Biofuels as clean energy for a sustainable world

เชื้อเพลิงชีวภาพ พลังงานสะอาดเพื่อโลกที่ยั่งยืน

เชื้อเพลิงชีวภาพ จัดเป็นเชื้อเพลิงหมุนเวียน (Renewable fuels) ที่มีลักษณะเป็นได้ทั้งแก๊ส ของเหลว หรือของแข็ง ซึ่งผลิตได้จากแหล่งวัตถุดิบชีวมวล (Biomass) เช่น น้ำมันพืช อ้อย ข้าวโพด ป่าไม้ เศษอาหาร ขยะจากชุนชน มูลสัตว์ ของเหลือทิ้งทางการเกษตรและอุตสาหกรรม เช่น แกลบ ชานอ้อย เศษไม้จากโรงงานเฟอร์นิเจอร์ เป็นต้น การใช้เชื้อเพลิงชีวภาพเป็นพลังงานทดแทนเชื้อเพลิงจากปิโตรเลียมที่มีอยู่อย่างจำกัด ถือเป็นแนวทางที่นำไปสู่ความมั่นคงด้านพลังงาน และการรักษาสิ่งแวดล้อม เนื่องจากเชื้อเพลิงที่ผลิตจากวัตถุดิบชีวมวลจัดเป็นเชื้อเพลิงที่มีคาร์บอนเป็นกลาง (Carbon neutral) หรือช่วยลดการปลดปล่อยแก๊สเรือนกระจก (Greenhouse gas (GHG) emission)

ในปัจจุบันเชื้อเพลงชีวภาพสามารถจำแนกประเภทได้เป็น 4 รุ่น (Generation) ตามชนิดของวัตถุดิบชีวมวลและเทคโนโลยีที่ใช้ในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ ซึ่งเชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่ 4 ถือเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพน้องใหม่ที่มีการศึกษาวิจัยอย่างแพร่หลายในระดับงานวิจัยพื้นฐาน โดยใช้วิธีการขั้นสูงในการผลิตเชื้อเพลงชีวภาพ และเพิ่มประสิทธิภาพในการลดการปลดปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์

1. เชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่ 1 (First-generation biofuels) เป็นเชื้อเพลิงชีวภาพที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน โดยผลิตจากวัตถุดิบชีวมวลที่เราคุ้นเคย เช่น แป้ง น้ำตาล ไขมันสัตว์ และน้ำมันพืช ซึ่งเป็นแหล่งอาหาร (Food biomass) โดยใช้เทคโนโลยีการผลิตที่ไม่ซับซ้อน เชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่ 1 ที่ได้รับความนิยมสูง ได้แก่ เอทานอล (Ethanol) ไบโอดีเซล (Biodiesel) แอลกอฮอล์ชีวภาพอื่น ๆ น้ำมันดีเซลกรีน (Green diesel) น้ำมันเบนซินชีวภาพ ไบโออีเทอร์ (Bioether) แก๊สชีวภาพ (Biogas) แก๊สสังเคราะห์ (Synthetic gas หรือ Syngas) และถ่านชีวภาพ (Biochar)
2. เชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่ 2 (Second-generation biofuels) เป็นเชื้อเพลิงชีวภาพที่รู้จักในอีกชื่อหนึ่งว่า เชื้อเพลิงชีวภาพขั้นสูง (Advanced biofuels) ซึ่งผลิตจากวัตถุดิบชีวมวลประเภทต่าง ๆ ทั้งที่มาจากพืชและสัตว์ ชีวมวลเหล่านี้ไม่ใช่ชีวมวลที่ใช้เป็นอาหาร (non-food biomass) เช่น ชานอ้อย ซังข้าวโพด ฟางข้าว ซึ่งเป็นของเหลือทิ้งทางการเกษตรที่มีองค์ประกอบเป็นลิกโนเซลลูโลส (Lignocellulose) ผลิตภัณฑ์เชื้อเพลิงชีวภาพในรุ่นนี้ที่รู้จักกันดี ได้แก่ น้ำมันไฮโดรทรีทติ้ง (Hydrotreating oil) ไบโอออยล์ (Bio-oil) น้ำมันที่ได้จากการสังเคราะห์ฟิสเชอร์-ทรอปซ์ (Fischer-Tropsch liquid fuels) เอทานอลที่ผลิตจากลิกโนเซลลูโลส (Lignocellulosic ethanol) บิวทานอล (Butanol) และแอลกอฮอล์ผสม
3. เชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่ 3 (Third-generation biofuels) เป็นเชื้อเพลิงชีวภาพที่ผลิตได้จากชีวมวลที่เป็นสิ่งมีชีวิตออโตทรอป (Autotroph) หรือสิ่งมีชีวิตที่สร้างอาหารได้เองตามธรรมชาติที่อาศัยอยู่ในน้ำ ได้แก่ สาหร่ายเซลล์เดียวหรือจุลสาหร่าย (Microalgae) และสาหร่ายขนาดใหญ่ (Macroalgae) โดยการเจริญเติบโตและขยายพันธุ์ของชีวมวลเหล่านี้อาศัยแสงแดด แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ และสารอาหารในน้ำ จุดเด่นของชีวมวลประเภทนี้คือ เจริญเติบโตเร็ว และดูดซับแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ได้มาก
4. เชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่ 4 (Fourth-generation biofuels) เป็นเชื้อเพลิงชีวภาพที่ผลิตจากชีวมวลที่ใช้ในกระบวนการ “ดักจับคาร์บอน (Carbon capture)” เช่น ไซยาโนแบคทีเรีย (Cyanobacteria) สาหร่าย (Algae) ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงในการดูดซับแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จากบรรยากาศหรือกระบวนการเผาไหม้ และกักเก็บคาร์บอนไว้ในเซลล์ กิ่ง ลำต้น ใบ จากนั้นชีวมวลที่อุดมด้วยคาร์บอนจะถูกแปรรูปไปเป็นน้ำมันและแก๊สเชื้อเพลิงโดยใช้เทคโนโลยีการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่ 2 ตัวอย่างของเชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่ 4 เช่น แก๊สไฮโดรเจนชีวภาพ (Biohydrogen) ไบโอมีเทน (Biomethane) และ เชื้อเพลิงชีวภาพสังเคราะห์ (Synthetic biofuels)

ตลาดของเชื้อเพลิงชีวภาพมีการขยายตัวอย่างต่อเนื่องในช่วงปี 10 ปีที่ผ่านมา โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากความต้องการใช้เชื้อเพลิงที่เพิ่มสูงขึ้นในภาคการขนส่งทางถนน นอกจากนี้เชื้อเพลิงชีวภาพได้เริ่มถูกนำมาใช้ในยานพาหนะขนาดใหญ่ เช่น เครื่องบินโดยสาร เรือขนส่งทางทะเล ซึ่งการเลือกใช้เชื้อเพลิงชีวภาพประเภทต่าง ๆ ดังกล่าวข้างต้นต้องคำนึงถึงหลายปัจจัย เช่น ชนิดและปริมาณของชีวมวล การใช้ประโยชน์ที่ดิน การแข่งขันกับพืชอาหาร ประสิทธิภาพของกระบวนการผลิต และความสมดุลของพลังงานทั้งหมด