นักวิจัยจากจุฬา ได้ดำเนินโครงการวิจัย “การพัฒนาเทคโนโลยีการขยายขนาดการผลิตน้ำมันจากยีสต์เพื่อสังเคราะห์น้ำมันเชื้อเพลิงชีวภาพอากาศยาน” (Development of scaling-up technology for production of microbial lipid for bio jet fuel synthesis) นำโดย ศาสตราจารย์ ดร.วรวุฒิ จุฬาลักษณานุกูล และผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.ชมภูนุช กลิ่นวงษ์ จากภาควิชาพฤกษศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เพื่อต่อยอดผลสำเร็จจากการวิจัยพบยีสต์สายพันธุ์ที่มีศักยภาพสูงในการผลิตไขมันเพื่อนำมาผลิตน้ำมันเชื้อเพลิงอากาศยาน โดยในกระบวนการผลิตน้ำมันจากยีสต์นั้น ยังได้ใช้ของเหลือทิ้งจากภาคการเกษตรมาเป็นอาหารเลี้ยงจุลินทรีย์ นับเป็นการลดปัญหาจากเผาและสร้างมูลค่าเพิ่มให้กับของเหลือทิ้งภาคการเกษตรอีกทางหนึ่งด้วย
ที่มาของการริเริ่มงานวิจัย
ปัจจุบันมีความต้องการการใช้น้ำมันปิโตรเลียมในอุตสาหกรรมอากาศยานเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ จากรายงานของกรมธุรกิจพลังงานพบว่า ประเทศไทยมีการนำเข้าเชื้อเพลิงสำหรับอากาศยานเพิ่มสูงขึ้นเรื่อยๆ จาก 84.9 ล้านลิตรในปี พ.ศ. 2559 มาเป็น 376.3 ล้านลิตรต่อปีในปี 2562 ซึ่งถือว่ามีอัตราการเพิ่มที่ค่อนข้างสูง ซึ่งสะท้อนให้เห็นว่ามีความต้องการที่จะเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ อย่างแน่นอน และเพื่อช่วยรักษาสิ่งแวดล้อม จึงมีความจำเป็นต้องหานวัตกรรมพลังงานทดแทน ที่สามารถใช้แทนน้ำมันปิโตรเลียมสำหรับอากาศยานได้
ทำให้คณะนักวิจัย ได้ดำเนินโครงการวิจัย “การพัฒนาเทคโนโลยีการขยายขนาดการผลิตน้ำมันจากยีสต์เพื่อสังเคราะห์น้ำมันเชื้อเพลิงชีวภาพอากาศยาน” ขึ้น ซึ่งก่อนหน้านี้คณะผู้วิจัยประสบความสำเร็จในการคัดแยกยีสต์ชนิด Saccharomyces cerevisiae ที่มีศักยภาพในการสะสมไขมันสูง สายพันธุ์ CU-TPD4 และได้นำมาผลิตเป็นน้ำมันเชื้อเพลิงอากาศยานชีวภาพ โดยโครงการวิจัยนี้ ได้รับการสนับสนุนจาก สำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.) โดยรับทุนในกลุ่มเรื่องแผนงานพลังงานทดแทน ภายใต้โครงการความร่วมมือระหว่างไทย-จีน กรอบวิจัยพลังงานทดแทน (Renewable Energy) แผนงานวิจัยการสังเคราะห์ไขมันและการผลิตน้ำมันเชื้อเพลิงอากาศยานจากชีวมวล Microbial lipid synthesis and bio-refinery of jet fuel from biomass resource
คณะผู้วิจัยโครงการน้ำมันเชื้อเพลิงจากยีสต์
คณะผู้วิจัยยังประกอบด้วยนิสิตปริญญาเอกจากภาควิชาพฤกษศาสตร์ จำนวน 3 คน ได้แก่ ดร.ณัฏฐา จึงเจริญพานิชย์ ดร.วรรณพร วัฒน์สุนธร และนายธนาพงษ์ ตั้งวนาไพร ร่วมด้วย ดร. สุริษา สุวรรณรังษี จากศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ และกลุ่มนักวิจัยจีน ได้แก่ Prof. Zhongming Wang และ Prof. Wei Qi จาก Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Science (GIEC)
ยีสต์เพื่อการผลิตน้ำมันเชื้อเพลิง
นักวิจัยได้คัดแยกยีสต์จากตัวอย่างดินทั้งหมด 53 ตัวอย่าง จากตัวอย่างดินที่เก็บในเขตพื้นที่จังหวัดแม่ฮ่องสอน และจังหวัดใกล้เคียง และได้ค้นพบยีสต์ที่มีศักยภาพในการสะสมไขมันสูง สายพันธุ์ CU-TPD4 ซึ่งจัดเป็นยีสต์ชนิด Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) จัดเป็นจุลินทรีย์ที่มีความปลอดภัยสูง มีประวัติการใช้มาอย่างยาวนานและได้รับการยอมรับว่ามีความปลอดภัย (Generally Recognized as Safe, GRAS) ซึ่งมีการใช้ในอุตสาหกรรมอาหารอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน เช่น อุตสาหกรรมการผลิตเบียร์ และอุตสาหกรรมการผลิตขนมปัง แต่ยังไม่เคยมีรายงานการนำยีสต์สายพันธุ์ดังกล่าวมาใช้เพื่อการผลิตไขมันในระดับอุตสาหกรรม” ในเวลานั้น ไม่เคยมีรายงานมาก่อนว่ายีสต์ชนิดนี้สามารถผลิตน้ำมันได้ในปริมาณสูงเทียบเท่ายีสต์ผลิตน้ำมันชนิดที่มีอยู่ ซึ่งยีสต์สายพันธุ์ที่พบนี้สามารถผลิตและสะสมไขมันในเซลล์ได้สูงถึงร้อยละ 20-25 ของน้ำหนักเซลล์แห้ง ซึ่งคุณสมบัติของไขมันดังกล่าวเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการพัฒนาไปเป็นพลังงานชีวภาพอย่างไบโอดีเซล
ในงานวิจัยครั้งนี้จะใช้กระบวนการเลี้ยงยีสต์ด้วยวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร นอกจากหญ้าอาหารสัตว์แล้ว วัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรและชีวมวลประเภทลิกโนเซลลูโลสประเภทต่าง ๆ สามารถนำมาใช้เป็นแหล่งคาร์บอนเพื่อเป็นอาหารเลี้ยงเชื้อให้แก่ยีสต์สะสมไขมันได้ ยกตัวอย่างเช่น ฟางข้าว ซังข้าวโพด ชานอ้อย รวมทั้งเปลือกผักและผลไม้ต่าง ๆ ได้แก่ เปลือกกล้วย เปลือกทุเรียน เปลือกถั่ว โดยเฉพาะฟางข้าว ซึ่งเป็นวัสดุเหลือทิ้งปริมาณมากของประเทศไทย จึงนับเป็นการใช้ของเหลือทิ้งทางการเกษตรให้เกิดประโยชน์อีกทางหนึ่ง
ข้อดีของน้ำมันเชื้อเพลิงจากยีสต์
- วงจรชีวิตสั้น: ใช้เวลาเพาะเลี้ยงน้อย
- ใช้อาหารหลากหลาย: เศษวัสดุทางการเกษตร น้ำเสีย จากโรงงาน ฯลฯ
- ราคาถูก: ต้นทุนการผลิตต่ำ
- ใช้แรงงานน้อย: กระบวนการเพาะเลี้ยงไม่ซับซ้อน
- เพาะเลี้ยงได้ทุกที่: ไม่ต้องพึ่งพาฤดูกาล
- ขยายขนาดการผลิตง่าย: เพิ่มปริมาณถังหมัก ยีสต์ และอาหาร
- ปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม: ไขมันที่ได้มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับน้ำมันพืช
สำหรับการเจริญเติบโตของยีสต์และปริมาณน้ำมันที่ผลิตได้จากยีสต์ในสเกลการผลิตในห้องปฏิบัติการนั้น ยังไม่เพียงพอต่อความต้องการเชื้อเพลิงในตลาด จึงมีความจำเป็นที่จะต้องพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อขยายขนาดกำลังผลิต เช่น การปรับปรุงสายพันธุ์ของยีสต์สะสมไขมัน เพื่อเพิ่มความสามารถในการผลิตและสะสมไขมันให้ได้มากขึ้น หรือปรับปรุงให้ยีสต์สามารถทนทานต่อสภาวะที่ไม่เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตได้มากขึ้น เช่น สามารถทนต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้นในกระบวนการผลิต เพื่อลดค่าใช้จ่ายในการหล่อเย็น หรือสามารถทนต่อสารพิษที่เกิดขึ้นจากกระบวนการปรับสภาพวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรได้มากขึ้น เพื่อลดขั้นตอนและค่าใช้จ่ายในกระบวนการ Detoxification เป็นต้น
ปัจจุบันการวิจัยมุ่งเน้นที่จะเพิ่มระดับการผลิตน้ำมันของยีสต์ S. cerevisiae ในระดับขยายขนาดที่สูงขึ้น โดยทำการดัดแปลงพันธุกรรม เพิ่มการแสดงออกของเอนไซม์ Acetyl-CoA carboxylase เป็นสายพันธุ์ TWP02 ทำให้ผลิตไขมันได้เพิ่มสูงขึ้น หลังจากนั้นจึงได้ศึกษากระบวนผลิตน้ำมันจากเซลล์ยีสต์ในระดับขยายขนาด โดยใช้บริการเครื่องมือวิจัยจากห้องปฏิบัติการวิศวกรรมชีวภาพและการหมักแม่นยำ (Bioengineering and precision fermentation laboratory) ของฝ่ายวิจัยเทคโนโลยีชีวภาพและวัสดุ สถาบันนวัตกรรม บริษัท ปตท. จำกัด (มหาชน) ซึ่งเป็นห้องปฏิบัติการชั้นนำของประเทศไทยทางด้านกระบวนการทางชีวภาพและกระบวนการหมัก มีความพร้อมของเครื่องมือวิจัยทางด้านเทคโนโลยีชีวภาพตั้งแต่กระบวนการต้นน้ำที่ใช้ในการคัดเลือกและปรับปรุงสายพันธุ์จุลินทรีย์ กระบวนหมักตั้งแต่ระดับห้องปฏิบัติการขนาดถังหมัก 2 ลิตร ไปจนถึงระดับหน่วยวิจัยต้นแบบขนาดถังหมัก 20,000 ลิตร รวมไปถึงกระบวนการปลายน้ำที่ใช้ในการแยกเซลล์จุลินทรีย์ การทำให้เซลล์ของเชื้อจุลินทรีย์แตกด้วยความดัน การเพิ่มความเข้มข้นและความบริสุทธิ์ของสารชีวภัณฑ์ ตลอดจนการขึ้นรูปสารชีวภัณฑ์ในรูปแบบแห้งด้วยความร้อนหรือความเย็น ซึ่งศักยภาพของห้องปฏิบัติการดังกล่าวมีส่วนช่วยทำให้โครงงานวิจัยนี้สามารถประเมินศักยภาพสำหรับการออกแบบกระบวนผลิตเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพสำหรับอากาศยานที่เหมาะสมต่อไปได้
Source : Chulalongkorn University
