ผศ. ดร. ดวงกมล ตุงคะสมิต นักวิจัยของ CBRC ร่วมกับ นายทรงเกียรติ แก้วเมืองเพชร (หลักสูตรปิโตรเคมีและวิทยาศาสตร์พอลิเมอร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย) และ Prof. Dr. Joseph S. M. Samec (Department of Organic Chemistry, Stockholm University ประเทศสวีเดน) พัฒนาระบบการเร่งปฏิกิริยาชนิดใหม่สำหรับกระบวนการผลิตสารเคมีชีวภาพจากวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตร ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยลดมลพิษจากการเผาชีวมวล แต่ยังสร้างมูลค่าเพิ่มจากทรัพยากรที่มีอยู่ ส่งเสริมความยั่งยืนในอุตสาหกรรมเคมีและพลังงาน
ผลงานวิจัยเรื่อง Ethyl levulinate production from agricultural residue through tin oxide with grafted propylsulfonic Faujasite catalysis ตีพิมพ์ในวารสาร Journal of Cleaner Production (T1 Journal, JCR IF = 11.1)
การวิเคราะห์อัตราการใช้ทรัพยากรฟอสซิล (Fossil resource) บ่งชี้ว่าอาจหมดลงภายใน 50-70 ปี การพัฒนาทรัพยากรทดแทนที่ยั่งยืนจึงเป็นสิ่งจำเป็นเร่งด่วน วัสดุเหลือใช้ทางการเกษตร (Agricultural residues) มักถูกเผาเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า แต่การเผาชีวมวล (Biomass) ก่อให้เกิดฝุ่นละอองขนาดเล็ก (Particulate matter) ที่เป็นอันตรายต่อระบบทางเดินหายใจ หนึ่งในตัวอย่างที่สำคัญคือ อุตสาหกรรมน้ำมันปาล์มในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้และแอฟริกา ซึ่งมีทะลายปาล์มเปล่า (Empty palm fruit bunches) เหลือประมาณ 90 ล้านตันต่อปีที่มักถูกนำไปเผา ทางเลือกที่ยั่งยืนคือการแปรรูปเป็นสารเคมีมูลค่าสูงทดแทนสารเคมีจากแหล่งฟอสซิล
เอทิลเลวูลิเนต (Ethyl levulinate, EL) เป็นสารเคมีที่มีการใช้งานอย่างแพร่หลาย เช่น ตัวทำละลายชีวภาพ สารเติมแต่งเชื้อเพลิงชีวภาพ น้ำหอม ยา และพลาสติไซเซอร์ การผลิต EL ด้วยกระบวนการแบบหม้อเดียว (One-pot process) โดยเริ่มจากการเปลี่ยนคาร์โบไฮเดรต (Carbohydrates) เป็นน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว (Mono-sugars) ตามด้วยการเปลี่ยนเป็น EL เป็นแนวทางที่ยั่งยืนฃ อย่างไรก็ดีงานวิจัยในปัจจุบันยังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาระบบการเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสม และใช้น้ำตาลโมเลกุลเดียวเป็นสารตั้งต้นในการผลิต EL
งานวิจัยนี้พัฒนาระบบตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดใหม่โดยใช้ซีโอไลต์ HY (HY-zeolite) ที่ผ่านการดัดแปรด้วยกรดโพรพิลซัลฟอนิก (Propyl sulfonic acid functionalization) หรือ HY-PrSO3H ร่วมกับ SnO2 สำหรับการผลิต EL จากทะลายปาล์มเปล่า ระบบตัวเร่งปฏิกิริยานี้มีสัดส่วนของกรดบรอนสเตด (Brønsted acid) จาก HY-PrSO3H ต่อกรดลิวอิส (Lewis acid) จาก SnO2 ในปริมาณที่เหมาะสมที่ 3.9 ซึ่งให้ผลได้ของ EL สูงถึง 63.7% จากฟรุกโตส (Fructose) 57.6% จากกลูโคส (Glucose) และ 24.8% จากทะลายปาล์มเปล่า นอกจากนี้ เซลลูโลส (Cellulose) ที่สกัดแยกออกมาผ่านการปรับสภาพทะลายปาล์มเปล่าเพื่อใช้เป็นสารตั้งต้น ให้ผลได้ของ EL สูงถึง 42.8% ตัวเร่งปฏิกิริยานี้สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ถึง 3 ครั้ง โดยมีสมรรถนะการเร่งปฏิกิริยาหลังการฟื้นฟูที่ 90% เมื่อเปรียบเทียบกับตัวเร่งปฏิกิริยาตั้งต้น
อ่านรายละเอียดงานวิจัยนี้ได้ที่: doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.142896
