ความต้องการพลังงานทดแทนที่เพิ่มขึ้นทั่วโลกได้ผลักดันให้นักวิจัยค้นหาแหล่งพลังงานที่ยั่งยืนและเป็นนวัตกรรมใหม่ หนึ่งในทางเลือกที่มีศักยภาพสูงคือ พลังงานจากสาหร่าย (Algae Energy) ซึ่งได้มาจากสาหร่ายขนาดเล็กและสาหร่ายขนาดใหญ่ ถือเป็นทางเลือกที่หลากหลายและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสำหรับเชื้อเพลิงฟอสซิลแบบดั้งเดิม สาหร่ายได้กลายเป็นแหล่งผลิตพลังงานชีวภาพ (biofuel) วัสดุชีวภาพ และผลิตภัณฑ์ชีวภาพอื่น ๆ ที่สำคัญ เนื่องจากให้ผลผลิตสูง ปรับตัวได้ดี และส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อย ในบทความนี้ ผู้เขียนจะเล่าถึงแนวคิดของพลังงานจากสาหร่าย เทคนิคที่ใช้ผลิต สถานที่สำคัญที่มีการใช้พลังงานจากสาหร่าย และแนวโน้มในอนาคตที่จะกำหนดทิศทางของพลังงานชนิดนี้

พลังงานจากสาหร่ายคืออะไร?

พลังงานจากสาหร่าย (Algae Energy) หมายถึง การผลิตพลังงานชีวภาพจากสาหร่าย โดยใช้ความสามารถของมันในการ เปลี่ยนแสงอาทิตย์และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นชีวมวล (biomass) ผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสง (photosynthesis) จากนั้นชีวมวลนี้จะถูกนำไปแปรรูปเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพ เช่น ไบโอดีเซล (biodiesel) ไบโอเอทานอล (bioethanol) ก๊าซชีวภาพ (biogas) และเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องบิน สาหร่ายถือเป็นวัตถุดิบพลังงานชีวภาพที่เหมาะสมที่สุด เนื่องจากอัตราการเจริญเติบโตที่รวดเร็ว ความสามารถในการเจริญเติบโตในพื้นที่ที่ไม่สามารถเพาะปลูกได้ และการใช้น้ำจืดในปริมาณที่น้อยมาก

เพิ่มเติม : ในวันที่ปิโตรเลียมและถ่านหินเริ่มร่อยหรอ เรายังมีทางไหนให้เลือกบ้าง

ประเภทของสาหร่ายที่ใช้

1 สาหร่ายขนาดเล็ก (Microalgae) สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวขนาดเล็ก เช่น Chlorella และ Spirulina ซึ่งมีไขมันและคาร์โบไฮเดรตในปริมาณสูง

2 สาหร่ายขนาดใหญ่ (Macroalgae) สาหร่ายทะเลขนาดใหญ่ เช่น สาหร่ายเคลป์ (Kelp) และสาหร่ายแดง (Red Algae) ที่เติบโตในแหล่งน้ำ

3 ไซยาโนแบคทีเรีย (Cyanobacteria) แบคทีเรียที่สามารถสังเคราะห์แสง ซึ่งมักถูกรวมอยู่ในหมวดสาหร่ายสำหรับการผลิตพลังงานชีวภาพ

ข้อดีของพลังงานจากสาหร่าย

• ผลผลิตสูง สาหร่ายสามารถผลิตเชื้อเพลิงต่อพื้นที่ได้มากกว่า 10–100 เท่า เมื่อเทียบกับพืชชนิดอื่น
• ความเป็นกลางทางคาร์บอน สาหร่ายดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ในระหว่างการเจริญเติบโต ชดเชยการปล่อยก๊าซจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงชีวภาพ
• ความหลากหลาย สาหร่ายสามารถผลิตได้ทั้งไบโอดีเซล ไฮโดรเจน และแม้กระทั่งไฟฟ้า
• ความยั่งยืน ไม่แข่งขันกับพืชอาหารหรือแหล่งน้ำจืด

เทคนิคการผลิตพลังงาน

1. เทคนิคการเพาะเลี้ยง การเพาะเลี้ยงสาหร่ายที่มีประสิทธิภาพเป็นกุญแจสำคัญในการผลิตพลังงานชีวภาพ วิธีที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่

• ระบบบ่อเปิด (Open Pond Systems) บ่อขนาดใหญ่ตื้น ๆ ที่สาหร่ายได้รับแสงแดดและสารอาหาร ระบบนี้มีต้นทุนต่ำแต่มีความเสี่ยงต่อการปนเปื้อน
• เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบปิด (Photobioreactors – PBRs) ระบบปิดที่สามารถควบคุมสภาพการเจริญเติบโตได้อย่างแม่นยำ เพิ่มผลผลิตและลดความเสี่ยงของการปนเปื้อน
• ระบบแบบผสม (Hybrid Systems) การรวมระบบบ่อเปิดและ PBRs เพื่อสมดุลระหว่างต้นทุนและประสิทธิภาพ

2. วิธีการเก็บเกี่ยว การเก็บเกี่ยวชีวมวลสาหร่ายเป็นขั้นตอนที่ใช้พลังงานมาก และมีวิธีดังนี้

• การตกตะกอน (Flocculation) ใช้สารเคมีช่วยรวมตัวเซลล์สาหร่ายเพื่อแยกออกได้ง่ายขึ้น
• การปั่นเหวี่ยง (Centrifugation) ปั่นวัตถุดิบด้วยความเร็วสูงเพื่อสกัดชีวมวล
• การกรอง (Filtration) ใช้แผ่นกรองเพื่อดักจับเซลล์สาหร่าย

3. การสกัดไขมัน ไขมันในสาหร่ายเป็นวัตถุดิบหลักสำหรับผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ มีเทคนิคดังนี้

• การสกัดเชิงกล (Mechanical Extraction) เช่น การบีบอัดหรือคลื่นอัลตร้าโซนิกเพื่อทำลายผนังเซลล์
• ตัวทำละลายทางเคมี (Chemical Solvents) เช่น ใช้สารเฮกเซน (Hexane) เพื่อสกัดไขมัน
• การสกัดด้วยของไหลวิกฤตยิ่งยวด (Supercritical Fluid Extraction) ใช้คาร์บอนไดออกไซด์ในสถานะวิกฤตยิ่งยวดเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการสกัด

4. กระบวนการแปรรูปเชื้อเพลิงชีวภาพ

• การทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน (Transesterification) แปลงไขมันของสาหร่ายเป็นไบโอดีเซลด้วยแอลกอฮอล์และตัวเร่งปฏิกิริยา
• การหมัก (Fermentation) เปลี่ยนคาร์โบไฮเดรตในสาหร่ายให้เป็นเอทานอลหรือก๊าซชีวภาพ
• การแปรรูปด้วยความร้อน (Gasification) เปลี่ยนชีวมวลเป็นก๊าซสังเคราะห์ (syngas) เพื่อใช้ผลิตเชื้อเพลิง

เพิ่มเติม : ในวันที่ปิโตรเลียมและถ่านหินเริ่มร่อยหรอ เรายังมีทางไหนให้เลือกบ้าง

แหล่งผลิตพลังงานจากสาหร่าย

1. National Renewable Energy Laboratory (NREL) สหรัฐอเมริกา เป็นผู้นำด้านการวิจัยเชื้อเพลิงชีวภาพจากสาหร่าย โดยพัฒนาเทคนิคการเพาะเลี้ยงและการแปรรูปที่ล้ำสมัยเพื่อเพิ่มผลผลิตและความคุ้มค่า

2. Algenol Biofuels สหรัฐอเมริกา ใช้เทคโนโลยีเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพเพื่อผลิตเอทานอลจากสาหร่าย พร้อมทั้งจับก๊าซ CO₂ จากโรงงานอุตสาหกรรม ช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก

3. Muradel ออสเตรเลีย มุ่งเน้นการผลิตน้ำมันดิบชีวภาพจากสาหร่ายขนาดเล็ก ด้วยการใช้เทคโนโลยีที่เหมาะกับพื้นที่แห้งแล้งและใช้น้ำทะเลเป็นหลัก

4. BIOFAT Project สหภาพยุโรป เป็นโครงการร่วมระหว่างประเทศในยุโรปที่มุ่งพัฒนาระบบผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพจากสาหร่ายในระดับเชิงพาณิชย์

แนวโน้มในอนาคต

1. การดัดแปลงพันธุกรรม การพัฒนาสาหร่ายผ่านเทคโนโลยีพันธุวิศวกรรมช่วยเพิ่มปริมาณไขมัน อัตราการเจริญเติบโต และความทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่ท้าทาย

2. โรงกลั่นชีวภาพแบบบูรณาการ โรงงานผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพในอนาคตจะทำหน้าที่เป็นโรงกลั่นชีวภาพที่ผลิตทั้งพลังงาน วัสดุชีวภาพ และผลิตภัณฑ์เสริมที่มีมูลค่าสูง

3. การจับและใช้ประโยชน์จากคาร์บอน (CCU) การจับก๊าซ CO₂ จากโรงงานอุตสาหกรรมและใช้เป็นสารอาหารสำหรับสาหร่าย ช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก

4. การขยายในตลาดเกิดใหม่ ประเทศในแอฟริกา เอเชีย และลาตินอเมริกากำลังเริ่มนำพลังงานจากสาหร่ายมาใช้เพื่อแก้ปัญหาขาดแคลนพลังงาน และสร้างโอกาสทางเศรษฐกิจที่ยั่งยืน

สรุป พลังงานจากสาหร่ายถือเป็นทางออกสำคัญในภารกิจสู่พลังงานหมุนเวียน ศักยภาพในการให้ผลผลิตสูง พร้อมแก้ปัญหาด้านสิ่งแวดล้อม ทำให้พลังงานชนิดนี้กลายเป็นตัวเลือกที่มีความสำคัญ การพัฒนาเทคโนโลยีและการสนับสนุนนโยบายจะเป็นปัจจัยสำคัญในการผลักดันให้พลังงานจากสาหร่ายก้าวสู่ความสำเร็จในเชิงพาณิชย์ และสร้างอนาคตที่ยั่งยืนสำหรับพลังงานโลก

. . .
บทความล่าสุด : www.mitrearth.org
เยี่ยมชม facebook : มิตรเอิร์ธ – mitrearth