“นักวิจัยคณะวิศวฯ มช. แต่งแร่ทรายน้ำมันโดยการใช้สารลดแรงตึงผิวที่ไวต่อก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพื่อช่วยผลักดันการใช้ประโยชน์จากคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 Utilization)”
.
นายธีรภัทร์ ต่อสวย นักศึกษาปริญญาโท และผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.สุพฤทธิ์ ตั้งพฤทธิ์กุล อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์ ภาควิชาวิศวกรรมเหมืองแร่และปิโตรเลียม คณะวิศวกรรมศาสตร์ มช. ศึกษาการแต่งแร่ทรายน้ำมัน (Oil sands) ด้วยสารลดแรงตึงผิวที่ไวต่อก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเกลือความเค็มต่ำพบว่า น้ำเกลือช่วยส่งเสริมการแยกออกของบิทูเมน (Bitumen) ซึ่งเป็นน้ำมันหนักชนิดหนึ่ง ออกจากทรายน้ำมันได้ดีขึ้นเมื่อร่วมกับการใช้สารลดแรงตึงผิวที่ไวต่อคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 responsive surfactant) โดยนำก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเป็นหนึ่งในก๊าซเรือนกระจกมาใช้ในกระบวนการ (CO2 Utilization) เพื่อลดผลกระทบต่อสภาวะโลกร้อนที่เกิดขึ้นในปัจจุบัน สอดคล้องกับเป้าหมายการพัฒนาที่ยั่งยืนของสหประชาชาติ (UN) ข้อที่ 13 ว่าด้วยการลดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและผลกระทบที่เกิดขึ้น (Climate action) และข้อที่ 7 เพิ่มการเข้าถึงพลังงาน
.
เป็นที่ทราบกันดีว่าสภาวะโลกเราในปัจจุบันนั้น ยังคงพึ่งพาพลังงานฟอสซิลในปริมาณที่สูง อันเนื่องจากมีต้นทุนการผลิตที่ไม่สูงมากนัก เมื่อเทียบกับพลังงานทางเลือกใหม่ (Renewable energy) เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ด้วยการติดโซล่าเซลล์ หรือพลังงานไฟฟ้าจากกังหันลม แม้ว่าการได้มาซึ่งพลังงานเหล่านี้จะสะอาดกว่า แต่ต้นทุนการผลิตนั้นกลับสูงกว่ามาก ซึ่งการใช้พลังงานฟอสซิลในปริมาณที่สูงนั้น ทำให้เกิดการปลดปล่อยก๊าซเรือนจกอันมหาศาล ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศหรือสภาวะเรือนกระจกในปัจจุบันอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ หนึ่งในแนวทางการรับมือภาวะเรือนกระจกในปัจจุบันคือ การนำก๊าซเหล่านั้นมาใช้ประโยชน์ ซึ่งงานวิจัยนี้ได้ศึกษาการนำก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มาใช้เพื่อส่งเสริมประสิทธิภาพของกระบวนการแต่งแร่ทรายน้ำมัน ผ่านการใช้สารลดแรงตึงผิวที่ไวต่อก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ร่วมกับน้ำเกลือความเค็มต่ำที่มีความสามารถในการเปลี่ยนความเปียกของผิว (Wettability Alteration) ของทรายน้ำมันได้
.
ในการศึกษาได้มีการใช้ตัวอย่างบิทูเมน (AC60/70) เพื่อทดสอบความค่าสามารถในการแยกออกของบิทูเมนจากทรายน้ำมันรวมกลับสารลดแรงตึงผิวที่ไวต่อก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเกลือความเค็มต่ำ พบว่าเมื่อใช้สารดังกล่าวในปริมาณมากขึ้น จะทำให้แรงตึงผิวระหว่าง 3 เฟส ได้แก่ ผิวทราย น้ำและบิทูเมนลดต่ำลง ในขณะเดียวกันเมื่อใช้น้ำเกลือในความเข้มข้นที่เหมาะสม (10mM) จะช่วยปรับสภาพผิวทรายให้มีความเปียกน้ำมากขึ้น เมื่อใช้สารทั้งสองชนิดร่วมกัน จะจำให้เกิดการปฏิสัมพันธ์แบบส่งเสริมซึ่งกันและกัน (synergistic interaction) ทำให้ความตึงผิวลดต่ำลงกว่าเดิม และมีความเปียกน้ำมากขึ้น เนื่องมาจากน้ำเกลือช่วยทำให้เกิดการดูดแนบของสารลดแรงตึงผิวดังกล่าวที่ผิวสัมผัสระหว่างน้ำและบิทูเมนมากขึ้น ซึ่งทั้งสองมีส่วนช่วยกระตุ้นการแยกออกของบิทูเมนจากทรายน้ำมัน สังเกตได้จากพื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างผิวทรายน้ำมันและบิทูเมนที่ลดน้อยลง
.
จากการศึกษาการใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในกระบวนการลอยแร่ร่วมกับสารทั้งสองชนิด ซึ่งเป็นขั้นตอนการการแยกเก็บน้ำมันที่แยกออกจากทรายน้ำมันแล้วโดยใช้ฟองอากาศ พบว่าสารลดแรงตึงผิวมีการตอบสนองต่อการใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นอย่างดี แม้ว่าจะมีไอออนเกลือผสมร่วมอยู่ด้วย พิจารณาจากค่าความตึงผิวระหว่างผิวน้ำและบิทูเมนที่เพิ่มสูงขึ้น ซึ่งค่าความตึงผิวที่เพิ่มสูงขึ้นในขั้นตอนนี้ จะช่วยส่งเสริมการยึดเกาะระหว่างฟองอากาศและบิทูเมน ทำให้ประสิทธิภาพการลอยแร่ทราบน้ำมันเพิ่มมากขึ้น อีกทั้งยังพบว่ามีการดูดแนบฟองอากาศกับบิทูเมนมากขึ้น เมื่อทดสอบการใช้ฟองก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์แทนฟองอากาศแบบดั้งเดิมในกระบวนการลอยแร่ แสดงให้เห็นศักยภาพและแนวทางการใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในกระบวนการผลิตน้ำมันได้อย่างมีประสิทธิภาพ
.
อ้างอิง
Tosuai, T., Thanasaksukthawee, V., Lu, Y., Akamine, T., Somprasong, K., & Tangparitkul, S. (2023). Enhanced Bitumen Extraction from Oil Sands Using CO2-Responsive Surfactant Combined with Low-Salinity Brine: Toward Cleaner Production via CO2 Utilization. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 131617.
.
อ่านงานวิจัย
