เครื่องผลิตน้ำมันจากขยะพลาสติก: เทคโนโลยี มข. แปลงขยะ(พลาสติก)ไร้ค่า ให้เป็นน้ำมันคุณภาพดี

เทคโนโลยีการผลิตน้ำมันจากขยะพลาสติกถูกคิดค้นและพัฒนาขึ้นมาอย่างมากมายในช่วงระยะเวลาหลาย 10 ปีที่ผ่านมา เพื่อแก้ไขปัญหาพลาสติกล้นเมืองทั้งในประเทศไทยและต่างประเทศ แต่การนำมาใช้จริงในประเทศไทยยังไม่เป็นที่แพร่หลาย เนื่องจากข้อจำกัดของเทคโนโลยี เช่น เครื่องจักรขนาดเล็ก มีข้อดีคือ ต้นทุนต่ำ แต่ได้น้ำมันเกรดต่ำ หรือ ได้น้ำมันคุณภาพสูง แต่ปริมาณผลผลิตน้อย (น้อยกว่า 1 ลิตร/รอบการผลิต) ส่วนเครื่องจักรที่มีจำหน่ายทางการค้า มักมีกำลังการผลิตขนาดใหญ่ ราคาสูงระดับหลายสิบล้าน ซึ่งเป็นต้นทุนที่หน่วยงานระดับท้องถิ่นขนาดเล็กจับต้องได้ยาก จากเงื่อนไขและข้อจำกัดดังกล่าว ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร. ยุวรัตน์ เงินเย็น อาจารย์ประจำสาขาวิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น และ ดร. สุพัตรา บุตรเสรีชัย ด็อกเตอร์จบใหม่ของสาขาวิชา ได้ทำการศึกษาวิจัยและพัฒนาเครื่องผลิตน้ำมันจากขยะพลาสติกมายาวนานถึง 8 ปี มีการปรับปรุงแก้ไขประสิทธิภาพจากระบบขนาดเล็กในห้องทดลอง มาสู่ระบบขนาดใหญ่ขึ้น สามารถนำไปใช้ได้จริงในชุมชน กระบวนการผลิตไม่ก่อมลพิษหรือเกิดขึ้นน้อยมาก ด้วยต้นทุนประมาณ 150,000 บาท ทำการผลิตน้ำมันได้ 80% ของปริมาณขยะพลาสติกที่ใช้ ชนิดน้ำมันที่ได้จากการผลิตมีทั้งดีเซล และเบนซิน โดยมีคุณภาพน้ำมันใกล้เคียงกับน้ำมันทางการค้า

น้ำมันจากขยะพลาสติก เทคโนโลยี มข. แตกต่างอย่างไร

หลักการผลิตน้ำมันจากขยะพลาสติกของเครื่องนี้ ใช้เทคโนโลยีไพโรไลซีส (pyrolysis) ซึ่งเป็นการให้ความร้อนกับขยะพลาสติกจนกลายเป็นผลิตภัณฑ์ก๊าซที่อุณหภูมิ 500°C ในสภาวะปราศจากออกซิเจนโดยใช้ก๊าซไนโตรเจน เพราะถ้ามีออกซิเจน การเผาไหม้ขยะพลาสติกที่เกิดขึ้นจะได้เถ้า ไม่ได้ก๊าซ จากนั้นก๊าซที่ได้จะถูกนำมาควบแน่นด้วยน้ำที่อุณหภูมิห้อง ทำให้ก๊าซควบแน่นกลายเป็นผลิตภัณฑ์ของเหลวหรือน้ำมันนั่นเอง ลักษณะเด่นของเครื่องผลิตน้ำมันที่ ผศ. ดร. ยุวรัตน์ ศึกษาวิจัย คือ 1) การให้ความร้อนกับเตาเผา ใช้ก๊าซ LPG แตกต่างจากเตาเผาทั่วไปจะให้ความร้อนจากระบบไฟฟ้า โดยก๊าซ LPG มีราคาถูก จึงช่วยประหยัดต้นทุน และ 2) การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา (catalysts) ช่วยปรับปรุงคุณภาพน้ำมัน โดยทำให้ได้ปริมาณน้ำมันเพิ่มมากขึ้น 1-2% น้ำมันที่ได้มีหมู่ฟังก์ชันจากการทดสอบด้วยเทคนิค FTIR ใกล้เคียงกับน้ำมันก๊าซโซฮอล์ 91 และน้ำมันดีเซลเพิ่มขึ้น ด้านความสะอาดของน้ำมัน พบว่า ช่วยลดมลพิษจากการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์เมื่อเทียบกับน้ำมันที่ไม่ผ่านการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา โดยตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ คือ แร่ดินเบนโทไนท์ (bentonite clay) ซึ่งเป็นวัสดุตามธรรมชาติที่มีในประเทศ ไทย ราคาถูกกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดอื่น ๆ (ราคา 7 บาท/กก.) อย่างไรก็ตามในการผลิตเครื่องเพื่อใช้จริง สามารถเลือกออกแบบระบบการให้ความร้อน และการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาตามความถนัดและความต้องการของผู้ใช้ เพราะหากไม่ต้องการให้ยุ่งยากหลายขั้นตอนก็ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา น้ำมันที่ได้ก็สามารถนำไปใช้กับเครื่องยนต์จริงได้

พลาสติกชนิดไหน ได้น้ำมันอะไร

ขยะพลาสติกที่นำมาใช้ในการผลิตน้ำมันของเครื่องนี้ มาจากพลาสติก 4 ชนิด คือ 1. PS (โพลีสไตรีน: Polystyrene) 2. PP (โพลีโพรพิลีน: Polypropylene) 3. LDPE (โพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ: Low-density Polyethylene) และ 4. HDPE (โพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง: High-density Polyethylene) โดยพบว่าพลาสติกแต่ละชนิดให้น้ำมันต่างชนิดกันตามประเภทของพลาสติก

แปลงจาก สำนักงานคณะกรรมการกำกับกิจการพลังงาน พ.ศ. 2562: https://erc.kapook.com/article09.php

ผลิตน้ำมันอย่างไร ใช้ได้จริงหรือ ปลอดภัยหรือไม่

ขั้นตอนการผลิต ผู้ใช้จะต้องจัดการลดขนาดพลาสติกให้เล็กลง เพื่อการให้ความร้อนกับพลาสติกเป็นไปอย่างทั่วถึง จึงอาจต้องมีเครื่องตัดหรือบดพลาสติก การใส่พลาสติกลงเครื่องแต่ละครั้ง ต้องเลือกใส่เฉพาะพลาสติกตามชนิดน้ำมันที่ต้องการ หากต้องการน้ำมันดีเซล ให้ใส่ขยะพลาสติกชนิด PP LDPE และ HDPE  หากต้องการน้ำมันก๊าซโซฮอล์ 91 ให้ใส่ขยะพลาสติกชนิด PS ความจุของเครื่องสามารถใส่พลาสติกได้สูงสุดรอบละ  5 กก. ปริมาณน้ำมันที่ได้สูงสุด 4.7 ลิตรต่อรอบการผลิต รอบการผลิตแต่ละครั้งใช้เวลา 10 นาที หลังจากนั้นต้องพักเครื่องให้เย็นลงประมาณ 1 ชม. จึงจะสามารถทำการผลิตในรอบถัดไป ดังนั้น หากทำการผลิตในแต่ละวันประมาณ 8 ชม. จะสามารถกำจัดขยะพลาสติกได้วันละ 40  กก. ส่วนการบำรุงดูแลรักษาไม่ยุ่งยากนัก สามารถซ่อมแซมได้โดยช่างไฟฟ้า และช่างเครื่องยนต์ ด้วยอุปกรณ์/อะไหล่ที่หาซื้อได้ทั่วไปตามท้องตลาด อีกข้อแตกต่างของเครื่องนี้กับเครื่องทั่วไปคือ ขยะพลาสติกจะถูกเปลี่ยนไปเป็นก๊าซทั้งหมด ก่อนถูกควบแน่นเป็นน้ำมัน โดยไม่เหลือกากของแข็งจากการให้ความร้อน ทำให้ปริมาณน้ำมันที่ผลิตได้จึงค่อนข้างสูง

คุณสมบัติและความสะอาดของน้ำมัน เมื่อเปรียบเทียบกับน้ำมันทางการค้า คือ ดีเซล และ เบนซิน (ก๊าซโซฮอล์ 91)  พบว่า คุณสมบัติของค่่าความหนาแน่น ความหนืด จุดวาบไฟ และค่าความร้อน ใกล้เคียงกับน้ำมันทางการค้า เมื่อนำน้ำมันที่ได้มาใช้กับเครื่องยนต์จริง ได้แก่ เครื่องสูบน้ำ (เครื่องยนต์ดีเซล) และ เครื่องตัดหญ้า (เครื่องยนต์เบนซิน) พบว่า กำลังเครื่องยนต์ (engine Power) ของเครื่องสูบน้ำเมื่อใช้น้ำมันจากขยะพลาสติก มีค่า 1.9-2.05 kW ใกล้เคียงกับการใช้น้ำมันดีเซลซึ่งมีค่า 2.0 kW ส่วนกำลังเครื่องยนต์ของเครื่องตัดหญ้าจากการใช้น้ำมันขยะพลาสติก มีค่า 1.1 kW ใกล้เคียงกับการใช้ก๊าซโซฮอล์ 91 ซึ่งมีค่า 1.0 kW สำหรับการปล่อยมลพิษจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (%CO₂ emission) และคาร์บอนมอนอกไซด์ (%CO emission) มีเฉพาะค่าการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่สูงกว่าน้ำมันทางการค้าเพียง 0.8-1.7% ส่วนการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์มีค่าเท่ากับการใช้น้ำมันทางการค้า

หากมุ่งหวังผลกำไรในการสร้างรายได้จากการผลิตน้ำมันด้วยขยะพลาสติกของเครื่องนี้ ย่อมเป็นไปได้ยาก เพราะในแต่ละวันเครื่องสามารถผลิตน้ำมันได้สูงสุดเพียง 30-40 ลิตรเท่านั้น แต่หากมองเป็นเทคโนโลยีกำจัดขยะพลาสติกที่ปลอดมลพิษ และมีผลพลอยได้คือ น้ำมัน ในราคาที่จับต้องได้ เพราะไม่ได้สร้างขึ้นมาเพื่อการค้า แต่มาจากความตั้งใจของนักวิจัยที่ต้องการผลิตผลงานให้เกิดการนำไปใช้ประโยชน์ และช่วยลดปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เกิดขึ้นในประเทศ เทคโนโลยีตัวนี้จึงเป็นทางเลือกที่น่าจะเหมาะสำหรับให้กลุ่มหรือหน่วยงานระดับท้องถิ่นขนาดเล็กนำไปกำจัดขยะพลาสติกในพื้นที่ชุมชนของตนเอง

ผศ. ดร. ยุวรัตน์ เงินเย็น และ ดร.สุพัตรา บุตรเสรีชัย คณะวิศวกรรมศาสตร์: เจ้าของเทคโนโลยี

ดร. พัชรินทร์ ฤชุวรารักษ์ และ วชิราพร เกิดสุข สถาบันวิจัยเพื่อพัฒนาสังคม: ผู้เขียน

โครงการสังเคราะห์และจัดการองค์ความรู้ด้านการจัดการขยะชุมชน สถาบันวิจัยเพื่อพัฒนาสังคม มหาวิทยาลัยขอนแก่น

ภายใต้โปรแกรมวิจัย การวิจัยและพัฒนานวัตกรรมการจัดการขยะชุมชนแบบมีส่วนร่วมของภาคตะวันออกเฉียงเหนือ