The sunliquid® process: นำเสนอนวัตกรรมการผลิตเชื้อเพลิงเอทานอลจากเซลลูโลสแบบเชิงพาณิชย์สู่ประเทศไทย
การพัฒนาสู่ความยั่งยืนไม่ใช่แค่โฆษณาเกินจริง แต่เป็นจุดเปลี่ยนของเศรษฐกิจโลก นับตั้งแต่มีข้อตกลงปารีส (Paris Agreement) เมื่อปี พ.ศ. 2558 ซึ่งเป็นอนุสัญญาสหประชาชาติว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ที่มีสมาชิกกว่า 195 ประเทศ ได้ตกลงที่จะร่วมมือกันตรึงระดับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิโลกไม่ให้สูงขึ้นเกิน 2 องศาเซลเซียส ภายในปี พ.ศ. 2593 เมื่อเทียบกับระดับก่อนยุคอุตสาหกรรม หลังจากที่ยุโรปได้ประกาศเป้าหมายดังกล่าว เมื่อเร็ว ๆ นี้ สหรัฐอเมริกาก็ได้ตั้งเป้าที่จะสร้างความเปลี่ยนแปลงเพื่อลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกสุทธิให้เป็นศูนย์ หรือเป็น Net Zero ภายในปี พ.ศ. 2593[1] ในขณะที่ประเทศจีนได้วางแนวทางปฏิบัติเพื่อลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หรือก๊าซเรือนกระจกสุทธิให้เป็นศูนย์ หรือเป็นกลางทางคาร์บอน (Carbon Neutral) ภายในปี พ.ศ. 2603 ทั้งนี้ ประเทศอื่น ๆ ทั่วโลกก็กำลังก้าวตามเป้าหมายเหล่านี้เช่นกัน
[1] https://www.whitehouse.gov/briefing-room/statements-releases/2021/04/23/fact-sheet-president-bidens-leaders-summit-on-climate/
การดำเนินงานของประเทศไทย
ในส่วนของประเทศไทย พลเอก ประยุทธ์ จันทร์โอชา นายกรัฐมนตรี ได้เข้าร่วมในการประชุมสมัชชาประเทศภาคีอนุสัญญาสหประชาชาติ ว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ครั้งที่ 26 (COP 26) ณ เมืองกลาสโกว์ สหราชอาณาจักร และประกาศจุดยืนของไทยในการต่อสู่กับภาวะโลกร้อนในเวทีโลก ทำให้ทั่วโลกได้ทราบถึงเป้าหมายของไทยที่จะเป็นกลางทางคาร์บอนภายในปี พ.ศ. 2593 และลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกสุทธิให้เป็นศูนย์ภายในปี พ.ศ. 2608
นอกจากนี้ ประเทศไทยยังส่งเสริมการผลิตและการใช้เชื้อเพลิงเอทานอล เพื่อลดการนำเข้าพลังงาน ส่งเสริมการใช้และเพิ่มมูลค่าให้กับวัตถุดิบทางการเกษตร และลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนเมื่อเทียบกับการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล ซึ่งตามแผนพัฒนาพลังงานทดแทนและพลังงานทางเลือก พ.ศ. 2561-2580 (AEDP 2018) ไทยมีเป้าหมายที่จะส่งเสริมการผลิตและการใช้เชื้อเพลิงเอทานอลให้ได้ 7.5 ล้านลิตรต่อวันภายในปี พ.ศ. 2580 อย่างไรก็ตาม ผลผลิตอ้อยในปี พ.ศ. 2563 และ 2564 มีปริมาณลดลงอยู่ที่ 74.89 ล้านตัน และ 66.65 ล้านตัน ตามลำดับ อีกทั้งผลผลิตมันสำปะหลังมีปริมาณเพิ่มขึ้นไม่เพียงพอต่อความต้องการของตลาด ทำให้ราคาของกากน้ำตาลและมันสำปะหลังเพิ่มสูงขึ้น ซึ่งส่งผลให้ราคาของเอทานอลเพิ่มขึ้นเป็น 25-26 บาทต่อลิตร ทำให้มีการเลื่อนการยกเลิกใช้น้ำมันแก๊สโซฮอล์ E10 ออกเทน 91 หลายต่อหลายครั้ง ซึ่งถือเป็นกลไกสำคัญในการเพิ่มปริมาณการใช้เชื้อเพลิงเอทานอลในประเทศ ล่าสุด การยกเลิกใช้น้ำมันแก๊สโซฮอล์ E10 ออกเทน 91 ถูกเลื่อนออกไปจนถึงสิ้นปี พ.ศ. 2565
ความเป็นไปได้ในการนำเทคโนโลยี sunliquid® มาสู่ประเทศไทย
นอกจากกากน้ำตาลและมันสำปะหลัง ซึ่งมีปริมาณจำกัด ยังมีวัตถุดิบอื่นที่สามารถนำมาผลิตเอทานอลจากเซลลูโลสได้ อาทิ กากและเหง้ามันสำปะหลัง ยอดและใบอ้อย ฟางข้าว และทะลายปาล์มเปล่า หากกระบวนการเก็บเกี่ยวและรวบรวมวัตถุดิบเหล่านี้ถูกพัฒนาให้มีต้นทุนที่เป็นไปได้ในเชิงพาณิชย์ จะเป็นการเพิ่มตัวเลือกในการบรรลุเป้าหมายของไทยในการส่งเสริมการใช้เชื้อเพลิงเอทานอล ยกตัวอย่างเช่น ฟางข้าวที่ยังเหลือในพื้นที่และมีการนำมาใช้ไม่มากในปัจจุบัน ยังมีศักยภาพสูงที่สามารถนำมาใช้เป็นวัตถุดิบได้ จากการประเมินของแผน AEDP2018 มีฟางข้าวมากถึง 27 ล้านตันยังอยู่ในนาข้าว เทียบเท่ากับเอทานอลมากถึง 14 ล้านลิตรต่อวัน ในราคาตันละ 1,200 บาท ที่ความชื้น 12 เปอร์เซ็นต์ ต้นทุนวัตถุดิบของเอทานอลจะมีราคาเพียง 6-7 บาทต่อลิตร โดยฟางข้าว 1 ตัน เมื่อผลิตเป็นเซลลูโลสิกเอทานอลแล้วอาจมีมูลค่าสูงถึง 4,600 บาท ซึ่งสามารถช่วยลดการนำเข้าพลังงานจากต่างประเทศได้มากถึง 125,000 ล้านบาทต่อปี
วัตถุดิบเหล่านี้สามารถใช้ได้กับกระบวนการ sunliquid® ของคลาเรียนท์ ซึ่งจะเปลี่ยนวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรที่ได้จากกระบวนการผลิตในอุตสาหกรรมการเกษตรในพื้นที่ให้เป็นไบโอเอทานอลที่มีคุณภาพสูง โดยปรกติทุ่งข้าวสาลีหนึ่งเฮกตาร์สามารถผลิตฟางข้าวได้ราว ๆ 2-3 ตัน ที่ความชื้นเฉลี่ย 13 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งหากใช้กระบวนการ sunliquid® จะสามารถเปลี่ยนฟางข้าวให้กลายเป็นเอทานอลได้ประมาณ 550 ลิตร หมายความว่าฟางข้าว 5 ตัน จะสามารถผลิตเอทานอลจากเซลลูโลสได้เกือบ 1 ตัน หรือราวๆ 1,267 ลิตร ซึ่งเทียบเท่ากับผลผลิตเอทานอลประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์ และนอกจากเอทานอลแล้ว ยังมีผลิตภัณฑ์พลอยได้จากกระบวนการนี้ คือ ลิกนิน และน้ำกากส่า ซึ่งสามารถใช้เป็นปุ๋ยอินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพทางการเกษตร
กระบวนการ sunliquid® สามารถใช้ได้กับวัตถุดิบที่หลากหลาย สภาวะของกระบวนการและตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพได้รับการพัฒนาและทดสอบประสิทธิภาพในโรงงานต้นแบบก่อนนำออกมาใช้เชิงพาณิชย์ (pre-commercial plant ) เพื่อผลิตเอทานอลจากชีวมวลลิกโนเซลลูโลส (Lignocellulosic biomass) ที่หลากหลาย
“ในปี พ.ศ. 2555 เทคโนโลยีนี้ได้ประสบความสำเร็จในการผลิตในระดับโรงงานต้นแบบก่อนนำออกมาใช้เชิงพาณิชย์ (pre-commercial plant ) โดยที่สิทธิในการใช้เทคโนโลยี sunliquid® ได้ถูกจำหน่ายทั้งในยุโรปและจีนตั้งแต่นั้นมา เป้าหมายสำคัญของการก่อสร้างโรงงาน sunliquid® เชิงพาณิชย์แห่งแรกของเราในประเทศโรมาเนียคือ การตอกย้ำความมุ่งมั่นของเราในการสร้างอนาคตที่ยั่งยืนมากขึ้น” คริสเตียน ลิเบรร่า หัวหน้ากลุ่มธุรกิจเชื้อเพลิงชีวภาพและอนุพันธ์ คลาเรียนท์ กล่าว
กระบวนการ sunliquid® ทำงานอย่างไร
ขั้นแรก ฟางข้าวจะถูกหั่นเป็นชิ้นเล็กๆ ก่อนแล้วจึงให้ความร้อนเพื่อเปิดโครงสร้างลิกโนเซลลูโลสที่เกาะกันแน่น ทำให้เอนไซม์ที่จะใช้ในขั้นตอนที่สองสามารถเข้าถึงโมเลกุลน้ำตาลได้ง่ายขึ้น กระบวนการปรับสภาพเบื้องต้นของเราถูกปรับให้มีประสิทธิภาพ ทำให้ไม่มีความจำเป็นในการใช้สารเคมี
In the second step, enzymes are added to the pre-treated straw to liquefy and split its cellulosic and hemi-cellulosic components into different sugar types. As part of the integrated enzyme production, a small fraction of the sugars is used to feed microorganisms to produce feedstock and process-specific enzymes. These enzymes act to break up the long cellulose chains into fermentable sugars, such as glucose, xylose and arabinose. The insoluble woody component of the straw, lignin, is separated to generate energy which can be used to operate the cellulosic ethanol production plant.
ขั้นตอนที่สอง เอนไซม์จะถูกเติมลงในฟางข้าวที่ผ่านความร้อนแล้วเพื่อแปรสภาพฟางข้าวให้เป็นของเหลว และแยกส่วนประกอบของเซลลูโลสและเฮมิเซลลูโลสออกเป็นน้ำตาลประเภทต่าง ๆ ในส่วนหนึ่งของการผลิตเอนไซม์แบบบูรณาการนั้น มีการใช้น้ำตาลเล็กน้อยในการเลี้ยงเชื้อจุลินทรีย์เพื่อผลิตวัตถุดิบและเอนไซม์ที่มีความจำเพาะ ซึ่งเอนไซม์เหล่านี้มีหน้าที่สลายสายโซ่เซลลูโลสที่ยาวให้กลายเป็นน้ำตาลที่หมักได้ เช่น กลูโคส ไซโลส และอะราบิโนส ในขณะที่ลิกนิน ซึ่งเป็นส่วนประกอบที่ไม่ละลายน้ำของฟางข้าว จะถูกแยกออกมาเพื่อนำมาสร้างพลังงานให้กับโรงงานผลิตเอทานอลจากเซลลูโลสได้
ขั้นตอนที่สาม น้ำตาลที่มีจำนวนคาร์บอน 5 และ 6 อะตอม จะผ่านปฏิกิริยาเคมีต่อเนื่องในถังหมักเดียวกัน ซึ่งน้ำตาลทั้งสองประเภทจะถูกหมักพร้อมกันจนกลายเป็นเอทานอลโดยยีสต์สายพันธุ์ที่เป็นกรรมสิทธิ์เฉพาะของเราที่ได้รับการดัดแปลงและปรับให้เข้ากับสภาวะเหล่านี้โดยเฉพาะ ทำให้ได้ผลผลิตเอทานอลสูงขึ้น 50 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับยีสต์สายพันธุ์มาตรฐาน
ขั้นตอนสุดท้ายเอทานอลจะถูกเพิ่มความบริสุทธ์โดยกระบวนการกลั่นที่ได้รับการพัฒนาและมีประสิทธิภาพสูง
เชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่สอง ซึ่งผลิตจากวัตถุดิบที่ไม่ใช่อาหาร ช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้มากกว่าเชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นแรก
ไบโอเอทานอลที่ผลิตขึ้นจากกระบวนการ sunliquid® ช่วยลดคาร์บอนของภาคการขนส่งโดยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้มากถึง 95 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับเชื้อเพลิงฟอสซิล และมากถึง 120 เปอร์เซ็นต์ หากคำนึงถึงการกักเก็บคาร์บอนในกระบวนการผลิตด้วย กล่าวอีกนัยหนึ่ง โรงงาน sunliquid® ซึ่งมีกำลังการผลิต 50,000 ตันต่อปี สามารถช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ราว ๆ 120,000 ตันต่อปี หรือเท่ากับการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากรถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงจากฟอสซิลประมาณ 35,000 คันต่อปี
การผลิตเซลลูโลสิกเอทานอลจากวัสดุชีวภาพทางการเกษตรไม่เพียงช่วยลดคาร์บอนฟุตพริ้นท์ แต่ยังป้องกันการเผาทิ้งของวัสดุชีวภาพทางการเกษตรโดยเฉพาะอย่างยิ่งฟางข้าวและใบอ้อย ปัจจุบันเกษตรกรยังคงเผาฟางข้าวและใบอ้อยเพราะใช้แรงงานน้อยและลดต้นทุนการเก็บเกี่ยวอ้อย รวมถึงการเตรียมพื้นที่นาข้าวสำหรับการเพาะปลูกรอบต่อไปได้เร็วขึ้น ซึ่งการเผาไหม้เหล่านี้ทำให้หมอกควันและมลพิษ PM2.5 เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในระดับวิกฤตทุกปี โดยเฉพาะในช่วงเดือนพฤศจิกายนถึงมีนาคมในจังหวัดหลักๆที่ทำการเกษตร กรุงเทพมหานคร และจังหวัดใกล้เคียง ซึ่งมีการประมาณการด้วยข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ไว้ว่าการเผาไหม้มวลชีวภาพส่งผลต่อระดับ PM2.5 ในกรุงเทพฯ ตั้งแต่ร้อยละ 24 จนถึงร้อยละ 38 โดยที่ส่วนใหญ่มาจากการเผาใบอ้อยและฟางข้าว[1]
[1] https://www.bangkokpost.com/opinion/opinion/2051899/why-farmers-continue-to-burn-despite-city-smog
การดำเนินงานของ sunliquid®
เมื่อวันที่ 15 ตุลาคม 2564 คลาเรียนท์ได้ประกาศความสำเร็จอย่างเป็นทางการ ในการก่อสร้างโรงงาน sunliquid® สำหรับกระบวนการผลิตเซลลูโลสิกเอทานอลในเมืองโพดาริ ประเทศโรมาเนีย ซึ่งสามารถผลิตเอทานอลได้ 50,000 ตันต่อปี จากฟางข้าวประมาณ 250,000 ตัน ความสำเร็จในการก่อสร้างโรงงานนับเป็นขั้นตอนสำคัญในการนำเทคโนโลยี sunliquid® มาปรับใช้ในเชิงพาณิชย์ ซึ่งจะมีกำลังผลิตเอทานอลตั้งแต่ 12,000 ถึง 50,000 ตันต่อปี และเป็นการสนับสนุนกลยุทธ์ทางธุรกิจสิทธิในการใช้เทคโนโลยี sunliquid® ของคลาเรียนท์ ทั้งนี้ โรงงานในเมืองโพดาริ เขตโดลจ์ ถูกสร้างบนพื้นที่ 10 เฮกตาร์ ซึ่งเริ่มก่อสร้างในปี 2019 โดยมีพนักงานประจำมากถึง 800 คน และมีการทำสัญญากับเกษตรกรในพื้นที่มากกว่า 300 ราย เพื่อให้แน่ใจว่าวัตถุดิบจะมีเพียงพอต่อความต้องการ
การลงทุนครั้งนี้ยังก่อให้เกิดประโยชน์ทางเศรษฐกิจอย่างมากให้กับพื้นที่อีกด้วย เนื่องจากการจัดหาวัตถุดิบจากพื้นที่ท้องถิ่นสามารถลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้อย่างมาก ทั้งยังเพิ่มโอกาสทางธุรกิจตามห่วงโซ่อุปทานในระดับภูมิภาค นอกจากนี้ ผลิตภัณฑ์พลอยได้จากกระบวนการนี้จะถูกนำมาใช้ผลิตพลังงานหมุนเวียน ทำให้โรงงานไม่จำเป็นต้องพึ่งพลังงานฟอสซิล ดังนั้น เอทานอลจากเซลลูโลสจึงเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่สองที่การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์แทบจะเป็นเป็นศูนย์ ซึ่งนอกจากจะเป็นนวัตกรรมและผลิตภัณฑ์สำหรับการผสมเชื้อเพลิงแล้ว ยังสามารถนำไปประยุกต์ใช้เพิ่มเติมสำหรับอุตสาหกรรมเคมีชีวภาพ และการผลิตผลิตเชื้อเพลิงที่ยั่งยืนสำหรับอุตสาหกรรมการบินได้อีกด้วย
บทสรุป
เทคโนโลยี sunliquid® ของคลาเรียนท์เป็นเทคโนโลยีที่พร้อมใช้งาน สามารถผลิตเอทานอลจากเซลลูโลสได้อย่างยั่งยืน ซึ่งพิสูจน์แล้วถึงความคุ้มค่าในเชิงพาณิชย์ รวมถึงมีความยืดหยุ่นทั้งด้านวัตถุดิบ การเลือกขนาดโครงการ และการผลิตน้ำตาลสำหรับการผลิตสารเคมีชีวภาพที่หลากหลาย นับเป็นตัวอย่างสำคัญสำหรับเศรษฐกิจหมุนเวียนที่ไม่เพียงช่วยเพิ่มรายได้ของเกษตรกรเท่านั้น แต่ยังเป็นนวัตกรรมที่มีศักยภาพในการลดการปลดปล่อยคาร์บอน และส่งเสริมการใช้เชื้อเพลิง เอทานอลภายใต้แผน AEDP2018 ของประเทศไทย
For more information contact:
Dr. Seksan Phrommanich, Business Development Manager SEAP, Business Line Biofuels & Derivatives | Email : seksan.phrommanich@clariant.com
3195/11, 6th FL., Vibulthani Tower 1, Rama 4 Road, Klongtan, Klongtoey, Bangkok, 10110, Thailand.
