ปัจจุบันปัญหาภาวะโลกร้อนที่เกิดจากการปล่อยก๊าซเรือนกระจกมีความรุนแรงมากขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งส่งผลกระทบหลายด้าน และเห็นเด่นชัดในเรื่องสภาพภูมิอากาศแปรปรวนอย่างรุนแรงทั่วโลก จากปัญหาดังกล่าว นักวิจัยจึงมุ่งเป้าลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ โดยนำมาใช้เป็นสารตั้งต้น ในการผลิตเคมีภัณฑ์มูลค่าสูง และใช้เป็นพลังงานทดแทน จำพวกแอลกอฮอล์ หรือผลิตภัณฑ์ปิโตรเคมีขั้นต้นอย่างโอเลฟินส์ (olefins) ซึ่งเป็นการสร้างมูลค่าเพิ่มทางด้านธุรกิจและสร้างเสถียรภาพด้านวัตถุดิบได้เป็นอย่างดี

อย่างไรก็ตามระหว่างการเกิดปฏิกิริยาเคมีเพื่อลดการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ดังกล่าว จะเกิดปฏิกิริยาคู่ขนานอื่นขึ้นมาแข่งขัน ทำให้เราไม่ได้ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ อีกทั้งยังต้องอาศัยสภาวะความดันสูงและอุณหภูมิสูงเพื่อทำปฏิกิริยาให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ จากการดังกล่าวทีมวิจัยได้เลือกใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีสมบัติเชิงแม่เหล็ก เพื่อควบคุมการเกิดปฏิกิริยาด้วยสนามแม่เหล็กและดำเนินการที่สภาวะอุณหภูมิต่ำลง แทนการเร่งปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูงซึ่งยากต่อการควบคุมทิศทางการเกิดปฏิกิริยา

ทีมวิจัยพบว่า ตัวเร่งปฏิกิริยาเหล็ก-ทองแดงร่วมกับเหล็กออกไซด์ สามารถถูกเหนี่ยวนำและแสดงสมบัติความเป็นแม่เหล็กได้ดีภายใต้สนามแม่เหล็ก ซึ่งสมบัติความเป็นแม่เหล็กนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการเร่งปฏิกิริยาได้เป็นอย่างดี โดยพบว่าที่สภาวะสนามแม่เหล็กความเข้ม 27.7 มิลลิเทสลา อุณหภูมิ 260 องศาเซลเซียส ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะเปลี่ยนไปเป็นผลิตภัณฑ์มูลค่าเพิ่มได้มากกว่าสภาวะที่ไม่มีสนามแม่เหล็กถึง 1.5–1.8 เท่า และสามารถเพิ่มการเลือกเกิดสารผลิตภัณฑ์ไดเมทิลอีเทอร์ซึ่งเป็นสารเติมแต่งในน้ำมันเชื้อเพลิง และเมทานอลได้ถึง 2.5–5.3 เท่าอีกด้วย

ทั้งนี้พบว่า ปฏิกิริยาการเติมไฮโดรเจนของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ภายใต้สนามแม่เหล็ก สามารถช่วยเพิ่มการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซไฮโดรเจนบนพื้นผิวตัวเร่ง จึงเพิ่มประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาให้สูงขึ้นและเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ไปเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องการได้มากขึ้นโดยใช้พลังงานต่ำกว่าปกติ (สภาวะอุณหภูมิต่ำลง 10–40 องศาเซลเซียส) จึงนับเป็นอีกแนวทางที่จะสร้างความเป็นกลางทางคาร์บอนได้จากการใช้ประโยชน์ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพื่อลดการปลดปล่อยและเพิ่มการใช้ประโยชน์ก๊าซเรือนกระจกอย่างยั่งยืนได้ในอนาคต

 

บทความโดย
ศ.ดร.เมตตา เจริญพานิช
ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

 

ที่มา วารสาร Energy Conversion and Management 159 (2018), 342–352.