การผลิตน้ำมันชีวภาพคุณภาพสูงจากชีวมวลดิบและชีวมวลทอร์รีไฟด์ด้วยกระบวนการไพโรไลซิสแบบเร็วเชิงเร่งปฏิกิริยาในเตาปฏิกรณ์ฟลูอิไดซ์เบดแบบฟอง

น้ำมันชีวภาพ (bio-oil) เป็นผลิตภัณฑ์จากกระบวนการไพโรไลซิสของเชื้อเพลิงแข็ง เช่น ถ่านหิน ชีวมวล และขยะชุมชน เป็นต้น โดยน้ำมันชีวภาพสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้อย่างหลากหลาย ทั้งเผาไหม้โดยตรงสำหรับผลิตพลังงานความร้อนและไฟฟ้า ตลอดจนปรับปรุงคุณภาพน้ำมันจนมีสมบัติเป็นเชื้อเพลิงเหลวชีวภาพ (biofuel) และสารเคมีชีวภาพ (bio-chemicals) ได้หลากหลายชนิด ถึงแม้ว่ากระบวนการผลิตน้ำมันชีวภาพจากชีวมวล มีการศึกษามาเป็นเวลานาน แต่การศึกษาส่วนใหญ่มักใช้วัตถุดิบเป็นชีวมวลประเภทไม้ (woody biomass) สำหรับประเทศไทยซึ่งเป็นประเทศเกษตรกรรมที่มีเศษวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรจำนวนมาก ได้แก่ ฟางข้าว ใบอ้อย ใบข้าวโพด เป็นต้น และมีการส่งเสริมจากภาครัฐให้นำเศษวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรมาใช้เป็นแหล่งพลังงานชีวมวล ดังจะเห็นได้จากการกำหนดนโยบายสำคัญ เช่น แผนพัฒนาพลังงานทดแทนและพลังงานทางเลือก 2561-2580 หรือ AEDP 2018 ที่ได้กำหนดให้มีเป้าหมายการนำชีวมวลมาใช้เป็นแหล่งพลังงาน 5,790 เมกกะวัตต์ เป็นต้น นอกจากนี้การนำชีวมวลประเภทนี้มาใช้ประโยชน์เชิงพลังงานยังสามารถช่วยลดปัญหาฝุ่นละอองในอากาศ (PM 2.5) อันเกิดจากการเผาไร่แบบเปิด (open-burning) ได้อีกทางหนึ่งด้วย จากงานวิจัยที่ผ่านมาโดยมากการผลิตน้ำมันชีวภาพจากชีวมวลจะผ่านกระบวนการไพโรไลซิสแบบช้า (slow pyrolysis) ซึ่งจะได้ผลได้ของผลิตภัณฑ์ที่เป็นน้ำมันชีวภาพค่อนข้างต่ำและได้ถ่านชาร์มากกว่า ในงานวิจัยนี้จึงมุ่งเน้นการผลิตน้ำมันชีวภาพด้วยกระบวนการไพโรไลซิสแบบเร็ว (fast pyrolysis) โดยจะศึกษาในเตาปฏิกรณ์ชนิดฟลูอิไดซ์เบดแบบฟอง (bubbling fluidized bed) ซึ่งมีอัตราการให้ความร้อนแก่เชื้อเพลิงสูงและมีอุณหภูมิในการเกิดปฏิกิริยาในเตาปฏิกรณ์ค่อนข้างสม่ำเสมอ อย่างไรก็ตามแม้ว่าร้อยละผลได้ของน้ำมันชีวภาพที่ผลิตได้จากกระบวนการไพโรไลซิสแบบเร็ว จะค่อนข้างสูงคือประมาณร้อยละ 60 – 75 ของน้ำหนักเชื้อเพลิงเริ่มต้น แต่ยังพบว่าสมบัติของน้ำมันชีวภาพที่ได้ยังไม่สามารถนำไปใช้งานได้โดยตรง เนื่องจากมีปริมาณออกซิเจนค่อนข้างสูง อยู่ในรูปของสารประกอบออกซิเจน เช่น คีโตน อัลดีไฮด์ และมีค่าความร้อนต่ำ จึงยากต่อการนำไปปรับปรุงคุณภาพและใช้งานต่อ แนวทางหนึ่งที่น่าสนใจในการปรับปรุงคุณภาพน้ำมันชีวภาพด้วยกระบวนการไพโรไลซิสแบบเร็วด้วยเตาปฏิกรณ์ชนิดฟลูอิไดซ์เบดแบบฟอง ก็คือ กระบวนการ in-situ catalytic pyrolysis คือการใส่ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสมลงไปในเตาปฏิกรณ์พร้อมกันกับขั้นตอนการเกิดปฏิกิริยาไพโรไลซิส ซึ่งถือเป็นกระบวนการที่ไม่ยุ่งยากซับซ้อน และไม่เพิ่มขั้นตอน โดยตัวเร่งปฏิกิริยาที่นิยมใช้มาก ได้แก่ ตระกูลซีโอไลต์ (Zeolite) อย่างไรก็ตามยังไม่พบว่ามีการศึกษาเชิงลึกถึงขั้นตอนและกลไกการเร่งปฏิกิริยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับวัตถุดิบตั้งต้นที่เป็นชีวมวลประเภทเศษวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตร เช่น ใบอ้อย ที่มีสมบัติที่ค่อนข้างแตกต่างกับชีวมวลประเภทไม้ โดยงานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อที่จะศึกษากระบวนการผลิตน้ำมันชีวภาพคุณภาพสูงจากใบอ้อยด้วยกระบวนการไพโรไลซิสเชิงเร่งปฏิกิริยาในเตาปฏิกรณ์ชนิดฟลูอิไดซ์เบดแบบฟอง โดยมุ่งเน้นศึกษาชนิดของตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีต่อร้อยละผลได้ของน้ำมันชีวภาพและสมบัติของน้ำมันชีวภาพ ตลอดจนศึกษากลไกการเกิดปฏิกิริยาของตัวเร่งปฏิกิริยาแต่ละชนิดที่เลือกศึกษาต่อการเกิดผลิตภัณฑ์น้ำมันชีวภาพ นอกจากนี้โครงการวิจัยนี้ยังมีวัตถุประสงค์ที่จะศึกษากระบวนการปรับปรุงคุณภาพชีวมวลด้วยกระบวนการทอร์รีแฟคชั่น เพื่อผลิตเป็นเป็นชีวมวลทอร์รีไฟด์ สำหรับใช้เป็นวัตถุดิบตั้งต้นในการผลิตน้ำมันชีวภาพด้วยกระบวนการไพโรไลซิสเชิงเร่งปฏิกิริยาอีกด้วย