ไบโอดีเซล (Biodiesel) กับมาตรฐานการตรวจวัดคุณภาพที่จำเป็นต้องมี !

สาเหตุที่จำเป็นต้องมีมาตรฐานการตรวจวัดไบโอดีเซลนั่นเป็นเพราะ หลังจากการนำน้ำมันพืชมาผ่านกระบวนการทางเคมี ผลิตภัณฑ์ออกมาเป็นไบโอดีเซล แล้วจะทราบได้อย่างไรว่าไบโอดีเซลที่ได้นั้นมีคุณภาพ

และเนื่องจากน้ำมันไบโอดีเซลในประเทศไทยผลิตมาจากปาล์มเป็นหลัก ซึ่งมีคุณสมบัติที่น่าสนใจ คือ มีอัตราส่วนปริมาณกรดไขมันอิ่ม (Saturated fatty acid) และกรดไขมันไม่อิ่มตัว (Unsaturated fatty acid) แตกต่างกับพืชชนิดอื่น ๆ ดังนั้นการกำหนดมาตรฐานในไทย จึงจำเป็นต้องอ้างอิงมาตรฐานทั้ง ASTM และ EN พิจารณาร่วมกัน ถึงจะได้ประโยชน์สูงสุด

ประเทศไทยจึงมีกรมธุรกิจพลังงาน ภายใต้กระทรวงพลังงาน ที่คอยควบคุมดูแลมาตรฐานการทดสอบไบโอดีเซล นอกจากนี้ยังมีงานประชุมในโครงการ “B100 Laboratory Correlation Program” ที่รวบรวมองค์กร ทั้งผู้ผลิตไบโอดีเซล และผู้ให้บริการทดสอบตัวอย่างน้ำมันไบโอดีเซล ทั้ง 16 หน่วยงานมาเป็นผู้ร่วมทดสอบ เพื่อสร้างทิศทางการทดสอบไบโอดีเซลในประเทศไทยให้เป็นไปในแนวทางเดียวกัน แม่นยำ และน่าเชื่อถือ

ดังนั้น ประเทศไทยจึงได้มีการกำหนดมาตรฐานขึ้นเพื่อควบคุมคุณภาพของไบโอดีเซล โดยแบ่งออกเป็น 3 กลุ่มใหญ่ ๆ ตามคุณสมบัติ ได้แก่

• คุณสมบัติเกี่ยวกับสารประกอบ (Components)
• คุณสมบัติเกี่ยวกับสารเจือปน (Contaminants)
• คุณสมบัติด้านคุณลักษณะเฉพาะ (Characteristics)

อีกทั้งในแต่ละคุณสมบัติก็สามารถแบ่งย่อยไปได้อีกมากมาย โดยในบล็อกนี้เราจะมายกตัวอย่างคุณสมบัติที่น่าสนใจกันว่าในแต่ละคุณสมบัติมีมาตรฐานการตรวจวัดไหนที่น่าสนใจบ้าง โดยเริ่มจาก..

• คุณสมบัติเกี่ยวกับสารประกอบ (Components)

สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ที่พบได้ในกระบวนการผลิตไบโอดีเซล โดยอ้างอิงจากสมการเคมีในการสังเคราะห์ไบโอดีเซล (Fatty Acid Methyl Ester : FAME)

Linoleic acid methyl ester 
หรือกรดไขมันไม่อิ่มตัว (Unsaturated fatty acid) ที่มีพันธะคู่อยู่ในโมเลกุลที่พบได้ในไบโอดีเซลที่ผลิตจากน้ำมันพืช เป็นองค์ประกอบในโมเลกุลที่ส่งผลกระทบต่อให้ไบโอดีเซลเนื่องจากพันธะคู่จะสามารถเกิดปฏิกิริยา Oxidation กับอากาศได้ง่าย และก่อให้เกิดกรดไขมันอิสระเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ความเป็นกรดสูงขึ้น จนทำให้เกิดการกัดกร่อนเครื่องยนต์ และส่งผลต่อประสิทธิภาพการใช้งานของไบโอดีเซล

Methanol
เมทานอลเป็นสารตั้งต้นการผลิตไบโอดีเซล ในการเกิดปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชั่น (Transesterification) และมักพบหลงเหลือ ตกค้างในระบบจากกระบวนการผลิตไบโอดีเซล จนก่อให้เกิดการกัดกร่อนภายในเครื่องยนต์และส่งผลต่อคุณสมบัติจุดวาบไฟ (Flash point)

Tips : โดยมาตรฐานการตรวจวัดตามคุณสมบัติเกี่ยวกับสารประกอบ (Components) ล้วนใช้การตรวจวิเคราะห์ด้วยเทคนิค Gas chromatography หรือที่นิยมเรียกว่า GC ในการตรวจวัด เป็นเทคนิคที่ใช้แยกสารที่อยู่ในสถานะแก๊ส ด้วยหลักการทางโครมาโตกราฟี (Chromatography) ซึ่งอาศัยความแตกต่างกันของคุณสมบัติการละลายและการดูดซับหรือกระจายตัวบนเฟสเคลื่อนที่ (Mobile phase) และเฟสอยู่กับที่ (Stationary phase) 

• คุณสมบัติเกี่ยวกับสารเจือปน (Contaminants)

​สารเจือปน หรือสารอื่น ๆ ที่มีโอกาสเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการ การผลิตไบโอดีเซล เช่น ตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวทำละลาย เป็นต้น หรือสารปนเปื้อนจากสภาพแวดล้อม

Acid number

เนื่องจากกรดไขมันเป็นองค์ประกอบในโมโลกุลของไบโอดีเซล จึงมีกรดไขมันอิสระ (Free fatty acid) เจือปนอยู่ด้วย กรดมีฤทธิ์กัดกร่อนจึงส่งผลให้เกิดการกัดกร่อนซึ่งจะส่งผลให้เกิดการเสื่อมสภาพของเครื่องยนต์จากการใช้งานได้

Water
ด้วยกระบวนการผลิตมีการใช้น้ำในการชะล้างตัวเร่งปฏิกิริยา (Catalyst) โดยเมื่อชะล้างแล้วต้องมีการกำจัดออกไป แต่ในบางครั้งอาจมีการหลงเหลือของน้ำปะปน จึงทำให้มีมาตรฐานการตรวจวัดน้ำ เนื่องจากน้ำไม่เข้ากับน้ำมัน จึงส่งผลทำให้น้ำมันจุดติดไฟยากมากขึ้น และอาจเกิดปฏิกิริยาอื่นที่ส่งผลต่อความเสถียรหรือความเป็นกรดของน้ำมัน ที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของน้ำมันหรือทำให้เกิดการกัดกร่อนในเครื่องยนต์ได้ 

Group I & II metals
ในกระบวนการผลิตไบโอดีเซลมีการเติมตัวเร่งปฏิกิริยา (Catalyst) ซึ่งอาจจะทำให้มีการเจือปนของโลหะหมู่ 1 (Group I metals) และโลหะหมู่ 2 (Group II metals) จากน้ำกระด้างในขั้นตอนการชะล้างของกระบวนการผลิตได้ด้วยเช่นกัน ซึ่งอาจก่อให้เกิดการกัดกร่อนซึ่งมีผลให้เครื่องยนต์เสียหาย

• คุณสมบัติด้านคุณลักษณะเฉพาะ (Characteristics)

คุณลักษณะเฉพาะของไบโอดีเซลที่ผลิตได้

Iodine value

ค่าไอโอดีน เป็นค่ามาจากการทำปฏิกิริยาเพื่อหาจำนวนพันธะคู่ ซึ่งหากตัวอย่างไบโอดีเซลที่ตรวจวัดมีค่า Iodine value มาก นั่นหมายถึงว่ามีพันธะคู่ในไบโอดีเซลมากไปด้วย ส่งผลทำให้ไบโอดีเซลเกิดความไม่เสถียรขึ้น

Flash point 

Flash point คืออุณหภูมิต่ำสุดที่ทำให้เกิดประกายไฟ ส่งผลให้ค่านี้ถูกควบคุมเพื่อให้เกิดความปลอดภัยในการจัดการและขนส่ง 
 

Kinematic viscosity

Kinematic viscosity หรือ ความหนืด นั่นคือ ความสามารถในการเคลื่อนที่ของน้ำมันจากจุดหนึ่งไปอีกจุดหนึ่ง และมีผลต่อความสามารถในการไหลออกจากหัวฉีดเครื่องยนต์ ซึ่งจะส่งผลต่อการเผาไหม้ (Combustion) ในเครื่องยนต์อีกด้วย

Oxidation stability

ความทนทานต่อการเกิดปฏิกิริยากับออกซิเจน ซึ่งพันธะคู่ในโครงสร้างของไบโอดีเซล สามารถทำปฏิกิริยาออกซิเดชั่น (Oxidation) กับอากาศ ส่งผลให้เกิดการเสื่อมสภาพได้ง่ายของไบโอดีเซล เช่น เหม็นหืนง่าย หรือ ค่าความเป็นกรดเพิ่มสูงขึ้นส่งผลให้เกิดการกัดกร่อนในเครื่องยนต์

Cold flow properties
โดยแบ่งออกเป็น 2 ประเภท

• Cloud point : อุณหภูมิที่ก่อให้เกิดผลึกแรกของน้ำมัน เมื่อได้รับความเย็น
• Cold filter plugging : อุณหภูมิที่ทำให้น้ำมันไม่สามารถถูกสูบผ่านไส้กรองของเครื่องยนต์ได้

ซึ่งอุณหภูมิทั้ง 2 ประเภทส่งผลกระทบต่อเกิดการตกผลึกได้ง่ายตามจุดต่างๆของท่อ ซึ่งส่งผลให้เกิดการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ เกิดเป็นเขม่าควันที่ท่อไอเสียได้

อ่านบทความที่เกี่ยวข้อง : ไบโอดีเซล (Biodiesel) คืออะไร ? เกิดขึ้นได้อย่าง ? และมีการพัฒนาในประเทศไทยอย่างไร ? 

https://www.apexchemicals.co.th/blogDetails.php?id=529

สุดท้ายนี้จะมีบทความที่สมบูรณ์แบบนี้ไม่ได้เลยหากขาดผู้เชี่ยวชาญทางด้านไบโอดีเซลมาเป็นผู้ให้ความรู้ในงานสัมมนา “Exploring Research Challenges and Opportunities in Biodiesel Development” เมื่อวันที่ 8 กันยายน 2566 ที่ห้องประชุม MR210 BITEC BANGNA

โดยทางบริษัทขอขอบคุณวิทยากรจากทั้ง 3 องค์กรที่มาให้ความรู้ในงานสัมมนาในครั้งนี้ 

• คุณจีรพันธ์ ปัญญานันท์ 

Executive Vice President สายงานปฏิบัติการธุรกิจไบโอดีเซล 

บริษัท พลังงานบริสุทธิ์ จำกัด (มหาชน)

• ดร.พีรวัฒน์ สายสิริรัตน์ และ คุณปฐมพงศ์ เจนไธสง 

นักวิจัย ทีมวิจัยพลังงานทดแทนและประสิทธิภาพพลังงาน 

ศูนย์เทคโนโลยีพลังงานแห่งชาติ (ENTEC)

• Ms. Michelle Lim 

Business Development Manager

Thermo Fisher Scientific