เมทานอลจัดเป็นสารประกอบแอลกอฮอล์ที่มีสูตรโมเลกุลคือ (–CH3OH) มีสถานะเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง สามารถเกิดการเผาไหม้ได้อย่างสมบูรณ์ โดยไม่มีเขม่าและให้เปลวไฟสีฟ้า ซึ่งเมทานอลและเมทานอลชีวภาพ (Bio-methanol) มีองค์ประกอบและสมบัติที่คล้ายคลึงกัน แต่แตกต่างกันที่สารตั้งต้นที่นำมาใช้เป็นสารตั้งต้นในกระบวนการผลิต เนื่องจากเมทานอลจะผลิตจากถ่านหินหรือจากแหล่งปิโตรเคมี แต่สำหรับเมทานอลชีวภาพจะผลิตได้จากการนำสารชีวมวลหรือก๊าซชีวภาพ (Biogas) มาผ่านกระบวนการทางเคมีต่างๆ เช่น กระบวนการรีฟอร์มมิงมีเทน (CH4 reforming) กระบวนการแปรสภาพเป็นก๊าซ (Gasification) เพื่อผลิตเป็นเมทานอลชีวภาพ แสดงกระบวนการสังเคราะห์เมทานอลชีวภาพ ดังภาพที่ 1 ดังนั้นสามารถสรุปได้ว่ากระบวนการผลิตเมทานอลชีวภาพจึงช่วยลดการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากว่าเมื่อเปรียบเทียบกับการผลิตเมทานอลโดยทั่วไป [1,2,3]
การสังเคราะห์เมทานอลชีวภาพสามารถสังเคราะห์ได้จากก๊าซชีวภาพ (Bio-gas) หรือสารชีวมวล โดยกระบวนการสังเคราะห์เมทานอลชีวภาพ มีดังนี้ Gasification, Reforming, Bio-synthesis, Electrolysis, Pyrolysis, Photo electrochemical เป็นต้น [4,5]
2.1 กระบวนการแปรสภาพเป็นก๊าซ (Gasification)
การแปรสภาพเป็นก๊าซหรือ Gasification เป็นกระบวนการเปลี่ยนพลังงานชีวมวลซึ่งเป็นเชื้อเพลิงแข็งให้เป็นเชื้อเพลิงรูปก๊าซ โดยการสังเคราะห์ด้วยกระบวนการนี้ สามารถใช้สารตั้งต้นได้ 2 ชนิด คือ สารชีวมวลและคาร์บอนไดออกไซด์
2.1.1 ผลิตจากคาร์บอนไดออกไซด์ (Carbon dioxide : CO2)
ขั้นตอนการผลิตเมทานอลจากก๊าซสังเคราะห์ซึ่งเป็นก๊าซผสมระหว่างไฮโดรเจน (Hydrogen : H2) และก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (Carbon monoxide : CO) เริ่มจากการนำ CO, H2 และ CO2 มาทำปฎิกิริยา
ดังสมการที่ 1 และ 2 เพื่อผลิตเป็นเมทานอล จากนั้นนำเมทานอลที่ได้ไปผ่านกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ (Purification) เพื่อให้ได้เชื้อเพลิงเมทานอลบริสุทธิ์ ดังภาพที่ 2 สำหรับการนำไปประยุกต์ใช้ในงานต่างๆ [6,7]
2.1.2 ผลิตจากสารชีวมวล
การสังเคราะห์เมทานอลจากสารชีวมวลเป็นการนำสารชีวมวลมาผ่านกระบวนการ Gasification และการทำก๊าซให้บริสุทธิ์ (Gas cleaning) เพื่อเปลี่ยนสารชีวมวลเหล่านี้ไปเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอน จากนั้นเติมก๊าซไฮโดรเจน (Hydrogen : H2) ลงไป ผ่านกระบวนการเติมก๊าซไฮโดรเจน (H2 addition) เพื่อผลิตเป็นเมทานอล และนำไปผ่านกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ (Purification) จะได้เป็นเมทานอลบริสุทธิ์ [6] แสดงกระบวนการดังภาพ
2.2 กระบวนการอิเล็กโทรลิซิส (Electrolysis)
ขั้นตอนการผลิตเมทาอนลชีวภาพผ่านกระบวนการอิเล็กโทรลิซิสโดยอาศัยไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ในการทำให้เกิดอิเล็กโทรลิซิส เพื่อเปลี่ยนน้ำให้เป็นก๊าซไฮโดรเจน สำหรับใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตเมทานอล แสดงกระบวนการเกิดอิเล็กโทรลิซิส ดังภาพ
2.3 กระบวนการชีวสังเคราะห์ (Biosynthesis)
กระบวนการชีวสังเคราะห์เป็นปฏิกิริยาการสังเคราะห์สารอินทรีย์ที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ โดยใช้เอนไซม์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา เช่น การใช้ Methanotrophic bacteria ซึ่งเป็นแบคทีเรียที่สามารถเจริญเติบโตแบบไม่ต้องการออกซิเจน (Grow aerobically) ชนิด Methylosinus trichosporium OB3b มาผ่านกระบวนการออกซินเดชันเพื่อผลิตเมทานอลจากมีเทน หรือการผลิตเมทานอลจาก CO2 และมีเทน โดยใช้แบคทีเรียชนิด Methylosinus trichosporium IMV 3011 เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา [9,10]
2.4 กระบวนการไพโรไลซิส (Pyrolysis)
กระบวนการไพโรไลซิสเป็นการเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมี โดยอาศัยการแตกพันธะจากสายโซ่ยาวให้เป็นสายโซ่สั้นด้วยการใช้ความร้อน เพื่อผลิตก๊าซเชื้อเพลิง ซึ่งกระบวนการนี้สามารถใช้ผลิตเมทานอลจากสารชีวมวลได้ เช่น เปลือกเฮเซลนัท (Hazelnut shell) ไม้เปลือกแข็ง (Hardwood) ไม้เปลือกอ่อน (Softwood) ที่อุณหภูมิ 295-850 K อัตราการให้ความร้อน 2-4 K/s เป็นเวลา 300-500 Sec พบว่าสามารถผลิตเมทานอลจากเปลือกเฮเซลนัทได้มากที่สุด 7.8±0.5 และจากไม้เนื้อแข็งเท่ากับ 1.7±0.2 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก [11]
2.5 กระบวนการรีฟอร์มมิงมีเทน (CH4 reforming)
ขั้นตอนการสังเคราะห์เมทานอลชีวภาพจากมีเทนผ่านกระบวนการรีฟอร์มมิง เริ่มจากการผลิตมีเทนจากสารชีวมวล แล้วเกิดการสลายตัวได้เป็นก๊าซไฮโดรเจน จากนั้นก๊าซไฮโดรเจนจะทำปฏิกิริยากับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านกระบวนการแปรสภาพเป็นก๊าซ ได้เป็นเมทานอลหรือเมทานอลชีวภาพ ดังสมการที่ 3 และ 4
เมทานอลหรือเมทานอลชีวภาพ เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่สังเคราะห์ได้จากสารชีวมวลและสามารถประยุกต์ใช้ได้หลากหลายด้าน ใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตสารเคมี ใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตเชื้อเพลิงเพื่อใช้ในอุปกรณ์หรือเครื่องยนต์ต่างๆ เช่น ใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตไบโอดีเซล (Bio-diesel) สำหรับเครื่องยนต์ดีเซล ใช้เป็นสารตั้งต้นในเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อผลิตเชื้อเพลิง สำหรับใช้ในอุปกรณ์พกพาต่างๆ เป็นต้น
3.1 สารตั้งต้นสำหรับเซลล์เชื้อเพลิง
Methanol สามารถใช้เป็นสารตั้งต้นในเซลล์เชื้อเพลิงแบบป้อนเมทานอลโดยตรง (Direct methanol fuel cell : DMFC) โดยจะป้อนเมทานอลเข้าทางฝั่งแอโนดเพื่อทำปฏิกิริยากับออกซิเจนที่ป้อนเข้าฝั่งแคโทด ดังสมการที่ 5 และ 6 ได้ผลิตภัณฑ์เป็นคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ พลังงานไฟฟ้าและความร้อน ดังสมการที่ 7 ซึ่งสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในอุปกรณ์พกพาแบบต่างๆ เช่น วิทยุสื่อสาร แบตเตอรี เครื่องชาร์จไฟ ดังภาพ
3.2 ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับอุตสาหกรรมพลังงาน
เมทานอลเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพที่นอกจากจะนำไปใช้ในเซลล์เชื้อเพลิง สารตั้งต้นสำหรับผลิตไบโอดีเซลแล้ว ยังสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับการขับเคลื่อนเครื่องยนต์ต่างๆ เช่น กังหันก๊าซ (Gas turbines) เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าและพลังงานได้ด้วย [4]
3.3 สารตั้งต้นสำหรับผลิตไบโอดีเซล
เชื้อเพลิงชีวภาพหรือไบโอดีเซลสามารถสังเคราะห์ได้จากการทำปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน (Transesterification) ระหว่างไตรกลีเซอไรด์ที่ได้จากน้ำมันพืชหรือไขมันสัตว์ และเมทานอลหรือไบโอ
เมทานอล จะได้ผลผลิตเป็น Biodiesel ประมาณ 90% และได้กลีเซอรอลอีก 10% แสดงปฏิกิริยาดังภาพ ไบโอดีเซลที่ได้สามารถนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ประเภทดีเซลแทนน้ำมันดีเซลที่ได้จากแหล่ง
ปิโตรเคมี [14,15]
3.4 สารตั้งต้นสำหรับผลิตสารเคมีประเภทอีเทอร์
เมทานอลสามารถใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตสารเคมีประเภทต่างๆ ขึ้นอยู่กับสารประเภทอื่นที่ใช้ทำปฏิกิริยา เช่น กลีเซอรอล ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันในการผลิตไบโอดีเซล ดังภาพที่ 6 จากนั้นสามารถนำกลีเซอรอลมาทำปฏิกิริยาอีเทอริฟิเคชัน (Etherification) กับเมทานอล เพื่อสังเคราะห์เป็นอีเทอร์ประเภทต่างๆ ขึ้นอยู่กับปริมาณเมทานอลที่ใช้เป็นสารตั้งต้น โดยจะได้ผลิตภัณฑ์คือโมโนอีเทอร์ (Monoether) ไดอีเทอร์ (Diether) และไตรอีเทอร์ (Triether) ดังภาพ
