ไบโอดีเซล (Bio-diesel) เป็นน้ำมันเชื้อเพลิงทดแทนที่ผลิตจากน้ำมันพืชหรือไขมันสัตว์และแอลกอฮอล์ผ่านปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน (Transesterification) ได้เป็นน้ำมันไบโอดีเซล ซึ่งถือเป็นน้ำมันชีวภาพประเภทหนึ่งที่สามารถประยุกต์ใช้ในเครื่องยนต์ดีเซลและใช้ทดแทนน้ำมันดีเซลจากแหล่งปิโตรเคมีได้ โดยลักษณะและคุณภาพของไบโอดีเซลแสดงดังตารางที่ 1[1]
สารตั้งต้นอีกชนิดหนึ่งสำหรับใช้ในการผลิตไบโอดีเซลคือ แอลกอฮอล์ ซึ่งสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในการผลิตไบโอดีเซลกลุ่มที่มีสายโซ่สั้น ได้แก่ เมทานอล (Methanol : CH3OH) เอทานอล (Ethanol : C2H5OH) และบิวทานอล (C4H9OH) เนื่องจากแอลกอฮอล์กลุ่มนี้มีต้นทุนต่ำ และสมบัติเมทานอลเป็นที่ต้องการมากกว่าเอทานอล แม้จะมีความเป็นพิษสูงเนื่องจากการใช้ในการผลิตไบโอดีเซลต้องใช้เทคโนโลยีที่เรียบง่าย
ถึงแม้ว่าน้ำมันดีเซลที่ได้จากแหล่งปิโตรเคมีและไบโอดีเซลที่ได้จากน้ำมันพืชหรือไขมันสัตว์จะมีโครงสร้างทางเคมี สมบัติทางกายภาพและสมบัติทางเคมีที่คล้ายคลึงกัน แต่คุณสมบัติบางประการยังมีความแตกต่างกันอยู่บ้าง
น้ำมันพืชหรือสารชีวมวลที่นิยมนำมาผลิตไบโอดีเซล เช่น ดอกทานตะวัน (Sun flower) ปาล์ม (Palm) ถั่วเหลือง (Soybean) สบู่ดำ (Jatropha curcas) เป็นต้น ซึ่งการใช้สารชีวมวลที่ต่างชนิดกัน จะทำให้ได้ไบโอดีเซลที่มีคุณสมบัติแตกต่างกันด้วยเช่นกัน แสดงสมบัติดังตารางที่ 4 [4,5]
ปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน (Transesterification)
การสังเคราะห์ไบโอดีเซลเกิดจากการทำปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันระหว่างน้ำมันพืชหรือไขมันสัตว์กับแอลกอฮอล์ โดยใช้กรด เบส หรือเอนไซม์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์ (Sodium hydroxide : NaOH) โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (Potassium hydroxide : KOH) เป็นต้น ซึ่งสามารถใช้แอลกอฮอล์ 2 ประเภทคือ เมทานอลจะได้เมทิลเอสเทอร์ (Methyl ester) เป็นผลิตภัณฑ์ ดังภาพที่ 2 ในขณะเดียวกันหากใช้เอทานอลเป็นสารตั้งต้น จะได้ผลิตภัณฑ์คือ เอทิลเอสเทอร์ (Ethyl ester) ดังภาพที่ 3 โดยทั้งสองกระบวนการนี้จะได้ผลิตภัณฑ์ร่วมคือกลีเซอรอล (Glycerol) [6,7]
กระบวนการเกิดปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันทั้งสองกระบวนการดังกล่าวข้างต้น จะประกอบด้วยขั้นตอนย่อย 3 ขั้นตอน แสดงดังสมการที่ 1 2 และ 3 ตามลำดับ โดยขั้นตอนแรกเป็นการเปลี่ยนไตรกลีเซอไรด์ให้เป็นไดกลีเซอไรด์ ต่อมาไดกลีเซอไรด์จะทําปฏิกิริยากับเมทานอลเกิดเป็นโมโนกลีเซอไรด์ และในขั้นตอนสุดท้ายโมโนกลีเซอไรด์ทําปฏิกิริยากับเมทานอลเกิดเป็นเมทิลเอสเตอร์หรือไบโอดีเซลและได้กลีเซอรอลเป็นผลิตภัณฑ์ร่วม [9]
ยังไม่มีข้อมูล
ยังไม่มีข้อมูล
เยอรมนีเป็นประเทศหนึ่งที่ประสบปัญหามลพิษทางอากาศ เนื่องจากจำนวนประชากร
เพิ่มสูงขึ้นมีการใช้พลังงานจำนวนมากในภาคการขนส่ง โดยเฉพาะรถยนต์ดีเซลขนาดใหญ่
เช่น รถบรรทุกและรถโดยสารประจำทางมลพิษไอเสียที่ถูกปล่อย
ออกจากยานยนต์มีปริมาณ
สูงมากทั้งในรูปของฝุ่นละอองขนาดเล็ก( Particulate Matter )และมลพิษอื่นที่มีผลต่อสุขภาพ
อนามัย ของประชาชน การแก้ไขปัญหามลพิษทางอากาศ จึงเป็นเรื่องจำเป็นเร่งด่วนที่จะต้อง
ดำเนินการ รัฐบาลเยอรมนี จึงมีนโยบายด้านสิ่งแวดล้อมในการลดแก๊สเรือนกระจกและลดฝุ่น
ละอองที่เกิดจากการเผาไหม้ของเครื่องยนต์ดีเซลโดยสนับสนุนการใช้พลังงานทดแทนประเภท
พลังงาน หมุนเวียนที่ก่อให้เกิดมลพิษน้อยกว่าเชื้อเพลิงที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน
ไบโอดีเซลจึงเป็นทางเลือกหนึ่งที่ถูกนำมาใช้ทดแทนน้ำมันดีเซลเพราะสามารถผลิต
ได้ จากพืชน้ำมันที่มีปริมาณมากภายในประเทศผ่านขบวนการทางเคมี ( Transesterification )
ด้วยแอลกอฮอล์ได้เป็น Fatty Acid Methyl Ester ( FAME ) หรือเรียกว่าไบโอดีเซล
ซึ่งมีคุณสมบัติคล้ายน้ำมันดีเซล และเป็นเชื้อเพลิงที่สะอาดปัจจุบันนี้เยอรมนีจึงได้มีการพัฒนา
และสนับสนุนการใช้ไบโอดีเซลจนมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย และในอนาคตจะมีการเพิ่มพื้นท
ี่เพาะปลูกพืชน้ำมันเพื่อผลิตไบโอดีเซลให้มากขึ้น
การพัฒนาไบโอดีเซลในเยอรมนี
ประเทศเยอรมนี เป็นประเทศที่มีพื้นที่การเกษตรกรรมในการผลิตพืชน้ำมันจำนวนมาก
มีการพัฒนาน้ำมันพืชบริสุทธิ์มาใช้เป็นเชื้อเพลิง ในเครื่องยนต์ดีเซลมานานแล้ว โดยเริ่มใช้กับ
เครื่องยนต์ทางการเกษตร ในปี ค.ศ.1990 มีการร่วมมือกันระหว่างสมาคมชาวนา บริษัทผู้พัฒนา
และจำหน่ายเมล็ดพันธ์พืชหลายแห่งก่อตั้งสมาคม UFOP ( Union for Promotion of Oilseed
and Protien plants) สนับสนุนการผลิตพืชน้ำมันจนผลิตได้ปริมาณสูงมาก และทำให้มีพืชน้ำมัน
เหลือจากการใช้เป็นอาหารจำนวนมาก เยอรมนีจึงเริ่มมีโรงงานผลิตไบโอดีเซลจาก rapeseed
oil
ขึ้นเป็นโรงงานแรก ในปี ค.ศ. 1991และในปีนี้เองเยอรมนีมีการจำหน่ายไบโอดีเซลได้ถึง 200 ตัน
ประกอบกับราคาน้ำมันดิบถีบตัวสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง รัฐบาลเยอรมันจึงเร่งส่งเสริมการปลูก
rapeseedและสนับสนุนให้มีการผลิต rapeseed oil สำหรับผลิตไบโอดีเซลเพิ่มขึ้นเป็นจำนวนมาก
เพื่อเสถียรภาพในด้านพลังงานของประเทศ โดยมีนโยบาย Common Agricultural Policy
ในปี ค.ศ.1992 เพื่อเพิ่มพื้นที่เพาะปลูกและผลผลิตต่อไร่ของพืชน้ำมัน ต่อมาปี ค.ศ.1994เยอรมนี
มีสถานีบริการจำหน่ายไบโอดีเซลถึง 251 แห่ง สามารถจำหน่ายไบโอดีเซลได้ถึง 25,000 ตัน
เยอรมนีมีการสนับสนุนให้มีการผลิต rapeseed oil เรื่อยมา จนทำให้สามารถผลิต rapeseed oil
ได้ถึง 5 เท่า จาก 110,000 ตัน ในปี ค.ศ. 1995 เป็น 533,000 ตัน ในปี ค.ศ. 2001 ปัจจุบันนี้
สามารถผลิต rapeseed oil ได้ประมาณ 1,000,000 ตัน อุตสาหกรรมการผลิตไบโอดีเซลใน
ประเทศเยอรมันมีอัตราการเจริญเติบโตสูงมาก ปัจจุบันเยอรมนีมีโรงงานผลิต ไบโอดีเซลทั้งหมด
19 โรง
และมีกำลังการผลิตไบโอดีเซลประมาณปีละ 1,100,000 ตัน มีสถานีบริการจำหน่ายไบโอดีเซลมากกว่า 1,500 แห่ง และมีรถยนต์ใช้ไบโอดีเซลเป็น เชื้อเพลิงมากกว่า 2,500,000 คัน
การใช้ไบโอดีเซลในเยอรมนี
ไบโอดีเซลที่ผลิตในเยอรมนี ส่วนใหญ่ผลิตจาก rapeseed oil ซึ่งจะมีการนำไปใช้เป็น
เชื้อเพลิงโดยนำไปใช้เผาไหม้ ให้ความร้อนโดยตรงและใช้แทนน้ำมันดีเซลกับรถยนต์ดีเซลทั้งใน
ภาคคมนาคมและขนส่ง ซึ่งการใช้ผสมในน้ำมันดีเซล ในอัตราส่วนไม่เกิน 5% จะต้องได้คุณภาพ
ตามมาตรฐานน้ำมันดีเซล และใช้เป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์์ทั่วไป โดยไม่ต้องมีการปรับแต่ง
เครื่องยนต์แต่ถ้าใช้ไบโอดีเซล 100 % จะต้องได้คุณภาพตามมาตรฐานไบโอดีเซล และใช้เป็น
เชื้อเพลิงในรถยนต์ ที่ปรับแต่งให้เหมาะสมกับไบโอดีเซลแล้วเท่านั้น
เนื่องจากเยอรมนีได้พัฒนาและทดสอบวิจัยการใช้ไบโอดีเซลที่ผลิตจาก
rapeseed oil ( Rapeseed Methyl Ester, RME ) เป็นเชื้อเพลิงมานานหลายปีแล้ว ผู้ผลิตรถยนต์ส่วนใหญ่ใน
เยอรมนีจึงยอมรับการใช้ไบโอดีเซลที่ผลิตจาก rapeseed oil ดังนั้น ในสถานีบริการทั่วไปจึงเป็น
ไบโอดีเซลที่ผลิตจาก rapeseed oil นอกจากนี้ยังผลิตไบโอดีเซลจากSoybean oilและน้ำมันพืช
ใช้แล้ว แต่ในปริมาณไม่มากนัก เพราะใช้เฉพาะในกิจการของบริษัทขนส่งเท่านั้น
คุณสมบัติของไบโอดีเซล
เมื่อเปรียบเทียบคุณสมบัติของไบโอดีเซลกับน้ำมันดีเซลแล้ว
โมเลกุลของไบโอดีเซล
จะมีออกซิเจนอยู่ประมาณ 11% จึงช่วยให้การเผาไหม้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น ทำให้ลดมลพิษต่าง ๆ ลงได้
เช่น ลด Carbonmonoxide 15% Hydrocarbons 40% Particles 60% แต่ NOx เพิ่มเล็กน้อย
นอกจากนี้ ไบโอดีเซลยังมีค่า Cetane Index สูง ทำให้เครื่องยนต์สตาร์ทติดง่ายและเดินเรียบ
มีปริมาณกำมะถันน้อยมาก ไม่มีสารอะโรมาติก และในระยะเวลา 3-4 สัปดาห์ ไบโอดีเซลสลายใน
ดินได้ 99% ส่วนน้ำมันดีเซลได้ 70%
แต่อย่างไรก็ตามไบโอดีเซลมีผลกระทบต่อการทำงานของ
เครื่องยนต์ เช่น อุดตันไส้กรอง ละลายพลาสติกและ Rubber material เป็นต้น แต่ผลกระทบจะ
มากหรือน้อยขึ้นกับเทคโนโลยีการผลิตรถยนต์ ซึ่งปัจจุบันนี้ผู้ผลิตรถยนต์ในเยอรมนีหลายแห่งได้
ปรับปรุงรถยนต์ใหม่ให้เหมาะสมกับการนำไปใช้งานกับ ไบโอดีเซลได้แล้ว
การควบคุมคุณภาพไบโอดีเซล
ปี ค.ศ. 1994
เยอรมนีร่างมาตรฐานไบโอดีเซลเป็นครั้งแรก (DIN V 51606) สำหรับพืช
น้ำมัน เพื่อให้ผู้ผลิตรถยนต์ยอมการันตีการใช้ไบโอดีเซล และในปี ค.ศ.1997 เยอรมนีได้ปรับปรุง
ร่าง มาตรฐานไบโอดีเซลใหม่เป็น DIN E 51606 สำหรับ Fatty Acid Methyl Ester ( FAME )
เพื่อให้ผู้ผลิตรถยนต์ยอมรับและผู้ใช้เกิดความมั่นใจมากขึ้น ต่อมามีผู้ร้องเรียนว่าใช้ไบโอดีเซล
แล้วมีปัญหากับเครื่องยนต์ เนื่องจากสถานีบริการบางแห่งจำหน่ายไบโอดีเซลคุณภาพต่ำ ทำให้ผู้ใช้
ไบโอดีเซลขาดความเชื่อถือ ในปี ค.ศ. 1999 ผู้ผลิตและผู้จำหน่ายไบโอดีเซลจึงได้ก่อตั้งกลุ่มปฏิบัติ
การควบคุมคุณภาพไบโอ-ดีเซล ( Working group on quality management biodiesel ) "Arbeitsgemeinachaft Qualitats- Management Biodiesel e.V." (AGQM) เพื่อตรวจติดตาม
ผู้ผลิตและผู้จำหน่ายไบโอดีเซลให้มีคุณภาพดีสม่ำเสมอ โดยมี special seal ปิดตามสถานีบริการ
เพื่อแสดงให้ผู้ใช้เกิดความมั่นใจในคุณภาพไบโอดีเซล และสำหรับการค้าในกลุ่มประชาคมยุโรปมี
มาตรฐานไบโอดีเซล (DIN EN 14214) ขึ้นในปีค.ศ. 2002
การพัฒนาเครื่องยนต์เพื่อใช้ไบโอดีเซล
ในปี ค.ศ. 1987 - 1990 เริ่มมีการศึกษาวิจัยและทดสอบการใช้ไบโอดีเซลที่ผลิตจาก
rapeseed oil กับเครื่องยนต์ ในห้องปฏิบัติการ ( bench tests ) ป ี ค.ศ. 1994 ผู้ผลิตรถยนต์
VOLKSWAGEN ทดสอบไบโอดีเซลกับเครื่องยนต์ดีเซลแล้วพบว่าใช้ได้
จนกระทั่งปี ค.ศ.1995
ผู้ผลิตรถยนต์จึงได้สนันสนุนการใช้ไบโอดีเซลและการันตีรถยนต์ดีเซลยี่ห้อ AUDI, SEAT, SKODA
และ VOLKSWAGEN ที่ผลิตตั้งแต่ปี ค.ศ. 1996 เป็นต้นไปว่าสามารถใช้กับไบโอดีเซล หลังจากผู้
ผลิตรถยนต์ประกาศการันตี การใช้ไบโอดีเซลกับเครื่องยนต์แล้ว ได้มีผู้ผลิตรถยนต์หลายบริษัท
ประกาศรถยนต์ที่ใช้กับไบโอดีเซลได้ เช่น Audi, Volkswaken, SEAT, Scoda model TDI
ทุกรุ่นตั้งแต่ปี ค.ศ. 1996, BMW model 525 TDI ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1997 และรถยนต์ตั้งแต่ปี ค.ศ. 2001,
Daimler - Chrysler ( Mercedes-Benz ) series C และ E 220, C 200 และ 250 CDI, VOLVO
รุ่น S80-D, S70-TDI และ V/70-TDI , รถโดยสารและรถบรรทุก M.A.N., รถ tractor อีกหลายยี่ห้อ
เป็นต้น
นโยบายรัฐที่ให้การสนับสนุน
อย่างไรก็ตามไบโอดีเซลที่ผลิตได้ในปัจจุบันก็ยังมีราคาแพงกว่าน้ำมันดีเซล
รัฐบาล เยอรมนี
จึงได้ออกกฎหมาย mineral oil tax break ให้การสนับสนุนการใช้ไบโอดีเซลโดยยกเว้นภาษีน้ำมันเชื้อ
เพลิงที่ผลิตจากพืชน้ำมัน โดยคิดตามอัตราส่วนของไบโอดีเซลที่ผสมลงในน้ำมันดีเซล เช่น การใช้
ไบโอดีเซล 5% (B5) ก็จะได้ลดภาษีเพียง 5% หรือถ้าใช้ไบโอดีเซล 100% (B 100) เป็นเชื้อเพลิงก็จะ
ได้รับการยกเว้นภาษีทั้งหมด ทำให้ราคาไบโอดีเซลสามารถแข่งขันกับราคาน้ำมันดีเซลได้ เช่น ในปี
ค.ศ. 2002 ราคาจำหน่ายไบโอดีเซล (B
100) ประมาณ 69.9-79 Eurocents/liter ส่วนราคาน้ำมันดีเซล 76.98-85 Eurocents/liter ราคาไบโอดีเซลจึงถูกกว่าราคาน้ำมันดีเซล 3-10 Eurocents/liter
การพัฒนาในอนาคต
เนื่องจากทั่วโลกประสบปัญหาภาวะโลกร้อนซึ่งเกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงเพื่อพัฒนา
อุตสาหกรรมรวมทั้งพัฒนาคุณภาพชีวิตของมนุษย์ ส่งผลให้มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ขึ้น
ไปสะสมในบรรยากาศ และก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ อันเนื่องมาจากภาวะเรือนกระจก (Greenhouse Effect) จึงได้มีการตกลงตามพันธกรณีของพิธีสารเกียวโต ( Kyoto Protocol ) เพื่อลด
ภาวะดังกล่าว ปี 2001 กลุ่มประชาคมยุโรป (EU) จึงออกมาตรการ European Commission เพื่อรองรับ
ตาม พิธีสารเกียวโตสนับสนุนการใช้ biofuels เช่น biodiesel bioethanol หรือ biooils เป็นต้น โดยมีเป้า
หมายเพิ่มผลผลิต biofuels เพิ่มขึ้น 2% ทดแทนน้ำมันปิโตรเลียม ในปี 2005 และเพิ่มขึ้น 0.75
% ทุกปี จนได้ 5.75% ในปี 2010 ดังนั้นเพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ ในปี 2005 เยอรมนีต้องใช้พื้นที่เพาะปลูก rapeseed oil ถึง 936,000 เฮกตาร์ เพื่อผลิตไบโอดีเซลให้ได้ 1,200,000 ตัน และในปี 2010 ต้องขยาย
พื้นที่เพาะปลูกให้ได้ถึง 2,570,000 เฮกตาร์ เพื่อให้ผลิตไบโอดีเซลให้ได้ 3,400,000 ตัน ตามเป้าหมาย
แต่เยอรมนีมี กฎหมาย Blair House Agreement (BHA) จำกัดพื้นที่การเพาะปลูก rapeseed oil สำหรับ
ผลิตเป็นอาหาร
และพื้นที่เพาะปลูก rapeseed oil สำหรับผลิตไบโอดีเซล ทำให้เยอรมนีอาจไม่สามารถ
ขยายพื้นที่เพาะปลูก rapeseed oil เพื่อผลิตไบโอดีเซลได้ตามเป้าหมาย ถ้าหากไม่สามารถผลิต
ไบโอดีเซลได้ตามเป้าหมายแล้ว เยอรมนีอาจจะต้องนำเข้า rapeseed oil, soybean oil หรือพืชน้ำมันอื่น
จากต่างประเทศเพื่อนำมาผลิตไบโอดีเซล ขณะนี้เยอรมนีกำลังดำเนินการก่อสร้างโรงงานผลิตไบโอดีเซลเพิ่มอีก 5 แห่ง และมีโครงการจะขยายสถานีบริการเพิ่มอีกกว่า
1,000 แห่งในอนาคต
เอกสารอ้างอิง :
1. Foreign Agricultural Service, GAIN Report " Germany Oilseeds and Products Biodiesel in Germany - an overview 2002 " October 2002.
2. International Energy Agency " Biodiesel A Success Story - The Development of Biodiesel in Germany " February 2002.