วช. ชูงานวิจัย เปลี่ยนก๊าซ CO2 เป็นสารเคมีมูลค่าเพิ่ม รับรางวัลการวิจัยแห่งชาติ ปี 2564
สำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.) กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (อว.) เชิดชูผลงานวิจัย มอบรางวัลการวิจัยแห่งชาติ ปี 2564 ระดับดีมาก ประจำปี 2564 สาขาวิศวกรรมศาสตร์และอุตสาหกรรมวิจัย เกี่ยวกับการศึกษาและพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ให้เป็นสารเคมีมูลค่าเพิ่ม เพื่อช่วยลดการเกิดภาวะโลกร้อนและการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศ พร้อมทั้งสร้างเสถียรภาพด้านวัตถุดิบ เพื่อความยั่งยืนของอุตสาหกรรมปิโตรเคมีในประเทศไทย
คณะผู้วิจัย นำโดย รศ.ดร.ธงไทย วิฑูรย์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ดำเนินงานวิจัย โดยมีแนวคิดในการแปรรูปก๊าซ CO2 ที่เป็นเพียงก๊าซเหลือทิ้งจากกระบวนการผลิตในอุตสาหกรรมให้เป็นสารเคมีมูลค่าเพิ่มหลายชนิด ได้แก่ เมทานอล ไดเมทิลอีเทอร์ และโอเลฟินส์ แทนกระบวนการดักจับและกักเก็บก๊าซ CO2 ที่มีต้นทุนสูง โดยเฉพาะการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะออกไซด์ผสม สำหรับเปลี่ยนก๊าซ CO2 ให้เป็นโอเลฟินส์ที่สามารถต่อยอดและเพิ่มมูลค่าเป็นผลิตภัณฑ์ต่างๆ ได้อย่างหลากหลาย โอเลฟินส์ ได้แก่ เอทิลีนและโพรพิลีน เป็นวัตถุดิบตั้งต้นสำคัญในการผลิตเม็ดพลาสติกจำพวกพอลิเอทิลีนและพอลิโพรพิลีน ที่ใช้ผลิตเครื่องอุปโภคในชีวิตประจำวัน อาทิเช่น บรรจุภัณฑ์ ชิ้นส่วนรถยนต์ อุปกรณ์ทางการแพทย์ เป็นต้น โดยทั่วไปการผลิตโอเลฟินส์ต้องพึ่งพาวัตถุดิบจากเชื้อเพลิงฟอสซิล ได้แก่ น้ำมัน ถ่านหิน หรือก๊าซธรรมชาติ ซึ่งเป็นทรัพยากรที่มีอยู่อย่างจำกัด และมีแนวโน้มลดลงอย่างต่อเนื่อง ปัจจัยดังกล่าวส่งผลกระทบโดยตรงต่อเสถียรภาพและความมั่นคงของกระบวนผลิตโอเลฟินส์ ดังนั้นการมองหาแหล่งวัตถุดิบอื่นเพื่อสร้างความได้เปรียบในแข่งขันจึงเป็นประเด็นสำคัญที่กลุ่มธุรกิจให้ความสนใจ ซึ่งสอดคล้องกับโจทย์วิจัยของคณะผู้วิจัยที่มีเป้าหมายในการนำก๊าซ CO2 มาใช้ประโยชน์อย่างเป็นรูปธรรม
เนื่องจากก๊าซ CO2 เป็นโมเลกุลที่มีความเสถียร ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพสูง เพื่อเปลี่ยนก๊าซ CO2 ให้เป็นโอเลฟินส์ได้อย่างจำเพาะเจาะจง และได้ร้อยละผลได้ของโอเลฟินส์สูงคุ้มค่าต่อการผลิตในระดับอุตสาหกรรม หัวใจหลักสำคัญของการออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้สำหรับเปลี่ยนก๊าซ CO2 ให้เป็นโอเลฟินส์ คือการควบคุมความสามารถในการเติมไฮโดรเจนบนอะตอมคาร์บอนของตัวเร่งปฏิกิริยาไม่ให้สูงเกินไป เพื่อช่วยลดการเกิดผลิตภัณฑ์กลุ่มพาราฟินส์หรือไฮโดรคาร์บอนพันธะเดี่ยวซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่ไม่ต้องการ โดยองค์ประกอบหลักของตัวเร่งปฏิกิริยาต้องประกอบด้วยธาตุหมู่ทรานซิชันและโลหะอัลคาไลน์ซึ่งมีคุณสมบัติโดดเด่นในการลดปฏิกิริยาการเติมไฮโดรเจนดังกล่าว จากการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยเทคนิคขั้นสูงกับประสิทธิภาพในการเปลี่ยนก๊าซ CO2 เป็นโอเลฟินส์ ทำให้ผู้วิจัยสามารถพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่ให้ร้อยละผลได้ของโอเลฟินส์สูงถึง 21 ซึ่งเป็นค่าที่สูงที่สุดเท่าที่เคยมีการรายงานมา ปัจจุบันคณะผู้วิจัยยังคงพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพสำหรับเปลี่ยนก๊าซ CO2 ให้เป็นโอเลฟินส์อย่างต่อเนื่อง โดยมีเป้าหมายที่จะเพิ่มผลผลิตโอเลฟินส์ให้สูงขึ้นกว่าเดิม และมุ่งหวังว่าองค์ความรู้ที่ได้จะถูกถ่ายทอด และนำไปใช้ประโยชน์อย่างเป็นรูปธรรม เกิดโรงงานผลิตโอเลฟินส์จากก๊าซ CO2 ที่มีเทคโนโลยีการผลิตเป็นของตนเอง สร้างงาน สร้างรายได้ให้กับประชากร เพิ่มสภาพคล่องทางเศรษฐกิจให้กับประเทศ และแก้ไขปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมของโลกไปพร้อมกัน
รศ.ดร.ธงไทย เปิดเผยว่า ก๊าซ CO2 เกิดจากกิจกรรมต่าง ๆ ของมนุษย์ หากประชากรเพิ่มมากขึ้น การพัฒนาเศรษฐกิจเติบโตขึ้น ก็ไม่สามารถปฏิเสธได้เลยว่าก๊าซ CO2 จะยังคงถูกปล่อยสู่บรรยากาศในปริมาณที่สูงขึ้น ในทางกลับกัน พลาสติกก็ยังคงมีบทบาทสำคัญต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์ในหลาย ๆ ด้าน ดังนั้นในสภาวะที่มนุษย์ยังไม่สามารถละทิ้งการใช้พลาสติกได้อย่างเต็มรูปแบบ และต้องตระหนักถึงปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เกิดขึ้นกับโลก จึงอยากให้มุ่งความสำคัญไปที่การจัดการขยะอย่างเป็นระบบมากกว่า รวมถึงการให้ความสำคัญกับการรีไซเคิลก๊าซ CO2 กลับมาใช้ให้เกิดประโยชน์สูงสุด โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมต่างๆ แม้ว่าก๊าซ CO2 จะเป็นสารตั้นต้นที่มีต้นทุนที่ต่ำมาก แต่ราคาที่สูงของก๊าซไฮโดรเจนเป็นข้อจำกัดสำคัญอย่างหนึ่งของกระบวนการผลิตในแง่ของความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ ซึ่งต้องอาศัยความร่วมมือและการสนับสนุนจากหลายภาคส่วน ทั้งการบังคับใช้กฎหมายของรัฐในการควบคุมราคาซื้อขายโฮโดรเจนให้ถูกลง รวมถึงการเรียกเก็บภาษีการปล่อยก๊าซ CO2 ที่สูงขึ้น ซึ่งจะนำความเชื่อมั่นมาสู่ภาคเอกชนในการสนับสนุนภาคอุตสาหกรรมต่อไป
ด้าน ดร.วิภารัตน์ ดีอ่อง ผู้อำนวยการสำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.) กล่าวว่า วช.เล็งเห็นถึงประโยชน์ของงานวิจัยดังกล่าว โดยผลงานวิจัยสร้างคุณูปการและเกิดประโยชน์ในเชิงวิชาการ เชิงเศรษฐกิจ เชิงชุมชน สังคม และเชิงนโยบายอย่างต่อเนื่อง สมควรเป็นแบบอย่างแก่นักวิจัยรุ่นหลังได้ จึงมอบรางวัลการวิจัยแห่งชาติ : รางวัลผลงานวิจัย ระดับดีมาก สาขาวิศวกรรมศาสตร์และอุตสาหกรรมวิจัย ประจำปี 2564 แก่ รศ.ดร.ธงไทย วิฑูรย์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ และคณะ โดยนักวิจัยที่ได้รับรางวัลการวิจัยแห่งชาติ จะได้รับประกาศนียบัตรเชิดชูเกียรติ และเงินรางวัลจากสำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.) ในงานวันนักประดิษฐ์ ประจำปี 2564 ณ ศูนย์นิทรรศการและการประชุมไบเทค บางนา กรุงเทพมหานคร
เนื่องจากก๊าซ CO2 เป็นโมเลกุลที่มีความเสถียร ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพสูง เพื่อเปลี่ยนก๊าซ CO2 ให้เป็นโอเลฟินส์ได้อย่างจำเพาะเจาะจง และได้ร้อยละผลได้ของโอเลฟินส์สูงคุ้มค่าต่อการผลิตในระดับอุตสาหกรรม หัวใจหลักสำคัญของการออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้สำหรับเปลี่ยนก๊าซ CO2 ให้เป็นโอเลฟินส์ คือการควบคุมความสามารถในการเติมไฮโดรเจนบนอะตอมคาร์บอนของตัวเร่งปฏิกิริยาไม่ให้สูงเกินไป เพื่อช่วยลดการเกิดผลิตภัณฑ์กลุ่มพาราฟินส์หรือไฮโดรคาร์บอนพันธะเดี่ยวซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่ไม่ต้องการ โดยองค์ประกอบหลักของตัวเร่งปฏิกิริยาต้องประกอบด้วยธาตุหมู่ทรานซิชันและโลหะอัลคาไลน์ซึ่งมีคุณสมบัติโดดเด่นในการลดปฏิกิริยาการเติมไฮโดรเจนดังกล่าว จากการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยเทคนิคขั้นสูงกับประสิทธิภาพในการเปลี่ยนก๊าซ CO2 เป็นโอเลฟินส์ ทำให้ผู้วิจัยสามารถพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่ให้ร้อยละผลได้ของโอเลฟินส์สูงถึง 21 ซึ่งเป็นค่าที่สูงที่สุดเท่าที่เคยมีการรายงานมา ปัจจุบันคณะผู้วิจัยยังคงพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพสำหรับเปลี่ยนก๊าซ CO2 ให้เป็นโอเลฟินส์อย่างต่อเนื่อง โดยมีเป้าหมายที่จะเพิ่มผลผลิตโอเลฟินส์ให้สูงขึ้นกว่าเดิม และมุ่งหวังว่าองค์ความรู้ที่ได้จะถูกถ่ายทอด และนำไปใช้ประโยชน์อย่างเป็นรูปธรรม เกิดโรงงานผลิตโอเลฟินส์จากก๊าซ CO2 ที่มีเทคโนโลยีการผลิตเป็นของตนเอง สร้างงาน สร้างรายได้ให้กับประชากร เพิ่มสภาพคล่องทางเศรษฐกิจให้กับประเทศ และแก้ไขปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมของโลกไปพร้อมกัน
รศ.ดร.ธงไทย เปิดเผยว่า ก๊าซ CO2 เกิดจากกิจกรรมต่าง ๆ ของมนุษย์ หากประชากรเพิ่มมากขึ้น การพัฒนาเศรษฐกิจเติบโตขึ้น ก็ไม่สามารถปฏิเสธได้เลยว่าก๊าซ CO2 จะยังคงถูกปล่อยสู่บรรยากาศในปริมาณที่สูงขึ้น ในทางกลับกัน พลาสติกก็ยังคงมีบทบาทสำคัญต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์ในหลาย ๆ ด้าน ดังนั้นในสภาวะที่มนุษย์ยังไม่สามารถละทิ้งการใช้พลาสติกได้อย่างเต็มรูปแบบ และต้องตระหนักถึงปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เกิดขึ้นกับโลก จึงอยากให้มุ่งความสำคัญไปที่การจัดการขยะอย่างเป็นระบบมากกว่า รวมถึงการให้ความสำคัญกับการรีไซเคิลก๊าซ CO2 กลับมาใช้ให้เกิดประโยชน์สูงสุด โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมต่างๆ แม้ว่าก๊าซ CO2 จะเป็นสารตั้นต้นที่มีต้นทุนที่ต่ำมาก แต่ราคาที่สูงของก๊าซไฮโดรเจนเป็นข้อจำกัดสำคัญอย่างหนึ่งของกระบวนการผลิตในแง่ของความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ ซึ่งต้องอาศัยความร่วมมือและการสนับสนุนจากหลายภาคส่วน ทั้งการบังคับใช้กฎหมายของรัฐในการควบคุมราคาซื้อขายโฮโดรเจนให้ถูกลง รวมถึงการเรียกเก็บภาษีการปล่อยก๊าซ CO2 ที่สูงขึ้น ซึ่งจะนำความเชื่อมั่นมาสู่ภาคเอกชนในการสนับสนุนภาคอุตสาหกรรมต่อไป
ด้าน ดร.วิภารัตน์ ดีอ่อง ผู้อำนวยการสำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.) กล่าวว่า วช.เล็งเห็นถึงประโยชน์ของงานวิจัยดังกล่าว โดยผลงานวิจัยสร้างคุณูปการและเกิดประโยชน์ในเชิงวิชาการ เชิงเศรษฐกิจ เชิงชุมชน สังคม และเชิงนโยบายอย่างต่อเนื่อง สมควรเป็นแบบอย่างแก่นักวิจัยรุ่นหลังได้ จึงมอบรางวัลการวิจัยแห่งชาติ : รางวัลผลงานวิจัย ระดับดีมาก สาขาวิศวกรรมศาสตร์และอุตสาหกรรมวิจัย ประจำปี 2564 แก่ รศ.ดร.ธงไทย วิฑูรย์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ และคณะ โดยนักวิจัยที่ได้รับรางวัลการวิจัยแห่งชาติ จะได้รับประกาศนียบัตรเชิดชูเกียรติ และเงินรางวัลจากสำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.) ในงานวันนักประดิษฐ์ ประจำปี 2564 ณ ศูนย์นิทรรศการและการประชุมไบเทค บางนา กรุงเทพมหานคร