วว.ร่วมพพ. เพิ่มผลผลิต
เอทานอลจากกากน้ำตาล

สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย (วว.) กระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ร่วมกับ            กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน (พพ.) กระทรวงพลังงาน เผยผลสำเร็จการดำเนินงาน “โครงการพัฒนาการเพิ่มผลผลิตเอทานอลจากกากน้ำตาล” โชว์ผลวิจัยผลิตเอทานอลด้วยการใช้ความเข้มข้นของสารตั้งต้นสูงหรือ High gravity fermentation (HG) สามารถทำได้จากทั้งวัตถุดิบที่เป็นกากน้ำตาลและมันสำปะหลัง  สามารถเพิ่มกำลังการผลิตเอทานอลและลดต้นทุนการผลิตเอทานอลได้อย่างมีนัยสำคัญ ระบุโครงการฯ ประสบผลสำเร็จในการพัฒนาเชื้อยีสต์สายพันธุ์จากในประเทศไทย     มีคุณสมบัติเหมาะกับวัตถุดิบที่ใช้ในการผลิต เทียบเท่ากับยีสต์อุตสาหกรรมที่นำเข้าจากต่างประเทศ   ย้ำประเทศไทยควรส่งเสริมงานวิจัยทางชีวภาพและการลงทุนพัฒนาทรัพยากรทางชีวภาพเหล่านี้ไปสู่เชิงพาณิชย์  ช่วยเพิ่มองค์ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ และเพิ่มมูลค่าของอุตสาหกรรมชีวภาพของประเทศ

นายสายันต์ ตันพานิช รองผู้ว่าการวิจัยและพัฒนาด้านอุตสาหกรรมชีวภาพ วว. ชี้แจงว่า จากแผนพัฒนาพลังงานทดแทนและพลังงานทางเลือก (Alternative Energy Development Plan : AEDP2015) ที่ได้มีเป้าหมายในการส่งเสริมการผลิตและการใช้เอทานอลที่ 11.3 ล้านลิตร/วัน ภายในปี พ.ศ.2579 ปัจจุบันประเทศไทยมีโรงงานผลิตเอทานอลทั้งสิ้น 26 โรง มีกำลังการผลิตเอทานอลรวม 5.79 ล้านลิตรต่อวัน และมีการใช้เอทานอลระหว่างเดือนมกราคม – พฤศจิกายน 2561 เฉลี่ยอยู่ที่ 4.16 ล้านลิตรต่อวัน เพิ่มขึ้น ร้อยละ 5.6 จากปี 2560 ดังนั้นเพื่อให้การผลิตและการใช้เอทานอลของประเทศไทยเป็นไปอย่างยั่งยืน กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน (พพ.) จึงได้ร่วมมือกับสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย (วว.) ภายใต้การสนับสนุนเงินทุนวิจัยจากกองทุนเพื่อส่งเสริมการอนุรักษ์พลังงานในการทำวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อเพิ่มผลผลิตเอทานอล ทั้งในด้านเทคโนโลยีชีวภาพและกระบวนการผลิต

ในปี 2559 วว. ได้ดำเนิน “โครงการพัฒนาการเพิ่มผลผลิตเอทานอลจากหัวมันสำปะหลังสด/มันเส้น” โดยใช้แนวคิดในการเพิ่มปริมาณความเข้มข้นของสารตั้งต้น ซึ่งจะปรับเปลี่ยนการใช้มันสำปะหลังประมาณ 20% โดยน้ำหนัก หรือที่เรียกว่า Normal gravity fermentation (NG) มาเป็นการใช้ที่ประมาณ 30% โดยน้ำหนัก หรือที่เรียกกันว่า High gravity fermentation (HG) ซึ่งโครงการนี้ได้ดำเนินการพัฒนาเทคโนโลยีทางชีวภาพ   โดยการใช้เชื้อยีสต์ที่พัฒนาได้จากโครงการ ที่มีประสิทธิภาพในการผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลังได้เทียบเท่าและในบางกรณีมีประสิทธิภาพดีกว่ายีสต์อุตสาหกรรมที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน ซึ่งเป็นยีสต์ที่ต้องนำเข้าจากต่างประเทศ ในส่วนของการพัฒนากระบวนการผลิต ได้นำต้นแบบระบบกู้คืนเอทานอลในระหว่างการหมัก (In Situ Ethanol Recovery; ISER) ที่ได้ออกแบบและพัฒนาภายใต้โครงการนี้มาทดสอบในถังหมักระดับกึ่งโรงงาน (300 ลิตร) ซึ่งสามารถดึงเอทานอลบางส่วนออกจากระบบในระหว่างการหมัก มาใช้ร่วมกับยีสต์ของโครงการพบว่า สามารถลดสภาวะที่เป็นพิษของเอทานอลต่อยีสต์ได้ และเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตเอทานอล ตลอดจนลดต้นทุนการผลิตเอทานอลต่อหน่วยได้อย่างมีนัยสำคัญ

ในขณะเดียวกันจากผลการทดลองชี้ให้เห็นว่า ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม การหมักเอทานอลแบบ HG ร่วมกับยีสต์ของโครงการ จะทำให้สามารถเพิ่มกำลังการผลิตเอทานอลขึ้นได้อีกประมาณ 30% โดยที่ไม่ต้องทำการปรับเปลี่ยนอุปกรณ์หลักของโรงงาน ทั้งยังช่วยลดค่าพลังงานในการผลิตเอทานอลลง เนื่องจากเอทานอลในน้ำหมักที่ได้จากการหมักแบบ HG (~14-16%) มีความเข้มข้นสูงกว่าการหมักแบบ NG (~8-10%) จึงช่วยลดปริมาณการใช้ไอน้ำในระบบหอกลั่นเอทานอลลง และยังช่วยลดปริมาณน้ำเสียลงได้อีกด้วย

ต่อมาในปี 2561 วว. ได้ดำเนิน “โครงการพัฒนาการเพิ่มผลผลิตเอทานอลจากกากน้ำตาล” ซึ่งเป็นโครงการต่อเนื่องมาจากโครงการในปี 2559 โดยใช้แนวคิดการพัฒนาเทคโนโลยีทางชีวภาพและทางกระบวนการผลิตเพื่อรองรับการผลิตแบบ High gravity fermentation เช่นเดียวกัน อย่างไรก็ตามการดำเนินงานในส่วนของการผลิตเอทานอลกากน้ำตาลจะมีความแตกต่างจากการใช้มันสำปะหลังเป็นวัตถุดิบ เนื่องจากวัตถุดิบทั้ง 2 ชนิดนี้มีคุณสมบัติเฉพาะตัวที่แตกต่างกัน

ด้านดร.พงศธร ประภัทรางกูล นักวิจัยอาวุโส ศูนย์ความหลากหลายทางชีวภาพ วว. ชี้แจงเพิ่มเติมว่า ในการพัฒนาเทคโนโลยีทางชีวภาพ  โครงการ ฯ  เน้นการพัฒนาเชื้อยีสต์ให้มีคุณสมบัติที่เหมาะกับวัตถุดิบที่ใช้ในการผลิต เนื่องจากกากน้ำตาลจะประกอบไปด้วยน้ำตาลทั้งที่เป็นโมเลกุลเดี่ยว ได้แก่ กลูโคส และฟรักโตส และน้ำตาลโมเลกุลคู่ ได้แก่ ซูโครส ผสมอยู่ด้วยกัน ซึ่งจะแตกต่างจากมันสำปะหลังที่เมื่อแป้งถูกย่อยด้วยเอนไซม์ที่ใช้ในกระบวนการผลิตแล้วจะได้น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว คือ กลูโคสเพียงชนิดเดียว ดังนั้นเชื้อยีสต์ที่จะใช้ในการเปลี่ยนกากน้ำตาลเป็นเอทานอลได้นั้น ต้องเป็นเชื้อยีสต์ที่มีค่ากิจกรรมของเอนไซม์อินเวอร์เทส (Invertase enzyme) ที่สูง เพื่อให้สามารถเปลี่ยนน้ำตาลซูโครสไปเป็นกลูโคส และฟรักโตส ได้ดี ซึ่งเชื้อยีสต์จะใช้น้ำตาลทั้งสองชนิดนี้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตเป็นเอทานอลต่อไป

โครงการนี้ได้ทำการคัดเลือกเชื้อยีสต์ Saccharomyces cerevisiae ในประเทศไทยที่สามารถทนความร้อนในระหว่างการผลิตได้ถึง 40°C และทน เอทานอลได้สูงสุดถึง 18% โดยมีประสิทธิภาพในการผลิตเอทานอล (88 – 90%) เทียบเคียงกับเชื้อยีสต์อุตสาหกรรมในกรณีที่ใช้กากน้ำตาลไม่เกิน 25°Bx ในการผลิตเอทานอลซึ่งจัดเป็นระดับความเข้มข้นแบบ NG

ส่วนการพัฒนากระบวนการผลิตนั้น โครงการได้ทดสอบการผลิตเอทานอลจากกากน้ำตาลในระดับความเข้มข้นแบบ HG โดยเริ่มต้นกระบวนการหมักด้วยความเข้มข้นของกากน้ำตาลที่ 30°Bx แล้วจึงทำการเติมกากน้ำตาลในช่วงความเข้มข้นตั้งแต่ 30 – 50°Bx ในชั่วโมงที่ 12 ของการผลิตเพื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพในการผลิตเอทานอลของยีสต์โครงการ ฯ และเชื้อยีสต์อุตสาหกรรม จากผลการทดลองชี้ให้เห็นว่าเชื้อยีสต์ทั้ง 2 ชนิดสามารถผลิตเอทานอลได้สูงสุดถึง 14 % โดยเหลือน้ำตาลในน้ำหมัก (น้ำส่า) น้อยกว่าร้อยละ 1 เมื่อใช้กากน้ำตาลเริ่มต้นที่ 30 °Bx แล้วเติมกากน้ำตาลเพิ่มอีก 40 °Bx นอกจากนั้นโครงการ ฯ ยังได้ทำการทดสอบเดินระบบ ISER ควบคู่ไปกับการหมักแบบ HG และพบว่าการดึงเอาเอทานอลออกจากน้ำหมัก (น้ำส่า) ในระหว่างกระบวนการหมักจะช่วยลดความเป็นพิษของเอทานอลต่อเชื้อยีสต์ในการผลิตเอทานอลแบบ HG ลงได้ ส่งผลให้เชื้อยีสต์สามารถใช้กากน้ำตาลเพื่อผลิตเอทานอลได้มากขึ้นเป็น 45 °Bx

 “ผลการดำเนินการของทั้งสองโครงการ อันได้แก่ โครงการพัฒนาการเพิ่มผลผลิตเอทานอลจากหัวมันสำปะหลังสด/มันเส้น  และ โครงการพัฒนาการเพิ่มผลผลิตเอทานอลจากกากน้ำตาล  สามารถสรุปได้ว่า การผลิตเอทานอลโดยใช้ความเข้มข้นของสารตั้งต้นสูงหรือที่เรียกว่า High gravity fermentation (HG) สามารถทำได้จากทั้งวัตถุดิบที่เป็นกากน้ำตาลและมันสำปะหลัง โดยสามารถเพิ่มกำลังการผลิตเอทานอล และลดต้นทุนการผลิตเอทานอลได้อย่างมีนัยสำคัญ

นอกจากนี้ประเทศไทยซึ่งเป็นประเทศที่มีทรัพยากรทางชีวภาพอยู่มากมาย ยกตัวอย่างเช่น เชื้อยีสต์ที่มีศักยภาพในการผลิตเอทานอลได้ใกล้เคียงกับยีสต์อุตสาหกรรมที่นำเข้าจากต่างประเทศ ประเทศไทยจึงควรเน้นในด้านการส่งเสริมการวิจัยทางชีวภาพ และการลงทุนในด้านการพัฒนาทรัพยากรทางชีวภาพเหล่านี้ไปสู่เชิงพาณิชย์ เพื่อเพิ่มองค์ความรู้ และเพิ่มมูลค่าของอุตสาหกรรมชีวภาพของประเทศต่อไป” ดร.พงศธร ประภัทรางกูล กล่าวสรุป