เปลี่ยนขยะอินทรีย์เป็นพลังงานสะอาดด้วยกระบวนการหมักไร้อากาศ (Anaerobic Digestion) แบบง่ายๆ ด้วยระบบทดสอบอัตโนมัติ AMPTS® III

ประเทศไทยในฐานะศูนย์กลางอุตสาหกรรมเกษตรและอาหารแปรรูปชั้นนำของภูมิภาค มีผลพลอยได้สำคัญตามมาคือ ปริมาณขยะอินทรีย์และน้ำเสียปริมาณมหาศาล ในแต่ละวัน ไม่ว่าจะเป็นน้ำเสียจากโรงงานแปรรูปแป้งมันสำปะหลัง โรงสกัดน้ำมันปาล์ม โรงงานน้ำตาล ฟาร์มปศุสัตว์ หรือเศษของเสียจากโรงงานแปรรูปอาหารการปล่อยทิ้งของเสียเหล่านี้ไม่เพียงแต่สร้างต้นทุนในการบำบัด แต่ยังก่อให้เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างรุนแรง การนำขยะอินทรีย์มาผ่านกระบวนการหมักแบบไร้อากาศ (Anaerobic Digestion) เพื่อผลิต ก๊าซมีเทน (CH₄) สำหรับนำไปปั่นกระแสไฟฟ้าหรือสร้างความร้อน จึงเป็นอีกหัวใจสำคัญในการขับเคลื่อน โมเดลเศรษฐกิจ BCG (Bio-Circular-Green Economy) ของประเทศไทย ที่เปลี่ยน “ของเสียทางการเกษตร” ให้กลายเป็น “พลังงานสะอาดหมุนเวียน” พร้อมตอบโจทย์เป้าหมายการพัฒนาที่ยั่งยืน (SDGs) ทั้งด้านพลังงานสะอาด (SDG 7), การลดก๊าซเรือนกระจก (SDG 13), การผลิตที่ยั่งยืนแบบ Zero Waste (SDG 12), นวัตกรรมอุตสาหกรรมสีเขียว (SDG 9) และการจัดการน้ำเสีย (SDG 6)

ขั้นตอนหลักในกระบวนการหมักแบบไร้อากาศ (Anaerobic Digestion)

การเปลี่ยนสารอินทรีย์ให้กลายเป็นก๊าซชีวภาพ ในการเปลี่ยนสารอินทรีย์เชิงซ้อนในของเสียให้กลายเป็นพลังงานก๊าซชีวภาพ (Biogas) ต้องอาศัยการทำงานร่วมกันของกลุ่มจุลินทรีย์ไร้อากาศผ่าน 4 ขั้นตอนหลักตามลำดับ (ภาพที่ 1)

Hydrolysis (ไฮโดรไลซิส) ย่อยสลายสารอินทรีย์โมเลกุลใหญ่ให้กลายเป็นโมเลกุลเดี่ยว
Acidogenesis (การสร้างกรดอินทรีย์) เปลี่ยนสารละลายโมเลกุลเดี่ยวให้เป็นกรดไขมันระเหยง่าย
Acetogenesis (การสร้างกรดอะซิติก) เปลี่ยน VFAs ให้เป็นกรดอะซิติกรวมถึง CO₂ และ H₂
Methanogenesis (การสร้างมีเทน) กรดอะซิติก, CO₂ และ H₂ถูกเปลี่ยนให้กลายเป็นก๊าซมีเทน (CH₄)

ภาพที่ 1 4 ขั้นตอนในกระบวนการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน (Anaerobic digestion)

ในทางปฏิบัติ โรงงานและห้องแลปมักเผชิญความไม่แน่นอน 2 ด้านจากความหลากหลายของตัวอย่างสารอินทรีย์และแหล่งที่มาของเชื้อจุลินทรีย์ ซึ่งสามารถการทดสอบประสิทธิภาพได้ด้วยเทคนิค BMP (Biochemical Methane Potential) และ SMA (Specific Methanogenic Activity) ซึ่งเป็นการวัดประสิทธิภาพการผลิตก๊าซมีเทนจากตัวอย่างสารอินทรีย์กับแหล่งเชื้อจุลินทรีย์นั้นๆ และการวัดประสิทธิภาพการผลิตก๊าซมีเทนจากแหล่งเชื้อจุลินทรีย์ ในอดีตการทดสอบค่า BMP หรือ SMA เป็นเรื่องที่ยุ่งยาก ซับซ้อน และต้องใช้แรงงานคนในการเฝ้าสังเกตและจดบันทึกผล แต่ในปัจจุบันมีเทคโนโลยีที่ช่วยให้ทุกขั้นตอนสะดวกสบาย แม่นยำ และเป็นระบบอัตโนมัติ โดยลดภาระงานลงเหลือเพียงการเตรียมตัวอย่างในไม่กี่ชั่วโมงแรก เทคโนโลยีที่ว่านี้คือ เครื่องวิเคราะห์ศักยภาพการผลิตแก๊สชีวภาพและแก๊สมีเทนแบบอัตโนมัติ (Automatic Methane Potential Test System – AMPTS^® III)

AMPTS^® III คือระบบตรวจวัดและวิเคราะห์ศักยภาพการผลิตก๊าซมีเทนแบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบ โดยผสานการทำงานร่วมกันของ 3 ส่วนหลักอย่างเป็นระบบ ตั้งแต่การบ่มหมัก การดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) ไปจนถึงการวัดปริมาตรและการประมวลผลข้อมูล (ภาพที่ 2)

ภาพที่ 2 แผนภาพหลักการทำงานของระบบ AMPTS^® III ในการทดสอบศักยภาพการผลิตก๊าซมีเทนแบบอัตโนมัติ

การทำงานของระบบ AMPTS^® III หลังจากเตรียมตัวอย่างสำหรับการทดสอบเรียบร้อยแล้ว การบ่มและกวนผสมตัวอย่างเป็นส่วนแรกของระบบ สารอินทรีย์และหัวเชื้อจุลินทรีย์จะถูกบรรจุลงในขวดแก้วปฏิกรณ์ที่แช่อยู่ในอ่างน้ำควบคุมอุณหภูมิ เพื่อสร้างสภาวะแวดล้อมที่เหมาะสมที่สุดต่อการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ เมื่อจุลินทรีย์ย่อยสลายสารอินทรีย์จนเกิดเป็นก๊าซชีวภาพ (Biogas) ก๊าซทั้งหมดจะลอยผ่านท่อเข้าสู่ ส่วนดักจับก๊าซ CO₂ คอยทำหน้าที่ดักจับและดูดซับ ส่งผลให้ก๊าซที่ผ่านขวดดักจับนี้ไปได้มีเพียงก๊าซ CH₄ เท่านั้น สุดท้ายก๊าซมีเทนจะเดินทางเข้าสู่ ส่วนตรวจวัดปริมาตรก๊าซ ซึ่งมีเซนเซอร์อิเล็กทรอนิกส์จะตรวจจับปริมาตรก๊าซที่เกิดขึ้น
ไม่เพียงแค่ฮาร์ดแวร์ที่แม่นยำ AMPTS^® III แต่ยังยกระดับความสะดวกสบายไปอีกขั้นด้วย AURORA™ ซอฟต์แวร์อัจฉริยะที่ติดตั้งฝังอยู่ภายในไมโครคอนโทรลเลอร์ของตัวเครื่องโดยตรง (Embedded Software) ทำให้ผู้ใช้งานเริ่มต้นการทดลองได้ทันทีโดยไม่ต้องติดตั้งโปรแกรมหรือซื้อลิขสิทธิ์เพิ่มเติมบนคอมพิวเตอร์ภายนอก ทั้งยังมอบความมั่นใจสูงสุดด้านความปลอดภัยของข้อมูล ผู้ใช้งานสามารถติดตามสถานะการทดลอง ดูกราฟการผลิตก๊าซสะสม และตรวจสอบอัตราการเกิดก๊าซได้ ซอฟต์แวร์ยังสามารถส่งออกข้อมูลดิบและสรุปผลเป็นไฟล์ตาราง (Spreadsheet) ที่จัดเรียงแกนเวลาอย่างเป็นมาตรฐาน ช่วยให้การนำผลไปวิเคราะห์ค่า BMP, SMA หรือศึกษาจลนศาสตร์การย่อยสลายกลายเป็นเรื่องง่าย สะดวกรวดเร็ว และพร้อมนำไปใช้ออกรายงานในระดับมืออาชีพได้ทันที เครื่องวิเคราะห์ศักยภาพการผลิตแก๊สชีวภาพและแก๊สมีเทนแบบอัตโนมัติ
(Automatic Methane Potential Test System – AMPTS^® III) BPC Instruments

เอกสารอ้างอิง
Jeyakumar, R. B., & Vincent, G. S. (2022). Recent Advances and Perspectives of Nanotechnology in Anaerobic Digestion: A New Paradigm towards Sludge Biodegradability. Sustainability, 14(12), 7191. https://doi.org/10.3390/su14127191

BPC Instruments. (n.d.). AMPTS® III: The market-leading analytical tool for anaerobic batch fermentation testing. Retrieved from https://bpcinstruments.com/products/respirometer-systems/ampts-iii/