Hydrogen and methane production from co-digested of molasses and brewer’s yeast cells

ชื่อโครงการ

MU-SDGs Case Study

การผลิตไฮโดรเจนและมีเทนจากการหมักย่อยร่วมระหว่างน้ำกากส่าและกากยีสต์ Hydrogen and methane production from co-digested of molasses and brewer’s yeast cells

สารผสมสำหรับการผลิตไฮเทน อนุสิทธิบัตรเลขที่ 20002

แหล่งทุน

งบประมาณแผ่นดิน มหาวิทยาลัยมหิดล

ส่วนงานหลัก

คณะสิ่งแวดล้อมและทรัพยากรศาสตร์

ส่วนงานร่วม

-

ผู้ดำเนินการหลัก

ผศ.ดร.สุรีย์วัลย์ สิทธิจันดา

ผู้ดำเนินการร่วม

คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยขอนแก่น

คำอธิบาย

การพัฒนาสูตรผสมระหว่างน้ำกากส่าและกากยีสต์สำหรับการผลิตไฮโดรเจนและมีเทน โดยมีการใช้เถ้าลอยจากโรงไฟฟ้าเป็นตัวควบคุมการเปลี่ยนแปลงพีเอช (pH) ของระบบการหมัก

เนื้อหา MU-SDGs Case Study

ปัจจุบันประเทศต่างๆ ทั่วโลกประสบปัญหาหรือได้รับผลกระทบจากการทำลายสิ่งแวดล้อมจากกิจกรรมต่างๆ กระแสการใช้พลังงานทดแทนเพื่อลดการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกออกสู่ชั้นบรรยากาศมีเพิ่มมากขึ้น  ประเทศไทยสามารถผลิตได้ทั้งพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานชีวภาพ แต่ ณ ปัจจุบันการผลิตพลังงานชีวภาพนั้นจะมุ่งเน้นไปในทิศทางการผลิตโดยใช้วัสดุเหลือทิ้งจากการเกษตรและวัสดุเหลือทิ้งจากโรงงานอุตสาหกรรมเนื่องจากเป็นแนวทางการใช้ประโยชน์ที่คุ้มค่าเพราะได้ทั้งกำจัดของเหลือทิ้งและเป็นการเพิ่มมูลค่าให้แก่วัสดุเหลือทิ้งดังกล่าวอีกด้วย ดังนั้นผู้วิจัยจึงมีแนวคิดที่จะนำวัสดุเหลือทิ้งจากโรงงานอุตสาหกรรมมาใช้ประโยชน์ในการผลิตพลังงานชีวภาพ คือ ไฮโดรเจนและมีเทน ไฮโดรเจนมีค่าพลังงานสูงกว่าไฮโดรคาร์บอนถึง 2.75 เท่า (142.35 กิโลจูล/กรัม) เป็นแหล่งพลังงานสะอาดและมีแนวโน้มในการนำไปใช้เป็นแหล่งพลังงานเชื้อเพลิงแทนน้ำมันปิโตรเลียมในอนาคตอันใกล้ ขณะที่มีเทนเป็นแหล่งพลังงานที่ให้ค่าความร้อนสูงถึง 21,000 กิโลจูล/ม³ ดังนั้นจึงนำมาใช้ประโยชน์ในรูปของพลังงานได้ เช่น นำไปเผาไหม้เพื่อใช้ประโยชน์จากความร้อนโดยตรง หรือใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับขับเคลื่อนเครื่องยนต์สันดาปภายใน หรือเป็นเชื้อเพลิงในการผลิตไอน้ำและกระแสไฟฟ้า และปัจจุบันเทคโนโลยีการใช้มีเทนเป็นแหล่งพลังงานทดแทนมีการใช้อย่างแพร่หลายในหลายประเทศรวมทั้งประเทศไทยด้วย นอกจากนี้ การนำไฮโดรเจนและมีเทนมาผสมกันในอัตราส่วนที่เหมาะสมสำหรับนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงให้กับเครื่องยนต์สันดาปภายใน ยังเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพการเผาไหม้ให้กับเครื่องยนต์ และช่วยลดการปลดปล่อยสารประกอบไฮโดรคาร์บอนให้น้อยลงกว่า 50% ก๊าซผสมระหว่างไฮโดรเจนและมีเทน เรียกว่า ไฮเทน ซึ่งเป็นก๊าซเชื้อเพลิงที่กำลังได้รับความสนใจและกำลังถูกใช้เชิงพาณิชย์ในแถบประเทศอเมริกาและอินเดีย

น้ำกากส่าเป็นของเสียเหลือทิ้งจากโรงงานผลิตเอทานอล  โดยโรงงานผลิตเอทานอลในประเทศไทยส่วนมากจะใช้กากน้ำตาลหรือ molasses เป็นวัตถุดิบเริ่มต้นและเมื่อผ่านกระบวนการกลั่นจะได้ของเสียที่เรียกว่า น้ำกากส่า ซึ่งน้ำกากส่าจะมีปริมาณสารอินทรีย์ค่อนข้างสูง น้ำกากส่าสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้หลากหลายเช่น นำมาราดถนนลูกรังเพื่อลดฝุ่น นำมาเลี้ยงปลาและเลี้ยงจุลินทรีย์เพื่อผลิตโปรตีนเซลล์เดียว ใช้ในรูปของปุ๋ย ปุ๋ยหมัก และผลิตก๊าซมีเทน เป็นต้น แต่อย่างไรก็ตามจากกำลังการผลิตเอทานอลต่อวันของแต่ละโรงงานทำให้ยังคงมีปริมาณน้ำกากส่าเหลือทิ้งค่อนข้างมาก ดังนั้นการนำน้ำกากส่ามาใช้ประโยชน์เพิ่มเติม ยังคงมีความจำเป็นทั้งนี้เพื่อช่วยลดปริมาณน้ำเสียที่เกิดขึ้นและเพิ่มมูลค่าให้กับของเสียเหลือทิ้ง ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงสนใจที่จะนำน้ำกากส่ามาใช้เป็นสับสเตรทตั้งต้นในการผลิตพลังงานทดแทนได้แก่ ไฮโดรเจนและมีเทน โดยใช้กระบวนการหมักแบบต่อเนื่องในถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบสองขั้นตอนเพื่อผลิตไฮโดรเจนและมีเทน

ผลการดำเนินงาน

ทางโครงการได้พัฒนาต่อยอดโครงการ โดยนำสูตรผสมดังกล่าวไปใช้ในการผลิตไฮโดรเจนและมีเทนในระดับขยายขนาดในถังปฏิกรณ์ชีวภาพ จนได้ระบบการผลิตระดับต้นแบบห้องปฏิบัติการ พร้อมทั้งนำน้ำเสียที่เหลือทิ้งจากต้นแบบดังกล่าวจากการผลิตไปต่อยอดผลิตเป็นปุ๋ยอัดเม็ด

การนำไปใช้ประโยชน์

นักวิจัยหลักและผู้ร่วมวิจัยของโครงการได้ใช้ประโยชน์ในการจัดการเรียนการสอนของนักศึกษา โดยอาจารย์ ดร.ชัชวินทร์ นวลศรี ณ คณะเทคโนโลยีการเกษตรและอาหาร มหาวิทยาลัยราชภัฏพิบูลสงคราม ได้ทดสอบสาธิตในการเรียนการสอน

ผลงานตีพิมพ์

Nualsri, C., Phasukarratchai, N., Sreela-or, C., Sittijunda, S. 2020. Optimum hydraulic retention time for dark-fermentative hydrogen production from co-digestion of vinasse and dried spent yeast.  The Journal of Applied Science Vol. 19 No. 2: 101-115.

ความแตกต่าง หรือมีเอกลักษณ์

โครงการนี้มีการใช้เถ้าลอยซึ่งเป็นของเสียเหลือทิ้งจากโรงไฟฟ้ามาใช้เป็นตัวควบคุมการเปลี่ยนแปลงพีเอช และพบว่าสามารถควบคุมการเปลี่ยนแปลงพีเอชได้เป็นอย่างดีในขั้นตอนการผลิตไฮโดรเจนที่มีการสร้างกรดไขมันระเหยง่ายสะสมค่อนข้างเยอะ

ผลกระทบในระดับชุมชน ประเทศ ระดับโลก

เป็นแนวทางส่งเสริมให้มีการหันมาผลิตและใช้พลังงานทดแทนเพื่อลดการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกออกสู่ชั้นบรรยากาศ อีกทั้ง  ภาคอุตสาหกรรม ได้แก่ โรงงานผลิตเอทานอล และโรงงานผลิตเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ โรงไฟฟ้า สามารถกำจัดของเสียเหลือทิ้งทั้งน้ำกากส่าและกากเซลล์ยีสต์ พร้อมทั้งเถ้าลอยที่เกิดขึ้น ลดค่าใช้จ่ายในการกำจัด และยังสามารถนำมาใช้ให้เกิดประโยชน์และเพิ่มมูลค่าให้กับของเสียดังกล่าวด้วย และเป็นแนวทางในการพัฒนากระบวนการผลิตไฮเทนจากของเสียดังกล่าวให้กับโรงงานต่างๆ

SDGs หลักที่สอดคล้องกับกิจกรรม

7

SDGs อื่น ๆ ที่สอดคล้อง

12

รูปภาพประกอบ

รูปหน้าปก

รูปหน้ารายละเอียด

Key Message

การใช้พลังงานทางเลือกเป็นส่วนหนึ่งที่ช่วยลดปัญหามลพิษทางสิ่งแวดล้อม และลดปัญหาภาวะโลกร้อน

Links ข้อมูลเพิ่มเติม

http://www.thai-explore.net/search?searchIndex=%E0%B8%AA%E0%B8%B8%E0%B8%A3%

E0%B8%B5%E0%B8%A2%E0%B9%8C%E0%B8%A7%E0%B8%B1%E0%B8%A5%

E0%B8%A2%E0%B9%8C%20%E0%B8%AA%E0%B8%B4%E0%B8%97%E0%B8%98%E0%

B8%B4%E0%B8%88%E0%B8%B1%E0%B8%99%E0%B8%94%E0%B8%B2&option=author

สอดคล้องกับยุทธศาสตร์มหาวิทยาลัย

ยุทธศาสตร์ 1 Global Research and Innovation

อัลบั้มภาพ

Partners/Stakeholders

ตัวชี้วัด THE Impact Ranking

7.4.3