การหาสภาวะที่เหมาะสมในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพจากพอลีไฮดรอกซีบิวทิเรต-โค-พอลิไฮดรอกซีวาเลอเรต

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พิมพ์ชนก ไข่ทองแก้ว

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

กนกพร สังขรักษ์

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนป่าพะยอมพิทยาคม (โครงการ วมว.-ม.ทักษิณ)

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2561

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

พลังงาน คือ ความต้องการขั้นพื้นฐานที่สำคัญสำหรับการดำรงชีวิตและกิจกรรมของมนุษย์ แต่อย่างไรก็ตามแหล่งพลังงานที่มีอยู่อย่างจำกัดกำลังจะหมดไป การขาดแคลนทรัพยากรและน้ำมันดิบที่ราคาสูงขึ้นทำให้เกิดการแสวงหาแหล่งพลังงานทดแทนใหม่ๆ คือ เชื้อเพลิงชีวภาพ ซึ่งเป็นพลังงานหมุนเวียนที่สามารถฟื้นฟูหรือสร้างขึ้นใหม่ได้ ตราบใดที่ต้นไม้และพืชไม่ถูกตัดโค่นในอัตราที่รวดเร็วเกินกว่าที่จะสามารถปลูกทดแทนให้เจริญเติบโตขึ้นมาได้ทัน ข้อดีที่สำคัญของเชื้อเพลิงชีวภาพ คือ การเผาเชื้อเพลิงชีวภาพไม่ก่อให้เกิดปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้นและยังก่อให้เกิดปริมาณก๊าซพิษน้อยกว่าเชื้อเพลิงชนิดอื่นเมื่อเทียบกันในอัตราต่อหน่วย การใช้เชื้อเพลิงชีวภาพจึงเท่ากับเป็นการช่วยรักษาสภาพแวดล้อมได้อย่างมาก ไบโอดีเซล (Biodiesel) เป็นเชื้อเพลิงชีวภาพที่นิยมในปัจจุบัน ไบโอดีเซลเป็นพลังงานทดแทนที่ได้จากน้ำมันของพืชหรือไขมันจากสัตว์ แต่การใช้น้ำมันจากพืชที่เป็นผลผลิตทางการเกษตรทำให้ราคาผันผวนตลอดเวลา ส่งผลให้เกิดการแย่งชิงระหว่างอาหารและพลังงาน และการผลิตไบโอดีเซลทำให้เกิดกรดไขมันและเมทานอลที่ยากต่อการกำจัด ดังนั้นการหาเชื้อเพลิงชีวภาพชนิดใหม่ๆ ควบคู่ไปกับการพัฒนากระบวนการผลิตเป็นแนวทางในการลดปัญหาดังกล่าว (Choonut et al, 2014)

พอลิไฮดรอกซีอัลคาโนเอต (Polyhydroxyalkanoates, PHA) จัดเป็นพอลิเมอร์ที่สามารถย่อยสลายได้เองตามธรรมชาติที่ผลิตจากเชื้อจุลินทรีย์หลากหลายชนิด PHA เป็นสารกลุ่มพอลิเอสเทอร์ที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับพลาสติกที่ใช้กันในปัจจุบัน โดยชนิดของ PHA ที่ถูกสังเคราะห์และสะสมจะแตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับจุลินทรีย์ แหล่งคาร์บอน และสภาวะที่ใช้เลี้ยงจุลินทรีย์ PHA ที่มีการศึกษากันอย่างกว้างขวาง ได้แก่ พอลิไฮดรอกซีบิวทิเรต (Polyhydroxybutyrate, PHB) และพอลิไฮดรอกซีบิวทิเรตโคไฮดรอกซีวาเลอเรต (Poly-(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate, PHBV))ซึ่งสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย เช่น ผลิตขวดพลาสติก อุปกรณ์ทางการแพทย์ เป็นต้น(วันกุศล ชนะสิทธิ์. 2010) และในปัจจุบันพบว่า PHA และ PHB ยังสามารถใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตไฮดรอกซีอัลคาโนเอต เมทิลเอสเทอร์ (Hydroxyalkanoates Methyl Ester, HAME) และไฮดรอกซีบิวทิเรต เมทิลเอสเทอร์ (Polyhydroxybutyrate Methyl Ester (HBME) ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพที่มีคุณสมบัติการเผาไหม้ใกล้เคียงกับน้ำมันดีเซล (iEnergyGuru,2015). เมื่อเปรียบเทียบคุณสมบัติของน้ำมันปิโตรเลียมกับ HAME และ HBME พบว่า น้ำมันปิโตรเลียมจะมีปริมาณออกซิเจนต่ำ มีไนโตรเจนสูง ซึ่งนำไปสู่มลพิษเมื่อเกิดการเผาไหม้ ในทางตรงกันข้าม HAME และ HBME มีปริมาณออกซิเจนสูง แต่ไม่มีไนโตรเจน ทำให้ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อย อย่างไรก็ตามจากการศึกษาก่อนหน้านี้พบว่า ยังไม่มีการศึกษาการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพจากพอลิไฮดรอกซีบิวทิเรตโคไฮดรอกซีวาเลอเรต (Poly-(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate, PHBV)) จึงเป็นสิ่งที่น่าสนใจเพื่อพัฒนาและเพิ่มศักยภาพของพลังงานทดแทนหรือเชื้อเพลิงชีวภาพในอนาคต

ดังนั้นวัตถุประสงค์ของการทดลองนี้ จะศึกษาการเพิ่มผลผลิต PHBV จาก Cupriavidus necator ภายใต้ความเข้มข้นของแหล่งคาร์บอนที่เหมาะสม (กรดวาเลอริก) สำหรับการประยุกต์ใช้ PHBV เป็นสารตั้งต้นในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ และนอกจากนี้ยังศึกษาสภาวะที่เหมาะสมต่อการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ เพื่อเพิ่มศักยภาพของเชื้อเพลิงชีวภาพให้เป็นอีกหนึ่งทางเลือกของพลังงานทดแทนในอนาคตได้