พัฒนาเครื่องสังเคราะห์น้ำมันจากพลาสติกด้วยกระบวนการไพโรไลซิส (Pyrolysis)
พัฒนาเครื่องสังเคราะห์น้ำมันจากพลาสติกด้วยกระบวนการไพโรไลซิส (Pyrolysis)
โดยวิทยาลัยชุมชนอุทัยธานี
นวัตกรรมที่ผสมผสานความรู้ด้านวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมเข้ากับบริบทของชุมชน
ความเป็นมา
วิทยาลัยชุมชนอุทัยธานีเริ่มพัฒนาเครื่องสังเคราะห์น้ำมันจากพลาสติกในปี พ.ศ. 2567 ด้วยแนวคิดกระบวนการไพโรไลซิส (Pyrolysis) เพื่อช่วยแก้ไขปัญหาขยะพลาสติกในชุมชนควบคู่กับการสร้างมูลค่าเพิ่มจากของเหลือทิ้ง โดยเหตุที่ในพื้นที่ชนบท เช่น จังหวัดอุทัยธานี มีการใช้พลาสติกในชีวิตประจำวันจำนวนมาก ไม่ว่าจะเป็นถุงหูหิ้ว ขวดพลาสติกใส หรือวัสดุพลาสติกใช้แล้วประเภทต่าง ๆ ที่ยากต่อการกำจัดอย่างถูกวิธี
กระบวนการหลักของเครื่องกลั่นดังกล่าวอาศัยหลักการไพโรไลซิสซึ่งเป็นการให้ความร้อนแก่พลาสติกในถังปิดที่ปราศจากออกซิเจน ส่งผลให้โครงสร้างของพลาสติกสลายตัวกลายเป็นไอระเหย และเมื่อควบแน่นจะกลายเป็นน้ำมันเชื้อเพลิง อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดของระบบดั้งเดิมคือการกระจายความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอทำให้ต้องใช้เวลาในการกลั่นนานและสิ้นเปลืองพลังงาน
ดังนั้น การพัฒนาระบบความร้อนแบบอัดอากาศจึงถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการ โดยการอัดอากาศเข้าไปช่วยกระจายความร้อนภายในเตากลั่น ทำให้พลาสติกได้รับความร้อนอย่างทั่วถึงและรวดเร็วมากยิ่งขึ้น ส่งผลให้ระยะเวลาในการกลั่นลดลง ประหยัดเชื้อเพลิง และเพิ่มความสม่ำเสมอของคุณภาพน้ำมันที่ได้ แนวคิดนี้เปรียบเสมือนการเสริมกำลังให้ระบบทำงานได้เต็มประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น น้ำมันที่ได้จากกระบวนการดังกล่าว หรือที่เรียกว่าน้ำมันไพโรไลซิส สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในชุมชนได้อย่างหลากหลาย โดยเฉพาะกับเครื่องจักรกลการเกษตรที่ใช้รอบต่ำ เช่น เครื่องสูบน้ำ เครื่องตัดหญ้า ตลอดจนสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงในเตาเผาถ่าน หรือในงานช่างพื้นฐานต่าง ๆ ซึ่งช่วยลดต้นทุนด้านพลังงานและเพิ่มความพึ่งพาตนเองให้แก่ชุมชน
โดยสรุป การพัฒนาเครื่องกลั่นน้ำมันจากพลาสติกด้วยระบบความร้อนแบบอัดอากาศ เป็นนวัตกรรมที่ผสมผสานความรู้ด้านวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมเข้ากับบริบทของชุมชนอย่างเหมาะสม ไม่เพียงช่วยลดปัญหาขยะพลาสติก แต่ยังสามารถสร้างประโยชน์ทางเศรษฐกิจและสิ่งแวดล้อมได้อย่างยั่งยืน อีกทั้งยังเป็นแนวทางสำคัญในการส่งเสริมการใช้ทรัพยากรอย่างคุ้มค่าและการพัฒนาท้องถิ่นในระยะยาวอีกด้วย
ขั้นตอนการทำงาน
ขั้นตอนการทำงานของเครื่องสังเคราะห์น้ำมันจากพลาสติกด้วยกระบวนการไพโรไลซิส (Pyrolysis) สามารถอธิบายอย่างเป็นลำดับได้ดังนี้
- เริ่มต้นจากการคัดแยกและเตรียมวัตถุดิบ โดยนำขยะพลาสติกประเภทที่เหมาะสม เช่น ถุงหูหิ้ว ขวดพลาสติกใส หรือพลาสติกใช้แล้วอื่น ๆ มาทำความสะอาดเพื่อลดสิ่งปนเปื้อน จากนั้นตัดหรือย่อยให้มีขนาดเล็กลง เพื่อให้ได้รับความร้อนได้อย่างทั่วถึงและสม่ำเสมอในกระบวนการถัดไป โดยชนิดของพลาสติก
มี 3 ชนิดที่สามารถกลั่นน้ำมันได้ดี ได้แก่ 1) โพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) 2) โพลิเอทิลีน
ความหนาแน่นต่ำ (LDPE) และ 3) โพลีโพรพิลีน (PP) - เมื่อเตรียมวัตถุดิบเรียบร้อยแล้ว จะนำพลาสติกใส่ลงในถังปฏิกรณ์ที่ปิดสนิท ซึ่งเป็นระบบไร้ออกซิเจน เพื่อป้องกันการเผาไหม้ จากนั้นจึงเริ่มให้ความร้อนแก่ถัง โดยใช้แหล่งพลังงาน เช่น แก๊สหรือเชื้อเพลิงชีวมวล ควบคู่กับการทำงานของระบบอัดอากาศที่ช่วยกระจายความร้อนภายในถังให้สม่ำเสมอ ทำให้พลาสติกเกิดการสลายตัวได้รวดเร็วขึ้น
- ในระหว่างที่อุณหภูมิสูงขึ้น พลาสติกจะค่อย ๆ แตกตัวเป็นไอระเหยของไฮโดรคาร์บอน ซึ่งจะถูกส่งผ่านท่อไปยังระบบควบแน่น (คอนเดนเซอร์) โดยไอระเหยดังกล่าวจะเย็นตัวลงและกลั่นตัวเป็นของเหลว กลายเป็นน้ำมันไพโรไลซิสที่สามารถนำไปใช้งานได้
- สำหรับก๊าซที่ไม่สามารถควบแน่นเป็นของเหลวได้ จะถูกแยกออกและสามารถนำกลับมาใช้เป็นเชื้อเพลิงเสริมในระบบ เพื่อช่วยลดการใช้พลังงานจากภายนอก ส่วนกากของแข็งที่เหลือจากกระบวนการ เช่น คาร์บอนแบล็ก จะถูกนำออกจากถังปฏิกรณ์เมื่อสิ้นสุดการทำงาน และสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในด้านอื่นต่อไป
- สุดท้าย เมื่อกระบวนการกลั่นเสร็จสิ้น จะทำการเก็บรวบรวมน้ำมันที่ได้ ตรวจสอบคุณภาพ และจัดเก็บอย่างเหมาะสมเพื่อรอการนำไปใช้งานในเครื่องจักรหรือกิจกรรมต่าง ๆ ภายในชุมชน
ผลการทดลอง
จากการนำพลาสติกจำนวน 10 กิโลกรัมเข้าสู่กระบวนการไพโรไลซิสแบบระบบปิดร่วมกับการใช้ระบบความร้อนแบบอัดอากาศ สามารถสรุปผลได้ดังนี้
- ผลผลิตน้ำมัน ได้ปริมาณน้ำมันไพโรไลซิสประมาณ 8–10 ลิตร ขึ้นอยู่กับชนิดของพลาสติก โดยพลาสติกประเภทถุงหูหิ้ว (PP) และแก้วใส (PP) ให้ผลผลิตดี
- ระยะเวลาในการผลิต ใช้เวลาเพียง 2–3 ชั่วโมง ซึ่งน้อยกว่าระบบทั่วไป (4–5 ชั่วโมง) แสดงให้เห็นว่าระบบอัดอากาศช่วยให้การกระจายความร้อนมีประสิทธิภาพมากขึ้น
3.ผลพลอยได้จากกระบวนการ
- ก๊าซเชื้อเพลิงประมาณ 10–20% สามารถนำกลับมาใช้ในระบบเพื่อลดต้นทุนพลังงาน
- ของแข็ง (คาร์บอนแบล็ก) ประมาณ 1–2 กิโลกรัม สามารถนำไปใช้ประโยชน์ต่อได้
4.คุณภาพน้ำมัน น้ำมันที่ได้มีลักษณะเป็นของเหลวสีเข้ม ติดไฟได้ดี เหมาะสำหรับใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์รอบต่ำหรือในระดับชุมชน (อาจต้องปรับปรุงคุณภาพหากใช้กับเครื่องยนต์ประสิทธิภาพสูง)
5.ประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ ระบบความร้อนแบบอัดอากาศช่วยเพิ่มประสิทธิภาพทั้งในด้าน
- ปริมาณผลผลิต
- ลดระยะเวลา
- ลดการใช้พลังงาน
สรุปผลการทดลอง
ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า การใช้ระบบความร้อนแบบอัดอากาศ ไพโรไลซิสสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตน้ำมันจากขยะพลาสติกได้จริง ทั้งในด้านปริมาณ ระยะเวลา และการใช้พลังงาน ทำให้เหมาะสมต่อการนำไปประยุกต์ใช้ในระดับชุมชนอย่างมีประสิทธิภาพและคุ้มค่าเทคโนโลยีนี้มีศักยภาพสูง เหมาะสำหรับนำไปใช้ในระดับชุมชน เพื่อแปรรูปขยะพลาสติกให้เกิดประโยชน์ ช่วยลดปัญหาสิ่งแวดล้อมและสร้างมูลค่าเพิ่มได้อย่างคุ้มค่า
