Get Adobe Flash player

WATER PACIFIC COMPANY LIMITED : รู้จักเอทานอล

เรียบเรียงโดย   วิโรจน์ พุทธวิถี (สิงหาคม 2553)


เอทานอล หรือ เอทิลแอลกอฮอล์ คือ แอลกอฮอล์ชนิดหนึ่งที่มีสูตรเคมี C2H5OH   มีลักษณะเป็นของเหลวใส ไม่มีสี ติดไฟง่าย มีความไวไฟและค่าออกเทนสูง (เอทานอลบริสุทธิ์ร้อยละ 99.8 มีค่าออกเทนสูงถึ ง 113)   ประกอบด้วย คาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน   เป็นไฮดรอกซิล ดิริเวทีฟของไฮโดรคาร์บอน เกิดจากการแทนที่ไฮโดรเจนอะตอมด้วย hydroxyl group (OH)   มีน้ำหนักโมเลกุล 46.07 ความหนาแน่น 0.789 กรัมต่อมิลลิลิตร ที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส   จุดหลอมเหลว -114.1 องศาเซลเซียส   จุดเดือด 78.5 องศาเซลเซียส   สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้มากมาย อาทิ ใช้ผลิตอาหาร และเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ ใช้เป็นตัวทำละลายในอุตสาหกรรม ใช้เป็นเชื้อเพลิง ฯลฯ

เอทานอล ผลิตได้ทั้งจากกระบวนการสังเคราะห์ทางเคมี โดยใช้เอทิลีนเป็นวัตถุดิบ และกระบวนการทางชีวเคมี โดยใช้พืชผลหรือวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรที่มีแป้งและน้ำตาลสูงเป็นวัตถุดิบ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ได้รับความนิยมและมีวัตถุดิบที่สามารถเลือกใช้ได้หลาก หลายชนิดตามความเหมาะสมของแต่ละประเทศ เช่น ข้าวโพด ข้าวฟ่าง มันสำปะหลัง อ้อย กากน้ำตาล สาหร่าย ฯลฯ นอกจากนั้นยังมีความพยายามพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อการผลิตเอทานอลจากวัตถุดิบที่ มีเซลลูโลสสูง เช่น ฟางข้าว ขี้เลื่อย หญ้า เป็นต้น

เนื่องจาก เอทานอล มีออกซิเจนประกอบอยู่ในโมเลกุล ออกซิเจนจะจับตัวอยู่ในรูปของอนุมูล ไฮดรอกซิล (Hydroxyl _OH) ทำให้โมเลกุลของเอธานอล มีคุณสมบัติเป็นขั้ว (Polar) ซึ่งมีปฏิกิริยาสูงกว่าเบนซิน จึงทำให้เอทานอลมีอำนาจการกัดกร่อนมากกว่า เบนซิน คุณสมบัติการกัดกร่อนของเอทานอลป้องกันได้โดยใช้สารเคลือบที่สามารถต้านทานการกัดกร่อนไว้กับถังน้ำมันเชื้อเพลิง

ลำพังเอทานอลอย่างเดียวไม่สามารถผสมเข้ากับน้ำมันดีเซลได้ดีนัก ต้องเติมสารพิเศษเข้าไปเพื่อให้ผสม เข้ากันได้ดี ร่วมกับการเติมสาร Emulsifier และ Cetane Improver ในปริมาณ 1 - 2 % เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติ ในการจุดระเบิด ซึ่งผลลัพธ์ที่ได้คือ สามารถลดปริมาณไฮโดรคาร์บอน (HC) ลงได้ถึง 20-40 % และ ลดปริมาณฝุ่น และควันดำลงได้ถึง 0-40 %

การใช้เอทานอลเป็นเชื้อเพลิงไม่ทำให้วาล์วไหม้   เพราะเอทานอลจะเผาไหม้และให้ความร้อนอุณหภูมิต่ำกว่าน้ำมันเบนซิน   จึงทำให้วาล์วมีอุณหภูมิต่ำกว่าใช้น้ำมันเบนซิน

            วิธีการใช้เชื้อเพลิงเอทานอลกับเครื่องยนต์นั้น  อาจจำแนกได้เป็น 3 ลักษณะดังนี้

 1. ใช้ผสมโดยตรง  สำหรับในต่างประเทศใช้แอนไฮดรัสเอทานอล (anhydrous ethanol)  99.5% ผสมในน้ำมันเบนซินเพื่อใช้กับรถยนต์ในอัตราส่วนของเอทานอล 11-20 % ได้เหมือนเชื้อเพลิงปกติ  แต่สำหรับประเทศไทยพบว่าถ้าใช้เอทานอลผสมน้ำมันเบนซินในอัตราส่วนของเอทานอล 10, 20, 85 เปอร์เซ็นต์  สามารถใช้กับเครื่องยนต์เบนซินได้ดี มีการจำหน่ายเชิงพาณิชย์ทั่วประเทศ  แต่อัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจะสูงกว่าปกติตามค่าความร้อนที่แตกต่างกัน

 2. ใช้วิธีป้อนเชื้อเพลิงเข้าทั้งสองทาง  โดยการเพิ่มวงจรเอทานอลในระบบน้ำมันเชื้อเพลิงจะสามารถใช้เอทานอลที่มีความบริสุทธิ์ต่ำร่วมกับน้ำมันเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์เบนซินและเครื่องยนต์ดีเซลได้

 3. ใช้เอทานอลอย่างเดียว  แต่ต้องทำการปรับแต่งเครื่องยนต์เบนซิน  เช่น เพิ่มแรงอัดในกระบอกสูบ  (compression ratio)  ปรับแต่งส่วนผสมของเชื้อเพลิงกับอากาศและปรับจังหวะการจุดระเบิด  วิธีการนี้ทำให้มีผลกระทบด้านอื่นๆ ผู้ปรับแต่งเครื่องยนต์ต้องมีความรู้ในการทำงานของเครื่องยนต์นั้นๆ เป็นอย่างดี

 การเผาไหม้เอทานอลจะให้คาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และพลังงาน

C2H5OH + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O (l) ; (ΔHr = −1409 kJ/mol) Specific Heat = 2.44 KJ/KgK

เอาทนอลใช้เป็นเชื้อเพลิงทดแทนน้ำมันเบนซิน (Gasoline) แล้วยังทำหน้าที่เป็นสารเติมแต่งเพิ่มค่าออกเทนและสารป้องกันการน็อกให้แก่น้ำมันเบนซินได้ด้วย   ซึ่งเป็นสารที่นำมาเติมแต่งแทนสาร MTBE (Methyl tertiary-butyl ether) ที่เป็นมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม    การผสมเอทานอลในน้ำมันเบนซินทำให้คุณสมบัติเปลี่ยนแปลงไปหลายประการเพราะคุณสมบัติของเชื้อเพลิงเปลี่ยนแปลงไป   คุณสมบัติที่เปลี่ยนแปลงนี้ส่งผลต่อสมรรถนะของเครื่องยนต์ สารที่ปล่อยออกมากับอากาศจากไอเสียเครื่องยนต์ การมีส่วนประกอบเอทานอลในน้ำมันเบนซินมีผลต่อชิ้นส่วนต่างๆของเครื่องยนต์ที่สัมผัสน้ำมัน   ส่งผลให้ชิ้นส่วนเหล่านั้นมีความทนทานหรืออายุการใช้งานเปลี่ยนแปลงตามไปด้วย   ซึ่งผลจากการผสมเอทานอลในน้ำมันเบนซินที่ทำให้คุณสมบัติเปลี่ยนแปลงไปมีดังนี้

 

ค่าออกเทน

ค่าออกเทนเป็นตัวเลขบอกคุณสมบัติของเชื้อเพลิงในด้านการต้านทานการเกิดการติดไฟได้เอง (Auto-ignition) หรือคุณสมบัติการต้านทานการน๊อก (Anti-knock)    ถ้าค่าออกเทนสูงบ่งบอกว่าเมื่อนำไปใช้กับเครื่องยนต์จะเกิดการน๊อกได้ยากกว่า   การน๊อกของเครื่องยนต์หมายถึงการที่น้ำมันเชื้อเพลิงเกิดการเผาไหม้หรือจุดระเบิดในตำแหน่งที่ลูกสูบยังอัดอากาศขึ้นไปไม่ถึงตำแหน่งสูงสุด   ในขณะลูกสูบเลื่อนขึ้นและอัดอากาศให้แรงดันสูงขึ้นเรื่อยๆนั้น   อุณหภูมิของอากาศที่ถูกอัดก็จะเพิ่มขึ้นไปพร้อมๆกัน   ถ้าน้ำมันเชื้อเพลิงที่ใช้มีค่าออกเทนต่ำกว่าที่เครื่องยนต์ถูกออกแบบไว้   น้ำมันที่ถูกฉีดเข้าไปหรือหลงเหลือตกค้างอยู่ในห้องเผาไหม้จะเกิดการติดไฟก่อนที่ลูกสูบจะอัดอากาศถึงตำแหน่งสูงสุด   ทำให้เกิดแรงดันต้านการเคลื่อนที่ของลูกสูบและการหมุนของเครื่องยนต์   สิ่งที่เกิดขึ้นนี้เรียกว่าการน๊อกของเครื่องยนต์   เครื่องยนต์ที่ต้องการกำลังและแรงบิดสูงจะออกแบบให้อัตราส่วนการอัดมีค่าสูง   ยิ่งมีโอกาสที่จะเกิดการน๊อกได้ง่ายจึงต้องใช้น้ำมันที่มีค่าออกเทนสูงตามไปด้วย    การผสมเอทานอลซึ่งมีคุณสมบัติค่าออกเทนสูงลงในน้ำมันเบนซินเป็นแก๊สโซฮอล์จะช่วยเพิ่มค่าออกเทนให้แก่น้ำมันได้   จะทำให้ค่าออกเทนของแก๊สโซฮอล์เพิ่มสูงขึ้นซึ่งเพิ่มคุณสมบัติในการป้องกันการน๊อก (Anti-knock) ได้ดี

เครื่องยนต์เบนซินทั่วไปมีอัตราส่วนการอัดประมาณ 9:1 ถึง 10:1 แต่ถ้าเป็นเครื่องยนต์ที่ต้องการกำลังและประสิทธิภาพสูงอาจถูกออกแบบให้มีอัตราส่วนการอัดถึง 12:1    ถ้าอัตราส่วนการอัดต่ำก็สามารถใช้น้ำมันที่มีค่าออกเทนในช่วงประมาณ 87 ขึ้นมาได้   แต่เครื่องยนต์ที่ออกแบบให้มีอัตราส่วนการอัดสูงต้องใช้น้ำมันเชื้อเพลิงที่มีค่าออกเทนสูงจนถึง 95 หรือมากกว่านั้น

 

คุณสมบัติการกลายเป็นไอ

เชื้อเพลิงน้ำมันเบนซินมีความสามารถในการระเหยเป็นไอได้   คุณสมบัตินี้จะแสดงในค่าหลายค่า เช่น ความดันไอ (Reid vapor pressure: REV) อัตราส่วนไอต่อของเหลว (Vapor-liquid ratio) และค่าความร้อนแฝงในการระเหย (Latent heat of vaporization) เป็นต้น   ค่าความดันไอของเชื้อเพลิงมีอิทธิพลต่อการระเหยของเชื้อเพลิงและสมรรถนะของเครื่องยนต์   ถ้าความดันไอของน้ำมันมีค่าต่ำ   จะส่งผลให้การสตาร์ทเครื่องยนต์ที่อุณหภูมิต่ำจะสตาร์ทติดยาก      แต่ถ้าความดันไอของน้ำมันมีค่าสูงเกินไปก็จะส่งผลให้เกิด vapor lock (น้ำมันเชื้อเพลิงระเหยเป็นไอในท่อส่งน้ำมันทำให้ปั๊มไม่สามารถสูบให้ไหลไปได้) ในกรณีบรรยากาศโดยรอบมีอุณหภูมิสูง   ทั้งสองกรณีส่งผลเสียต่อสมรรถนะและการใช้งานของรถยนต์ทั้งสิ้น  

การมีคุณสมบัติการกลายเป็นไอต่ำ (ระเหยยาก)   มีผลเสียต่อเครื่องยนต์ในด้านการสตาร์ทยากในขณะเครื่องเย็น (Cold starting)   เครื่องยนต์มีประสิทธิภาพลดลงในการใช้งานในสถานที่อากาศเย็นจัด และการมีน้ำมันเชื้อเพลิงตกค้างหรือล้นในห้องเผาไหม้ ซึมเข้าไปยังห้องเพลาข้อเหวี่ยงผ่านทางแหวนลูกสูบ และจับติดที่หัวเทียนมากเกินไปเพราะน้ำมันเชื้อเพลิงไม่กลายเป็นไอ   ส่วนการมีคุณสมบัติการกลายเป็นไอสูง (ระเหยง่าย)   จะทำให้เกิดการระเหยเป็นไอในระบบส่งน้ำมันเชื้อเพลิงและปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิงจะไม่สามารถสูบน้ำมันได้ เรียกว่า Vapor lock   การกลายเป็นไอได้ง่ายทำให้เกิดการฟุ้งกระจายของไอน้ำมันออกสู่บรรยากาศได้สูง และยังมีปัญหาในขณะสตาร์ทเครื่องยนต์ในขณะร้อน Hot starting

เอทานอลมีความดันไอต่ำกว่าน้ำมันเบนซิน   อย่างไรก็ตามการผสมเอทานอลลงในน้ำมันเบนซินโดยเฉพาะผสมปริมาณน้อยสามารถเพิ่มค่าความดันไอให้สูงกว่าน้ำมันเบนซินที่ไม่ได้ผสมเอทานอลได้   ขึ้นอยู่สัดส่วนการผสมและองค์ประกอบของน้ำมันเบนซิน   ถ้าใช้น้ำมันเบนซินมาผสมเอทานอลลงไปทีละน้อย   พบว่าความดันไอของส่วนผสมจะเพิ่มขึ้นตามปริมาณเอทานอลที่ผสมลงไป   และจะเพิ่มขึ้นสูงสุดที่สัดส่วนเอทานอลประมาณ 5% ของน้ำมันเบนซินหรือเรียกว่า E5   และจะค่อยๆลดลงเมื่อเพิ่มส่วนผสมเอทานอลสูงขึ้นเกินกว่า 5%

ดังนั้นผลกระทบที่เกิดจากการผสมเอทานอลกับน้ำมันเบนซินต่อสมรรถนะของเครื่องยนต์สามารถพิจารณาได้ดังนี้   น้ำมันเชื้อเพลิงในกระบอกสูบจะเผาไหม้ได้ยากถ้าอยู่ในรูปของเหลวแต่จะเผาไหม้ได้ดีในรูปของไอ   ดังนั้นเมื่อฉีดน้ำมันเข้าสู่ห้องเผาไหม้แล้วจะต้องระเหยกลายเป็นไอให้หมดจึงจะดีที่สุดต่อการจุดระเบิด   การจุดระเบิดที่ดีต้องมีปริมาณไอน้ำมันเบนซินมากเพียงพอเพื่อให้เริ่มติดไฟจุดแรกและลามไปทั่วทั้งห้องเผาไหม้ได้   ไอน้ำมันเบนซินจะเกิดขึ้นได้จากการระเหยเท่านั้น   ขณะเครื่องยนต์ทำงานจะใช้ปั๊มอัดน้ำมันผ่านหัวฉีดทำให้น้ำมันแตกตัวเป็นหยดหรือละอองขนาดเล็กมากแต่ยังคงอยู่ในสถานะของเหลว   เมื่อเป็นละอองขนาดเล็กมีพื้นที่สัมผัสอากาศมากทำให้การระเหยเกิดขึ้นได้ง่าย   การผสมเอทานอลลงในน้ำมันเบนซินจะช่วยให้การระเหยของน้ำมันที่ผสมนั้นเกิดขึ้นได้มากกว่าในอุณหภูมิที่ต่ำลง (เอทานอลมีค่าความดันไอต่ำกว่าน้ำมันเบนซิน)   หรือระเหยได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าเมื่อเทียบกับน้ำมันเบนซินอย่างเดียว   เมื่อคิดเฉพาะปัจจัยของคุณสมบัตินี้หมายความว่าจะช่วยให้การเผาไหม้เกิดขึ้นได้ดีและสมบูรณ์ขึ้น   อย่างไรก็ตามเอทานอลที่ผสมอยู่ทำให้ต้องใช้ความร้อนในการทำให้ระเหยมากกว่าน้ำมันเบนซิน (เอทานอลมีค่าความร้อนแฝงสูงกว่าน้ำมันเบนซิน)   เช่น น้ำมันเบนซินที่ผสมเอทานอล 10% (E10) ต้องการความร้อนในการระเหยสูงกว่า E0 ประมาณ 15%   ดังนั้นการกำหนดสัดส่วนเอทานอลให้เครื่องยนต์ทำงานได้สมรรถนะสูงสุดสำหรับเครื่องยนต์รุ่นนั้นๆ   ต้องทราบสภาวะอุณหภูมิและความดันจริงในห้องเผาไหม้   เพื่อมากำหนดส่วนผสมเอทานอลที่จะทำให้ละอองน้ำมันที่ฉีดเข้าไปสามารถระเหยกลายเป็นไอได้หมด

เอทานอลที่ผสมลงไปในน้ำมันเบนซินทำให้คุณสมบัติเปลี่ยนแปลง คือ

1)  ลดอุณหภูมิการระเหยลง   เอทานอลที่ผสมในน้ำมันเบนซินจะไปเปลี่ยนคุณสมบัติของน้ำมันให้มีอุณหภูมิการกลายเป็นไอลดลง   หรือมีความหมายว่าถ้าพิจารณาเฉพาะคุณสมบัตินี้จะมีการระเหยมากขึ้น ณ อุณหภูมิที่เท่ากัน

2)  ความดันไอของเอทานอลต่ำกว่าน้ำมันเบนซินการผสมเอทานอลลงในน้ำมันเบนซินน่าจะทำให้ความดันไอของแก๊สโซฮอล์ต่ำกว่าน้ำมันเบนซินด้วยเช่นกัน   แต่ในความเป็นจริงการผสมเอทานอลในสัดส่วนไม่เกินร้อยละ 5 ของน้ำมันเบนซินจะทำให้ความดันไอเพิ่มขึ้นเรื่อยๆจนถึงร้อยละ 5 แล้วจึงเริ่มลดลงตามอัตราส่วนของเอทานอลที่เพิ่มขึ้น   นั่นหมายความว่าความดันไอไม่ได้แปรผันตรงกับอัตราส่วนผสมของเอทานอลเพียงอย่างเดียว

3)  เอทานอลมีองค์ประกอบเป็นออกซิเจนอยู่เมื่อผสมเข้ากับน้ำมันเบนซินจะทำหน้าที่เป็นสารเพิ่มออกซิเจน (Oxygenate) ไปด้วย   ซึ่งจะช่วยในด้านการเผาไหม้ให้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น ลดการปล่อยคาร์บอนมอนนอกไซด์มากับไอเสีย

 

ความหนืด

เอทานอลมีความหนืดสูงกว่าน้ำมันเบนซิน   เมื่อผสมกันเป็นแก๊สโซฮอล์จะทำให้มีความหนืดสูงขึ้นตาม   การไหลของน้ำมันในระบบท่อส่งน้ำมันเชื้อเพลิงผ่านไปได้ยากกว่า   อาจทำให้ปริมาณน้ำมันเข้าสู่ห้องเผาไหม้น้อยกว่า

 

ความสามารถในการละลายสิ่งสกปรกภายในระบบน้ำมันเชื้อเพลิง

เอทานอลมีคุณสมบัติการทำละลายสูงกว่าน้ำมันเบนซิน   จะละลายสิ่งปนเปื้อนในระบบท่อทั้งหมดเข้าสู่กรองน้ำมันเชื้อเพลิง   ซึ่งอาจทำให้กรองอุดตันเกิดการติดขัดของน้ำมันเชื้อเพลิงไหลไปในระบบไม่สะดวกได้มากกว่าการใช้น้ำมันเบนซิน   ดังนั้นรถยนต์ที่ใช้น้ำมันเบนซินมาก่อนอาจมีสิ่งปนเปื้อนตกค้างเกาะที่ผนังท่อ ข้อต่อ ปั๊ม   แล้วเปลี่ยนมาใช้เชื้อเพลิงผสมเอทานอลก็จะเกิดการละลายของสิ่งปนเปื้อนในระบบเหล่านั้นไหลไปกับน้ำมันเชื้อเพลิง   ทำให้ไปติดอยู่ที่กรองหรืออาจหลุดรอดเข้าสู่ห้องเผาไหม้มากขึ้น   แต่เมื่อใช้ไปสักระยะหนึ่งเมื่อสิ่งปนเปื้อละลายออกไปจนหมดแล้ว   ก็จะมีความสะอาดของน้ำมันเชื้อเพลิงสูงตามมาตรฐานเหมือนเดิม   ซึ่งในกรณีนี้จะเกิดเฉพาะเครื่องยนต์เก่าที่ใช้น้ำมันเบนซินมาก่อนเท่านั้น   จะไม่เกิดกับเครื่องยนต์ใหม่เพราะจะยังไม่มีสิ่งปนเปื้อนสะสมในระบบ

 

ความจำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงสัดส่วนน้ำมันต่อกาศที่ส่งเข้าห้องเผาไหม้

น้ำมันเบนซินคือส่วนผสมของสารประกอบไฮโดรคาร์บอนซึ่งมีปริมาณมากที่สุดกับไฮโดรเจนและคาร์บอน   ส่วนเอทานอลมีองค์ประกอบเป็นไฮโดรเจนและคาร์บอนเช่นเดียวกัน   แต่มีออกซิเจนเพิ่มเข้ามาเป็นส่วนประกอบด้วย   ค่าอัตราส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิงที่เหมาะสมต่อการเผาไหม้ของเครื่องยนต์เบนซินจะมีค่าประมาณ 14.7 ต่อ 1 โดยน้ำหนัก   แต่สำหรับแก๊สโซฮอล์มีควาต้องการใช้อากาศน้อยกว่าเนื่องจากในแก๊สโซฮอล์มีออกซิเจนเป็นส่วนประกอบอยู่แล้วมากกว่าน้ำมันเบนซิน   โดยออกซิเจนจะเป็นส่วนประกอบที่แทนที่สารประกอบไฮโดรคาร์บอนของน้ำมันเบนซิน   สำหรับน้ำมันแก๊สโซฮอล์ E10 มีค่าอัตราส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิงอยู่ในช่วง 14.0-14.1 ต่อ 1 โดยน้ำหนักเพื่อให้การเผาไหม้สมบูรณ์   แต่ในอีกคุณสมบัติหนึ่งคือ ค่าความร้อนของเอทานอลที่ผสมเป็นแก๊สโซฮอล์จะต่ำกว่าน้ำมันเบนซิน   ในการเผาไหม้และให้กำลังกับเครื่องยนต์ให้สามารถใช้งานได้กำลังแรงม้าและแรงบิดเท่าเดิมที่ผู้ผลิตรถยนต์ออกแบบไว้   ก็ต้องฉีดเชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเผาไหม้ให้มากขึ้นด้วย   ทั้งสองปัจจัยนี้ทำให้การสูบน้ำมันผ่านระบบท่อและปั๊มผ่านหัวฉีดเข้าสู่ห้องเผาไหม้ต้องถูกปรับให้เหมาะสมกับน้ำมันและเครื่องยนต์   ซึ่งโดยทั่วไปจะต้องฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเผาไหม้ในปริมาณมากขึ้นเมื่อเทียบกับน้ำมันเบนซิน  

การปรับอัตราการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงชนิดแก๊สโซฮอล์เข้าสู่ห้องเผาไหม้ให้เหมาะสมกับการทำงานสำหรับน้ำมันแก๊สโซฮอล์ที่มีอัตราส่วนผสมของเอทานอลไม่คงที่ (ตามหลักการของรถยนต์ FFV) นั้น   ปัจจุบันใช้ระบบควบคุมแบบ Closed loop ที่มีอุปกรณ์ตรวจวัดค่าต่างๆของเครื่องยนต์แล้วนำค่ามาประมวลผลเพื่อสั่งการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเผาไหม้   เช่น การวัดอุณหภูมิเครื่องยนต์เพื่อปรับการฉีดเชื้อเพลิงให้เหมาะสมในช่วงการสตาร์ทเครื่องเพราะเครื่องยนต์ยังมีอุณหภูมิต่ำ (Cold start) เป็นต้น

 

ความสามารถในการดูดซับน้ำและการแยกเฟส

สำหรับน้ำมันเบนซินแล้วจะมีการแยกเฟสของน้ำออกจากน้ำมันก็ต่อเมื่อมีน้ำปนเข้าไปในปริมาณมาก   ซึ่งมักเกิดจากการมีน้ำที่อยู่ในรูปของเหลวปนเข้าไปโดยตรง   อาจมาจากวิธีการจัดเก็บ ขนย้าย และการจำหน่ายที่สถานีบริการที่ไม่เหมาะสมทำให้น้ำปนเข้าไปได้   น้ำจะมีความหนาแน่นสูงกว่าน้ำมันเบนซินทำให้เมื่อเกิดการแยกเฟสจะอยู่ชั้นล่างของน้ำมัน   เมื่อใดที่ระบบสูบน้ำมันเชื้อเพลิงสูบส่วนที่เป็นเฟสน้ำเข้าสู่ระบบและฉีดเข้าสู่ห้องเผาไหม้จะเกิดปัญหากับการทำงานของเครื่องยนต์ทันที   สำหรับน้ำมันเบนซินนั้นมีความสามารถในการดูดซับน้ำไว้ในตัวเองต่ำมากเมื่อเทียบกับแก๊สโซฮอล์

แก๊สโซฮอล์มีเอทานอลเป็นส่วนประกอบซึ่งเอาทานอลมีความสามารถในการดูดซับน้ำสูง   เมื่อแก๊สโซฮอล์สัมผัสอากาศจะดูดซับความชื้นในอากาศเข้ามาหรือถ้ามีน้ำเกาะในระบบน้ำมันเชื้อเพลิงก็จะถูกเอทานอลดูดซับเข้ามาเช่นกันโดยจะรวมอยู่กับเอทานอล   และยังไม่มีการแยกเฟสหรือการเปลี่ยนแปลงใดๆให้เห็น   จนกระทั่งสะสมน้ำไว้เป็นส่วนประกอบประมาณ 0.3-0.5% โดยปริมาตรจึงจะเริ่มแยกเฟสให้เห็น   ความเข้มข้นของน้ำจะเป็นเท่าไรขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ อัตราส่วนผสมเอทานอล และการใช้สารเติมแต่งขณะนั้น   การแยกเฟสจะเป็น 2 เฟสคือ น้ำมันเบนซินอยู่ด้านบนและเอทานอลผสมน้ำอยู่ด้านล่าง   ดังนั้นการจัดเก็บแก๊สโซฮอล์จะต้องปิดกั้นการสัมผัสกับอากาศซึ่งในโรงงานอุตสาหกรรมหรือผู้ผลิตอาจใช้ก๊าซปกคลุมผิวหน้าไว้   ส่วนแก๊สโซฮอล์ที่เติมรถยนต์จะอยู่ในถังน้ำมัน   ดังนั้นถังน้ำมันต้องถูกออกแบบให้ป้องกันการสัมผัสอากาศของแก๊สโซฮอล์นั่นคือต้องไม่เปิดโอกาสให้มีการระบายอากาศเข้าหรือออกจากถัง   ให้ภายในถังแยกเด็ดขาดจากบรรยากาศภายนอก

 

ผลกระทบต่อการสัมผัสวัสดุต่างๆ

ชิ้นส่วนเหล่านี้ที่มีวัสดุแตกต่างกันไปที่สัมผัสน้ำมันเชื้อเพลิง คือ

- ท่อส่งน้ำมันเชื้อเพลิง

- ถังน้ำมันเชื้อเพลิง

- ปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิง

- หัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง

- คาร์บูเรเตอร์ (กรณี รถยนต์รุ่นที่ใช้คาร์บูเรเตอร์)

- อุปกรณ์วัดแรงดันน้ำมันเชื้อเพลิง

- วาล์ว

- แหวนกันรั่ว

- ประเก็น

วัสดุที่ใช้กับชิ้นส่วนเหล่านี้ต้องเป็นชนิดที่สามารถทนทานและเหมาะสมกับคุณสมบัติของน้ำมันแก๊สโซฮอล์นั้นๆ   โลหะ ยาง พลาสติก และวัสดุสังเคราะห์ต่างๆ   น้ำมันแก๊สโซฮอล์ที่มีเอทานอลดูดซับน้ำมาเป็นส่วนประกอบทำให้เกิดคุณสมบัติเป็นกรดอ่อนๆ และยังมีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าได้เล็กน้อย เกิดปฏิกิริยากัลวาไนซ์ และเกิดสนิมได้   การใช้วัสดุใดเพื่อผลิตชิ้นส่วนที่ต้องสัมผัสกับเชื้อเพลิงประเภทน้ำมันแก๊สโซฮอล์ที่มีเอทานอลผสมอยู่   จำเป้นต้องทดสอบความทนทานต่อการกัดกร่อนก่อนนำไปใช้งาน   เพราะถ้าเกิดการเสื่อมสภาพของชิ้นส่วนอาจทำให้เกิดการรั่ว เกิดอุปกรณ์ไม่ทำงาน หรือเกิดการติดไฟหรือระเบิดได้  

 

การปนเปื้อนของมลพิษออกมาในไอเสีย

การทดสอบศึกษาไอเสียที่ปล่อยออกมาจากเครื่องยนต์ที่ใช้แก๊สโซฮอล์เป็นเชื้อเพลิงส่วนใหญ่มาจากการทดสอบด้วยการเดินเครื่องยนต์ (Dynamometer Study) ซึ่งพบว่าส่งผลในทางลบอยู่บ้างสำหรับบางคุณสมบัติแต่ส่วนใหญ่จะส่งผลในทางบวกมากกว่าการใช้น้ำมันเบนซินเพียงอย่างเดียวเนื่องจากเอทานอลเพิ่มออกซิเจนในน้ำมัน (Oxygenates) มีผลการศึกษาโดยสังเขปดังนี้

  • ปริมาณคาร์บอนมอนนอกไซด์และสารประกอบไฮโดรคาร์บอนลดลง   รถยนต์รุ่นใหม่ๆที่ใช้เทคโนโลยี หัวฉีด การควบคุมการปรับอัตราการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงแบบยืดหยุ่นและเป็นแบบวงจรปิด (Closed loop) ที่วัดคุณสมบัติของไอเสียนำข้อมูลไปประมวลผลแล้วปรับอัตราการฉีด มีการใช้เครื่องฟอกไอเสีย (Catalytic converter) ยิ่งทำให้มลพิษดังกล่าวลดลงมากกว่าเฉพาะคุณสมบัติของน้ำมันอย่างเดียว
  • สารประกอบไนโตรเจน-ออกซิเจน (Nitrogen oxide: NOX) ในทางทฤษฎีแล้วมีโอกาสเกิดขึ้นสูงกว่าการใช้น้ำมันเบนซิน   เพราะแก๊สโซฮอล์มีองค์ประกอบเป็นออกซิเจนมากกว่า   ดังนั้นเมื่อเกิดการเผาไหม้จะมีโอกาสเกิดการรวมตัวของออกซิเจนในแก๊สโซฮอล์กับไนโตรเจนซึ่งมีอยู่ในอากาศประมาณ 78%   แต่มีผลการทดสอบหลายแหล่งที่ยังไม่สอดคล้องเป็นไปในทางเดียวกัน   กล่าวคือผลการทดสอบบางแหล่งพบว่ามีการปล่อย NOX เพิ่มขึ้น แต่บางแหล่งก็พบว่ามีการปล่อยลดลง  
  • ลดเขม่าควันและอนุภาคลง
  • สารซัลเฟอร์ (Sulfur) และสารประกอบซัลเฟอร์ (Sulfate) ลดลง
  • การปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์   ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกที่สำคัญลดลง
  • สารฟอร์มาดีไฮด์ (Formaldehyde) หรือ อัดดีไฮด์ (Aldehyde) แสดงผลเพิ่มขึ้น

ซึ่งพิจารณาโดยรวมทั้งหมดแล้วการใช้แก๊สโซฮอล์มีการลดการปล่อยสารพิษออกสู่บรรยากาศน้อยกว่าน้ำมันเบนซิน   ดังนั้นการใช้แก๊สโซฮอล์จะมีผลดีต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่า

 

อัตราความสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิง

ผลการศึกษาอัตราความสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงของทุกงานวิจัยจะออกมาเหมือนกันในประเด็นความสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิง   คือ แก๊สโซฮอล์จะมีอัตราความสิ้นเปลืองของน้ำมันเชื้อเพลิงสูงกว่าการใช้น้ำมันเบนซินปกติ   อัตราการสิ้นเปลืองจะเพิ่มมากขึ้นตามอัตราส่วนผสมของเอทานอลที่ผสมเข้าไปมากขึ้น   สำหรับแก๊สโซฮอล์ E85   มีผลการศึกษาวิจัยหลายฉบับในต่างประเทศระบุความสิ้นเปลืองมากกว่าน้ำมันเบนซินอยู่ในช่วงร้อยละ 30 – 40   เพราะโดยคุณสมบัติทางเคมีและพลังงานแล้วเอทานอลมีค่าความร้อนต่ำกว่าน้ำมันเบนซิน   การใช้งานที่ต้องการกำลังเท่าเดิมจึงต้องฉีดแก๊สโซฮอล์ E85 เข้าสู่ห้องเผาไหม้มากขึ้น


สรุป

จากผลกระทบต่อน้ำมัน เครื่องยนต์ และการเดินเครื่องยนต์ที่กล่าวมาทั้งหมด   แสดงให้เห็นว่าการใช้เอทานอลผสมน้ำมันเบนซินเป็นแก๊สโซฮอล์มีคุณสมบัติที่เปลี่ยนแปลงไปทางด้านบวกและลบ   แต่คุณสมบัติที่เปลี่ยนแปลงไปทางด้านบวกประกอบกับผลประโยชน์ที่ประเทศและประชาชนจะได้รวมกันแล้วมีมากกว่าคุณสมบัติที่เปลี่ยนแปลงไปทางด้านลบ   ประเทศสามารถลดการนำเข้าน้ำมันดิบจากต่างประเทศ สามารถพึ่งพาตนเองด้านพลังงานได้มากขึ้น ส่งเสริมผลิตผลทางการเกษตรของประเทศ ลดปัญหามลภาวะทางอากาศ และมีคุณสมบัติทางเคมีและพลังงานหลายประการที่มีผลดีต่อเครื่องยนต์   ในขณะที่คุณสมบัติที่เปลี่ยนแปลงไปทางด้านลบก็สามารถป้องกันหรือกำจัดปัญหาเหล่านั้นไปได้   เช่นการเปลี่ยนชิ้นส่วนให้มีคุณสมบัติเหมาะสมกับแก๊สโซฮอล์ การติดตั้งอุปกรณ์ตรวจวัดและปรับอัตราการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงเสริมเข้าไป และการดัดแปลงการออกแบบของอุปกรณ์บางส่วนใหม่ เป็นต้น   โดยปัจจุบันมีการออกแบบและผลิตรถยนต์สำหรับใช้งานกับแก๊สโซฮอล์ในสัดส่วนต่างๆออกสู่ท้องตลาดทั้งในและต่างประเทศอย่างแพร่หลายแล้ว   ที่ทำให้เทคโนโลยีค่อนข้างจะเสถียรสามารถยอมรับและผู้ใช้ใช้งานได้อย่างไม่ประสบปัญหาใดๆ   จึงเป็นแนวโน้มทางด้านพลังงานทดแทนของประเทศไทยต่อไปในอนาคตระยะยาว

Share
 
Who's Online
เรามี 17 บุคคลทั่วไป ออนไลน์