อาจารย์วิศวฯ จุฬาฯ แปลงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นเมทานอล ด้วยวิธีเทอร์โมเคมิคอลที่ใช้พลังงานน้อยกว่าแต่ได้ผลมาก ลดการนำเข้าสารตั้งต้นอุตสาหกรรม กระตุ้นเศรษฐกิจหมุนเวียน (Circular Economy)
จุฬาฯ วิจัยสำเร็จ! แปลงคาร์บอนไดออกไซด์เป็นเมทานอล ลดโลกร้อน
การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ทั้งจากภาคอุตสาหกรรมและครัวเรือนเป็นเหตุที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ สภาวะโลกร้อน และส่งผลกระทบต่อความหลากหลายทางชีวภาพในวงกว้าง เป็นเรื่องสำคัญระดับโลกที่องค์การสหประชาชาติเรียกร้องให้ทุกประเทศเร่งลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเพื่อรักษาระดับอุณหภูมิเฉลี่ยของโลกไม่ให้สูงเกิน 2 องศาเซลเซียส
แต่นอกจากจะลดการปล่อย CO2 แล้ว นักวิจัยทั่วโลกก็กำลังคิดค้นวิธีการต่างๆ เพื่อนำก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์กลับมาใช้ให้เกิดประโยชน์ ดังที่ ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.ภัทรพร คิม ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ประสบความสำเร็จในการแปลงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นเมทานอล สารตั้งต้นสำคัญในอุตสาหกรรมหลายประเภท
ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.ภัทรพร คิม ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
“เมทานอลในปัจจุบันส่วนใหญ่สังเคราะห์มาจากก๊าซธรรมชาติซึ่งมีการปลดปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาจากกระบวนการผลิต เราจึงศึกษาการผลิตเมทานอลโดยตรงจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เท่ากับช่วยลดก๊าซคาร์บอนได้ออกไซด์และยังนำก๊าซกลับมาใช้ให้เกิดประโยชน์ เพิ่มมูลค่าทางเศรษฐกิจด้วย” ผศ. ดร.ภัทรพร เผยแนวคิดงานวิจัยย่อยในโครงการวิจัย การแปลงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าสูงขึ้น (Carbon Dioxide (CO2) Conversion to Higher-Valued Products) ภายใต้การสนับสนุนทุนวิจัย “Research Cess Fund” (RCF) จาก Malaysia-Thai Joint Authority (MTJA) ที่สนับสนุนให้ทีมนักวิจัยจากคณะวิศวกรรมศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ สถาบันวิจัยโลหะและวัสดุ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และสถาบันอื่น ๆ ศึกษาเทคโนโลยีและวิธีการที่แตกต่างกันเพื่อนำก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์กลับมาใช้ประโยชน์
เมทานอลจากคาร์บอนไดออกไซด์
เมทานอลเป็นสารเคมีตั้งต้นสำคัญที่ใช้ในการผลิตสารเคมีในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เช่น อุตสาหกรรมเคมีและการสังเคราะห์ อุตสาหกรรมยา อุตสาหกรรมเครื่องใช้ไฟฟ้าและสารเคลือบ เป็นต้น เมทานอลจึงเป็นสารเคมีที่มีการนำเข้าอันดับต้น ๆ ของประเทศไทยและมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง
“โดยทั่วไป เมทานอลสังเคราะห์จากก๊าซธรรมชาติโดยวิธีทางเทอร์โมเคมิคอล (thermochemical) ซึ่งการผลิตเมทานอล 1 ตันด้วยวิธีการนี้จะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ราว 0.5-1.5 ตัน” ผศ. ดร.ภัทรพร อธิบาย “ดังนั้น เราจึงศึกษาวิธีนำก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มาผลิตเป็นเมทานอลโดยตรง ซึ่งเป็นทางเลือกหนึ่งที่ดีต่อสิ่งแวดล้อม ทั้งยังสร้างมูลค่าทางเศรษฐกิจด้วย”
ผศ. ดร.ภัทรพร ขยายความว่าเมทานอลสามารถต่อยอดเป็นผลิตภัณฑ์เคมีสีเขียวที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมได้หลากหลาย อาทิ ไดเมทิลอีเทอร์ (Dimethyl Ether หรือ DME) ใช้เป็นเชื้อเพลิงเพื่อให้ความร้อน และไดเมทิลคาร์บอเนต (Dimethyl Carbonate หรือ DMC) ซึ่งใช้ในหลายอุตสาหกรรม อาทิ อุตสาหกรรมสี อุตสาหกรรมกาว ใช้เป็นตัวประสานและจัดเป็นวัสดุพลาสติกประเภทหนึ่ง ใช้ในชิ้นส่วนรถยนต์และเครื่องบิน อุปกรณ์ไฟฟ้า แว่นตานิรภัย อุปกรณ์กันกระแทก ที่สำคัญคือใช้เป็นสารอิเล็คโทรไลต์ในแบตเตอรี่ชนิดลิเธียมไออนที่ใช้ในรถยนต์ไฟฟ้า ซึ่งกำลังเป็นที่ต้องการเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ
“ปัจจุบันการผลิตไดเมทิลคาร์บอเนตส่วนใหญ่ใช้ฟอสจีนซึ่งเป็นสารเคมีที่มีความเป็นพิษสูง ซึ่งอาจทำให้เสียชีวิตหรือมีปัญหาสุขภาพอย่างรุนแรงแม้จะมีความเข้มข้นต่ำก็ตาม การผลิตไดเมทิลคาร์บอเนตจากเมทานอลและยูเรีย หรือแม้กระทั่งจากคาร์บอนไดออกไซต์โดยตรงก็เป็นอีกแนวทางหนึ่งที่น่าสนใจ”
เทอร์โมเคมิคอล กระบวนการเพิ่มมูลค่าก๊าซเรือนกระจก
ผศ. ดร.ภัทรพร อธิบายถึงแนวทางการจัดการก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ว่า ในปัจจุบัน โรงงานอุตสาหกรรมนิยมใช้สารละลายเอมีนเพื่อจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยเฉพาะ แล้วนำมาแยกด้วยความร้อนจนได้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์บริสุทธิ์ หลังจากนั้น ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ได้อาจนำไปจัดการได้ 2 วิธี
- กักเก็บ (Carbon Capture and Storage: CCS) เป็นกระบวนการดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ แล้วฉีดอัดก๊าซลงไปเก็บไว้ชั้นใต้ดินแบบถาวร ซึ่งอาจเป็นชั้นหินที่กักเก็บน้ำมันและก๊าซธรรมชาติที่หมดศักยภาพแล้ว หรือโพรงทางธรณีวิทยา เพื่อป้องกันไม่ให้มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในปริมาณมากกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ
- นำมาใช้ประโยชน์ (Carbon Capture and Utilization: CCU) ซึ่งประโยชน์ทางตรง อาทิ นำมาเพิ่มปริมาณการผลิตน้ำมัน (Enhanced Oil Recovery หรือ EOR) ใช้ในอุตสาหกรรมเครื่องดื่มอย่างน้ำอัดลม โซดา หรือใช้เป็นตัวทำละลายในอุตสาหกรรมอาหาร เป็นต้น ส่วนประโยชน์ทางอ้อมก็อย่างเช่น การแปลงเป็นเชื้อเพลิงอย่างมีเทน หรือไดเมทิลอีเทอร์ และแปลงเป็นสารเคมีหรือผลิตภัณฑ์อื่นที่มีมูลค่าสูงขึ้น เช่น เมทานอล หรือ ไดเมทิลคาร์บอนเนต
สำหรับงานวิจัยชิ้นนี้ ผศ. ดร.ภัทรพร เลือกกระบวนการแปลงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยวิธีทางเทอร์โมเคมิคอล (Thermochemical Conversion) ซึ่งใช้เตาปฏิกรณ์เพื่อทำให้เกิดความร้อนและความดัน และเหนี่ยวนำปฏิกิริยาทางเคมีด้วยการเติมไฮโดรเจนในคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 hydrogenation) จนได้เป็นเมทานอล
เตาปฏิกรณ์สำหรับแปลงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
อย่างไรก็ตาม วิธีเทอร์โมเคมิคอลใช้พลังงานสูงในการเกิดปฏิกิริยา แต่ได้ผลผลิตต่ำ ผศ. ดร.ภัทรพร จึงค้นหาวิธีกำจัดจุดอ่อนตรงนี้ ด้วยการใช้แอลกอฮอล์บางชนิดเป็นตัวทำละลาย และเร่งปฏิกิริยาร่วมกับตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดพื้นฐานคอปเปอร์ซิงค์ออกไซด์ (Cu/ZnO) ช่วยเพิ่มปริมาณเมทานอลที่ได้ และลดการใช้พลังงานในกระบวนการแปลงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
รัฐต้องหนุน ให้งานวิจัยเดินหน้าปฏิบัติจริง
แม้การวิจัยจะประสบผลสำเร็จเป็นที่น่าพอใจ แต่ก็ยังมีอุปสรรคอีกมาก เช่น ค่าใช้จ่ายในการดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ค่อนข้างสูง พลังงานที่ใช้ในกระบวนการแปลง CO2 ต้นทุนการผลิตและแหล่งที่มาของไฮโดรเจน ไปจนถึงข้อจำกัดด้านขนาดของตลาดและการขาดแรงจูงใจในการลงทุน ซึ่งหากได้รับการสนับสนุนจากรัฐในแง่นโยบาย แรงจูงใจด้านต้นทุน ภาษี ฯลฯ ก็จะช่วยผลักดันให้เทคโนโลยีนี้มีความสามารถในการแข่งขันในอนาคต
“เรามีแผนทำงานร่วมกับภาคอุตสาหกรรมเพื่อผลักงานวิจัยสู่เชิงพาณิชย์ให้ประเทศไทยมีผลิตภัณฑ์ใหม่ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม สร้างความคุ้มค่าตามหลักเศรษฐศาสตร์และกระตุ้นเศรษฐกิจหมุนเวียน เรื่องนี้เรื่องสำคัญที่คนในปัจจุบันต้องให้ความสนใจ เราต้องพยายามเก็บรักษาต้นทุนด้านสิ่งแวดล้อมไว้ให้ดีที่สุดเพื่อส่งต่อให้คนรุ่นต่อๆ ไปได้มีชีวิตความเป็นอยู่ที่ดีขึ้น” ผศ.ดร. ภัทรพร กล่าวทิ้งท้าย
