การอ้างอิง: ปิโยรส ทิพย์มงคล และ ณัฐพงศ์ ตันติวิวัฒนพันธ์. (2563). การจัดการและการแปรรูป น้ำมันใช้แล้ว ในภาคครัวเรือน. วารสารสิ่งแวดล้อม, ปีที่ 24 (ฉบับที่ 4).
บทความ: การจัดการและการแปรรูป น้ำมันใช้แล้ว ในภาคครัวเรือน
ปิโยรส ทิพย์มงคล 1 และ ณัฐพงศ์ ตันติวิวัฒนพันธ์ 2,*
1 วิศวะสิ่งแวดล้อม คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
2 สถาบันวิจัยสภาวะแวดล้อม จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
* E-mail: nattapong.t@chula.ac.th
ปัจจุบันเข้าสู่ช่วงศตวรรษที่ 21 ซึ่งเป็นยุคที่มีความเจริญต่างๆ การเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วทางด้านเทคโนโลยีและนวัตกรรมต่างๆทั้งในด้านพลังงาน การถ่ายเทมวลสาร นอกจากผลิตภัณฑ์และบริการที่เราจะได้รับ เรายังได้ผลิต ของเสีย ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากกระบวนการ โดยส่วนใหญ่มักจะไม่ค่อยได้รับความสนใจ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภาคครัวเรือน มันคงน่าเสียดายที่เราจะไม่นำทรัพยากรที่เรียกว่า “ของเสีย” เหล่านี้มาใช้ให้เกิดประโยชน์สูงสุด ในงานเขียนฉบับนี้ จะมุ่งเน้นไปยังการจัดการ “น้ำมันใช้แล้ว” (Waste Cooking Oil) จากครัวเรือน อย่างถูกวิธี รวมถึงเสนอแนวทางในการแปรรูปทรัพยากรดังกล่าว ให้สามารถนำมาใช้ประโยชน์
แหล่งที่มาของน้ำมันใช้แล้ว
น้ำมันใช้แล้ว หรือ Waste Cooking Oil เป็นน้ำมันพืชหรือไขมันสัตว์ที่ผ่านกระบวนการให้ความร้อนจากกระบวนการทำอาหาร โดยเฉพาะอย่างยิ่งอาหารจานทอดทั้งหลาย (Deep fry) แหล่งที่มาของน้ำมันใช้แล้วนอกจากน้ำมันที่ใช้ทอดแล้ว ยังสามารถมาจากน้ำมันจากการล้างภาชนะ ซึ่งสามารถแยกออกจากน้ำได้โดยบ่อหรือถังดักไขมัน
สำหรับประเทศไทยแล้วน้ำมันใช้แล้วส่วนใหญ่จะเป็นน้ำมันปาล์ม (90%) เนื่องจากคุณสมบัติที่เหมาะสมในการทอดอาหาร และราคาถูก โดยประเทศไทยมีผลผลิตน้ำมันเป็นอันดับ 3 ของโลกมีผลผลิตส่งออก15.4ล้านตันต่อปีโดยคิดเป็น 3.9% ของผลผลิตน้ำมันทั่วโลก จากข้อมูลสติถิการบริโภคและใช้น้ำมันพืชของประเทศไทย พบว่าคนไทยบริโภคน้ำมันพืช 800,000 ตันต่อปี (สำนักข่าว สสส., 2555)
คุณสมบัติของน้ำมันใช้แล้วของประเทศไทย จะมีคุณลักษณะคล้ายกับน้ำมันปาล์ม ซึ่งประกอบไปด้วยไตรกลีเซอร์ไรด์ (Triglyceride) แต่มีคุณภาพต่ำเนื่องจากผ่านกระบวนการให้ความร้อนที่สูงและปนเปื้อนน้ำและเศษอาหาร โดยเฉพาะ ค่าความเป็นกรดที่สูง (Acid value) จากการสลายตัวของไตรกลีเซอร์ไรด์เป็นกรดไขมันอิสระ (Free fatty acid) จากกระบวนการสลายตัวด้วยน้ำ (Hydrolysis) ดังนั้นจึงมีความจำเป็นที่ต้องมีการปรับปรุงคุณภาพของน้ำมันพืชใช้แล้วก่อนน้ำไปแปรรูปสำหรับบางกระบวนการ เช่น การผลิตไบโอดีเซล เป็นต้น
การจัดการน้ำมันใช้แล้ว
เนื่องจากคุณสมบัติที่ไม่ละลายน้ำของน้ำมันใช้แล้ว สามารถก่อให้เกิดปัญหามากมายถ้าไม่มีการจัดการที่ถูกต้อง โดยส่วนใหญ่แล้วภาคครัวเรือนอาจจะไม่ได้ให้ความสำคัญต่อการจัดการของเสียกลุ่มนี้มากเท่าที่ควร โดยจะนำไปเทรวมกับขยะมูลฝอย หรือเททิ้งลงท่อระบายน้ำที่ไม่ได้ติดตั้งบ่อ/ถังดักไขมัน
การเทน้ำมันใช้แล้วลงไปปนกับขยะมูลฝอยของครัวเรือน จะทำให้ขยะมูลฝอยซึ่งเป็นขยะอินทรีย์ไม่สามารถย่อยสลายได้โดยกระบวนการใช้อากาศ (Aerobic biodegradation) เนื่องจากตัวน้ำมันใช้แล้วมีคุณสมบัติไม่ละลายน้ำ ซึ่งจะทำให้การแลกเปลี่ยนอากาศและน้ำในกระบวนการย่อยสลายไม่มีประสิทธิภาพ เกิดสภาวะการหมักแบบไร้อากาศ (Anaerobic biodegradation) ซึ่งผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการหมักในสภาวะไร้อากาศ คือ ก๊าซมีเทน ซึ่งเป็นคุณสมบัติเป็นก๊าซเรือนกระจก (Greenhouse gas) มากกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ 25 เท่า และยังผลิตก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ (Hydrogen sulfide) หรือก๊าซไข่เน่า ส่งกลิ่นเหม็นไม่พึงประสงค์
รูปที่ 1 ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการฝังกลบคราบไขมันอย่างไม่ถูกหลักสุขาภิบาล
ที่มา: กรมควบคุมมลพิษ 2551
สำหรับการเทน้ำมันใช้แล้วลงท่อระบายน้ำ หรือไม่มีการติดตั้งบ่อ/ถังดักไขมัน จะทำให้เกิดการอุดตันตามท่อระบายน้ำ ปัจจุบันท่อระบายน้ำส่วนใหญ่จะทำมาจากท่อพลาสติกพีวีซี (PVC plastic) ซึ่งมีคุณสมบัติในการดูดซับน้ำมันใช้แล้วเป็นอย่างดี นอกจากจะทำให้ท่ออุดตันและเหม็นเน่าจากการหมักในสภาวะไร้อากาศภายในท่อน้ำแล้ว น้ำมันใช้แล้วยังส่งผลเสียต่อระบบการบำบัดน้ำเสีย โดยเฉพาะในระบบการบำบัดน้ำเสียด้วยระบบชีวภาพ (Biological wastewater treatment) ทำให้เกิดการลอยของตะกอนเชื้อ และน้ำมันใช้แล้วยังจะไปเคลือบบนพื้นผิวของจุลินทรีย์ทำให้ไม่สามารถแลกเปลี่ยนสารอาหาร น้ำ และออกซิเจน ได้ (กรมควบคุมมลพิษ, 2546)
หัวใจสำคัญในการจัดการน้ำมันใช้แล้วอย่างถูกวิธี คือ การแยกน้ำมันใช้แล้วดังกล่าวออกจากขยะมูลฝอย และท่อระบายน้ำ สำหรับน้ำมันทอดอาหารที่ใช้แล้ว หลังจากพักให้เย็นแล้ว สามารถนำมาบรรจุลงในขวดพลาสติกและติดฉลากระบุว่าเป็นน้ำมันพืชใช้แล้ว สำหรับน้ำมันจากบ่อ/ถังดักไขมัน ถ้าเป็นระบบขนาดเล็กที่ติดตั้งไว้ใต้อ่างล้างจาน ควรตักออกและบรรจุใสขวดพลาสติกเช่นเดียวกับน้ำมันทอดอาหารที่ใช้แล้ว แต่ต้องระวังไม่ให้มีเศษอาหารหรือน้ำปนเปื้อนมาด้วยกับน้ำมันใช้แล้วดังกล่าว ซึ่งถ้าเรามีการแยกน้ำมันใช้แล้วบรรจุใส่ขวดพลาสติก นอกจากที่จะทำให้การจัดการขยะมูลฝอยทำได้ง่ายแล้ว น้ำมันใช้แล้วดังกล่าวยังสามารถนำไปขายเพื่อผลิตเป็นไบโอดีเซล หรือแปรรูปเป็นอาหารเสริมแก่ปศุสัตว์ (15-20 บาทต่อลิตร)
กระบวนการแปรรูปน้ำมันใช้แล้ว
การปรับสภาพน้ำมันใช้แล้ว
ในการเก็บรักษาน้ำมันใช้แล้ว เพื่อรอแปรรูป มีความจำเป็นที่จะต้องแยกเอาส่วนที่เป็นของแข็งและน้ำออกจากน้ำมันใช้แล้วเสียก่อน
• ขั้นตอนแรก นำน้ำมันใช้แล้วมาอุ่น เพื่อระเหยน้ำออก และลดความหนืดของน้ำมันใช้แล้ว
• ขั้นที่สอง คือ กรองเอาส่วนของแข็งออกจากน้ำมันใช้แล้ว โดยใช้ตะแกรงเหล็ก หรือกระดาษชำระซ้อนกันหลายๆ ชั้น
• ขั้นที่สาม คือ การรอให้น้ำมันใช้แล้วที่ผ่านการกรองเย็นตัวลง และบรรจุใส่ขวดเก็บไว้ในที่ๆ ไม่โดนแดด และความชื้น
ไบโอดีเซล
ไบโอดีเซล (Biodiesel) เป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการเปลี่ยนน้ำมันพืชหรือไขมันสัตว์ เป็นสาร เอสเทอร์ของกรดไขมัน (Fatty acid alkyl ester) โดยใช้แอลกอฮอล์สายสั้น เช่น เมทานอล หรือ เอทานอล และตัวเร่งปฏิกิริยาด่าง เรียกปฏิกิริยานี้ว่า ทรานส์เอสเตอร์ริฟิเคชั่น (Transesterification) จากโครงสร้างไตรกลีเซอร์ไรด์ของน้ำมันใช้แล้ว จะเห็นได้ว่าในปฏิกิริยาเอสเตอร์ริฟิเคชั่น ตัวแอลกอฮอล์จะเข้าไปทำลายโครงสร้าง โดยจะทำให้ไตรกลีเซอร์ไรด์แตกตัวออกเป็น กลีเซอรีน (Glycerin) และตัวแอลกอฮอล์จะเข้าไปรวมตัวกับกรดไขมันอิสระ กลายเป็นไบโอดีเซล โดยใช้ด่าง (โซเดียมไฮดรอกไซด์ หรือ โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าว ด้วยคุณสมบัติการมีชั้วและไม่มีขั้วที่ต่างกันของไบโอดีเซล,กลีเซอรีน และตัวเร่งปฏิกิริยา ทำให้หลังสิ้นสุดปฏิกิริยา สามารถแยกไบโอดีเซลออกจากกลีเซอรีนได้ โดยกลีเซอรีนที่ได้สามารถนำไปกลั่นให้บริสุทธิ์เพื่อนำไปใช้ในอุตสาหกรรมอาหารและยา เครื่องสำอางค์ รวมถึงตัวตั้งต้นของการผลิตพลาสติก ได้อีกด้วย
รูปที่ 2 ไบโอดีเซลและกลีเซอรีนที่ได้จากกระบวนการผลิตไบโอดีเซลด้วยปฏิกิริยาทรานเอสเตอร์ริฟิเคชั่น
เนื่องด้วยคุณภาพของน้ำมันใช้แล้วที่ต่ำ จึงมีความจำเป็นที่จะต้องมีการปรับปรุงคุณภาพของน้ำมันใช้แล้ว เพื่อป้องกันไม่ให้เกิด สบู่ ในระหว่างการผลิตไบโอดีเซล ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ระหว่างกรดไขมันอิสระในน้ำมันใช้แล้วกับตัวเร่งปฏิกิริยาด่างที่ใช้ในกระบวนการผลิตไบโอดีเซล โดยจะทำให้ปฏิกิริยาทราสเอสเตอร์ริฟิเคชั่นเกิดไม่สมบูรณ์เนื่องจากการหายไปของตัวเร่งปฏิกิริยาด่าง นอกจากนั้นยังทำให้การแยกชั้นระหว่างไบโอดีเซลและกลีเซอรีนทำได้ยาก เกิดการสูญเสียไบโอดีเซลไปกับชั้นของกลีเซอรีนเป็นจำนวนมาก รวมถึงการมีสบู่ปนเปื้อนในไบโอดีเซลจะทำให้คุณภาพของไบโอดีเซลเสื่อมเร็วขึ้น โดยเฉพาะค่าความเป็นกรด ความหนืด และค่าต้านทางปฏิกิริยาออกซิเดชั่น ดังนั้นการจัดการกับกรดไขมันอิสระและน้ำในน้ำมันใช้แล้วจึงมีความสำคัญเป็นอย่างยิ่ง (Knothe, Krahl, & Gerpen, 2010)
หนึ่งในวิธีในการผลิตไบโอดีเซลจากน้ำมันคุณภาพต่ำ คือ การทำปฏิกิริยา 2 ขั้นตอน โดยในขั้นตอนแรกจะใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดกรดร่วมกับแอลกอฮอล์ เพื่อเปลี่ยนกรดไขมันอิสระเป็นไบโอดีเซล ด้วยปฏิกิริยาเอสเตอร์ริฟิเคชั่น (Esterification) หลังจากแยกส่วนของกลีเซอรีนและตัวเร่งปฏิกิริยากรดออกไปแล้ว จึงค่อยเติมตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดด่างร่วมกับแอลกอฮอล์ เพื่อเปลี่ยนไตรกลีเซอร์ไรด์ที่เหลือให้เป็นไบโอดีเซล (รูปที่ 3) (Thoai, Tongurai, Prasertsit, & Kumar, 2019)
รูปที่ 3 ปฏิกิริยาเคมีในกระบวนการผลิตไบโอดีเซลด้วยปฏิกิริยาเอสเทอร์ริฟิเคชั่น (1) และปฏิกิริยาทรานเอสเตอร์ริฟิเคชั่น (2)
เชื้อเพลิงอัดแท่ง
น้ำมันใช้แล้วสามารถนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงเหลวสำหรับจุดตะเกียงได้โดยตรง แต่มีข้อเสียตรงที่การเกิดเขม่าทำ เนื่องจากการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ จึงมีการปรับปรุงโดยการนำไปผสมกับวัสดุอื่นๆ เช่น พาราฟิน หรือเศษไม้ (Wood pellets) แล้วขึ้นรูปเป็นเชื่อเพลิงอัดแท่ง โดยการเติมน้ำมันใช้แล้วลงไปในเชื้อเพลิงอัดแท่ง สามารถเพิ่มค่าความร้อนให้กับเชื้อเพลิงอัดแท่งได้ รวมถึงเป็นตัวผสานเพื่มความหนาแน่นของเชื้อเพลิงอัดแท่งได้อีกทาง
รูปที่ 4 เชื้อเพลิงอัดแท่งชนิดพาราฟิน (1) และชนิดเศษไม้ (2)
ที่มา: กรมควบคุมมลพิษ, 2551
อาหารสัตว์
น้ำมันใช้แล้วนอกจะใช้เป็นแหล่งพลังงานเชื้อเพลิงทดแทนน้ำมันปิโตรเลียม น้ำมันใช้แล้วยังสามารถนำมาใช้เพิ่มคุณค่าทางโภชนาการให้แก่อาหารสัตว์ ได้แก่ อาหารหมู อาหารไก่ และอาหารสัตว์น้ำ เป็นต้น เพื่อเพิ่มน้ำหนักให้แก่ปศุสัตว์ ประเทศไทยมีการใช้น้ำมันใช้แล้วผสมและคลุกเคล้ากับอาหารสัตว์ได้โดยตรง แต่ในต่างประเทศ มีการออกกฏหมายเกี่ยวกับการใช้น้ำมันใช้แล้วในอาหารสัตว์ โดยมิให้มีการใช้ผสมโดยตรง รวมถึงควบคุมแหล่งที่มาของน้ำมันใช้แล้ว ว่าจะต้องไม่สัมผัสกับอาหารจำพวกโปรตีนประเภทอื่น ถึงจะสามารถนำมาผลิตเป็นอาหารสัตว์ได้ เนื่องจากความเสี่ยงที่เกิดจากโรคติดต่อ เช่น โรคปากเท้าเปื่อย โรคไข้หวัดหมู โรคไข้หวัดนก และโรควัวบ้า เป็นต้น เพื่อป้องกันความเสี่ยงจากโรค จึงมีความจำเป็นที่จะต้องให้ความร้อนแก่น้ำมันใช้แล้ว ดังที่แสดงไว้ใน ตารางที่ 1
ตารางที่ 1 อุณหภูมิและระยะเวลาในการทำลายเชื่อโรคของโรคติดต่อแต่ละชนิด ที่อาจปนเปื้อนมากับน้ำมันใช้แล้ว
| โรคติดต่อ | อุณหภูมิและช่วงเวลาในการทำลายเชื้อโรค |
| โรคปากเท้าเปื่อย | 70 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 30 นาที |
| โรคไข้หวัดหมู | 65.5 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 30 นาที หรือ 71 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 1 นาที |
| โรคไข้หวัดหมูแอฟริกา | 56 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 70 นาที หรือ 60 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 20 นาที |
| โรคไข้หวัดนก | 70 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 3.5 วินาที |
| โรคปากเท้าเปื่อยในหมู | 56 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 1 ชั่วโมง |
ที่มา: (Food Standards Agency, 2011
สารหล่อลื่น
ด้วยคุณสมบัติเหนียวและลื่นของน้ำมันพืชและไขมันสัตว์ ทำให้น้ำมันใช้แล้วมีคุณสมบัติของการเป็นสารหล่อลื่นที่ดี โดยสามารถนำไปหยอดตามรูกุญแจเพื่อแก้ไขความฝืดที่เกิดจากสนิมเหล็กได้ แต่ปัญหาของการใช้น้ำมันใช้แล้วเป็นสารหล่อลื่น คือ การสลายตัวของน้ำมันใช้แล้ว เกิดเป็นกรด ซึ่งจะไปทำลายพื้นผิวของวัสดุ ดังนั้น จึงมีความจำเป็นที่จะต้องเปลี่ยนสภาพของน้ำมันใช้แล้วให้เหมาะสม โดยทำปฏิกิริยาสปอนิฟิเคชั่น (Saponification) กับลิเทียมไฮดรอกไซด์ เพื่อให้ได้เป็นสารหล่อลื่นที่คงตัว (Wikipedia, 2020)
รูปที่ 5 สารหล่อลื่นที่ทำมาจากสบู่ลิเทียม
ที่มา: https://www.indiamart.com/proddetail/lithium-soap-grease-13477742033.html
สบู่และสารทำความสะอาด
สบู่ หรือเกลือของกรดไขมันอิสระ (Soap; Fatty acid salt) เป็นผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการเติมสารละลายด่างลงไปในน้ำมันพืชหรือไขมันสัตว์ ผ่านปฏิกิริยาสปอนนิฟิเคชั่น (Saponification) โดยโครงสร้างของสบู่ประกอบไปด้วยส่วนที่ไม่ละลายน้ำ (สายโซ่ของกรดไขมัน; Fatty acid chain) และส่วนที่ละลายน้ำ (ประจุบวกของโซเดียม หรือ โพแทสเซียม จากสารละลายด่าง) ทำให้สบู่มีคุณสมบัติในการละลายได้ทั้งในน้ำมันและในน้ำ และสามารถลดแรงตึงผิวระหว่างสาร 2 ชนิดได้ (สารลดแรงตึงผิว; Surfactant)
ในกระบวนการทำสบู่สำหรับเป็นสารทำความสะอาด สารละลายด่าง 2 ชนิด ที่นิยมใช้ คือ โซเดียมไฮดรอกไซด์ (โซดาไฟ) และ โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (ด่างคลี) ซึ่งคุณสมบัติของสบู่ที่ผลิตได้จะแตกต่างกัน โดยสบู่โซเดียม จะมีลักษณะแข็ง เหมาะในการทำเป็นสบู่ก้อน ส่วนสบู่โพแทสเซียมจะมีลักษณะนิ่มกึ่งเหลว เหมาะในการทำเป็นสบู่เหลว
รูปที่ 6 สบู่ก้อน (1) และสบู่เหลว (2) ที่ทำมาจากน้ำมันใช้แล้ว
ที่มา: https://www.youtube.com/watch?v=Uyane2IOSU0
เอกสารอ้างอิง
Food Standards Agency. (2011, 9 SEP 2011). Use of oils and fats in farm animal ffed. Retrieved from https://www.aictradeassurance.org.uk/latest-documents/use-of-ucos-in-farm-animal-feeds/use-of-ucos-in-farm-animal-feeds-sept-2011.pdf
Knothe, G., Krahl, J., & Gerpen, J. (2010). The Biodiesel Handbook: Academic Press and AOCS Press.
Thoai, D. N., Tongurai, C., Prasertsit, K., & Kumar, A. (2019). Review on biodiesel production by two-step catalytic conversion. Biocatalysis and Acricultural Biotechnology, 18, 101023.
Wikipedia. (2020, 29 APR 2020). Lithium soap. Retrieved from https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium_soap
กรมควบคุมมลพิษ. (2546). คู่มือแนวทางการจัดการกากตะกอนจากระบบบำบัดน้ำเสีย โครงการจัดทำหลักเกณฑ์และแนวทางการจัดการกากตะกอนจากระบบบำบัดน้ำเสีย.
กรมควบคุมมลพิษ. (2551). คู่มือแนวทางการจัดการน้ำมันและไขมันจากบ่อดักไขมันและการนำไปใช้ประโยชน์สำหรับบ้านเรือน (1 ed.): กระทรวงทรพัยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม.
สำนักข่าว สสส. (2555). ตะลึง!! คนไทยบริโภคน้ำมันพืชปีละกว่า 8 แสนตัน. Retrieved from https://www.thaihealth.or.th/Content/23190-ตะลึง!!%20คนไทยบริโภคน้ำมันพืชปีละกว่า%208%20แสนตัน.html
