รายงานสรุปโครงการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลังสดและมันเส้น

(ดำเนินโครงการในปี พ.ศ. 2559)ตามที่กระทรวงพลังงานได้มีแผนบูรณาการ.พลังงานแห่งชาติ 5 แผนหลักในช่วงปี พ.ศ.2558 –2579 ได้แก่แผนพัฒนากาลังการผลิตไฟฟ้า แผนอนุรักษ์พลังงาน แผนการจัดหาก๊าซธรรมชาติ แผนบริหารจัดการน้ามันเชื้อเพลิง และแผนพัฒนาพลังงานทดแทนและพลังงานทางเลือก (Alternative EnergyDevelopment Plan : AEDP2015) ซึ่งแผน AEDP2015จะให้ความสาคัญกับการส่งเสริมการผลิตพลังงานจากวัตถุดิบพลังงานทดแทนที่มีอยู่ภายในประเทศให้ได้เต็มศักยภาพ รวมถึงการพัฒนาศักยภาพการผลิตพลังงานทดแทนด้วยเทคโนโลยีที่มีความเหมาะสม โดยแผน AEDP มีเป้าหมายการใช้เอทานอลในปี พ.ศ.2579 ที่ 11.3 ล้านลิตร/วัน ในปี พ.ศ.2559 ประเทศไทยมีกาลังการผลิตเอทานอล ~4.7 ล้านลิตร/วันและมีการใช้เอทานอลเฉลี่ย 3.7 ล้านลิตรต่อวัน โดยคิดเป็นสัดส่วนเอทานอลที่ผลิตมาจากกากน้าตาลต่อเอทานอลที่ผลิตมาจากมันสำปะหลังในสัดส่วน 67%ต่อ 33% อุปสรรคสาคัญในการเพิ่มกาลังการผลิตเอทานอลให้เป็นไปตามเป้าหมายในแผน AEDP 2015 คือ ปัญหาราคาเอทานอลที่สูงกว่าราคาน้ามันเบนซินซึ่งเป็นปัญหาจากราคาต้นทุนการผลิตเอทานอลโดยเฉพาะการผลิตเอทานอลจากมันสาปะหลัง สาเหตุที่ต้นทุนในการผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลังแพงกว่าเอทานอลจากกากน้าตาล เนื่องมาจากขั้นตอนการเปลี่ยนแป้งของมันสาปะหลังให้อยู่ในรูปของน้้ำตาล

แนวคิดที่กาลังเป็นที่สนใจต่อภาคอุตสาหกรรมในการเพิ่มผลผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลังและลดต้นทุนการผลิตต่อหน่วยลง คือการเพิ่มปริมาณความเข้มข้นของสารตั้งต้นโดยเปลี่ยนจากการใช้ความเข้มข้นของมันสำปะหลังประมาณ 20% โดยน้ำหนักหรือที่เรียกว่า Normal gravity fermentation(NG)มาใช้มันสำปะหลังที่ความเข้มข้นประมาณ 30% โดยน้ำหนัก หรือที่เรียกกันว่า High gravity fermentation (HG) ซึ่งในทางทฤษฎีจะสามารถให้ผลผลิตเอทานอลในน้าหมักเพิ่มขึ้นจาก 8 – 12% โดยปริมาตร (v/v)เป็น 13 – 16% โดยปริมาตร (v/v) อย่างไรก็ตามการผลิตเอทานอลภายใต้สภาวะ HG ที่ใช้ความเข้มข้นสารตั้งต้น (มันสาปะหลัง) ความเข้มข้นของเอทานอลในน้ำหมัก และอุณหภูมิการหมักที่สูงกว่าสภาวะ NGจะทำให้เชื้อยีสต์ไม่สามารถเปลี่ยนน้าตาลเป็นเอทานอลได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ

เนื่องจากกระบวนการหมักเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนและการผลิตเอทานอลของยีสต์จะถูกยับยั้งโดยตรงจากความร้อนที่เพิ่มขึ้น ทำให้มีความจำเป็นต้องมีการควบคุมอุณหภูมิการหมักให้อยู่ในช่วง30 – 35 oC ตลอดระยะเวลาของการหมัก ซึ่งค่าใช้จ่ายของการใช้ระบบหล่อเย็น (Cooling) ในระดับอุตสาหกรรมถือเป็นต้นทุนการผลิตที่สาคัญอย่างหนึ่งที่เลี่ยงไม่ได้ดังนั้นการใช้ยีสต์สายพันธุ์ที่มีความสามารถในการเจริญ และการหมักเอทานอลได้ดีที่อุณหภูมิสูงจึงเป็นทางเลือกที่กาลังได้รับความสนใจซึ่งนอกจากจะเป็นการลดต้นทุนการผลิตลง ยังจะช่วยลดโอกาสการปนเปื้อนของเชื้อจุลินทรีย์ชนิดอื่นในระหว่างการหมักได้อีกด้วยดังนั้นโครงการนี้จึงทาการศึกษาการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตเอทานอลจากมันสาปะหลังใน 2 แนวทางด้วยกัน คือ

1. แนวทางในการพัฒนาด้านเชื้อจุลินทรีย์ (ยีสต์) เพื่อคัดเลือกเชื้อยีสต์ทนร้อนที่มีศักยภาพในการรองรับระบบการผลิตเอทานอลภายใต้สภาวะความเข้มข้นสารตั้งต้นสูง (HG) ซึ่งมีความสามารถในการเจริญเติบโตและผลิตเอทานอลได้ดีเมื่ออยู่ภายใต้สภาวะที่ใช้ความเข้มข้นน้าตาล ความเข้มข้นเอทานอลและอุณหภูมิการหมักที่สูง
2. แนวทางในการพัฒนาด้านกระบวนการผลิตการเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตโดยศึกษาหาสภาวะที่เหมาะสมในการหมักเอทานอลภายใต้ความเข้มข้นสารตั้งต้นสูง (HG) จะนาไปสู่การเพิ่มความเข้มข้นของเอทานอลในน้าหมัก เพิ่มอัตราการหมักและลดต้นทุนในการกลั่น ทั้งนี้ความเข้มข้นของเอทานอลในน้าหมักที่เพิ่มขึ้นจาก 8 – 12% (v/v) เป็น 13 –16% (v/v) จะมีความเป็นพิษต่อยีสต์บางสายพันธุ์และส่งผลให้ยีสต์หยุดกิจกรรมการผลิตเอทานอลลง ดังนั้นจึงต้องทาการพัฒนากระบวนการหมักเอทานอลภายใต้ความเข้มข้นสารตั้งต้นสูง ควบคู่ไปกับการพัฒนาระบบกู้คืนเอทานอลในระหว่างการหมัก (In SituEthanol Recovery; ISER) โดยดึงเอาเอทานอลที่ผลิตได้ออกจากน้าหมักเป็นบางส่วน ในระหว่างกระบวนการผลิตเพื่อลดความเป็นพิษของเอทานอลต่อเชื้อยีสต์ในระหว่างการหมัก

วัตถุประสงค์ของโครงการ 1. คัดเลือกเชื้อยีสต์ทนร้อนภายในประเทศจานวน 3 สายพันธุ์ที่มีศักยภาพในการรองรับการผลิตเอทานอลจากมันสาปะหลังภายใต้สภาวะความเข้มข้นสารตั้งต้นสูง 2. ศึกษาหาสภาวะที่เหมาะสมในการผลิตเอทานอลจากมันสาปะหลังเส้นภายใต้สภาวะความเข้มข้นสารตั้งต้นสูง พร้อมทั้งเปรียบเทียบประสิทธิภาพการผลิตเอทานอลของเชื้อยีสต์ทนร้อนที่คัดเลือกได้กับเชื้อยีสต์ทางการค้า ทั้งในถังหมักระดับห้องปฏิบัติการขนาด 10 ลิตร และถังหมักระดับกึ่งอุตสาหกรรมขนาด 300 ลิตร 3. ออกแบบและผลิตต้นแบบของระบบกู้คืนเอทานอลระหว่างกระบวนการหมักทั้งในระดับห้องปฏิบัติการที่ใช้กับถังหมักขนาด 10 ลิตร และถัง หมักระดับกึ่งอุตสาหกรรมขนาด 300 ลิตร 4. ศึกษาและวิเคราะห์ความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ของกระบวนการผลิต