ขั้นตอนการผลิตไบโอดีเซล

ขั้นตอนเตรียมการก่อนการผลิต

สามารถแบ่งออกเป็นขั้นตอนใหญ่ๆ ได้ 2 ขั้นตอน คือ ขั้นตอนเตรียมการก่อนการผลิต และขั้นตอนการผลิต
ขั้นตอนเตรียมการก่อนการผลิต

ขั้นตอนที่ 1 เตรียมน้ำมันพืชหรือน้ำมันสัตว์

ขั้นตอนนี้มีความสำคัญ เพราะน้ำมันพืช / สัตว์ตั้งต้นจะเป็นปัจจัยหลักตัวหนึ่งที่จะบ่งบอกคุณภาพของไบโอดีเซลที่ผลิตได้ หากเป็นน้ำมันใหม่สามารถนำมาทำไบโอดีเซลได้เลย ไม่ต้องมีการจัดการเตรียมน้ำมัน เพียงแต่ให้แน่ใจว่าในน้ำมันไม่ควรมีน้ำปนเพราะจะมีผลต่อการทำปฏิกิริยา ถ้ามีน้ำมากต้องนำไปต้มเพื่อระเหยน้ำที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 องศาเซลเซียส หากเป็นน้ำมันเก่าใช้แล้วต้องทำการเตรียมน้ำมัน เพื่อให้ น้ำมันที่นำมาใช้มีความใส ไม่ขุ่นข้น วิธีการเตรียมมีหลายวิธีดังนี้
• เมื่อได้น้ำมันมาให้ ตั้งทิ้งไว้ รอให้แยกชั้น ดึงเอาแต่ชั้นใสไปเข้าถังพักน้ำมันดีเพื่อ ส่วนล่างที่เป็นตะกอนให้นำไปผสมน้ำเล็กน้อย (ประมาณ 10-15%) แล้วต้มที่อุณหภูมิ 100-120 องศาเซลเซียส ให้เดือดอยู่ที่ 100 องศาเซลเซียสขึ้นไปประมาณ 15 นาที อาจใช้เตาแก๊ส หรือเตาถ่าน แต่แนะนำให้ใช้เตาถ่านเพราะปลอดภัยและเป็นการใช้พลังงานทดแทนชีวมวล อีกทั้งประหยัดและดีต่อสิ่งแวดล้อม หากมีกลีเซอรีนเหลือจากการทำไบโอดีเซลชุดก่อนก็ให้นำมาชุบกาบมะพร้าวเพื่อเพิ่มความร้อนในเตาให้มากและเร็วขึ้น จากนั้นทิ้งไว้ให้แยกชั้นอีก 1-2 วันแล้วนำส่วนที่ใสมารวมในถังน้ำมันดี และใช้น้ำมันส่วนที่ใสมาทำปฏิกิริยา

ข้อดีของวิธีนี้ คือ ประหยัดการต้มเชื้อเพลิง เพราะใช้การตั้งทิ้งไว้แล้วแยกน้ำมันส่วนที่ใสไปรอทำปฏิกิริยา แต่ก่อนทำปฏิกิริยา ควรทำการไทเทรตก่อน เพราะน้ำมันอาจยังไม่สะอาดดีพอ ทำให้บางครั้งวิธีนี้จะสิ้นเปลืองสารเคมีที่ใช้ทำปฏิกิริยามากกว่า

• เมื่อได้ น้ำมันมาทั้งหมดให้นำไปผสมน้ำเล็กน้อยแล้วต้มที่อุณหภูมิ 100-120 องศาเซลเซียส ให้เดือดอยู่ที่ 100 องศาเซลเซียสขึ้นไปประมาณ 15 นาที โดยต้องคนตลอดเวลาเนื่องจากน้ำที่ใส่ลงไปจะปะทุดันน้ำมันให้พุ่งขึ้นเมื่อถึงจุดเดือด อาจก่อให้เกิดอันตรายแก่ผู้ปฏิบัติงานได้ จากนั้นยกลง ทิ้งไว้ให้แยกชั้นใสอีก 1-2 วัน เอาแต่ชั้นใสไปทำไบโอดีเซล ส่วนน้ำที่เหลือชั้นล่าง หมักทำปุ๋ยหมักเพื่อรดน้ำต้นไม้

ข้อดีของวิธีนี้ คือ น้ำมันใสที่ได้หลังการต้มจะมีคราบไขมันน้อย น้ำมันจะอยู่ในสภาพที่ดีกว่า พร้อมต่อการทำปฏิกิริยา อย่างไรก็ตามก่อนทำปฏิกิริยา ควรทำการไทเทรตก่อน เพื่อหาว่าต้องใช้สารเคมีเท่าไรจึงเหมาะสม

ขั้นตอนที่ 2 เตรียมอุปกรณ์ที่ต้องใช้ให้ครบถ้วน

อุปกรณ์ที่ใช้ขึ้นกับเครื่องมือที่มี บางคนมีชุดผลิตที่ทำขึ้นจากสแตนเลส บางคนมีชุดทดลองขนาดเล็ก บางคนมีชุดเขย่าด้วยขวด ทั้งนี้ขึ้นกับความพร้อมของแต่ละคน แต่ที่สำคัญควรมีอุปกรณ์ป้องกันภัย ได้แก่ แว่นตากันสารเคมี หมวก ที่ปิดจมูก รองเท้าบูท หรือหุ้มเท้า น้ำยาล้างตา เป็นต้น

ขั้นตอนที่ 3 หาปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต้องใช้ โดยการไทเทรต

น้ำมันพืชใช้แล้วมีค่าความเป็นกรดสูงกว่าน้ำมันใหม่ เพราะเมื่อน้ำมันพืชได้รับความร้อน ตำแหน่งของไฮโดรเจนในโมเลกุลจะทำให้เกิดเป็นสภาพกรดได้ง่าย และเกิดเป็นกรดไขมันอิสระขึ้น กรดไขมันอิสระเป็นผลมาจากการทอดน้ำมันให้ร้อน มันจะลอยเป็นอิสระปะปนอยู่กับไตรกลีเซอไรด์ในน้ำมัน

ความเป็นอิสระของกรดไขมันเหล่านี้ คือ การที่มันพร้อมที่จะเข้าทำปฏิกิริยาทุกเมื่อเมื่อเจอกับด่าง และนี่เองที่เป็นตัวการสำคัญที่จะทำให้เกิด “ เยล ” (Jelly) ในการทำไบโอดีเซล ดังนั้นเราต้องกำจัดกรดไขมันอิสระเหล่านี้ออกจากน้ำมันก่อนทำปฏิกิริยา

การกำจัดกรดไขมันอิสระในน้ำมันพืชใช้แล้ว ต้องใช้ด่างซึ่งคือตัวเร่งปฏิกิริยาในปริมาณที่มากขึ้น กระบวนการตรงนี้ คือ การทำให้กรดไขมันอิสระเป็นกลาง (Neutralizing) จะใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในปริมาณเท่าใดนั้นขึ้นอยู่กับว่าน้ำมันเป็นกรดมากน้อยแค่ไหน

การหาค่ากรดไขมันอิสระ เพื่อหาปริมาณด่างที่ต้องใช้ในปริมาณที่พอดีนั้น ทำโดยการไทเทรต
ขั้นตอนการผลิตไบโอดีเซล

ขั้นตอนที่ 1 ตวงน้ำมันพืชหรือน้ำมันสัตว์ที่ผ่านการต้มหรือทิ้งให้ใส

ต้องมั่นใจว่า น้ำมันที่นำมาใช้มีความใส ไม่ขุ่นข้น ตวงมาในปริมาณที่ต้องการ เช่น 500 มิลลิลิตร (หรือ ซีซี) หรือ ครึ่งลิตร นั่นหมายถึง 1,000 มิลลิลิตร (หรือ ซีซี) เท่ากับ 1 ลิตร
ขั้นตอนที่ 2 ตวงเมทานอล 25% ของน้ำมันพืชใช้แล้ว

   

ตวงเมทานอลจำนวน 20-25% ( น้ำมันใหม่ใช้ 20% น้ำมันใช้แล้วใช้ 25%) ระวังการสูดดมและสัมผัสเมทานอล ควรใส่ถุงมือ แว่นตากันสาร และผ้าปิดจมูก จากนั้น เทเมทานอลลงขวดที่มีฝาปิด ค่อยๆ เทลงขวด ให้ เทโซดาไฟลงในเมทานอล แล้วปิดฝาไว้ป้องกันการระเหย
ขั้นตอนที่ 3 ละลายตัวเร่งปฏิกิริยาในเมทานอล

   

ผสมตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมไว้ เขย่าหรือคนให้ละลายเข้ากัน จนได้สารละลายใส ( ห้ามเทเมทานอลลงโซดาไฟเด็ดขาดเพราะอาจทำให้เกิดความร้อนสูงและกระเด็นถูกร่างกายได้) ปิดฝาไว้ หากละลายปริมาณมากควรใส่ถุงมือหนังกันความร้อน เพราะอาจเกิดความร้อนถึง 60 กว่าองศาเซลเซียส
ขั้นตอนที่ 4 อุ่นน้ำมัน

อุ่นน้ำมันพืชหรือน้ำมันสัตว์ที่เตรียมไว้ให้ได้อุณหภูมิ 50-55 องศาเซลเซียส เมื่อได้อุณหภูมิตามต้องการให้ดับตะเกียงหรือแหล่งให้ความร้อน

ขั้นตอนที่ 5 ทำปฏิกิริยาทรานเอสเทอริฟิเคชัน

        

ได้ไบโอดีเซลแน่ๆสีนี้ !!!!

เทสารละลายโซดาไฟที่ผสมกับเมทานอลแล้ว (เรียกว่าเมท็อกไซด์) ลงใน น้ำมันพืชที่ร้อน 50-55 องศาเซลเซียส ลงในถังหรือขวดที่มีฝาปิด โดยเทผ่านกรวยกรอง (ป้องกันไม่ให้สารหกกระเด็น) เขย่าหรือกวนนานประมาณ 15-20 นาที (ในการทดลองขนาดเล็ก หากขนาดใหญ่ขึ้นต้องใช้เวลา 1 ชั่วโมง) สังเกตสี การเปลี่ยนแปลงและอุณหภูมิ จะพบว่า ถ้าเกิดไบโอดีเซลแน่นอน สีต้องเข้มขึ้น ไม่ขุ่นข้นเหลืองครีม และอุณหภูมิจะสูงขึ้นด้วย

ขั้นตอนที่ 6 ทิ้งให้กลีเซอรีนแยกตัว

ภายหลังจากเขย่าหรือกวน ตั้งทิ้งไว้ให้กลีเซอรีนแยกตัว หากเป็นการทดลองขนาดปริมาณน้อยๆ ประมาณไม่เกิน 1 ลิตร ใช้เวลาแยกตัวประมาณ 2-4 ชั่วโมง หากปริมาณมาก ต้องทิ้งไว้ไม่ต่ำกว่า 8 ชั่วโมง อาจทิ้งตากแดดจะช่วยให้เกิดปฏิกิริยาต่อเนื่องที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นและแยกตัวเร็วขึ้น ภายในหนึ่งชั่วโมงจะสังเกตเห็นปริมาณกลีเซอรีนตกออกมาเป็นส่วนของเหลวหนืดๆ สีเข้มอยู่ด้านล่าง

ขั้นตอนที่ 7 ไขกลีเซอรีนออก

กลีเซอรีน (Glycerin) สามารถย่อยสลายได้ตามธรรมชาติเมื่อซึมผ่านลงไปในดิน ซึ่งจะถูกแบคทีเรียย่อยสลายได้อย่างรวดเร็ว ไม่เป็นสารพิษ (Non-toxic) ไม่เป็นอันตรายต่อพืชและสัตว์ เมทานอลหรือเอทานอลที่เป็นส่วนเกินจากปฏิกิริยา สามารถระเหยไปในอากาศเองได้ เมื่อทิ้งไว้ประมาณ 1 สัปดาห์ เราสามารถนำกลีเซอรีนส่วนนี้ไปทำสบู่เพื่อใช้ทำความสะอาดต่อไปได้ การทำสบู่โปรดดูในภาคผนวก
กลีเซอรีนบริสุทธิ์ถูกนำมาใช้ในวงการอุตสาหกรรมได้หลายอย่างและมีราคาที่แพงมาก อย่างไรก็ตามกลีเซอรีนที่เราได้จากกระบวนการทำไบโอดีเซลนี้มีสารปนเปื้อนอยู่มาก ส่วนใหญ่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาและแอลกอฮอล์ส่วนเกิน อีกทั้งคราบอื่นๆ ที่ปนเปื้อนมาในน้ำมันภายหลังการทำอาหาร
การจะระเหยเอาแอลกอฮอล์ออกจากกลีเซอรีนให้หมดนั้น ต้องถูกนำมาต้มในที่ที่มีอากาศถ่ายเท ถ้าใช้เมาทานอลต้องต้มให้ความร้อนสูงเกินจุดเดือด (Boiling point) คือที่อุณหภูมิ 65?C ถ้าใช้เอทานอลจะต้องต้มให้ความร้อนสูงเกิน 79?C และถ้าต้องการระเหยน้ำออกให้หมดต้องต้มอย่างต่ำ 10 นาที ในระดับอุตสาหกรรมสามารถทำให้กลีเซอรีนบริสุทธิ์ได้ แต่คงเป็นเรื่องยากสำหรับเราๆ ท่านๆ ดังนั้น ใช้ทดแทนสบู่ทำความสะอาดทั่วๆ ไปที่ไม่ใช่ทาตัวและหน้าคงจะช่วยนำมาลดค่าใช้จ่ายได้ระดับหนึ่ง

ภายหลังจากเขย่าหรือกวน ตั้งทิ้งไว้ให้กลีเซอรีนแยกตัว จะเห็นการแยกชั้นชัดเจนระหว่าง เมทิลเอสเตอร์ (ของเหลวสีเหลืองใส) กับ กลีเซอรีน (สีน้ำตาลเหนียวถึงเป็นก้อน) หากเป็นการทดลองขนาดปริมาณน้อยๆ ประมาณไม่เกิน 1 ลิตร ใช้เวลาแยกตัวประมาณ 2-4 ชั่วโมง หากปริมาณมาก ต้องทิ้งไว้ไม่ต่ำกว่า 8 ชั่วโมง อาจทิ้งตากแดดจะช่วยให้เกิดปฏิกิริยาต่อเนื่องที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นและแยกตัวเร็วขึ้น ภายในหนึ่งชั่วโมงจะสังเกตเห็นปริมาณกลีเซอรีนตกออกมาเป็นส่วนของเหลวหนืดๆ สีเข้มอยู่ด้านล่าง จากนั้นไขกลีเซอรีนออก กลีเซอรีนที่ได้อาจมีปริมาณตั้งแต่ 5-20%

ขั้นตอนที่ 8 การล้างไบโอดีเซล
การมีแอลกอฮอล์ที่เป็นส่วนเกินจากการทำปฏิกิริยาในน้ำมัน สามารถทำให้เกิดการสึกหรอส่วนที่เป็นยางในน้ำมันได้ และมีส่วนทำให้จุดวาบไฟ ของไบโอดีเซลต่ำลงอันอาจมีผลต่อความปลอดภัย และไม่ผ่านมาตรฐานได้ ตามมาตรฐาน ASTM จะให้มีแอลกอฮอล์ปนอยู่ในไบโอดีเซลได้ ไม่เกิน 0.2% เท่านั้น การล้างไบโอดีเซลจึงเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพที่จะลดปริมาณแอลกอฮอล์ลง นอกจากนี้การล้างไบโอดีเซลด้วยน้ำ ยังสามารถช่วยล้างสิ่งสกปรกอื่นๆ เช่น คราบไขสบู่ในไบโอดีเซลได้ เราจะสังเกตได้ว่าถ้าเราใส่ตัวเร่งปฏิกิริยามากเกินไป จะเกิดเห็นเป็น 3 ชั้น ได้แก่ ชั้นของไบโอดีเซล ชั้นกลีเซอรีน และชั้นของไขสบู่ขาวขุ่น ซึ่งอาจทำให้ปนเปื้อนในไบโอดีเซลด้วย เราควรล้างไบโอดีเซล
การล้างน้ำสามารถทำได้ ดังนี้

1 เทน้ำเปล่าสะอาดประมาณ 10% ลงในไบโอดีเซลเพื่อล้างตัวเร่งปฏิกิริยาออก อาจใช้สปริงเกิลฉีดให้น้ำเป็นฝอย คนหรือเขย่าเบาหรือใช้ปั๊มลมช่วยทำให้น้ำกระจายตัวประมาณ 5-10 นาที จะเห็นของเหลวทั้งหมดในขวดเป็นสีขุ่นขาว

2 จากนั้นตั้งทิ้งไว้ ประมาณ 4 ชั่วโมง จะสังเกตเห็นสีของไบโอดีเซลชั้นบนอ่อนลงกว่าก่อนการล้าง และเกิดไขสบู่ขึ้น เหนือชั้นน้ำแต่ต่ำกว่าไบโอดีเซล

3 ให้ไขชั้นล่างสุด คือ ชั้นน้ำออกมาก่อน ชั้นนี้จะมีแอลกอฮอล์ออกมาด้วย แต่เพียงเล็กน้อย ไม่เป็นพิษ สามารถทิ้งลงพื้นดินหรือท่อน้ำทิ้งได้ สามารถนำไปใช้ล้างพื้นและคราบสิ่งสกปรกได้ แล้วไขชั้นสบู่

4 ล้างซ้ำอีกด้วยวิธีการแบบเดิมอีกครั้งหรือสองครั้ง ไบโอดีเซลที่ได้จะใสขึ้น และน้ำชั้นล่างก็จะใสขึ้นด้ว

5 • วัดค่า pH ของไบโอดีเซล ไบโอดีเซลควรมีค่าใกล้เคียง 7 แต่ก็ไม่ใช่ตัววัดคุณภาพที่สำคัญนัก

แล้วไม่ล้างไบโอดีเซลได้หรือไม่ ??……มีกลุ่มนักทำไบโอดีเซลใช้เองในอเมริกา กล่าวว่า แอลกอฮอล์ที่อยู่ในน้ำมันช่วยเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์ได้ดี ถ้าเครื่องยนต์ไม่มีส่วนประกอบที่เป็นท่อยางก็ไม่จำเป็นที่ต้องล้างไบโอดีเซล หรือมีไขสบู่เพียง 10% ของปริมาณทั้งหมดก็ไม่จำเป็นต้องล้าง หรืออาจทดสอบง่ายๆ ด้วย ค่า pH หากวัดแล้วประมาณ 9 ก็ไม่ต้องล้าง เพียงแต่ตั้งทิ้งไว้

ขั้นตอนที่ 9 กรองไบโอดีเซล ก่อนใช้งาน

ไบโอดีเซล ที่ได้นำมาผ่านเครื่องกรองที่ขนาด 5 ไมครอน เพื่อดักสิ่งสกปรก ก่อนนำไปเก็บไว้ในถังเก็บอีก 1-2 วัน ก็นำไปใช้งานได้