Biorefinery series: สารหล่อลื่นชีวภาพจากน้ำมันพืช

สารหล่อลื่นชีวภาพ (bio-lubricant) เป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์จากอุตสาหกรรม Biorefinery ที่กำลังเป็นที่ต้องการมากขึ้นในอุตสาหกรรม ในบทความตอนที่ 5 ของ Biorefinery series นี้ เราจะขอเล่าเกร็ดความรู้เพื่อแนะนำให้ผู้อ่านรู้จักกับ “สารหล่อลื่นชีวภาพ” กัน

สารหล่อลื่น (lubricant) คือสารลดแรงเสียดทาน และลดความร้อนระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุที่ต้องเสียดสีกันจึงเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในเครื่องจักรกลและเครื่องยนต์ เพราะจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้งานและลดการสึกกร่อนของเครื่องจักร คุณสมบัติสำคัญของสารหล่อลื่นคือ ความหนืดที่เหมาะสม จุดวาบไฟ (flash point) ที่สูงกว่าอุณหภูมิในการใช้งานเพื่อความปลอดภัย จุดไหลเท (pour point) ที่ต่ำกว่าอุณหภูมิในการใช้งานเพื่อป้องกันการเป็นไข และคุณสมบัติที่ต่อต้านออกซิเดชันซึ่งจะยืดอายุการใช้งานของเครื่องจักรกล

ในปัจจุบัน สารหล่อลื่นที่ใช้ในอุตสาหกรรมกว่า 95% เป็นปิโตรเคมีภัณฑ์ ทั้งในกลุ่มอุตสาหกรรมยานยนต์ที่ครองตลาดกว่าครึ่ง เช่น น้ำมันเครื่องยนต์ น้ำมันเกียร์ และกลุ่มอุตสาหกรรมหนักอื่นๆ ที่ใช้น้ำมันและจาระบีในการหล่อลื่นอุปกรณ์และเครื่องจักรต่างๆ ในภาคการผลิตตั้งแต่ขนาดเล็กไปจนถึงขนาดใหญ่ สารหล่อลื่นเหล่านี้ผลิตได้จากการกลั่นน้ำมันดิบโดยตรง หรือผ่านการสังเคราะห์ขึ้นด้วยกระบวนการทางปิโตรเคมี กลุ่มผลิตภัณฑ์สารหล่อลื่นเป็นที่ต้องการใช้งานในประเทศไทยมากถึง 600 ล้านลิตรในปี 2018 คิดเป็นมูลค่าสูงถึง 6 หมื่นล้านบาท [1] ซึ่งเทียบเท่ากับ 0.37% ของมูลค่า GDP ของประเทศในปีนั้น และยังมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ทุกปี เช่น ในปี 2021 ปริมาณการใช้งานกลุ่มผลิตภัณฑ์สารหล่อลื่นในไทยได้เพิ่มขึ้นถึง 720 ล้านลิตร [2]

สารหล่อลื่นชีวภาพรุ่นแรกที่มีการใช้งานก็คือ “น้ำมันพืช” ซึ่งเริ่มมีการวิจัยพัฒนาให้เหมาะสมกับอุตสาหกรรมมาตั้งแต่ต้นยุค 1990s ควบคู่ไปกับการพัฒนาเทคโนโลยีเชื้อเพลิงชีวภาพจากน้ำมันพืช เช่น ไบโอดีเซล (biodiesel) หรือ เมทิลเอสเทอร์ของกรดไขมัน (Fatty acid methyl ester, FAME) จากความตื่นตัวในผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อม ประกอบกับเป้าหมายในการลดการใช้ทรัพยากรปิโตรเลียมอันเป็นที่มาของการปลดปล่อย CO2 ทำให้สารหล่อลื่นชีวภาพที่มีคุณสมบัติทัดเทียมปิโตรเคมีภัณฑ์แต่ย่อยสลายได้โดยไม่ตกค้างในสิ่งแวดล้อม ได้รับความสนใจและเป็นที่ต้องการมากขึ้นในตลาดโลก
ประเทศไทยมีศักยภาพในการเป็นผู้ผลิตน้ำมันหล่อลื่นชีวภาพ โดยเฉพาะจากน้ำมันปาล์ม เพราะมีห่วงโซ่การผลิตปาล์มน้ำมันอย่างครบวงจรภายในประเทศ ซึ่งประกอบด้วยเกษตรกร โรงสกัด และโรงกลั่น ทั้งยังมีอุตสาหกรรมไบโอดีเซลและปิโตรเคมีที่เข้มแข็ง การพัฒนาน้ำมันหล่อลื่นชีวภาพจากน้ำมันปาล์ม นอกจากจะขับเคลื่อนอุตสาหกรรมเคมีชีวภาพในประเทศให้เกิดขึ้นแล้ว ยังจะเป็นการเพิ่มมูลค่าให้กับน้ำมันปาล์มเพื่อปรับสมดุลตลาดปาล์มน้ำมันที่มีความผันผวนสูงอีกด้วย [3]

ความท้าทายของการนำน้ำมันปาล์มมาใช้เป็นน้ำมันหล่อลื่น คือ น้ำมันปาล์มมีองค์ประกอบเป็นกรดไขมันอิ่มตัว (saturated fatty acid) ได้แก่ กรดปาล์มิติก (C16, 43.5%) และสเตียริก (C18, 4.3%) และกรดไขมันไม่อิ่มตัว (unsaturated fatty acid) ได้แก่ กรดโอเลอิค (C18:1, 36.6%) ลิโนเลอิค (C18:2) และ ลิโนเลนิค (C18:3) ในอัตราส่วนใกล้เคียงกัน ทำให้ตกตะกอนหรือเป็นไขได้ง่ายที่อุณหภูมิต่ำ (เช่น ในช่วงฤดูหนาว หรือบริเวณแถบภูมิประเทศยอดดอย) และมีความหนืดที่ค่อนข้างสูง จึงเป็นสารหล่อลื่นได้ไม่ดีนัก จึงต้องอาศัยกระบวนการทางเคมีเพื่อเพิ่มปริมาณกรดโอเลอิค ซึ่งเป็นไขมันไม่อิ่มตัวให้สูงขึ้น หรือที่เรียกกว่า high oleic acid vegetable oil (HOVO) ทำให้ความหนืดลดลงอยู่ในช่วงที่เหมาะสมสำหรับการใช้เป็นสารหล่อลื่นได้
นอกจากการปรับความหนืดแล้ว HOVO ยังต้องมีการปรับคุณสมบัติอื่นๆ อีกหลากหลายเพื่อให้เหมาะสมกับสภาวะการใช้งานที่มีความจำเพาะสูง ตัวอย่างเช่น การเพิ่มคุณสมบัติการต้านทานออกซิเดชันเพื่อเพิ่มความเสถียรทางกายภาพและเคมีของน้ำมันหล่อลื่น ซึ่งสามารถทำได้โดยการเติมสารเติมแต่ง (additives) เข้าไปเพียงเล็กน้อย เพื่อให้สมบัติดีขึ้นหรือผ่านเกณฑ์ที่จะไปใช้งานเชิงพาณิชย์ได้ในฐานะสารหล่อลื่นสำเร็จพร้อมใช้งาน (finished lubricant)
ในปัจจุบัน HOVO สามารถนำไปใช้งานเป็นสารหล่อลื่นในกลุ่มอุปกรณ์และเครื่องจักรทางการเกษตรขนาดเล็ก ไปจนถึงการใช้เป็นน้ำมันหม้อแปลงไฟฟ้าได้ (transformer oil) หากมีการปรับปรุงคุณสมบัติทางเคมีและการเติมสารเติมแต่งที่เหมาะสม ซึ่งล้วนแต่เป็นสูตรลับของแต่ละบริษัท (ตัวอย่างบริษัทที่เป็นผู้พัฒนาสารหล่อลื่นชีวภาพจนเป็นผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ได้ช่วงยุค Y2K คือ บริษัท ABB เป็นต้น [4]) อย่างไรก็ตาม ความต้องการใช้สารหล่อลื่นภายใต้สภาวะที่หลากหลาย เช่น อุณหภูมิสูง-ต่ำ ความดัน สภาพอับอากาศ สภาวะกัดกร่อน ทั้งบนบก ในทะเล หรือบนฟากฟ้า (และการใช้งานนอกโลกในอนาคต) รวมถึงคุณสมบัติรองอื่นๆ ที่ผู้ใช้งานคาดหวังเพิ่มเติมจากสารหล่อลื่น ทำให้ยังต้องมีการพัฒนาสูตรสารหล่อลื่นชีวภาพเพิ่มเติมต่อไป เพื่อให้สามารถใช้งานแทนที่สารหล่อลื่นจากปิโตรเลียมที่มีมาอย่างยาวนานหลายร้อยปีและมีโครงสร้างเคมีและสมบัติแตกต่างกันตามการใช้งาน เพราะเราต้องการทางเลือกใหม่ๆ ที่เหมาะสมกับเครื่องจักรกลยุคใหม่ที่ถูกพัฒนาอย่างต่อเนื่องและไม่หยุดหย่อน สารหล่อลื่นชีวภาพแห่งอนาคตที่ยั่งยืนจึงต้องถูกคิดค้นและพัฒนาต่อเนื่องเรื่อยไปเช่นเดียวกัน

ติดตามอ่านบทความในหัวข้อ Biorefinery series ได้ในตอนถัดไป จากเพจ Nanocatalysis and Molecular Simulation (NCAS) ของพวกเรา
เรียบเรียงโดย
ดร. วรนุช อิทธิเบญจพงศ์
#NCASresearch #Biolube #BCG #Biorefinery

อ้างอิง
[1] หนังสือพิมพ์ฐานเศรษฐกิจ ปีที่ 38 ฉบับที่ 3,330 วันที่ 11 – 13 มกราคม พ.ศ. 2561
[2] https://www.mordorintelligence.com/…/thailand… [accessed date: 12/2/2023]
[3] https://www.krungsri.com/…/IO/Oil-palm-industry-2022-2024
[4] https://new.abb.com/chemical/chemical/lubricants-and-greases
Image credit: www.autocar.co.uk

โพสต์ที่คุณน่าจะสนใจ

CCUS เทคโนโลยีกำจัดคาร์บอน สู่ทางรอดของประเทศไทย?

สวัสดีปีใหม่ 2567 ผู้อ่านทุกท่าน ปีเก่าผ่านไปปีใหม่เข้ามาพร้อมกับความท้าทายโจทย์ใหญ่โจทย์เดิม คือ สภาวะโลกร้อน ที่ทำให้เกิดสภาพอากาศแปรปรวน อันส่งผลกระทบต่อชีวิตมนุษย์และระบบนิเวศของโลก สภาวะโลกร้อนนี้มีสาเหตุหลักมาจากกิจกรรมของมนุษย์ที่เพิ่มปริมาณก๊าซเรือนกระจกในบรรยากาศ โดยก๊าซเรือนกระจกหลักก็คือคาร์บอนไดออกไซด์

CARBANO เทคโนโลยีผลิตถ่านกัมมันต์ประสิทธิภาพสูงจากวัสดุคาร์บอน

ประเทศไทยขึ้นชื่อว่าเป็นประเทศแห่งอุตสาหกรรมเกษตรและมีวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรที่มากมายหลายหลาก การนำวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรมาแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์มูลค่าสูงจึงเป็นหนึ่งในแนวคิดสำคัญที่จะช่วยเพิ่มรายได้ให้กับอุตสาหกรรมเกษตรของประเทศไทย หนึ่งในผลิตภัณฑ์มูลค่าสูงที่สามารถผลิตได้จากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร คือ ถ่านกัมมันต์ (activated carbon) ซึ่งเป็นถ่านที่มีรูพรุนปริมาณมาก สามารถนำไปใช้ดูดซับและกำจัดสิ่งปนเปื้อนเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่สะอาดเหมาะกับการนำไปใช้อุปโภคและบริโภคในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น

รางวัลโนเบล สาขาเคมี 2023 ผู้ปลูกควอนตัมดอทส์ เมล็ดพันธุ์แห่งวงการนาโนเทคโนโลยี

รางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2023 ได้มอบรางวัลให้กับการค้นพบและการพัฒนาควอนตัมดอทส์(Quantum Dots, QTDs) หรือ “จุดควอนตัม” ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีขนาดเล็กมากในระดับ 1-10 นาโนเมตร

รู้จักกับ “ลิกนิน” สารธรรมชาติที่แสนจะไม่ธรรมดา

ลิกนิน (Lignin) เป็นพอลิเมอร์ธรรมชาติ ที่สามารถพบได้ในพืชทั่วไปสูงถึง 30% ทำหน้าที่เปรียบเสมือนกาวประสานช่วยยึดโครงสร้างพืชให้มีความแข็งแรง นอกจากนี้ยังช่วยลดการระเหยของน้ำ และช่วยป้องกันการถูกทำลายของเนื้อเยื่อจากจุลินทรีย์ได้อีกด้วย ลิกนินมีโครงสร้างแบบอะโรมาติก (Aromatic

หมวดหมู่

โพสต์ยอดนิยม

Biorefinery series: การผลิตกรดแลคติกจากน้ำตาล ด้วยกระบวนการเชิงเคมีความร้อน

ไบโอรีไฟเนอรี่ (Biorefinery) หรือ อุตสาหกรรมพลังงานและเคมีชีวภาพ คือ อุตสาหกรรมการผลิตแห่งอนาคตที่นำชีวมวล หรือวัตถุดิบที่ได้จากพืช มาใช้เป็นสารตั้งต้น (feedstock) ในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ

Biorefinery series: น้ำมันเชื้อเพลิงอากาศยานชีวภาพจากน้ำมันปาล์ม

น้ำมันปาล์มเป็นน้ำมันพืชที่ได้จากผลของต้นปาล์มน้ำมันซึ่งเป็นพืชเศรษฐกิจที่หมุนเวียนได้ น้ำมันปาล์มนั้นสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้อย่างหลากหลาย ตั้งแต่นำมาใช้ได้โดยตรงเพื่อการปรุงอาหาร นำมาผลิตเป็นผลิตภัณฑ์เครื่องสำอาง หรือนำมาใช้เป็นสารตั้งต้นในอุตสาหกรรมโอลีโอเคมี (oleochemical industry) เช่น ผลิตสารหล่อลื่นชีวภาพ (biolubricant)

โพสต์ล่าสุด

นาโนสารสนเทศและปัญญาประดิษฐ์ ใน ยุค Web 3.0

เราคงคุ้นเคยกับคำว่า ปัญญาประดิษฐ์ หรือ AI เป็นอย่างดี ว่าจะมาช่วยมนุษย์ทำงาน คิดวิเคราะห์ข้อมูล และช่วยในการตัดสินใจ ทำให้เราทำงานได้รวดเร็วและมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น เนื่องจาก

การคำนวณเคมีเชิงคอมพิวเตอร์ภายใต้กลุ่มวิจัย NCAS (ตอนที่ 1)

การพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีใหม่ๆ เพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการเคมี โดยหลักการนั้นไม่ต่างจากการออกแบบรถยนต์ ที่ต้องอาศัยความรู้ความเข้าใจเชิงลึกเกี่ยวกับการทำงานของเครื่องยนต์ แต่ในกรณีของตัวเร่งปฏิกิริยาเคมี เครื่องยนต์กลไกที่เป็นหัวใจของการเกิดปฏิกิริยานั้น เป็นผลมาจากแรงอันตรกิริยาที่เป็นแรงดูดหรือแรงผลักระหว่างพื้นผิวของตัวเร่งและโมเลกุลของสาร ซึ่งปรากฎการณ์ดังกล่าวนั้นเกิดขึ้นในระดับนาโนเมตรหรือเล็กกว่า การวิเคราะห์วัสดุที่มาตราส่วนดังกล่าวนั้นมีความซับซ้อนและมักมีข้อกำจัดด้านเครื่องมือ หรือในบางกรณีสมบัติที่สำคัญนั้นยังไม่สามารถวัดได้โดยเครื่องมือที่มีอยู่ในปัจจุบัน