รู้จักชุดทดสอบไบโอดีเซลฝีมือนักวิจัยไทย

19/01/2555 14:34:30
1,721

วิกฤตการณ์ด้านพลังงานของโลกช่วงที่ผ่านมาและที่อาจเกิดขึ้นอีกในอนาคต ส่งผลให้รัฐบาลไทยหันมาส่งเสริมให้มีการผลิต และใช้น้ำมันไบโอดีเซลอย่างแพร่หลาย จึงเกิดผู้ประกอบธุรกิจการผลิตน้ำมันไบโอดีเซลรายใหม่จำนวนมาก ตั้งแต่การผลิตเป็นอุตสาหกรรมจนถึงการผลิตในระดับชุมชน แต่ปัญหาที่เกิดตามมาคือ การควบคุมคุณภาพของน้ำมันไบโอดีเซล เนื่องจากผู้ผลิตหลายรายไม่มีความรู้เพียงพอ จึงไม่ได้ตรวจสอบและควบคุมคุณภาพน้ำมันไบโอดีเซลที่ผลิตออกมาอย่างสม่ำเสมอ

คุณภาพน้ำมันแปรตามชนิดวัตถุดิบ
      ด้วยเหตุที่น้ำมันไบโอดีเซลเป็นน้ำมันที่ได้จากวัตถุดิบทางธรรมชาติ ดังนั้นนอกจากคุณภาพน้ำมันจะขึ้นอยู่กับกระบวนการผลิตแล้ว ยังขึ้นกับวัตถุดิบซึ่งหมายถึงชนิดของน้ำมันพืชด้วย เพราะน้ำมันที่สกัดจากพืชแต่ละชนิดประกอบด้วยกรดไขมันประเภทต่างๆ ไม่เท่ากัน ส่งผลให้น้ำมันที่ผลิตได้มีคุณภาพต่างกัน
      เพื่อให้น้ำมันไบโอดีเซลมีคุณภาพเหมือนกัน รัฐบาลจึงมีการประกาศมาตรฐานเพื่อควบคุมคุณภาพน้ำมันไบโอดีเซล 2 ฉบับคือ ประกาศกรมธุรกิจพลังงาน เรื่องกำหนดลักษณะและคุณภาพของไบโอดีเซลประเภทเมทิลเอสเทอร์ของกรดไขมัน พ.ศ. 2550 และประกาศกรมธุรกิจพลังงาน เรื่องกำหนดลักษณะและคุณภาพของไบโอดีเซลสำหรับเครื่องยนต์การเกษตร (ไบโอดีเซลชุมชน) พ.ศ. 2549 
 

ลักษณะน้ำมันไบโอดีเซลจากวัตถุดิบต่างๆ
ภาพจาก
http://www.utahbiodieselsupply.com/blog/2006/04/confessions-of-online-biodiesel.html

      ตามประกาศของกรมธุรกิจพลังงาน เรื่องกำหนดลักษณะและคุณภาพของไบโอดีเซลประเภทเมทิลเอสเทอร์ของกรดไขมัน พ.ศ. 2550 ได้แจกแจงสมบัติของน้ำมันไบโอดีเซลไว้ 24 ข้อ ซึ่งวิธีตรวจสอบสมบัติหลายข้ออิงตามมาตรฐานการวิเคราะห์และทดสอบของ ASTM (American Society for Testing and Materials) จึงต้องทำโดยหน่วยงานที่มีความรู้ความชำนาญ เกิดค่าใช้จ่ายสูง (ค่าวิเคราะห์น้ำมันไบโอดีเซล 3 รายการนี้ราคาประมาณ 3,000 บาท) กลายเป็นอุปสรรคอย่างหนึ่งของผู้ผลิตน้ำมันระดับอุตสาหกรรมขนาดเล็ก และชุมชน

ตารางที่ 1 ตัวอย่างข้อกำหนดและลักษณะคุณภาพของไบโอดีเซลประเภทเมทิลเอสเทอร์ของกรด ไขมัน พ.ศ.2550 (3 ข้อจาก 24 ข้อ)

รายการ

ข้อกำหนด

อัตราสูง-ต่ำ

วิธีทดสอบ

1.

ความหนาแน่น (Density) ณ อุณหภูมิ 15 ºซ 

กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร (kg/m3)

ไม่ต่ำกว่า
และ
ไม่สูงกว่า

860

900

ASTM D1298

2.

ความหนืด (Viscosity) ณ อุณหภูมิ 40 ºซ

เซนติสโตกส์ (cSt)

ไม่ต่ำกว่า
และ
ไม่สูงกว่า

3.5

5.0

ASTM D 445

3.

ค่าความเป็นกรด (Acid Value)

มิลลิกรัมโปตัสเซียมไฮดรอกไซด์/ กรัม
(mg KOH/g)

ไม่สูงกว่า

0.50

ASTM D 664

ผลการทดสอบ

ค่าความหนาแน่นน้ำมัน
(กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร)

ผ่าน/ไม่ผ่าน
เกณฑ์มาตรฐาน

1. วัสดุที่มีความหนาแน่นเฉพาะลอยในของเหลวทั้งหมด

มากกว่า 0.90

ไม่ผ่าน

2. วัสดุที่มีความหนาแน่นเฉพาะจมในของเหลวทั้งหมด

น้อยกว่า 0.86

ไม่ผ่าน

3. วัสดุที่มีความหนาแน่นเฉพาะจมในของเหลว อย่างน้อย ๑ ชิ้น  และลอยในของเหลว อย่างน้อย ๑ ชิ้น

อยู่ระหว่าง 0.86 - 0.90

ผ่าน

   
ลักษณะเครื่องหาความหนืดปิโตรเลียม (ซ้าย) กับเครื่องหาความหนาแน่น (ขวา) ในห้องปฏิบัติการ
ภาพจาก
http://www.dlxinhai.com/english/C1.htm

ชุดทดสอบค่าความหนาแน่นและความหนืด
      ความหนาแน่น และความหนืดเป็นสมบัติสำคัญอันดับต้นๆ เนื่องจากน้ำมันไบโอดีเซลที่ปนเปื้อนจากน้ำมันชนิดอื่น เมทานอล หรือกลีเซอรอลจะมีผลให้ความหนาแน่น และความหนืดของน้ำมันเปลี่ยนแปลง ส่งผลต่อการเผาไหม้เชื้อเพลิง

 
ชุดทดสอบค่าความหนาแน่นและความหนืดฝีมือนักวิจัยไทย

      ชุดทดสอบความหนาแน่นและความหนืดที่ทีมวิจัยพัฒนาขึ้นประกอบด้วยวัสดุอ้างอิงที่มีค่าความหนาแน่นแตกต่างกัน กับคอลัมน์ (column) วัดความหนาแน่น และมีคอลัมน์ทดสอบความหนืดรวมอยู่ด้วย ในการทดสอบหาความหนาแน่นทำได้โดยการเติมตัวอย่างน้ำมันไบโอดีเซลลงในคอลัมน์ และใส่วัสดุอ้างอิงลงไป สังเกตการลอย-การจมของวัสดุอ้างอิงโดยใช้ตารางที่ 2

ตารางที่ 2 การอ่านค่าความหนาแน่นของน้ำมันที่ได้จากการทดสอบโดยชุดอุปกรณ์ทดสอบ

 

 

 

      สำหรับการทดสอบหาความหนืดของน้ำมันไบโอดีเซล ทำโดยการเติมตัวอย่างน้ำมันลงในคอลัมน์ทดสอบความหนืด หย่อนวัสดุอ้างอิงลงในน้ำมัน และจับเวลาการเคลื่อนที่ของวัสดุระหว่าง 2 จุดที่กำหนดไว้ ซึ่งค่าเวลาที่วัดได้ควรอยู่ระหว่าง 3.5-6.1 วินาที และสามารถทดสอบซ้ำได้ด้วยการกลับด้านคอลัมน์ที่บรรจุน้ำมัน   

 

ลักษณะเครื่องไทเทรตอิเล็กทรอนิกส์ (ซ้าย) และอุปกรณ์การไทเทรตทั่วไป (ขวา)
ภาพ (ซ้าย) จาก
http://www.veegoindia.com/matic-md.html
(ขวา) จาก http://www.dlxinhai.com/english/C6.htm

ชุดทดสอบค่าความเป็นกรดของน้ำมันไบโอดีเซล
      ปริมาณกรดที่ปนอยู่ในน้ำมันไบโอดีเซลเป็นอีกค่าที่มีความสำคัญ เนื่องจากน้ำมัน (ไบโอดีเซล) ที่มีปริมาณกรดปนอยู่ค่อนข้างมากอาจกัดกร่อนชิ้นส่วนโลหะต่างๆ เช่น ถังบรรจุน้ำมัน เป็นต้น
      โดยทั่วไปการวิเคราะห์หาปริมาณกรดทั่วไปตามมาตรฐาน ASTM จะใช้วิธีการไทเทรต (titration) โดยนำสารตัวอย่างมาทำปฏิกิริยากับสารมีฤทธิ์ด่างที่ทราบความเข้มข้น และนำจุดสมมูลของปฏิกิริยามาคำนวณหาค่าปริมาณกรดในตัวอย่าง ซึ่งทีมวิจัยได้นำหลักการเดียวกันนี้มาพัฒนาชุดทดสอบค่าความเป็นกรดของน้ำมันที่ใช้งานง่าย ทราบผลได้ทันที และราคาถูก 

 

ชุดทดสอบความเป็นกรดของน้ำมันไบโอดีเซลของเอ็มเทค

       ชุดทดสอบค่าความเป็นกรดที่พัฒนาออกมาประกอบด้วยสารเคมีจำพวกด่าง แอลกอฮอล์ และสารบ่งบอกจุดสมมูลของปฏิกิริยา ซึ่งชุดทดสอบ 1 ชุดสามารถใช้งานได้ 20 ครั้ง และใช้ตัวอย่างน้ำมันไบโอดีเซลในการทดสอบเพียง 2 มิลลิลิตร สำหรับวิธีทดสอบทำโดยการเติมตัวอย่างน้ำมันลงในขวดทดสอบที่บรรจุสารเคมี จากนั้นเขย่าขวดทดสอบให้สารเคมีทำปฏิกิริยากับน้ำมัน สังเกตการเปลี่ยนสีของสารผสม หากสารผสมเปลี่ยนจากสีชมพูเป็นสารไม่มีสีแสดงว่า ตัวอย่างน้ำมันมีปริมาณกรดเกินเกณฑ์มาตรฐาน แต่หากสารผสมยังคงเป็นสีชมพูเช่นเดิมแสดงว่า น้ำมันตัวอย่างที่ผลิตออกมามีปริมาณกรดไม่เกินเกณฑ์

ภาพจำลองการใช้ชุดทดสอบความเป็นกรด

จากห้องทดลองสู่ภาคสนาม
      การพัฒนาชุดทดสอบน้ำมันไบโอดีเซลเป็นนวัตกรรมใหม่ซึ่งสามารถลดความยุ่งยากในการวิเคราะห์สมบัติเบื้องต้น ช่วยประหยัดเวลา ไม่ต้องเดินทางส่งตัวอย่างไปวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการ เพราะชุดทดสอบสามารถแสดงผลอย่างง่ายว่า น้ำมันที่ผลิตออกมามีสมบัติผ่านเกณฑ์มาตรฐานหรือไม่ นอกจากนี้ชุดทดสอบยังได้รับการออกแบบให้สะดวกต่อการพกพา มีราคาถูก จึงเหมาะสำหรับอุตสาหกรรมขนาดเล็กและชุมชน
      ปัจจุบันชุดทดสอบไบโอดีเซลได้รับการจดสิทธิบัตรเรียบร้อยแล้ว และกำลังอยู่ระหว่างการทดลองทางตลาดโดยบริษัทเอกชนรายหนึ่ง

แหล่งข้อมูลอ้างอิง
ประกาศกรมธุรกิจพลังงานเรื่อง กำหนดลักษณะและคุณภาพของไบโอดีเซลประเภทเมทิลเอสเตอร์ของกรดไขมัน พ.ศ. 2550 [On-line]. Available: http://www.pttplc.com/Files/Product/B5_Plus/standard_BioDiesel.pdf

โปสเตอร์ประชาสัมพันธ์ Acidity test kit for biodiesel
โปสเตอร์ประชาสัมพันธ์ Hydrostatic-principled density test kit for biodiesel quality control