ไบโอดีเซล

ไบโอดีเซล คือน้ำมันเชื้อเพลิงที่ผลิตมาจากน้ำมันพืชหรือไขมันสัตว์ โดยผ่านขบวนการที่ทำให้โมเลกุลเล็กลง ให้อยู่ในรูปของ เอทิลเอสเตอร์ (Ethyl esters) หรือ เมทิลเอสเตอร์ (Methyl esters) ซึ่งมีคุณสมบัติใกล้เคียงกับน้ำมันดีเซลมาก สามารถใช้ทดแทนน้ำมันดีเซลได้โดยตรง
ปฏิกิริยาเคมี
น้ำมันพืช + เมทานอล (Methanol)หรือ เอทานอล (Ethanol) ——–> เมทิลเอสตอร์ (Methyl esters)หรือ เอทิลเอสเตอร์ (Ethyl esters) + กลีเซอรีน

วิธีการผลิตไบโอดีเซล (Biodiesel) จากน้ำมันพืช
สารตั้งต้น

1. น้ำมันมรกต (จากปาล์ม)
2. โปเตสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) หรือ โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) 1 % (g/ml)
3. เมทานอล (Methanol) หรือ เอทานอล (Ethanol) 25 %

ขั้นตอน

1. นำน้ำมันพืชที่ทำจากปาล์มมาจำนวนหนึ่ง
2. ชั่งสารโปเตสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) 1 % โดยน้ำหนัก ต่อปริมาตรของน้ำมันพืช (g/ml)
3. ตวงเมทานอลจำนวน 25 % ของน้ำมันพืชแล้วผสมโปเตสเซียมไฮดรอกไซด์ที่เตรียมไว้คนให้เข้ากัน
4. อุ่นน้ำมันพืชที่เตรียมไว้ให้ได้อุณหภูมิ 45 – 50 C
5. เทสารละลายโปเตสเซียมไฮดรอกไซด์กับเมทานอลลงในน้ำมันพืชที่อุ่น คนเข้ากัน
6. ยกส่วนผสมลงจากเตาตั้งทิ้งไว้จะเกิดการแยกชั้นระหว่างเมทิลเอสเตอร์ กับ กลีเซอรีน
7. แยกน้ำมันไบโอดีเซล (เมทิลเอสตอร์ ) ส่วนบนออกจาก กลีเซอรีนด้านล่าง แล้วผ่านกระบวนการ Wash เพื่อกำจัดแอลกอฮอล์และโปเตสเซียมไฮดรอกไซด์ที่ตกค้าง
8. นำไปเติมแทนน้ำมันดีเซลหรือใช้ร่วมกับก๊าซธรรมชาติ

การผลิตไบโอดีเซล

สามารถแบ่งออกเป็นขั้นตอนใหญ่ๆ ได้ 2 ขั้นตอน คือ ขั้นตอนเตรียมการก่อนการผลิต และขั้นตอนการผลิต

ขั้นตอนเตรียมการก่อนการผลิต

ขั้นตอนที่ 1 เตรียมน้ำมันพืชหรือน้ำมันสัตว์
ขั้นตอนนี้มีความสำคัญ เพราะน้ำมันพืช / สัตว์ตั้งต้นจะเป็นปัจจัยหลักตัวหนึ่งที่จะบ่งบอกคุณภาพของไบโอดีเซลที่ผลิตได้ หากเป็นน้ำมันใหม่สามารถนำมาทำไบโอดีเซลได้เลย ไม่ต้องมีการจัดการเตรียมน้ำมัน เพียงแต่ให้แน่ใจว่าในน้ำมันไม่ควรมีน้ำปนเพราะจะมีผลต่อการทำปฏิกิริยา ถ้ามีน้ำมากต้องนำไปต้มเพื่อระเหยน้ำที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 องศาเซลเซียส หากเป็นน้ำมันเก่าใช้แล้วต้องทำการเตรียมน้ำมัน เพื่อให้ น้ำมันที่นำมาใช้มีความใส ไม่ขุ่นข้น วิธีการเตรียมมีหลายวิธีดังนี้

• เมื่อได้น้ำมันมาให้ ตั้งทิ้งไว้ รอให้แยกชั้น ดึงเอาแต่ชั้นใสไปเข้าถังพักน้ำมันดีเพื่อ ส่วนล่างที่เป็นตะกอนให้นำไปผสมน้ำเล็กน้อย (ประมาณ 10-15%) แล้วต้มที่อุณหภูมิ 100-120 องศาเซลเซียส ให้เดือดอยู่ที่ 100 องศาเซลเซียสขึ้นไปประมาณ 15 นาที อาจใช้เตาแก๊ส หรือเตาถ่าน แต่แนะนำให้ใช้เตาถ่านเพราะปลอดภัยและเป็นการใช้พลังงานทดแทนชีวมวล อีกทั้งประหยัดและดีต่อสิ่งแวดล้อม หากมีกลีเซอรีนเหลือจากการทำไบโอดีเซลชุดก่อนก็ให้นำมาชุบกาบมะพร้าวเพื่อเพิ่มความร้อนในเตาให้มากและเร็วขึ้น จากนั้นทิ้งไว้ให้แยกชั้นอีก 1-2 วันแล้วนำส่วนที่ใสมารวมในถังน้ำมันดี และใช้น้ำมันส่วนที่ใสมาทำปฏิกิริยา
• ข้อดีของวิธีนี้ คือ ประหยัดการต้มเชื้อเพลิง เพราะใช้การตั้งทิ้งไว้แล้วแยกน้ำมันส่วนที่ใสไปรอทำปฏิกิริยา แต่ก่อนทำปฏิกิริยา ควรทำการไทเทรตก่อน เพราะน้ำมันอาจยังไม่สะอาดดีพอ ทำให้บางครั้งวิธีนี้จะสิ้นเปลืองสารเคมีที่ใช้ทำปฏิกิริยามากกว่า
• เมื่อได้ น้ำมันมาทั้งหมดให้นำไปผสมน้ำเล็กน้อยแล้วต้มที่อุณหภูมิ 100-120 องศาเซลเซียส ให้เดือดอยู่ที่ 100 องศาเซลเซียสขึ้นไปประมาณ 15 นาที โดยต้องคนตลอดเวลาเนื่องจากน้ำที่ใส่ลงไปจะปะทุดันน้ำมันให้พุ่งขึ้นเมื่อถึงจุดเดือด อาจก่อให้เกิดอันตรายแก่ผู้ปฏิบัติงานได้ จากนั้นยกลง ทิ้งไว้ให้แยกชั้นใสอีก 1-2 วัน เอาแต่ชั้นใสไปทำไบโอดีเซล ส่วนน้ำที่เหลือชั้นล่าง หมักทำปุ๋ยหมักเพื่อรดน้ำต้นไม้
• ข้อดีของวิธีนี้ คือ น้ำมันใสที่ได้หลังการต้มจะมีคราบไขมันน้อย น้ำมันจะอยู่ในสภาพที่ดีกว่า พร้อมต่อการทำปฏิกิริยา อย่างไรก็ตามก่อนทำปฏิกิริยา ควรทำการไทเทรตก่อน เพื่อหาว่าต้องใช้สารเคมีเท่าไรจึงเหมาะสม

ขั้นตอนที่ 2 เตรียมอุปกรณ์ที่ต้องใช้ให้ครบถ้วน
อุปกรณ์ที่ใช้ขึ้นกับเครื่องมือที่มี บางคนมีชุดผลิตที่ทำขึ้นจากสแตนเลส บางคนมีชุดทดลองขนาดเล็ก บางคนมีชุดเขย่าด้วยขวด ทั้งนี้ขึ้นกับความพร้อมของแต่ละคน แต่ที่สำคัญควรมีอุปกรณ์ป้องกันภัย ได้แก่ แว่นตากันสารเคมี หมวก ที่ปิดจมูก รองเท้าบูท หรือหุ้มเท้า น้ำยาล้างตา เป็นต้น

ขั้นตอนที่ 3 หาปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต้องใช้ โดยการไทเทรต

• น้ำมันพืชใช้แล้วมีค่าความเป็นกรดสูงกว่าน้ำมันใหม่ เพราะเมื่อน้ำมันพืชได้รับความร้อน ตำแหน่งของไฮโดรเจนในโมเลกุลจะทำให้เกิดเป็นสภาพกรดได้ง่าย และเกิดเป็นกรดไขมันอิสระขึ้น กรดไขมันอิสระเป็นผลมาจากการทอดน้ำมันให้ร้อน มันจะลอยเป็นอิสระปะปนอยู่กับไตรกลีเซอไรด์ในน้ำมัน
• ความเป็นอิสระของกรดไขมันเหล่านี้ คือ การที่มันพร้อมที่จะเข้าทำปฏิกิริยาทุกเมื่อเมื่อเจอกับด่าง และนี่เองที่เป็นตัวการสำคัญที่จะทำให้เกิด เยล (Jelly) ในการทำไบโอดีเซล ดังนั้นเราต้องกำจัดกรดไขมันอิสระเหล่านี้ออกจากน้ำมันก่อนทำปฏิกิริยา
• การกำจัดกรดไขมันอิสระในน้ำมันพืชใช้แล้ว ต้องใช้ด่างซึ่งคือตัวเร่งปฏิกิริยาในปริมาณที่มากขึ้น กระบวนการตรงนี้ คือ การทำให้กรดไขมันอิสระเป็นกลาง (Neutralizing) จะใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในปริมาณเท่าใดนั้นขึ้นอยู่กับว่าน้ำมันเป็นกรดมากน้อยแค่ไหน
• การหาค่ากรดไขมันอิสระ เพื่อหาปริมาณด่างที่ต้องใช้ในปริมาณที่พอดีนั้น ทำโดยการไทเทรต

ขั้นตอนการผลิตไบโอดีเซล

ขั้นตอนที่ 1 ตวงน้ำมันพืชหรือน้ำมันสัตว์ที่ผ่านการต้มหรือทิ้งให้ใส
ต้องมั่นใจว่า น้ำมันที่นำมาใช้มีความใส ไม่ขุ่นข้น ตวงมาในปริมาณที่ต้องการ เช่น 500 มิลลิลิตร (หรือ ซีซี) หรือ ครึ่งลิตร นั่นหมายถึง 1,000 มิลลิลิตร (หรือ ซีซี) เท่ากับ 1 ลิตร

ขั้นตอนที่ 2 ตวงเมทานอล 25% ของน้ำมันพืชใช้แล้ว
ตวงเมทานอลจำนวน 20-25% ( น้ำมันใหม่ใช้ 20% น้ำมันใช้แล้วใช้ 25%) ระวังการสูดดมและสัมผัสเมทานอล ควรใส่ถุงมือ แว่นตากันสาร และผ้าปิดจมูก จากนั้น เทเมทานอลลงขวดที่มีฝาปิด ค่อยๆ เทลงขวด ให้ เทโซดาไฟลงในเมทานอล แล้วปิดฝาไว้ป้องกันการระเหย

ขั้นตอนที่ 3 ละลายตัวเร่งปฏิกิริยาในเมทานอล
ผสมตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมไว้ เขย่าหรือคนให้ละลายเข้ากัน จนได้สารละลายใส ( ห้ามเทเมทานอลลงโซดาไฟเด็ดขาดเพราะอาจทำให้เกิดความร้อนสูงและกระเด็นถูกร่างกายได้) ปิดฝาไว้ หากละลายปริมาณมากควรใส่ถุงมือหนังกันความร้อน เพราะอาจเกิดความร้อนถึง 60 กว่าองศาเซลเซียส

ขั้นตอนที่ 4 อุ่นน้ำมัน
อุ่นน้ำมันพืชหรือน้ำมันสัตว์ที่เตรียมไว้ให้ได้อุณหภูมิ 50-55 องศาเซลเซียส เมื่อได้อุณหภูมิตามต้องการให้ดับตะเกียงหรือแหล่งให้ความร้อน

ขั้นตอนที่ 5 ทำปฏิกิริยาทรานเอสเทอริฟิเคชัน
เทสารละลายโซดาไฟที่ผสมกับเมทานอลแล้ว (เรียกว่าเมท็อกไซด์) ลงใน น้ำมันพืชที่ร้อน 50-55 องศาเซลเซียส ลงในถังหรือขวดที่มีฝาปิด โดยเทผ่านกรวยกรอง (ป้องกันไม่ให้สารหกกระเด็น) เขย่าหรือกวนนานประมาณ 15-20 นาที (ในการทดลองขนาดเล็ก หากขนาดใหญ่ขึ้นต้องใช้เวลา 1 ชั่วโมง) สังเกตสี การเปลี่ยนแปลงและอุณหภูมิ จะพบว่า ถ้าเกิดไบโอดีเซลแน่นอน สีต้องเข้มขึ้น ไม่ขุ่นข้นเหลืองครีม และอุณหภูมิจะสูงขึ้นด้วย

ขั้นตอนที่ 6 ทิ้งให้กลีเซอรีนแยกตัว
ภายหลังจากเขย่าหรือกวน ตั้งทิ้งไว้ให้กลีเซอรีนแยกตัว หากเป็นการทดลองขนาดปริมาณน้อยๆ ประมาณไม่เกิน 1 ลิตร ใช้เวลาแยกตัวประมาณ 2-4 ชั่วโมง หากปริมาณมาก ต้องทิ้งไว้ไม่ต่ำกว่า 8 ชั่วโมง อาจทิ้งตากแดดจะช่วยให้เกิดปฏิกิริยาต่อเนื่องที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นและแยกตัวเร็วขึ้น ภายในหนึ่งชั่วโมงจะสังเกตเห็นปริมาณกลีเซอรีนตกออกมาเป็นส่วนของเหลวหนืดๆ สีเข้มอยู่ด้านล่าง

ขั้นตอนที่ 7 ไขกลีเซอรีนออก
กลีเซอรีน (Glycerin) สามารถย่อยสลายได้ตามธรรมชาติเมื่อซึมผ่านลงไปในดิน ซึ่งจะถูกแบคทีเรียย่อยสลายได้อย่างรวดเร็ว ไม่เป็นสารพิษ (Non-toxic) ไม่เป็นอันตรายต่อพืชและสัตว์ เมทานอลหรือเอทานอลที่เป็นส่วนเกินจากปฏิกิริยา สามารถระเหยไปในอากาศเองได้ เมื่อทิ้งไว้ประมาณ 1 สัปดาห์ เราสามารถนำกลีเซอรีนส่วนนี้ไปทำสบู่เพื่อใช้ทำความสะอาดต่อไปได้ การทำสบู่โปรดดูในภาคผนวก

• กลีเซอรีนบริสุทธิ์ถูกนำมาใช้ในวงการอุตสาหกรรมได้หลายอย่างและมีราคาที่แพงมาก อย่างไรก็ตามกลีเซอรีนที่เราได้จากกระบวนการทำไบโอดีเซลนี้มีสารปนเปื้อนอยู่มาก ส่วนใหญ่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาและแอลกอฮอล์ส่วนเกิน อีกทั้งคราบอื่นๆ ที่ปนเปื้อนมาในน้ำมันภายหลังการทำอาหาร
• การจะระเหยเอาแอลกอฮอล์ออกจากกลีเซอรีนให้หมดนั้น ต้องถูกนำมาต้มในที่ที่มีอากาศถ่ายเท ถ้าใช้เมาทานอลต้องต้มให้ความร้อนสูงเกินจุดเดือด (Boiling point) คือที่อุณหภูมิ 65C ถ้าใช้เอทานอลจะต้องต้มให้ความร้อนสูงเกิน 79C และถ้าต้องการระเหยน้ำออกให้หมดต้องต้มอย่างต่ำ 10 นาที ในระดับอุตสาหกรรมสามารถทำให้กลีเซอรีนบริสุทธิ์ได้ แต่คงเป็นเรื่องยากสำหรับเราๆ ท่านๆ ดังนั้น ใช้ทดแทนสบู่ทำความสะอาดทั่วๆ ไปที่ไม่ใช่ทาตัวและหน้าคงจะช่วยนำมาลดค่าใช้จ่ายได้ระดับหนึ่ง
• ภายหลังจากเขย่าหรือกวน ตั้งทิ้งไว้ให้กลีเซอรีนแยกตัว จะเห็นการแยกชั้นชัดเจนระหว่าง เมทิลเอสเตอร์ (ของเหลวสีเหลืองใส) กับ กลีเซอรีน (สีน้ำตาลเหนียวถึงเป็นก้อน) หากเป็นการทดลองขนาดปริมาณน้อยๆ ประมาณไม่เกิน 1 ลิตร ใช้เวลาแยกตัวประมาณ 2-4 ชั่วโมง หากปริมาณมาก ต้องทิ้งไว้ไม่ต่ำกว่า 8 ชั่วโมง อาจทิ้งตากแดดจะช่วยให้เกิดปฏิกิริยาต่อเนื่องที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นและแยกตัวเร็วขึ้น ภายในหนึ่งชั่วโมงจะสังเกตเห็นปริมาณกลีเซอรีนตกออกมาเป็นส่วนของเหลวหนืดๆ สีเข้มอยู่ด้านล่าง จากนั้นไขกลีเซอรีนออก กลีเซอรีนที่ได้อาจมีปริมาณตั้งแต่ 5-20%

ขั้นตอนที่ 8 การล้างไบโอดีเซล
การมีแอลกอฮอล์ที่เป็นส่วนเกินจากการทำปฏิกิริยาในน้ำมัน สามารถทำให้เกิดการสึกหรอส่วนที่เป็นยางในน้ำมันได้ และมีส่วนทำให้จุดวาบไฟ ของไบโอดีเซลต่ำลงอันอาจมีผลต่อความปลอดภัย และไม่ผ่านมาตรฐานได้ ตามมาตรฐาน ASTM จะให้มีแอลกอฮอล์ปนอยู่ในไบโอดีเซลได้ ไม่เกิน 0.2% เท่านั้น การล้างไบโอดีเซลจึงเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพที่จะลดปริมาณแอลกอฮอล์ลง นอกจากนี้การล้างไบโอดีเซลด้วยน้ำ ยังสามารถช่วยล้างสิ่งสกปรกอื่นๆ เช่น คราบไขสบู่ในไบโอดีเซลได้ เราจะสังเกตได้ว่าถ้าเราใส่ตัวเร่งปฏิกิริยามากเกินไป จะเกิดเห็นเป็น 3 ชั้น ได้แก่ ชั้นของไบโอดีเซล ชั้นกลีเซอรีน และชั้นของไขสบู่ขาวขุ่น ซึ่งอาจทำให้ปนเปื้อนในไบโอดีเซลด้วย เราควรล้างไบโอดีเซล

การล้างน้ำสามารถทำได้ ดังนี้

1. เทน้ำเปล่าสะอาดประมาณ 10% ลงในไบโอดีเซลเพื่อล้างตัวเร่งปฏิกิริยาออก อาจใช้สปริงเกิลฉีดให้น้ำเป็นฝอย คนหรือเขย่าเบาหรือใช้ปั๊มลมช่วยทำให้น้ำกระจายตัวประมาณ 5-10 นาที จะเห็นของเหลวทั้งหมดในขวดเป็นสีขุ่นขาว
2. จากนั้นตั้งทิ้งไว้ ประมาณ 4 ชั่วโมง จะสังเกตเห็นสีของไบโอดีเซลชั้นบนอ่อนลงกว่าก่อนการล้าง และเกิดไขสบู่ขึ้น เหนือชั้นน้ำแต่ต่ำกว่าไบโอดีเซล
3. ให้ไขชั้นล่างสุด คือ ชั้นน้ำออกมาก่อน ชั้นนี้จะมีแอลกอฮอล์ออกมาด้วย แต่เพียงเล็กน้อย ไม่เป็นพิษ สามารถทิ้งลงพื้นดินหรือท่อน้ำทิ้งได้ สามารถนำไปใช้ล้างพื้นและคราบสิ่งสกปรกได้ แล้วไขชั้นสบู่
4. ล้างซ้ำอีกด้วยวิธีการแบบเดิมอีกครั้งหรือสองครั้ง ไบโอดีเซลที่ได้จะใสขึ้น และน้ำชั้นล่างก็จะใสขึ้นด้ว
5. วัดค่า pH ของไบโอดีเซล ไบโอดีเซลควรมีค่าใกล้เคียง 7 แต่ก็ไม่ใช่ตัววัดคุณภาพที่สำคัญนัก

ขั้นตอนที่ 9 กรองไบโอดีเซล ก่อนใช้งาน
ไบโอดีเซล ที่ได้นำมาผ่านเครื่องกรองที่ขนาด 5 ไมครอน เพื่อดักสิ่งสกปรก ก่อนนำไปเก็บไว้ในถังเก็บอีก 1-2 วัน ก็นำไปใช้งานได้