นักวิชาการไทย คิดค้นวิจัยผลิตแก๊สมีเทนด้วยวิธีการหมักชานอ้อยสองขั้นตอน

ชานอ้อย เป็นส่วนของลำต้นอ้อยที่หีบเอาน้ำอ้อยหรือน้ำตาลออกแล้ว นับเป็นซากทางการเกษตรที่นำมาต่อยอดใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย เช่น ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับผลิตกระแสไฟฟ้า ด้วยเหตุฉะนี้ เพื่อใช้ประโยชน์จากชานอ้อยให้เป็นเชื้อเพลิงที่มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น ผศ.ดร.ประไพพิศ ชัยรัตนมโนกร อาจารย์ประจำภาควิชาเทคโนโลยีและการจัดการสิ่งแวดล้อม คณะสิ่งแวดล้อม มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ จึงได้ศึกษาหาใช้ประโยชน์การใช้ชานอ้อยเป็นวัตถุดิบหลักในการผลิตแก๊สมีเทนอย่างต่อเนื่องโดยวิธีการหมักแบบสองขั้นตอน โดยการหมักขั้นต้นเป็นการผลิตแก๊สไฮโดรเจน ถัดไปขั้นตอนที่สองจึงได้แก๊สมีเทน

ขั้นตอนที่หนึ่ง ชานอ้อยเป็นวัสดุชีวภาพทางการเกษตรที่ประกอบด้วยสารอินทรีย์เป็นส่วนใหญ่ คือมีคาร์บอนและเซลลูโลสในปริมาณมาก(ร้อยละ 55 และ ร้อยละ 48.5 ตามลำดับ) และสามารถย่อยสลายได้ด้วยจุลินทรีย์ ในช่วงแรกจึงเป็นการผลิตแก๊สไฮโดรเจน(H2)จากชานอ้อยโดยการหมักแบบไม่ใช้อากาศในถังปฏิกรณ์ที่ 55 องศาเซลเซียสด้วยเชื้อ Clostridium thermopalmarium HM756303 แต่เนื่องจากชานอ้อยมีองค์ประกอบของลิกโนเซลลูเลส ซึ่งมีเฮมิเซลลูโลส ลิกนิน และเซลลูโลส จึงต้องปรับสภาพชานอ้อยด้วยสารละลายด่างโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) ที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 2 ชั่วโมง เพื่อกำจัดเฮมิเซลลูโลส และลิกนิน

โดยพบว่า ความเป็นกรด-ด่างเริ่มต้น (pH) ความเข้มข้นของเป็ปโตน บัฟเฟอร์ฟอสเฟต และโซเดียมไบคาร์บอนเนต (NaHCO3) มีผลต่อการผลิตไฮโดรเจนอย่างมีนัยสำคัญ ผลการศึกษาสภาวะที่เหมาะสม ได้แก่การหมักชานอ้อยร่วมกับเป็ปโตนที่ความเข้มข้นของ 3 กรัม/ลิตร และเฟอรัสซัลเฟต (FeSO4) ที่ความเข้มข้น 50 มิลลิกรัม/ลิตร ค่าpHที่ 5.5

นอกจากนี้เชื้อ C. thermopalmarium สามารถทำงานได้ในสภาวะที่ไม่ปลอดเชื้อด้วย โดยปริมาณไฮโดรเจนที่ได้จากการหมักในสภาวะที่ไม่ปลอดเชื้อมีค่าน้อยกว่าเล็กน้อยเมื่อเปรียบเทียบกับการหมักในสภาวะที่ปลอดเชื้อ ดังนั้นการผลิตไฮโดรเจนอย่างต่อเนื่องในสภาวะที่ไม่ปลอดเชื้อด้วย C. thermopalmarium ได้จากการหมักที่ hydraulic retention times ( HRT) ที่ 6 ชั่วโมง จะได้ปริมาณไฮโดรเจนสูงสุดที่ 2745 มิลลิลิตรต่อวัน และความเข้มข้นไฮโดรเจนสูงสุดมีค่าประมาณ 60%

นอกจากนั้น พบว่า ผลการปรับสภาพชานอ้อยด้วยสารละลาย NaOH ส่งเสริมการผลิตไฮโดรเจน และการหมักชานอ้อยที่ปรับสภาพด้วยสารละลาย NaOH ที่ความเข้นข้น 2% ได้แก๊สไฮโดรเจนสูงสุด

ขั้นตอนที่สอง นำน้ำหมักหลังจากการผลิตไฮโดรเจนไปหมักต่อเพื่อผลิตแก๊สมีเธน (CH4) ที่ 55 องศาเซลเซียส ได้ความเข้มข้นของมีเทนสูงสุดที่ 65% และปริมาณมีเทนที่ได้จากการหมักในระยะเวลาการหมัก 24 ชั่วโมง ได้แก๊สมีเทนเฉลี่ยสูงสุด 2906.95±253.93 มิลลิลิตรต่อวัน และผลผลิตมีเทนเฉลี่ยสูงสุด 184.99±14.57 ลิตรต่อการหมักชานอ้อย 1 กิโลกรัม
ดังนั้น เมื่อพิจารณาค่าพลังงานจากแก๊สไฮโดรเจนและมีเทนจากการหมักทั้งสองขั้นตอน จะได้ผลผลิตพลังงานสูงสุดที่ 8102.45 กิโลจูลต่อการหมักชานอ้อย 1 กิโลกรัม ทั้งนี้ความเข้มข้นของแก๊สที่สนใจได้แก่ แก๊สไฮโดรเจนและมีเทน สามารถเพิ่มขึ้นได้เมื่อบำบัดแก๊สชีวภาพด้วยกระบวนการดูดซึมด้วยสารละลาย NaOH