โรงกลั่นชีวภาพ
ปิโตรเลียมเป็นแหล่งพลังงานหลักในการดำเนินกิจกรรมของมนุษย์มาเป็นเวลานาน การใช้พลังงานจากปิโตรเลียมเพิ่มขึ้นอย่างมหาศาล จึงมีการปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และแก๊สเรือนกระจก (Greenhouse gases) อื่น ๆ สู่บรรยากาศจำนวนมาก สถานการณ์ภาวะโลกร้อนในปัจจุบัน เช่น อุณหภูมิเฉลี่ยของผิวโลกที่เพิ่มสูงขึ้น ระยะเวลาของแต่ละฤดูกาลที่เปลี่ยนแปลงไป เป็นผลพวงจากการใช้พลังงานอย่างขาดจิตสำนึกของมนุษย์ การช่วยกันใช้พลังงานอย่างรู้คุ้มค่าโดยการปรับเปลี่ยนพฤติกรรมในการดำเนินชีวิต เช่น การลดปริมาณขยะ การเดินทางโดยใช้ระบบขนส่งสาธารณะมากขึ้น รวมไปถึงการใช้พลังงานทดแทนรูปแบบอื่น ๆ ที่ไม่ปลดปล่อยหรือสามารถควบคุมปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ได้เมื่อใช้งาน
การใช้พลังงานจากชีวมวล (Biomass) เป็นแนวทางหนึ่งในการควบคุมการปลดปล่อยแก๊สคาร์บอน ไดออกไซด์ แท้จริงแล้วคำว่า ชีวมวล ไม่ได้จำกัดเฉพาะพืชบก พืชน้ำ สาหร่าย หรือวัสดุของเหลือทิ้งทางการเกษตร เช่น แกลบ ฟางข้าว หรือกะลามะพร้าว เท่านั้น แต่ยังรวมถึงขยะหรือของเสียจากชุมชนหรือจากกิจกรรมของมนุษย์ เช่น ขวดและถุงพลาสติก ยางรถยนต์ใช้แล้ว ซึ่งมีองค์ประกอบหลักเป็นไฮโดรคาร์บอนอีกรูปแบบหนึ่ง ชีวมวลจำพวกพืชได้รับความสนใจเป็นอย่างมากในปัจจุบันในการใช้เป็นแหล่งวัตถุดิบสำหรับผลิตเชื้อเพลิงและพลังงาน เนื่องจากพืชสามารถดึงเอาแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปลดปล่อยจากกิจกรรมการใช้พลังงานและเชื้อเพลิงของมนุษย์มากักเก็บในรูปของพลังงานเคมี (โมเลกุลน้ำตาล) โดยผ่านกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง (Photosynthesis)
ในปัจจุบันการนำชีวมวลมาใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพเพียงอย่างเดียวยังขาดความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์และขาดความยั่งยืน เนื่องจากการผลิตเชื้อเพลิงจากชีวมวลมีต้นทุนที่สูงกว่าเชื้อเพลิงจากปิโตรเลียม แนวคิดแบบไบโอรีไฟเนอรี (Biorefinery concept) จึงเกิดขึ้นเพื่อเพิ่มความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์และเสริมสร้างความยั่งยืนให้กับอุตสาหกรรมการแปรรูปชีวมวลไปเป็นพลังงานและเชื้อเพลิง
คำว่า “Biorefinery” ยังไม่มีการบัญญัติเป็นคำศัพท์ภาษาไทยโดยราชบัณฑิตยสถาน Biorefinery ประกอบขึ้นจากคำสองคำคือ Bio ซึ่งหมายถึงชีวมวลประเภทพืชที่ใช้เป็นแหล่งวัตถุดิบหลักในระบบ และ refinery ที่แปลว่าโรงกลั่น ซึ่งเป็นคำ ๆ เดียวกับโรงกลั่นน้ำมันดิบในปัจจุบัน ผู้เขียนจึงขอใช้คำไทยแทนว่า “โรงกลั่นชีวภาพ” การใช้คำว่าโรงกลั่นชีวภาพบ่งบอกถึงความคล้ายคลึงกับโรงกลั่นน้ำมันดิบหรือโรงกลั่นปิโตรเลียม (Petroleum refinery) น้ำมันดิบคือของผสมของไฮโดรคาร์บอนที่มีขนาดและโครงสร้างโมเลกุลหลากหลายชนิด จึงมีความซับซ้อนในการจะแยกไฮโดรคาร์บอนแต่ละชนิดออกมา การนำน้ำมันดิบไปใช้จึงอาศัยหลักการง่าย ๆ คือ การกลั่น (distillation) โดยแยกสัดส่วนไฮโดรคาร์บอนเหล่านั้นตามช่วงจุดเดือด เพื่อให้เหมาะสมตามวัตถุประสงค์ที่จะใช้งาน เช่น การผลิตน้ำมันเบนซินจะใช้ไฮโดรคาร์บอนที่กลั่นได้ในช่วง 100–200 องศาเซลเซียส เป็นต้น นอกจากนั้น ยังมีผลิตภัณฑ์ไฮโดรคาร์บอนที่ใช้เป็นสารตั้งต้น (feedstock) สำหรับผลิตสารเคมีในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีและพอลิเมอร์ เช่น เอทิลีน โพรพิลีน เบนซีน ซึ่งช่วยเพิ่มมูลค่าและกำไรให้กับโรงกลั่นได้
โรงกลั่นชีวภาพ เป็นการบูรณาการกระบวนการและเครื่องมือ/อุปกรณ์หลากหลายประเภท เพื่อเปลี่ยนองค์ประกอบของชีวมวล (เซลลูโลส เฮมิเซลลูโลส และลิกนิน) เป็นเชื้อเพลิง พลังงานไฟฟ้า และสารเคมีชนิดต่าง ๆ ตั้งแต่การเลือกสรรวัตถุดิบชีวมวล การสกัด การสังเคราะห์ การกลั่น การแยกและการทำให้บริสุทธิ์ จึงเป็นการใช้ประโยชน์จากชีวมวลอย่างเต็มประสิทธิภาพ และทำให้ระบบการแปรรูปชีวมวลเป็นเชื้อเพลิงและพลังงานมีความคุ้มค่าเชิงเศรษฐศาสตร์สูงขึ้น ในรอบหลายปีที่ผ่านมา นักวิจัยในต่างประเทศจำนวนมากศึกษาและพัฒนาเทคโนโลยีการเปลี่ยนองค์ประกอบของชีวมวลเป็นสารเคมีมูลค่าเพิ่ม (Value-added chemicals) ชนิดต่าง ๆ แต่เทคโนโลยีและกระบวนการส่วนใหญ่ยังมีต้นทุนที่สูงและไม่คุ้มค่าในการลงทุนของภาคอุตสาหกรรม เนื่องจาก
(1) ผลผลิตของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการค่อนข้างต่ำ
(2) การใช้สารเคมีอันตรายหรือสภาวะดำเนินการที่รุนแรงในกระบวนการ
(3) เกิดผลิตภัณฑ์พลอยได้ (By-products) หลายชนิด ทำให้มีต้นทุนสูงในการแยกและการทำให้บริสุทธิ์ (Separation and purification)
(4) ผลิตภัณฑ์พลอยได้ที่เกิดขึ้นมีมูลค่าต่ำ จึงไม่คุ้มค่าที่จะแยกเพื่อนำไปใช้ประโยชน์
(5) การใช้สารเคมีมูลค่าเพิ่มที่ผลิตได้เป็นสาร Building blocks ในการผลิตสารเคมีหรือผลิตภัณฑ์ต่อเนื่อง ยังคงได้สาร/ผลิตภัณฑ์ชนิดเดียวกันหรือมีสมบัติคล้ายคลึงกับสารเคมีที่ผลิตจากปิโตรเลียมผ่านเทคโนโลยีเชิงพาณิชย์ (Commercial technology) ซึ่งมีกำลังการผลิตที่สูงและราคาต่ำกว่า
อย่างไรก็ดี การแปรรูปองค์ประกอบของชีวมวลเป็นสารเคมีมูลค่าเพิ่มยังมีโอกาสในการพัฒนาอีกมาก เนื่องจากข้อจำกัด/ความกังวลด้านความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้นของการใช้สารเคมีจากปิโตรเลียมในอุตสาหกรรมอาหาร เวชสำอาง และยา ซึ่งชีวมวลเป็นแหล่งไฮโดรคาร์บอนที่สะอาด สารเคมีที่ผลิตได้จึงเหมาะสำหรับอุตสาหกรรมเหล่านี้ สารเคมีมูลค่าเพิ่มที่ผลิตได้เป็น Multi-functional molecules จึงเป็นสาร Building blocks ในการผลิตสารเคมีหรือผลิตภัณฑ์ต่อเนื่องอีกหลายชนิดโดยใช้ขั้นตอนการผลิตและสารเคมีที่น้อยลง และผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจากสารเคมีเหล่านี้ย่อยสลายทางชีวภาพได้ (Biodegradable)
