header

กลุ่ม กตพ. GMOs

สถิติผู้เข้าชมเว็บ

mod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_counter
mod_vvisit_counterวันนี้102
mod_vvisit_counterเมื่อวานนี้93
mod_vvisit_counterสัปดาห์นี้195
mod_vvisit_counterสัปดาห์ที่แล้ว1534
mod_vvisit_counterเดือนนี้5044
mod_vvisit_counterเดือนที่แล้ว3534
mod_vvisit_counterผู้เข้าชมทั้งหมด237190

We have: 5 guests online
IP ของคุณ: 54.198.205.153
 , 
Now is: 2018-09-24 18:19

แบบสำรวจ

คุณรู้จักพืชดัดแปลงพันธุ์กรรม (GMO) มากแค่ไหน
 
การผลิตเอทานอลจากเซลลูโลส PDF พิมพ์ อีเมล
วันอังคารที่ 01 ธันวาคม 2009 เวลา 12:11 น.

การผลิตเอทานอลจากเซลลูโลส

โดย บุญเรือนรัตน์ เรืองวิเศษ

ปัจจุบันโลกมีอัตราการใช้พลังงานเชื้อเพลิงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง หลายๆ ประเทศทั่วโลกจึงแสวงหาแหล่งพลังงานทดแทนรูปแบบใหม่เพื่อเป็นหลักประกันความมั่นคงด้านพลังงานในระยะยาวทั้งยังเป็นการลดปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ จากการใช้พลังงานที่ได้จากฟอสซิล เช่น น้ำมัน และ ถ่านหิน อันเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้เกิดภาวะโลกร้อน

                จากการที่ประเทศไทยมีความต้องการใช้พลังงานของประเทศที่มีแนวโน้มสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง  และแหล่งพลังงานในประเทศมีอัตราการผลิตได้ไม่เพียงพอกับอัตราการใช้   ประกอบราคาน้ำมันซึ่งเป็นแหล่งพลังงานสำคัญในตลาดโลกมีราคาแพง  จึงต้องเร่งรัด ค้นคว้าหาแหล่งพลังงานทดแทนซึ่งเป็นพลังงานทางเลือกมาใช้ให้เกิดประโยชน์สูงสุด  การผลิต  เอทานอลในประเทศไทยปัจจุบันมีวัตถุดิบจากแหล่งต่างๆ  ได้แก่  มันสำปะหลัง  ผลิตได้ปีละ 20  ล้านตัน  ใช้เป็นอาหารสัตว์  8  ล้านตัน  ใช้ในอุตสาหกรรมแป้ง  8  ล้านตัน เหลือปริมาณ  4  ล้านตันต่อปี ที่สามารถนำมาผลิตเอทานอลได้        2  ล้านลิตรต่อวัน  กากน้ำตาล  2.26  ล้านตันต่อปี  แต่นำมาผลิตเอทานอลได้  0.88  ล้านตัน  สามารถผลิตเอทานอลได้  6 แสนลิตรต่อวัน  มีโรงงานผลิตเอทานอล  24  โรง มีกำลังการผลิตรวม  4.2  ล้านลิตรต่อวัน   ในขณะที่ความต้องการใช้งานเพื่อผลิตแก๊สโซฮอล์  E10  ปริมาตร  1  ล้านลิตรต่อวัน  กระทรวงอุตสาหกรรมได้ตั้งคณะกรรมการเอทานอลแห่งชาติเมื่อ  16   ตุลาคม  2543  และสนับสนุนให้ใช้เอทานอลเป็นเชื้อเพลิงโดยสนับสนุนให้มีการจัดตั้งโรงงานผลิตเอทานอลเป็นเชื้อเพลิงและให้กระทรวงเกษตรและสหกรณ์กำหนดแผนการผลิตอ้อยและมันสำปะหลังเพื่อรองรับและสอดคล้องกับการลงทุนผลิตเอทานอล             

                กระทรวงเกษตรและสหกรณ์ได้จัดทำแผนยุทธศาสตร์มันสำปะหลังและแผนพัฒนาการผลิตอ้อย  กำหนดให้พืชที่เหมาะสมสำหรับการผลิตเอทานอลคือ มันสำปะหลัง  ส่วนอ้อยยังไม่เหมาะสมเนื่องจากผลผลิตยังไม่เพียงพอกับอุตสาหกรรมการผลิตน้ำตาลทราย  ส่วนกากน้ำตาลสามารถรองรับการผลิตเอทานอลได้เพียง  6 แสนลิตรต่อวันเท่านั้น  การผลิตเอทานอลมีความสำคัญมากสามารถกำหนดอนาคตด้านพลังงานของประเทศเพราะมีข้อจำกัดด้านการผลิตผลผลิตทางการเกษตรน้อยกว่าไบโอดีเซลที่ได้จากปาล์มน้ำมันซึ่งใช้พื้นที่ค่อนข้างจำเพาะ  แม้ว่าราคาน้ำมันจะผันผวนขึ้นลงตลอดเวลา  แต่ไทยไม่ควรนิ่งนอนใจและควรปรับเปลี่ยนการใช้พลังงานจากน้ำมันดิบซึ่งต้องพึ่งพาวัตถุดิบจากต่างประเทศมาใช้พลังงานทดแทนจากภาคเกษตรที่มีความมั่นคงกว่า สามารถสร้างรายได้ให้กับภาคเกษตรและภาคอุตสาหกรรมเกษตรของไทยโดยไม่สูญเสียเงินตราออกนอกประเทศ โดยมีตัวอย่างประเทศที่ประสบความสำเร็จเช่น บราซิล นอกจากผลิตพลังงานใช้เองแล้วยังเหลือส่งออกด้วย  ดังนั้นจึงควรมีการวิจัยด้านพลังงานทดแทนโดยเฉพาะเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการผลิตเอทานอลจากชีวมวลต่าง ๆ อย่างต่อเนื่องนำไปใช้ได้จริงอย่างคุ้มค่าต่อการลงทุนในที่สุด

            แม้ว่าการผลิตเอทานอลส่วนใหญ่จะยังผลิตจากแป้งและน้ำตาล แต่ปัจจุบันประเทศไทยกำลังให้ความสนใจการผลิตเอทานอลจากเซลลูโลส  ซึ่งคาดว่าในปี  2010  ในต่างประเทศจะเน้นการผลิตด้วยเซลลูโลสเป็นหลัก เนื่องจากแป้งและน้ำตาลเป็นพืชอาหารอาจผลิตได้ไม่เพียงพอสำหรับการบริโภค จึงต้องใช้วัสดุอื่นทดแทน  (พิสมัย,  2548)

                เอทานอลเป็นแอลกอฮอล์ที่เกิดจากการหมักพืช  เศษซากพืชเพื่อเปลี่ยนแป้งจากพืชให้เป็นน้ำตาลแล้วเปลี่ยนจากน้ำตาลให้เป็นแอลกอฮอล์อีกครั้งแอลกอฮอล์ที่ทำให้บริสุทธิ์  95%  จะเรียกว่าเอทานอล เมื่อนำไปใช้ผสมกับน้ำมันเบนซินเรียกว่าแก๊สโซฮอล์  ถ้าผสมกับน้ำมันดีเซลเรียกว่าดีโซฮอล์  สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงได้

                พืชสะสมพลังงานจากดวงอาทิตย์ในรูปพลังงานเคมีของสารประกอบไฮโดรคาร์บอน ในเนื้อเยื่อพืชที่เราเรียก  รวม ๆ  ว่าไบโอแมสนั้นประกอบด้วยส่วนสำคัญคือเซลลูโลส  เฮมิเซลลูโลส  และลิกนิน 

                เซลลูโลสเป็นโพลิเมอร์ของน้ำตาลซึ่งต่อกันเป็นสายยาว ถ้าเราตัดเซลลูโลสออกเป็นแต่ละยูนิตของน้ำตาลเราก็จะได้น้ำตาลสามารถนำมาหมักด้วยยีสต์เพื่อผลิตเป็นแอลกอฮอล์ได้ การตัดเซลลูโลสอาจตัดด้วยกรดหรือเอนไซม์ แต่เนื่องจากพืชมีเฮมิเซลลูโลสและลิกนินด้วยจึงต้องทำให้เป็นเซลลูโลสบริสุทธิ์เสียก่อน  ซึ่งพืชแต่ละชนิดก็มีสัดส่วนของเซลลูโลส  เฮมิเซลลูโลสและลิกนินแตกต่างกัน  การผลิตแอลกอฮอล์จากไบโอแมสคือต้องทำให้ขนาดของไบโอแมสเล็กลง  แยกเอาเฮมิเซลลูโลสและลิกนินออก  อบด้วยไอน้ำเพื่อเปลี่ยนโครงสร้างให้ย่อยง่ายขึ้น  ทำปฏิกิริยาของกรดหรือเอนไซม์เพื่อเปลี่ยนเซลลูโลสให้เป็นน้ำตาลแล้วหมักด้วยยีสต์จนได้แอลกอฮอล์

                แม้ว่าต้นทุนการผลิตเอทานอลจากเซลลูโลสยังสูงอยู่แต่ได้มีความพยายามที่จะลดต้นทุนลง  ในสหรัฐอเมริการัฐบาลได้จัดสรรงบประมาณมากกว่า  3000  ล้านเหรียญสหรัฐต่อปี เพื่อวิจัยพัฒนาการผลิตพลังงานทดแทนน้ำมันเชื้อเพลิงจากฟอสซิล  ได้ส่งเสริมการวิจัยการผลิตเอทานอลจากมวลชีวภาพด้วยงบประมาณสูงถึง  250  ล้านเหรียญสหรัฐ  ตั้งศูนย์วิจัยการผลิตเอทานอลด้วยเทคโนโลยีชีวภาพ  โดยเน้นการผลิตเอทานอลจากเซลลูโลสเป็นหลัก  ขอบเขตการวิจัยครอบคลุมการพัฒนาจุลินทรีย์เพื่อย่อยสลายเซลลูโลสและน้ำตาล  การพัฒนาพืชดัดแปรพันธุกรรมเพื่อการผลิตเอทานอลที่มีเซลลูโลสสูงและลิกนินต่ำ  Chapple  และคณะ  ได้ศึกษาขบวนการทางชีวเคมีในการสร้างลิกนินของพืชโดยศึกษาในพืชตระกูลสน  (Populus  sp.)  พบว่ามีเอนไซม์  4  ชนิด  และกำลังพัฒนาสายพันธุ์พืชที่มีลิกนินต่ำเพื่อการผลิตเอทานอลด้วยเทคนิคพันธุวิศวกรรม ทดแทนต้นข้าวโพดและข้าวสาลีที่ใช้ในปัจจุบัน  พืชที่ผลิตได้  สามารถเจริญเติบโตอย่างรวดเร็ว  ผู้วิจัยคาดว่าจะนำไปผลิตเอทานอลได้  30 %  ของปริมาณการใช้เบนซินในปัจจุบันในปี  ค.ศ. 2030  โดยพืช  1  ตันผลิตเอทานอลได้  70 แกลลอน  ในพื้นที่  1  เอเคอร์ ได้ผลผลิต  10  ตัน  ดังนั้นพื้นที่  1  เอเคอร์จะผลิตเอทานอลได้  700  แกลลอนต่อปี  ในขณะที่ข้าวโพดผลิตได้เพียง  400  แกลลอนต่อปีในพื้นที่เท่ากัน  และเมื่อปรับเปลี่ยนองค์ประกอบของลิกนินในพืชดัดแปรพันธุกรรม อาจเพิ่มเป็น 1,000  แกลลอนต่อปี  ซึ่งในสหรัฐอเมริกามีพื้นที่ว่างเปล่าที่มิได้ทำการเกษตร  110  ล้านเอเคอร์  สามารถผลิตพลังงานทดแทนเบนซินได้ถึง  80 %  ของการใช้ในปัจจุบัน

                ในแคนาดามีบริษัทเอกชนชื่อ  Iogen  เป็นผู้นำด้านการผลิตเอทานอลจากเซลลูโลส โดยเริ่มการวิจัยตั้งแต่ปี  1970  ด้วยงบประมาณวิจัยกว่า  80  ล้านเหรียญสหรัฐ  โดยเน้นการผลิตแบบใช้เอนไซม์  ใช้ต้นข้าวสาลีป้อนโรงงานผลิตเอทานอลวันละ  40  ตัน 

                ในประเทศญี่ปุ่น  บริษัทฮอนดามอเตอร์จำกัดได้พัฒนาระบบการผลิตเอทานอลจากซอฟท์ไบโอแมส จากใบและต้นพืชเช่นยูคาลิปตัส  คาดว่าจะนำออกใช้ใน  2-3  ปีนี้  นอกจากเอทานอลแล้วบริษัทยังผลิตวัสดุทางอุตสาหกรรมหลายชนิดจากมวลชีวภาพ

                เซลลูเลส เป็นเอนไซม์ที่สำคัญในการย่อยสลายเซลลูโลสโดยทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสด้วยการเติมโมเลกุลของน้ำเข้าไปเพื่อสลายพันธะเคมี  พบมากในจุลินทรีย์หลายชนิด  โดยเฉพาะเชื้อรา  และแบคทีเรียบางชนิดในลำไส้ปลวก  เช่น  Actinomysis

 

                เซลลูโลสเป็นโพลิเมอร์ของกลูโคส พบประมาณ  40-60  %  ขององค์ประกอบของเซลพืช  การย่อยสลายเซลลูโลสให้เป็นกลูโคสใช้เอนไซม์เซลลูเลส  ซึ่งปัจจุบันบริษัท  General Biomass  ได้พัฒนาเทคโนโลยีเพื่อผลิตเอนไซม์เซลลูเลสปริมาณมาก  การผลิตเอทานอล  1  แกลลอน ต้องใช้เอนไซม์  100  กรัม  ในสหรัฐอเมริการต้องใช้ ปีละ  1000  ล้านแกลลอน  จึงต้องใช้เอนไซม์มากถึง  110,000  ตันต่อปี  ซึ่งเป็นปริมาณ  2  เท่าของอุตสาหกรรมการผลิตเอนไซม์ทั้งหมดในปี 1994  ทางบริษัทวางแผนการผลิตเอนไซม์ปริมาณมหาศาลสำหรับป้อนตลาดยุโรปและสหรัฐอเมริกา

                ในอินเดียได้ทดลองผลิตเอนไซม์เซลลูเลสจากเห็ด  Volvariella  diplasia  ในสภาพการหมักเส้นใยของเห็ดแบบ  submerged  fermentation  นำเอนไซม์ที่ได้ไปทดสอบการย่อยสลายเซลลูเลสได้น้ำตาล  2  ชนิด คือ  เซลโลไบโอส  และ  กลูโคส

                Nancy  และคณะ  ( 2004)  ได้พัฒนาสายพันธุ์ยีสต์สำหรับผลิตเอทานอลจากเซลลูโลส  โดยยีสต์นี้จะผลิตเอนไซม์เพื่อย่อยกลูโคสและ ไซโลส  โดยได้ตัดต่อยีน  3  ชนิดเข้าสู่โครโมโซมของยีสต์โดยใช้หลักการ  high  copy  number

                การผลิตเอทานอลจากเซลลูโลสมีข้อดีหลายประการ  มีรายงานศึกษาด้านการจ้างงานและด้านเศรษฐกิจในมลรัฐไอดาโฮ  สหรัฐอเมริกาพบว่า ก่อเกิดการจ้างงานในพื้นที่การเกษตรมากกว่า  100  แปลงปลูกขนาดใหญ่  เกิดการจ้างงานด้านการขนส่ง  1000  งาน  สร้างรายได้ให้กับท้องถิ่นปีละ  25  ล้านเหรียญสหรัฐ  เมื่อมีกำลังการผลิตปีละ  50-60  ล้านแกลลอน  ช่วยให้ท้องถิ่นเก็บภาษีได้มากขึ้น  ลดการเผาตอซังและช่วยเพิ่มมูลค่าให้กับวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตร

                ในกระบวนการผลิตเอทานอลจากเซลลูโลส  จะคล้ายคลึงกับกับการผลิตจากแป้งแต่จุลินทรีย์หรือเอนไซม์ที่ใช้แตกต่างกัน  เอนไซม์หลักที่ใช้ในการย่อยสลายเซลลูโลสได้แก่เอนไซม์เซลลูเลส  ซึ่งปัจจุบันยังมีราคาสูง  จุลินทรีย์หลายชนิดสามารถผลิตเอนไซม์นี้ได้  เช่น  รา  เห็ด  แบคทีเรีย 

เอกสารอ้างอิง

นิรนาม. 2005. ผ่านโยบายเอทานอล/แก๊สโซฮอล์ ผลประโยชน์ตกอยู่กับใคร. www.consumerthai.org/egat_board/view.php?id=503

พิสมัย เจนวนิชปัญจกุล. 2548. Biofuel Roadmap, APEC Symposium on Foresighting Future Fuel Technology. ณ อาคารสำนักงานใหญ่ บริษัทปตท. จำกัด (มหาชน) วันที่ 28 พฤศจิกายน 2548.

สุรพงษ์ เจริญรัถ.  2546. เอทานอล (Ethanol) จากมันสำปะหลัง พลังงานเชื้อเพลิงทดแทนของไทย. www. Matichon.co.th/techno/techno.php?srctag=0504150846&srcday=2003/08..

Chapple, C., Meilan, R. and Ladisch, M.  2006.   Manipulation of Lignin Biosynthesis to Maximize Ethanol Production from Populus Feedstocks. http://genomicsgtl.energy.gov/research/DOEUSDA/2006Chapple_abstract.shtml

 

 

 

 

 

 
แก้ไขล่าสุด ใน วันศุกร์ที่ 11 ธันวาคม 2009 เวลา 16:03 น.