามารถผลิตในเชิง

อุตสาหกรรมได้ หลังจากนั้นการผลิตเมทานอลในอุตสาหกรรม

เริ่มต้นในประเทศ เยอรมัน โดยบริษัท บาฟ (BASF) ซึ่งใช้ก๊าซ

สังเคราะห์เป็นสารตั้นต้น ทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ 320-380 °C

และความดัน 350 bar ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโครเมียมออกไซด์ ซิงค์

ออกไซด์ ซึ่งรู้จักกันดีในชื่อ กระบวนการความดันสูง แต่ในปัจจุบัน

Technology Energy

Technology Promotion Mag.098

การผลิตในอุตสาหกรรมนั้นจะใช้เทคโนโลยีของบริษัท ไอซีไอ

(ICI) ซึ่งเป็นกระบวนการความดันต่ำ ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาคอปเปอร์

ซิงค์ออกไซด์ ที่ความดัน 50-80 bar และอุณหภูมิ 250-280 °C

เมทานอลสามารถผลิตได้จากกระบวนการเคมีความร้อน

โดยอาศัยการทำปฏิกิริยาระหว่างคาร์บอนมอนอกไซด์ และ

ไฮโดรเจน ซึ่งรู้จักกันดีในชื่อ ก๊าซสังเคราะห์ ในอัตราส่วนที่

เหมาะสม (CO:H2 = 1:2) ดังแสดงในปฏิกิริยา โดยมีก๊าซ

คาร์บอนไดออกไซด์ปนอยู่ในปริมาณเล็กน้อยประมาณร้อยละ 5 ที่

อุณหภูมิประมาณ 250-280 °C และความดัน 60-80 บรรยากาศ

โดยอาศัยตัวเร่งปฏิกิริยาออกไซด์ของทองแดงและสังกะสี โดย

อาจมีออกไซด์ของโลหะอื่น ๆ ผสมอยู่ในปริมาณเล็กน้อยเพื่อ

เพิ่มความเสถียรภาพของตัวเร่งปฏิกิริยา

CO + H2O ↔ CO2 + H2

CO2 + 3H2 ↔ CH3 OH + H2O

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

CO + 2H2 ↔ CH3 OH ∆H = -90.8 kJ/mol CH3OH

กระบวนการที่ได้รับความสนใจอีกกระบวนการหนึ่งคือ

การผลิตเมทานอลจากก๊าซผสมระหว่างก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

และก๊าซไฮโดรเจน ในเครื่องปฏิกรณ์เบดนิ่ง ที่อุณหภูมิ 260 ํC

ความดัน 80 bar ซึ่งมีข้อดีคือ สามารถผลภาวะเรือนกระจกที่

เกิดจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่

สูงกว่าการใช้ก๊าซสังเคราะห์ โดยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ใช้

นั้นสามารถหาได้ง่าย เช่น ในบรรยากาศ จากก๊าซที่ปล่อยจาก

โรงไฟฟ้า เป็นต้น อย่างไรก็จากปฏิกิริยา จะมีน้ำเกิดเป็นผลิตภัณฑ์

ด้วยทำให้ผลิตภัณฑ์เมทานอลที่มีความบริสุทธิ์ต่ำกว่าการใช้

ก๊าซสังเคราะห์เป็นสารตั้งต้น และน้ำที่เกิดขึ้นทำให้ความเสถียร

ของตัวเร่งปฏิกิริยาลดลงอีกด้วย

CO2 + 3H2 ↔ CH3 OH +H2O ∆H = -49.6 kJ/mol CH3OH

นอกจากนี้ยังได้มีการพัฒนากระบวนการสังเคราะห์

เมทานอลด้วยกระบวนการอื่น ๆ อีกหลากหลายกระบวนการ ซึ่ง

เป็นเพียงการทดลองในห้องปฏิบัติการ เช่น การผลิตเมทานอลด้วย

ตัวเร่งปฏิกิริยาอัลคอกไซด์ (RONa) ซึ่งเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเอก-

พันธ์ ร่วมกับตัวเร่งปฏิกิริยาออกไซด์ของทองแดง

ซึ่งเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธ์ ภายใต้ภาวะการเกิด

ปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ 100 °C และความดัน 10

บรรยากาศ เป็นอีกกระบวนการหนึ่งที่ได้รับความ

สนใจอย่างมาก เนื่องจากอุณหภูมิและความดันที่

ต่ำ มีค่าการเปลี่ยนของก๊าซสังเคราะห์สูงถึงร้อยละ

90 และค่าการเลือกเกิดเมทานอลสูงถึงร้อยละ 99

แต่มีข้อเสียก๊าซสังเคราะห์ที่ใช้จะต้องมีความบริสุทธิ์

สูง (ทำให้มีต้นทุนในการผลิตสูงมาก) กล่าวคือต้อง

ไม่มีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ปนเปื้อน เนื่องจากจะ

ทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็ว อีก

ทั้งตัวเร่งปฏิกิริยายังว่องไวต่อน้ำที่อาจเกิดขึ้นได้

จากปฏิกิริยาวอเตอร์ก๊าซชิฟ ทำให้กระบวนการนี้

ยังไม่สามารถพัฒนาสู่การผลิตในขนาดอุตสาหกรรม

ได้

CO + CH3OH ↔ HCOOCH3

HCOOCH3 + 2H2 ↔ 2CH3 OH

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

CO + 2H2 ↔ CH3 OH ∆H = -90.8 kJ/mol CH3OH

RONa

CuO

Technology Energy

099June-July 2008, No.199

กระบวนการที่มีการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเอกพันธ์ (ใช้

แอลกอฮอล์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา) ร่วมกับตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธ์

(ตัวเร่งปฏิกิริยาออกไซด์ของทองแดง) เมทานอลถูกผลิตภายใต้

ความดัน 30-50 บรรยากาศ และอุณหภูมิ 170 °C พบว่าตัว

เร่งปฏิกิริยาที่ใช้มีความเสถียรต่อก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และ

น้ำ ทำให้สามารถนำก๊าซสังเคราะห์ที่มีอยู่ทั่วไปมาใช้ในการผลิตได้

มีค่าการเปลี่ยนร้อยละ 50 และค่าการเลือกเกิดเมทานอลร้อยละ

99 โดยเมทานอลเกิดจากปฏิกิริยาวอเตอร์ก๊าซชิฟ ปฏิกิริยา

เอสเทอร์ริฟิเคชัน และปฏิกิริยาไฮโดรจีโนไลซิส ดังแสดงในสมการ

ด้านล่าง

CO + H2O ↔ CO2 + H2

CO2 + H2 + ROH ↔ HCOOR + H2O

HCOOR + 2H2 ↔ CH3 OH + ROH

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

CO + 2H2 ↔ CH3 OH ∆H = -90.8 kJ/mol CH3OH

เครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้การผลิตเมทานอล ในส่วนของเครื่องปฏิกรณ์นั้น เครื่องปฏิกรณ์เบดนิ่งเป็น

เครื่องปฏิกรณ์แบบเดียวที่ใช้ในการผลิตในอุตสาหกรรม อย่างไร

ก็ตาม ต้องออกแบบระบบระบายความร้อนให้มีประสิทธิภาพสูง

เนื่องจากปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเป็นปฏิกิริยาที่มีการคายความร้อน

มาก จึงเกิดปฏิกิริยาได้ดีที่อุณหภูมิต่ำ หากไม่มีการระบายความ

ร้อนที่ดีจะทำให้ค่าการเปลี่ยนลดลงและตัวเร่งปฏิกิริยาเสื่อม

สภาพได้ ค่าการเปลี่ยนของก๊าซสังเคราะห์มีค่าอยู่ในช่วงร้อยละ

15-25 เท่านั้น จึงต้องมีการนำก๊าซสังเคราะห์ที่เหลือกลับมาใช้

ด้วย ซึ่งเป็นการสิ้นเปลืองพลังงานมาก เครื่องปฏิกรณ์อีกแบบที่

ได้รับความนิยม คือ เครื่องปฏิกรณ์ของเหลวผสมแขวนลอย ซึ่ง

อยู่ในขั้นทดลองผลิตในเครื่องต้นแบบขนาดใหญ่ รู้จักกันดี ใน

ชื่อ LPMeOHTM (liquid phase methanol synthesis process)

ซึ่งมีข้อได้เปรียบในเรื่องของการดึงความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยา

ในขณะที่เมทานอลที่เกิดขึ้นจะอยู่ในสถานะก๊าซจึงดึงออกจาก

เครื่องปฏิกรณ์ได้ง่าย มีผลให้ค่าการเปลี่ยนเพิ่มสูงขึ้นอย่างมาก

ถึงร้อยละ 96 เครื่องปฏิกรณ์ชนิดนี้ถูกคาดการณ์ว่าจะมาแทนที่

เครื่องปฏิกรณ์เบดนิ่งที่มีการใช้งานอยู่ในปัจจุบัน

รูปที่ 7 (1) เครื่องปฏิกรณ์เบดนิ่ง (2) เครื่องปฏิกรณ์ของเหลว

ผสมแขวนลอย และ (3) การเกิดปฏิกิริยาในของหลว

ปัจจุบันหน่วยงานต่าง ๆ ทั้งภาครัฐและ

เอกชนได้เริ่มให้ความสำคัญกับการศึกษาวิจัยการ

ผลิตเมทานอลมากขึ้น ซึ่งคาดว่าในอนาคตอันใกล้

ประเทศไทยน่าจะมีโรงงานผลิตเมทานอลเกิดขึ้น

อย่างแน่นอน

ไดเมทิลอีเทอร์เชื้อเพลิงทางเลือกแห่งศตวรรษที่ 21

ไดเมทิลอีเทอร์ หรือดีเอ็มอี มีสูตรเคมี คือ

CH3OCH3 มีสถานะเป็นก๊าซที่อุณหภูมิห้อง ไม่มีสี

ไม่มีกลิ่น ไม่มีพิษ เป็นสารประกอบอีเทอร์ที่มีขนาด

เล็กที่สุด สามารถทำให้เป็นของเหลวได้เมื่อถูกอัด

ภายใต้ความดัน ปกติถูกใช้เป็นสารขับเคลื่อนใน

กระป๋องสเปรย์ สารทำความเย็นทดแทนการใช้สาร

ฟรีออน สามารถลุกติดไฟได้ มีจุดเดือดที่ -25 °C

และมีความดันไอ 6 bar ที่อุณหภูมิ 25 °C จึงได้

รับความนิยมนำมาใช้ทดแทนก๊าซปิโตรเลียมเหลว

ก๊าซสังเคราะห์

(1) เครื่องปฏิกรณ์เบดนิ่ง

เมทานอล

ไอน้ำ

น้ำ

ก๊าซสังเคราะห์

เมทานอล

(2) เครื่องปฏิกรณ์ของเหลวผสมแขวนลอย

ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO)

ก๊าซไฮโดรเจน (H2)

ไอเมทานอล (MeOH)

(3) ตัวเร่งปฏิกิริยาในตัวทำละลาย

Technology Energy

Technology Promotion Mag.100

โดยไม่ต้องสร้างโครงสร้างพื้นฐานขึ้นมาใหม่

เนื่องจากมีสมบัติทางกายภาพคล้ายก๊าซปิโตรเลียม

เหลว จึงสามารถใช้โครง สร้างพื้นฐานของก๊าซ

ปิโตรเลียมเหลวได้ เช่น บรรจุใส่ถังก๊าซ ก๊าซกระป๋อง

เป็นต้น

เมื่อเผาไหม้จะสามารถเผาไหม้ได้อย่าง

สมบูรณ์ ไม่เกิดเขม่า ปลดปล่อยก๊าซคาร์บอน-

มอนอกไซด์และออกไซด์ของไนโตรเจนต่ำกว่าเชื้อ

เพลิงทั่วไปและไม่มีส่วนประกอบของกำมะถันจึง

ไม่ก่อให้เกิดก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ จึงไม่ส่งผล

กระทบต่อสิ่งแวดล้อม จึงมีการนำมาใช้ในการ

ผลิตกระแสไฟฟ้าในเครื่องกังหันก๊าซ นอกจากนั้น

ยังมีค่าซีเทนสูงระหว่าง 55-60 จึงสามารถนำมาใช้

เป็นเชื้อเพลิงทดแทนในเครื่องยนต์ดีเซลได้ ดัง

แสดงในรูปที่ 8

รปูที ่8 ไดเมทลิอเีทอร ์และการใชเ้ปน็กา๊ซหงุตม้ และเชือ้เพลงิในเครือ่งยนตด์เีซล

ที่มา: www.dmeforum.jp

ยังมีการคาดการณ์ว่าจะสามารถนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิง

ในเซลล์เชื้อเพลิงได้อีกด้วย นอกจากนี้ยังไม่เป็นอันตรายต่อ

ร่างกายมนุษย์และสลายตัวได้เองในบรรยากาศ ดังนั้นดีเอ็มอีจึง

ได้รับการยอมรับว่าเป็นเชื้อเพลิงทางเลือกแห่งศตวรรษที่ 21

เลยทีเดียว สมบัติต่าง ๆ ของดีเอ็มอีเมื่อเปรียบเทียบกับเชื้อเพลิง

ชนิดอื่น ๆ แสดงในตารางที่ 1

Technology Energy

101June-July 2008, No.199

กระบวนการผลิตไดเมทิลอีเทอร์ แต่เดิมเมทานอลเป็นวัตถุดิบหลักในการผลิตดีเอ็มอี

ผ่านปฏิกิริยาดึงน้ำออก ดังแสดงในรูปที่ 9 หรือปฏิกิริยาดีไฮเดร-

ชัน ซึ่งเป็นกระบวนการ 2 ขั้นตอน หรือการสังเคราะห์ทางอ้อม

คือ การสังเคราะห์เมทานอล แล้วจึงนำเมทานอลมาผลิตเป็น

ดีเอ็มอี โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นกรด เช่น แกมมาอลูมินา

ซีโอไลท์ ในเครื่องปฏิกรณ์เบดนิ่ง ที่อุณหภูมิ 280 °C ความดัน

บรรยากาศ อย่างไรก็ตามมีต้นทุนต่อหน่วยในการผลิตสูง

เนื่องจากสารตั้งต้นคือ เมทานอลมีราคาสูง

2CO + 4H2 ↔ CH3 OH ∆H = -90.8 kJ/mol CH3OH

2CH3 OH ↔ CH3 OCH3 + H2O ∆H = -23.4 kJ/mol CH3OH

รูปที่ 9 การผลิตไดเมทิลอีเทอร์จากเมทานอลผ่านปฏิกิริยาดึงน้ำออก

ในปัจจุบันกระบวนการผลิตที่ได้รับความสนใจคือ การ

ผลิตดีเอ็มอีโดยตรงจากก๊าซสังเคราะห์ (CO:H2 = 1:1) ผ่าน

กระบวนการความร้อนเคมี ในเครื่องปฏิกรณ์ Slurry บนตัวเร่ง

ปฏิกิริยาออกไซด์ของทองแดง สังกะสี และอลูมิเนียม ที่อุณหภูมิ

260 °C และความดัน 30 บรรยากาศ มีค่าการเปลี่ยนของก๊าซ

สังเคราะห์สูงถึงร้อยละ 40 และค่าการเลือกเกิดดีเอ็มอีร้อยละ

90 เทคโนโลยีนี้ได้ผ่านการทดสอบในโรงงานต้นแบบขนาดกำลัง

ดีเอ็มอี* มีเทน โพรเพน (ก๊าซหุงต้ม) น้ำมันดีเซล** เมทานอล

โครงสร้างทางเคมี CH3OCH3 CH4 C3H8 C10-C20 CH3OH

ค่าซีเทน 55-60 0 5 40-55 5

ค่าพลังงานความร้อน (kcal/kg) 6,900 12,000 11,100 10,000 4,800

ความถ่วงจำเพาะ (20oC) 0.67 0.42 0.49 0.832 (10oC) 0.79

จุดเดือด (oC) -25 -161 -42 180-370 65

ความดันไอ (atm, 25oC) 6.1 26 9.3 - -

ปริมาณกำมะถัน *0 ppm (1 ส่วนใน 1 ล้านส่วน) **350 ppm ที่มา: www.dmeforum.jp

ตารางที่ 1 สมบัติทางกายภาพและทางเชื้อเพลิงของดีเอ็มอีและเชื้อเพลิงชนิดต่าง ๆ

ผลิต 50 ตันต่อวัน ในประเทศญี่ปุ่น และอยู่ระหว่าง

การสร้างโรงงานผลิตที่มีกำลังผลิตสูงถึง 100,000

ตันต่อปี ที่จังหวัดนิงาตะ เป็นที่สำเร็จแล้ว และ

หลายประเทศทั่วโลกกำลังสร้างโรงงานที่ใช้เทค-

โนโลยีนี้ผลิตดีเอ็มอี

Technology Energy

Technology Promotion Mag.102

3CO + 3H2 ↔ CH3 OCH3 +CO2 ∆H = -246.0 kJ/mol CH3OH

รูปที่ 10 การผลิตไดเมทิลอีเทอร์จากก๊าซสังเคราะห์

อนาคตของไดเมทิลอีเทอร์ในด้านเชื้อเพลิง

จากการที่ดีเอ็มอี สามารถนำมาใช้ทดแทน ก๊าซหุงต้ม

และน้ำมันดีเซลได้นั้น เมื่อเปรียบเทียบในเศรษฐศาสตร์ พบว่า

ดีเอ็มอียังคงมีต้นทุนที่สูงกว่าก๊าซหุงต้ม และน้ำมันดีเซล เนื่องจาก

ความซับซ้อนในการผลิตและต้นทุนของก๊าซสังเคราะห์ อย่างไร

ก็ตามเมื่อพิจารณาราคาของน้ำมันดิบที่สูงขึ้น ประกอบกับหาก

เราพิจารณาในเชิงคุณภาพชีวิต สิ่งแวดล้อม ภาวะโลกร้อนนั้น

จะพบว่าโอกาสสำหรับดีเอ็มอีนั้น อยู่ไม่ไกลนัก ซึ่งในขณะนี้มี

หลายประเทศกำลังให้ความสนใจอย่างมาก เช่น

ญี่ปุ่น สหรัฐอเมริกา จีน เป็นต้น

ประเทศต่าง ๆ เหล่านี้กำลังพัฒนากระบวน-

การผลิตและจัดสร้างโรงงานขนาดใหญ่ เพื่อลด

Technology Energy

103June-July 2008, No.199

รูปที่ 11 โรงงานผลิตดีเอ็มอีจากก๊าซสัง้คราะห์ที่ได้จากก๊าซธรรมชาติ ที่กำลังใน

การผลิต 100 ตันต่อวัน ณ ประเทศญี่ปุ่น

ที่มา: www.dmeforum.jp

ต้นทุนของดีเอ็มอี และนำมาใช้ทดแทน ก๊าซหุงต้มในบริเวณที่

ขาดแคลนในประเทศไทย ดีเอ็มอียังไม่เป็นที่รู้จักแพร่หลาย มี

เพียงนักวิจัยบางกลุ่มในสถาบันอุดมศึกษา และหน่วยงานวิจัย

ของรัฐเท่านั้น ที่ทำงานวิจัยเกี่ยวกับการผลิตดีเอ็มอีและการ

ทดสอบการใช้ดีเอ็มอีเป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์ดีเซล ยังไม่มีภาค

เอกชนให้ความสนใจเท่าใดนัก

เอกสารอ้างอิง

[1] Y. Adachi, M. Komoto, I. Watanabe, Y. Ohno, and K.

Fujimoto, Fuel 79 (2000) 229.

[2] I. Takaishi and S. Okutsu, DME Development

Successfully Tests,100 Ton/Day DME Direct Synthesis Demonstration

Plan Research and Planning, Department DME Development Co.,

Ltd. and JFE Holdings, Inc. Japan, Available in February 2004 from

http://www.jfe-holdings.co.jp/en/release/2004/040226.html

[3] DME-International, Available in 2002 from http://dme-

i.com/html_dme/gousei_5.html

[4] Haldor Topsøe A/S, Contract License and Basic Engine

ering of the First Large-scale Plant for Production of DME, Avaliable

in June 2004 from http://www.topsoe.com/site.nsf/all/CHAP-

5ZZBB5?OpenDocument

[5] Toyo Engineering Corporation (TEC),

Toyo Engineering Awarded Large DME Plant for

China, Available in January 2006 from http://

www.toyo-eng.co.jp/e/news/17/20060104.html

[6] K. S. Wain, J. M. Perez, E. Chapman,

and A. L. Boehman, Tribol. Int. 38 (2005) 313.

[7] T. Okamoto, A new attempt to use BDF/

DME blend fuel for diesel engines, Department of

Mechanical Engineering, Faculty of Engineering,

Ibaraki University, Ibaraki, Japan, Avilable in

September 2005 from http://www.mech.ibaraki.ac.jp/

konno-lab/2004sub1_2_1.htm

[8] K. Heinloth, Energy Technologies,

Subvolume C: Renewable Energy, 2006, Springer-

Verlag Berlin Heidelberg, Germany

Technology Energy

Technology Promotion Mag.104