--การวิเคราะห์แนวทางเทคโนโลยีอาร์เอ็น (ตอนที่ 2)

Thread Content

--การวิเคราะห์แนวทางเทคโนโลยีอะโรมาติก (ตอนที่ 2) ผู้เขียน/แหล่งที่มา: วันที่: 26 สิงหาคม 2016 จำนวนครั้งที่คลิก: 8 เพื่อชดเชยข้อบกพร่องในตลาดอะโรมาติก อุตสาหกรรมจึงหันมาใช้แหล่งวัตถุดิบจากถ่านหินแทนน้ำมัน นอกจากนี้ยังมีการใช้วัตถุดิบจากชีวมวลด้วยเช่นกัน ในแผนทางเทคโนโลยีของ “การผลิตในจีน 2025” ได้ระบุไว้อย่างชัดเจนว่า ในด้านวัสดุโพลิเมอร์นั้น จำเป็นต้องมีการพัฒนาเทคโนโลยีในการสังเคราะห์สารอะโรมาติกที่มีต้นกำเนิดจากสิ่งมีชีวิตให้ได้ ในการประชุมด้านการพัฒนาอุตสาหกรรมโพลีอาร์เอ็นในจีนปี 2016 ซึ่งจัดขึ้นในช่วงกลางเดือนสิงหาคม ผู้เชี่ยวชาญที่เข้าร่วมประชุมต่างให้ความเห็นชอบอย่างเต็มที่ต่อแนวทางการใช้วัสดุชีวภาพในการผลิตโพลีอาร์เอ็น แต่เมื่อพูดถึงอนาคต ทัศนคติของพวกเขาสามารถสรุปได้ด้วยประโยคเดียวว่า ทางยังอีกยาวไกล แต่หากก้าวเดินต่อไป ก็จะถึงจุดหมายในที่สุด ในประเทศ: เทคโนโลยีใหม่เริ่มปรากฏตัวขึ้น “ขยะและฟางที่เกิดขึ้นในประเทศของเราทุกปี มีศักยภาพที่จะนำมาใช้ผลิตน้ำมันเบนซิน ดีเซล และสารอะโรมาติกได้ถึง 170 ล้านตันต่อปี” ”ศาสตราจารย์หวัง หัวหลิน แห่งมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีฝูเจี้ยนได้อธิบายถึงแนวโน้มของเส้นทางการผลิตสารอะโรมาติ ตัวเลขดังกล่าวของเขาไม่ใช่เรื่องที่ไร้มูลความจริง แต่มาจากกระบวนการผลิตสารอะโรมาติกจากวัสดุชีวภาพแบบใหม่ที่พวกเขากำลังศึกษาอยู่ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ผสมผสานระหว่างการกลั่นน้ำมันกับอุตสาหกรรมเคมีและอุตสาหกรรมชีวเคมีเข้าด้วยกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แนวทางนี้ใช้ฟางที่ไม่มีประโยชน์และขยะที่ผ่านการกำจัดแล้วมาผสมกัน เพื่อผลิตน้ำมันเบนซิน น้ำมันดีเซล และสารอะโรมาติก ขยะที่เกิดการแปรสภาพเป็นแร่ธาตุ หมายถึงขยะที่ถูกฝังไว้ใต้ดินเป็นเวลาหลายปีจนกลายเป็นสารที่มีโครงสร้างแน่นอนไปแล้ว ตามที่หวัง หัวหลินกล่าวไว้ ฟางข้าวจำนวน 6 ตันสามารถนำมาผลิตเป็นน้ำมันเบนซินและดีเซล รวมถึงสารอะโรมาติกได้ 1 ตัน ในประเทศของเรามีฟางข้าวผลิตขึ้นมาปีละกว่า 700 ล้านตัน ซึ่งก็เท่ากับว่ามีศักยภาพในการผลิตน้ำมันเบนซินและดีเซล รวมถึงสารอะโรมาติกได้มากกว่า 100 ล้านตันเลยทีเดีย ในขณะเดียวกัน ประเทศของเรามีปริมาณขยะในเมืองเพิ่มขึ้นประมาณ 300 ล้านตันต่อปี โดยในขยะเหล่านั้นมีน้ำมันเบนซินและดีเซล รวมถึงสารอะโรมาติกอยู่ประมาณ 70 ล้านตันด้วยกัน น่าแปลกที่ตำแหน่งการกระจายตัวของขยะมูลฝอยในเมืองต่างๆ ของประเทศเรานั้นสอดคล้องกับตำแหน่งของโรงกลั่นน้ำมันอย่างมาก ซึ่งทำให้การนำเทคโนโลยีการกลั่นน้ำมันร่วมกับอุตสาหกรรมเคมีและอุตสาหกรรมชีวเคมีมาใช้ร่วมกันเป็นไปได้ “แนวคิดในการผลิตน้ำมันเบนซิน ดีเซล และสารอะโรมาติกจากการย่อยสลายวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรด้วยกระบวนการไฮโดรจีเนชัน คือ การนำวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรและขยะมาปรับเปลี่ยนโครงสร้างโมเลกุล โดยใช้กระบวนการไฮโดรจีเนชันเพื่อกำจัดออกซิเจนออกจากลิกนิน ซึ่งจะทำให้ได้สารตั้งต้นสำหรับการผลิตสารอะโรมาติก ส่วนเซลลูโลสและเฮมิเซลลูโลสก็จะถูกนำมาใช้เป็นสารตั้งต้นสำหรับการผลิตน้ำมันเบนซินและดีเซลเช่นกัน ”วัง หัวหลินกล่าวว่า นักวิจัยได้ออกแบบอุปกรณ์สองชนิดตามแนวคิดนี้ โดยอุปกรณ์หนึ่งคืออุปกรณ์สำหรับย่อยสลายวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรด้วยกระบวนการไฮโดรจีเนซิส เพื่อนำมาใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตน้ำมันเบนซิน ดีเซล และสารอะโรมาติก ปัจจุบันมีการสร้างอุปกรณ์สำหรับการย่อยสลายวัสดุดังกล่าวในอัตรา 3 ตันต่อชั่วโมงขึ้นมาแล้ว อุปกรณ์นี้มีลักษณะคล้ายกับอุปกรณ์การแปรรูปน้ำมันและอุปกรณ์ในอุตสาหกรรมเคมีที่ใช้ในกระบวนการแคตาลิติก cracking ； อีกหนึ่งเครื่องจักรคือเครื่องจักรสำหรับการแยกออกซิเจนด้วยวิธีการใช้เตียงการเดือดที่มีอัตราการผลิต 1 ลิตร/ชั่วโมง ร่วมกับการกลั่นไฮโดรเจนด้วยเตียงคงที่ ซึ่งเป็นเครื่องจักรต้นแบบที่สร้างขึ้นโดยบริษัทแห่งหนึ ผลการทดสอบในขนาดกลางแสดงให้เห็นว่า ส่วนประกอบของน้ำมันที่ได้จากการย่อยสลายชีวมวล (น้ำมันถ่านไม้) ประกอบด้วยอัลคาน์ อาร์เอน์ อัลเคน และฟีนอล เป็นต้น หลังจากการปรับปรุงคุณภาพด้วยกระบวนการไฮโดรจีเนชัน ส่วนประกอบของน้ำมันที่ได้จะเป็นอาร์เอน์ 46.44% อัลคาน์ 35.09% และฟีนอล 8.56% จากนั้นสามารถนำน้ำมันดังกล่าวมาผสมกันเพื่อให้ได้อาร์เอน์ หรือนำไปผ่านกระบวนการไฮโดรครักกิ้งเพื่อให้ได้น้ำมันเบนซินและดีเซล ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมระบุว่า โดยรวมแล้ว การวิจัยและพัฒนากระบวนการผลิตไฮโดรคาร์บอนจากวัสดุชีวภาพในประเทศยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นเท่านั้น ต่างประเทศ: การพัฒนาในรูปแบบอุตสาหกรรมกำลังดำเนินไป หากเปรียบเทียบกับในประเทศ ต่างประเทศมีบริษัทที่มีส่วนร่วมในการวิจัยและพัฒนา รวมถึงการสร้างอุตสาหกรรมมากกว่า และยังเริ่มดำเนินการวิจัยและพัฒนามาตั้งแต่เนิ่นๆ อีกด้วย จากการรายงานของผู้สื่อข่าว ปัจจุบันเทคโนโลยีการผลิตสารประกอบอะโรมาติกจากวัสดุชีวภาพที่บริษัทต่างชาติพัฒนาขึ้นนั้น สามารถนำไปใช้ในการผลิตในระดับขนาดเล็กได้แล้ว ความก้าวหน้าของมหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์ในสหรัฐอเมริกาด้านกระบวนการผลิตสารประกอบอะโรมาติกจากวัสดุชีวภาพที่มีเซลลูโลสเป็นส่วนประกอบ ด้วยวิธีการเดียว ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางจากวงการอุตสาหกรรม พวกเขาได้พัฒนากระบวนการแปลงวัสดุชีวภาพให้เป็นสารอะโรมาติก และก่อตั้งบริษัท Anellotech เพื่อนำกระบวนการนี้ไปสู่การผลิตในระดับอุตสาหกรรม เทคโนโลยีนี้อาศัยกระบวนการแตกสลายด้วยความร้อนอย่างรวดเร็วโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา โดยจะมีการให้ความร้อนกับวัสดุชีวมวลในเครื่องปฏิกรณ์แบบฟลูอิไดซ์ เพื่อให้เกิดออกไซด์ขึ้น จากนั้นจึงใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดโซลไฟต์เพื่อเปลี่ยนสารเหล่านี้ให้กลายเป็นอาร์เอนไนน์ในระดับเคมี เทคโนโลยีนี้มีต้นทุนที่ต่ำกว่า เมื่อเทียบกับกระบวนการแบบดั้งเดิมที่ใช้น้ำมันเป็นวัตถุดิบในการผลิตสารอะโรมาติก ในเดือนมกราคมปีนี้ บริษัท Anellotech ได้นำเทคโนโลยีดังกล่าวมาใช้ในระดับอุตสาหกรรมแล้ว ตามการคำนวณของพวกเขา เมื่อราคาน้ำมันสูงกว่า 60 ดอลลาร์ต่อบาร์เรล เทคโนโลยีนี้จะมีข้อได้เปรียบด้านต้นทุน ในวงการอุตสาหกรรมเชื่อกันโดยทั่วไปว่า ในบรรดาวิธีการผลิตสารอะโรมาติกจากวัสดุชีวภาพที่มีอยู่ในปัจจุบัน วิธีการแปรรูปวัสดุชีวภาพด้วยความร้อนของ Anellotech ถือเป็นวิธีที่มีต้นทุนและความคุ้มค่าที่ดีที่สุด เทคโนโลยี BioForming ซึ่งพัฒนาขึ้นร่วมกันระหว่างบริษัท Virent ของสหรัฐอเมริกากับมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน-แมดิสัน มีข้อได้เปรียบด้านการลงทุนอย่างมาก เนื่องจากสามารถนำไปปรับใช้กับโรงงานแปรรูปน้ำมันที่มีอยู่เดิมได้ กระบวนการนี้ใช้น้ำตาลเป็นวัตถุดิบ โดยนำเทคนิคการย่อยสลายใยพืชมาผสมผสานกับเทคนิคการเติมไฮโดรเจนแบบใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งจะช่วยให้สามารถผลิตสารประกอบอาร์เอนท์ที่มีส่วนประกอบของbenzene, toluene และ xylene ได้จากน้ำตาลที่มาจากพืช จากนั้นก็สามารถนำสารเหล่านี้มาแปรรูปต่อเพื่อให้ได้ p-xylene ได้อีกด้วย ข้อได้เปรียบของกระบวนการนี้คือ การนำเทคโนโลยีการปรับสภาพของสารในสถานะของเหลว (APR) มาผสมผสานกับเทคโนโลยีการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบดั้งเดิม รวมถึงเทคโนโลยีการรวมโมเลกุลต่างๆ เข้าด้วยกัน ทำให้สามารถปรับปรุงโรงงานผลิตได้โดยไม่จำเป็นต้องสร้างโรงงานขึ้นมาใหม่ โดยต้นทุนการผลิตต่อแกลลอนอยู่ที่เพียง 1.75–3 ดอลลาร์เท่านั้น ； ออเลฟินที่ได้มาเป็นผลพลอยได้นั้น สามารถนำมาใช้เป็นผลิตภัณฑ์รองได้ หรือจะนำมาใช้เป็นแหล่งพลังงานสำหรับโรงงานก็ได้ ซึ่งช่วยเพิ่มความคุ้มค่าทาง ต่างจากการเปลี่ยนวัสดุชีวภาพให้กลายเป็นสารอะโรมาติกโดยตรง ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีผู้ผลิตบางรายที่หาวิธีอื่นแทน โดยเริ่มจากการใช้กระบวนการที่มีอยู่แล้วเพื่อเปลี่ยนวัสดุชีวภาพให้กลายเป็นสารเคมีอินทรีย์ที่มีมูลค่าต่ำกว่า จากนั้นจึงนำสารเคมีเหล่านั้นมาเปลี่ยนให้กลายเป็นสารอะโรมาติกที่มีมูลค่าสูงขึ้น ในบรรดานั้น กระบวนการ GIFT ที่พัฒนาโดยบริษัท Gevo ของสหรัฐอเมริกา ซึ่งใช้วัตถุดิบที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ในการหมักเพื่อผลิตแอลกอฮอล์ ถือเป็นกระบวนการที่มีความน่าสนใจที่สุด กระบวนการ GIFT จะเริ่มต้นด้วยการเปลี่ยนวัตถุดิบที่มาจากชีวมวลให้กลายเป็นไอโซบิวทานอลก่อน จากนั้นจึงนำไอโซบิวทานอลไปผ่านกระบวนการดีไฮโดรจีเนซิส เพื่อให้ได้ไอโซบิวทีน โดยในกระบวนการนี้ อัตราการเปลี่ยนไอโซบิวทานอลให้กลายเป็นไอโซบิวทีนนั้นสูงกว่า 99% ； อิสโบเลนที่ได้จะถูกนำไปผ่านเครื่องปฏิกรณ์การพอลิเมอร์เพื่อให้กลายเป็นอัลเคนชนิด C8 ； โอเลฟิน C8 ถูกนำมาแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์ PX โดยวิธีการดีไฮโดรจีเนชันและการสร้างวงแหวน โดยมีความสามารถในการเลือกผลิต PX ได้มากกว่า 75% และมีความบริสุทธิ์สูงถึง 99% บริษัท Gevo ได้ร่วมมือกับบริษัท Toray Industries ของญี่ปุ่นในการสร้างโรงงานผลิตขนาดใหญ่ ข้อดีที่สุดของกระบวนการนี้คือ สามารถผลิต PX ที่มีความบริสุทธิ์สูงได้ในสภาพแวดล้อมที่อ่อนโยน โดยไม่จำเป็นต้องใช้กระบวนการที่ซับซ้อน เช่น การเปลี่ยนโครงสร้างของโมเลกุล หรือการแยกสารอะโรมาติก ทำให้กระบวนการผลิตมีความเรียบง่ายขึ้น อุปสรรค: วัตถุดิบ ตัวเร่งปฏิกิริยา และเครื่องปฏิกรณ์ จากการสัมภาษณ์ผู้เชี่ยวชาญ พบว่า หากมองภาพรวมของการวิจัยและพัฒนาวิธีการผลิตสารอะโรมาติกจากวัสดุชีวภาพทั้งในประเทศและต่างประเทศ แม้ว่าแนวโน้มจะดูน่าสนใจ และมีความก้าวหน้าอยู่ไม่น้อย แต่ส่วนใหญ่ยังคงอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาเท่านั้น แม้ว่าบางแห่งจะสามารถผลิตในระดับขนาดเล็กได้แล้ว แต่เมื่อเทียบกับวิธีการผลิตน้ำมันแบบดั้งเดิมแล้ว ยังมีความแตกต่างกันอย่างมากในด้านประสิทธิภาพการผลิต นอกจากนี้ยังมีปัญหาอีกมากมายที่จำเป็นต้องได้รับการแก้ไขโดยเร่งด่วน ประการแรก การมีแหล่งวัตถุดิบจากชีวมวลที่มั่นคงนั้น ถือเป็นอุปสรรคสำคัญในการพัฒนาอุตสาหกรรมเคมีชีวภาพ และสิ่งนี้ก็ใช้ได้กับสารอะโรมาติกจากชีวมวลเช่นกัน วัตถุดิบจากชีวมวลมีปริมาณมากและกระจัดกระจาย อีกทั้งยังมีองค์ประกอบที่ซับซ้อนด้วย หากต้องการเพิ่มขนาดการผลิตสารประเภทอาร์เอนในรูปแบบกระบวนการทางชีวภาพ จำเป็นต้องมีแหล่งวัตถุดิบที่เพียงพอและมีความมั่นคง ภายใต้ระดับการผลิตทางการเกษตรในประเทศของเราในปัจจุบัน การแก้ไขปัญหานี้จำเป็นต้องอาศัยความร่วมมือจากหลายฝ่าย เพื่อหารูปแบบที่เหมาะสมและสามารถนำไปปฏิบัติได้จริง ประการที่สอง สำหรับกระบวนการผลิตสารอะโรมาติกจากชีวมวลหลายกระบวนการแล้ว ตัวเร่งปฏิกิริยาและเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ในกระบวนการทำลายโมเลกุลด้วยความร้อนและการย่อยสลายด้วยน้ำ ก็ถือเป็นปัญหาที่ยากเช่นกัน ในการประชุม มีตัวแทนบางคนกล่าวกับผู้สื่อข่าวว่า แม้พวกเขาจะสนใจในการใช้วัสดุชีวภาพในการผลิตสารอะโรมาติกด้วย แต่อัตราการเปลี่ยนแปลงวัสดุและความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ในกระบวนการปัจจุบันยังค่อนข้างต่ำ จึงยากที่จะแข่งขันกับวิธีการผลิตจากน้ำมันได้ และเพื่อเพิ่มค่าของตัวชี้วัดทั้งสองนี้ จำเป็นต้องมีความก้าวหน้าในการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาและเครื่องปฏิกรณ์ที่เหมาะสม อย่างไรก็ตาม มีผู้เชี่ยวชาญบางคนที่เห็นว่า การนำเทคโนโลยีชีวเคมีมาผสมผสานกับกระบวนการผลิตปิโตรเคมีและเคมีแบบดั้งเดิม เช่นที่มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีหูหนานทำนั้น ก็ถือเป็นแนวทางที่ดีเช่นกัน การใช้เครื่องจักรสำหรับการแยกสารที่มีอยู่ในปัจจุบัน โดยนำวัสดุชีวภาพมาเป็นวัตถุดิบ เพื่อใช้แทนทรัพยากรฟอสซิลในการผลิตสารอะโรมาติก ถือเป็นสิ่งที่ควรได้รับความสนใจ