นศ.วิศวะมหิดล พัฒนาการดักจับก๊าซคาร์บอนฯ ด้วยวิธีไครโอเจนิค และรีไซเคิลมาใช้ผลิตเมทานอล

โตเกียว ลอนดอน นิวยอร์คและหลายประเทศในยุโรป เผชิญกับอุณหภูมิสูงจากคลื่นความร้อน (Heat Wave) มีผู้เจ็บป่วยรุนแรงและเสียชีวิตหลายราย รวมทั้งอุบัติภัยต่างๆ เป็นสัญญานเตือนถึงผลกระทบจาก “ภาวะโลกร้อน” ที่รุนแรงขึ้นทุกปี จากการขยายตัวของภาคอุตสาหกรรม ภาคการขนส่ง ภาคครัวเรือน เกษตรกรรม การตัดไม้ทำลายป่า และอื่นๆ ล้วนเป็นสาเหตุสำคัญ ทีม 5 นักศึกษาวิศวกรรมเคมีคนรุ่นใหม่ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล จึงคิดค้น กระบวนการดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยวิธีไครโอเจนิค (Cryogenic Carbon Capture) เพื่อลดปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และยังคิดไกลนำไปใช้ต่อในกระบวนการผลิตเมทานอลได้อีกด้วย

บทบาทของนักวิศวกรเคมีรุ่นใหม่ช่วยคิดค้นวิจัยการแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อมและพัฒนาวัสดุผลิตภัณฑ์ใหม่ๆสนองตอบโลกปัจจุบันและอนาคต สมาชิก 5 หนุ่มสาวนักศึกษาในทีมวิจัย คณะวิศวกรรมศาสตร์ ภาควิชาวิศวกรรมเคมี มหาวิทยาลัยมหิดล นี้ประกอบด้วย 1. น.ส.โชติกา อยู่แจ่ม 2. นายธราเทพ ไชยเมืองชื่น 3. นายณัฐธัญ ละอองแก้ว 4.น.ส.ธนาวรรณ อภิรัตนกุล 5. น.ส.นพวรรณ วัฒนสุข โดยมี ผศ.ดร.วีรวุฒิ ชัยวัฒน์ อาจารย์ภาควิชาวิศวกรรมเคมี เป็นอาจารย์ที่ปรึกษา

แรงบันดาลใจของการสร้างสรรค์นวัตกรรม ในปี 2564 ปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ประเทศไทยปล่อยออกมามีปริมาณสูงถึง 125.1 ล้านตัน ซึ่งเพิ่มมากขึ้นจากปี 2563 และมีแนวโน้มที่จะสูงขึ้นเรื่อยๆ ทีมนักศึกษาวิศวะมหิดล ได้ทำการศึกษาวิจัยเทคโนโลยี หรือกระบวนการในการที่จะลดปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ โดยนำความรู้ทางด้านวิศวกรรมเคมีมาประยุกต์ใช้ รวมถึงศึกษาความเป็นไปได้ของกระบวนการ ความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ และคำนึงถึงผลกระทบของสิ่งแวดล้อม เพื่อลดปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยทิ้งสู่สิ่งแวดล้อมในอนาคต ซึ่งอาจก่อให้เกิดผลกระทบต่อระบบนิเวศน์ได้ ไม่เพียงแต่ดักจับคาร์บอนไดออกไซด์เท่านั้น แต่ยังสามารถนำเอาไปใช้แยกก๊าซชนิดอื่นๆ ได้อีกด้วย โดยเปลี่ยนตัวน้ำยาหล่อเย็น ตามจุดหลอมเหลวของก๊าซชนิดนั้นๆ

โชติกา อยู่แจ่ม หรือ หวาน ทีมวิจัยนักศึกษาปี 4 คณะวิศวกรรมศาสตร์ ภาควิชาวิศวกรรมเคมี มหาวิทยาลัยมหิดล อธิบายว่า การดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยวิธีไครโอเจนิค (Cryogenic Carbon Capture) หรือ CCC เป็นเทคโนโลยีที่อาศัยการเปลี่ยนสถานะของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่โรงงานปล่อยมาจากกระบวนการผลิตให้เป็น ของแข็ง โดยการลดอุณหภูมิลงต่ำมาก โดยไม่จำเป็นต้องอาศัยตัวทำละลาย (Solvent) ในการดักจับเหมือนกับวิธีการดูดซึม (Absorption) และ การดูดซับ (Adsorption) ซึ่งจะไม่ก่อให้เกิดมลพิษหรือความไม่บริสุทธิ์ที่อาจเกิดจากตัวทำละลายอีกด้วย สำหรับจุดเด่นและข้อดีของการดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยวิธีไครโอเจนิค คือ มีการใช้พลังงานที่ต่ำ เนื่องจากในกระบวนการมีการผสานรวมความร้อน ( Heat Integration) และใช้น้ำยาหล่อเย็นมาช่วยในการเปลี่ยนสถานะของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ อีกทั้งกระบวนการนี้ยังใช้ที่สภาวะความดันบรรยากาศ ซึ่งทำให้ไม่จำเป็นต้องเพิ่มหรือลดความดัน จึงประหยัดพลังงานไปได้มาก และกระบวนการไครโอจีนิค นั้นสามารถดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ได้มากกว่าเทคโนโลยีอื่นๆ อีกด้วย

ธราเทพ ไชยเมืองชื่น หรือ คิว หนึ่งในทีมวิจัย นักศึกษาปี 4 คณะวิศวกรรมศาสตร์ ภาควิชาวิศวกรรมเคมี มหาวิทยาลัยมหิดล กล่าวว่า แทนที่จะกักเก็บคาร์บอนไดออกไซด์ที่ดักจับได้ไว้ใต้ดิน หรือนอกชายฝั่งซึ่งยังมีความเสี่ยงต่อการรั่วไหลสู่ชั้นบรรยากาศและมีความไม่แน่นอน เราสามารถนำคาร์บอนไดออกไซด์ที่ดักจับได้ด้วยวิธีไครโอจีนิค เอาไปใช้ผลิตเมทานอล ด้วยวิธี Steam Methane Reforming (SMR) และ Dry Methane Reforming (DMR) ในโรงงานอุตสาหกรรมจริงได้ สารเมทานอล เป็นของเหลวที่ระเหยง่าย นำไปใช้เป็นแอลกอฮอล์ ตัวทำละลาย เชื้อเพลิง หรือพัฒนาเป็นสารเคมีต่างๆ เช่น น้ำมัน พอลิเมอร์ ทั้งนี้การผลิตเมทานอลอาจจะต้องมีการศึกษาปัจจัยต่างๆเพิ่มเติมซึ่งแตกต่างกันไปในแต่ละโรงงาน อาทิเช่น อุณหภูมิของระบบ อัตราการไหลของสารในระบบ เป็นต้น และอาจมีการติดตั้งโปรแกรมเพิ่มเติมเช่น การสร้างโมเดลของระบบขึ้นมา เพื่อให้มีการพัฒนาปรับปรุงระบบสม่ำเสมอ

ผศ.ดร.วีรวุฒิ ชัยวัฒน์ อาจารย์ที่ปรึกษาโครงการ ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวะมหิดล กล่าวว่า ปัจจุบันมีการพัฒนาเทคโนโลยีการกำจัดคาร์บอน Decarbonization หลากหลายวิธีและมีประสิทธิภาพมากขึ้น พบว่าในส่วนการดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยวิธีการ Cryogenic มีการพัฒนาและทดสอบการใช้งานจริงแล้วในอุตสาหกรรมเคมีขนาดใหญ่ ซึ่งผลงานของวิศวะมหิดล สามารถพัฒนาระบบให้มีความเสถียรและมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น อีกทั้งผนวกกับได้มีการคาร์บอนไดออกไซด์ที่ได้จากการดักจับมาพัฒนาให้เป็นผลิตภัณฑ์เคมีที่มีมูลค่าสูงและเป็นที่ต้องการในตลาดอุตสาหกรรมอย่างเช่น กระบวนการผลิต “เมทานอล” ด้วยวิธีการ Parallel-Serie system ซึ่งจะทำให้ได้ “ก๊าซไฮโดรเจน” ที่เป็นผลิตภัณฑ์ข้างเคียงอีกอย่างหนึ่งด้วย ซึ่งจากการประเมินความคุ้มค่าการลงทุนมีโอกาสที่จะได้อัตราผลตอบแทนภายใน (Internal Rate of Return) มีค่ามากกว่า 15% ภายใน 4 ปี