จากเอา E85 มาทำเจลล้างมือ ไปจนถึง Cetane no. น้ำมันดีเซล MO Memoir : Sunday 29 March 2563

เมื่อตอนต้นเดือน ตอนที่เอทานอลขาดตลาด คนหาซื้อเอาไปทำเจลล้างมือ เอาไปฆ่าเชื้อโรคไม่ได้ ผมก็เลยลองตั้งคำถามเล่น ๆ ว่าจะเอาน้ำมันแก๊สโซฮอล์ E85 (ที่มีเอทานอลอยู่ 85%) ที่ขายลิตรกันอยู่ลิตรละไม่ถึง ๒๐ บาท เอาไปทำเจลล้างมือฆ่าเชื้อโรคได้ไหม แต่จะว่าไปคำถามนี้มันก็เลยไปนิดนึง คือน่าจะตั้งคำถามก่อนว่าเอทานอลในรูปของ E85 สามารถฆ่าเชื้อโรคได้ไหม ซึ่งตรงนี้ผมก็ไม่รู้ 

  

ส่วนคำถามที่ว่าจะเอา E85 ไปทำเจลล้างมือได้ไหม ก็มีคนถามในอินเทอร์เน็ตเหมือนกัน แต่คำตอบมักจะมาในทำนองที่ว่ามัน E85 มันไวไฟ (แต่จะว่าไปเอทานอลเข้มข้นสูงมันก็ไวไฟเช่นกัน แต่คนตอบคำถามไม่ยักเอ่ยถึง)

  

รูปที่ ๑ Phase diagram ระหว่างน้ำมันเบนซิน (gasoline) เอทานอล และน้ำ บริเวณที่อยู่เหนือเส้นโค้งคือบริเวณที่ทั้งสามสารรวมกันอยู่ในเฟสเดียวได้ ส่วนบริเวณที่อยู่ใต้เส้นโค้งจะเกิดการแยกเป็นสองเฟส คือเฟสที่มีน้ำเป็นหลัก (อยู่ทางด้านซ้าย) และเฟสที่มีน้ำมันเบนซินเป็นหลัก (อยู่ทางด้านขวา) น้ำมันแก๊สโซฮอล์ที่ใช้กันก็ต้องมีส่วนผสมที่อยู่ในช่วงที่เป็นเฟสเดียว โดยต้องคำนึงถึงอุณหภูมิสูงสุดของการใช้งานด้วย เพราะการแยกเฟสจะเกิดได้ดีขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น (รูปจาก T. Johansen & J. Schramm, "Low-Temperature Miscibility of Ethanol-Gasoline-Water Blends in Flex Fuel Applications", Energy Sources Part A(18) Recovery, Utilization, and Environmental Effects:1634-1645 · November 2009)

  

ที่ผมมองนั้นไม่ใช่การเอา E85 มาทำเจลล้างมือโดยตรง เพราะสงสัยอยู่เหมือนกันว่าองค์ประกอบส่วนที่เป็นไฮโดรคาร์บอนที่เป็นโมเลกุลไม่มีขั้วนั้นไปรบกวนการเกิดเป็นเจลหรือไม่ ที่คิดเอาไว้เล่น ๆ ก็คือถ้าเราเติมน้ำลงไปใน E85 จนในที่สุดมันเกิดการแยกเป็น ๒ เฟส เป็นไปได้ไหมที่จะเอาเฟส (น้ำ + เอทานอล) ที่มีน้ำมันปนอยู่เล็กน้อย มาแยกน้ำมันออกและเพิ่มความบริสุทธิ์ของเอทานอล โดยทิ้งท้ายไว้ว่าน่าจะลองเอาไปทำเป็นโจทย์วิชา plant design ให้นิสิตวิศวกรรมเคมีคิดกันเล่น ๆ ในช่วงนี้ (แต่บังเอิญผมไม่ได้สอนวิชานี้)

  

คำถามเรื่องเอา E85 ไปทำเป็นเจลล้างมือนั้น ก็มีการตั้งคำถามกับบนอินเทอร์เน็ต และมีคำตอบที่หลากหลาย ผมขอยกมาตัวอย่างหนึ่งก็แล้วกันนะครับ ในรูปที่ ๒ ข้างล่าง ลองอ่านเองก่อนก็แล้วกัน

  

รูปที่ ๒ คำตอบหนึ่งที่เห็นมีคนตอบทางอินเทอร์เน็ต ที่ผมติดใจนิดนึงคือแหล่งที่มาข้อมูลน้ำมันเบนซินที่เขาอ้างอิง

ในคำตอบนี้มีบางจุดที่ผมติดใจ ตัวอย่างแรกก็คือย่อหน้าที่ ๔ ที่บอกว่าน้ำมันเบนซินประกอบด้วยอะไรบ้าง "... เช่น เอ็นเฮกเซน เบนซีน ออกเทน เฮบเทน (อันนี้น่าจะพิมพ์ผิด ที่ถูกควรจะเป็นเฮปเทน) เป็นต้น ซึ่งสารเคมีเหล่านี้มีความเป็นพิษ .." ซึ่งถ้าจะว่าตามประโยคที่เขาเขียน แสดงว่าสารทุกตัวที่เขายกมานั้นต่างมีความเป็นพิษทั้งนั้น

  

เรื่องความเป็นพิษของสารเนี่ย จะว่าไปน้ำเปล่าก็เป็นพิษถึงตายได้ถ้าดื่มเข้าไปมากเกินขนาด เอทานอลก็มีความเป็นพิษเช่นกันไม่ว่าจะเป็นด้วยการดื่มเข้าไปหรือการสัมผัส สารประกอบไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวพวกพาราฟินเนี่ยจะว่าไปมันมีความเป็นพิษที่ต่ำ ต่ำขนาดไหนหรือครับ ก็วาสลีนที่นำมาใช้กันในชีวิตประจำวัน (ทาริมฝีปากแห้งตอนหน้าหนาวหรือทาผิวหนังที่แตกแห้ง) หรือใช้ในทางการแพทย์ (เพื่อการหล่อลื่น) ก็ยังได้มาจากปิโตรเลียม แต่ทำให้มันมีความบริสุทธิ์สูงด้วยการกำจัดสิ่งปนเปื้อนออกไป

ในส่วนของสารประกอบอะโรมาติก (aromatic) นั้น ตัวที่มีความเป็นพิษสูงก็คือเบนซีน (Benzene C₆H₆) ในขณะที่พวกอัลคิลเบนซีน (alkyl benzenes) ต่าง ๆ นั้นมีความเป็นพิษต่ำกว่ามาก 

  

รูปที่ ๓ ข้อกำหนดเกี่ยวกับสารประกอบบางตัวในน้ำมันแก๊สโซฮอล์ จากรายละเอียดแนบท้าย ๑ ของประกาศกรมธุรกิจพลังงาน เรื่อง กำหนดลักษณะและคุณภาพของน้ำมันแก๊สโซฮอล์ พ.ศ. ๒๕๖๒ ประกาศในราชกิจจานุเบกษา เล่ม ๑๓๖ ตอนพิเศษ ๘๗ ง หน้า ๒๕ วันที่ ๕ เมษายน ๒๕๖๒

น้ำมันเบนซินประกอบด้วยอะไรบ้างนั้น ถ้าดูจากข้อกำหนดลักษณะและคุณภาพเราก็จะเห็นว่าสิ่งที่เขากำหนดนั้นพอจะแบ่งออกได้เป็น

  

(ก) ส่วนที่เป็นไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ใช่อะโรมาติก

(ข) ส่วนที่เป็นสารประกอบอะโรมาติก และ

(ค) ส่วนที่เป็นสารเพิ่มเลขออกเทน (octance number)

  

ส่วนที่ว่าแต่ละสารจะมีได้ในปริมาณเท่าใดนั้น ยังมีพารามิเตอร์อื่นเข้ามาเกี่ยวข้องอีก ที่สำคัญเห็นจะได้แก่ความดันไอและกราฟอุณหภูมิการกลั่น ที่เป็นตัวกำหนดว่าควรมีไฮโดรคาร์บอนที่มีจุดเดือดต่ำและสูงผสมกันในสัดส่วนเท่าใด ซึ่งสองพารามิเตอร์นี้เคยเล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๕๔๘ วันพฤหัสบดีที่ ๑๓ ธันวาคม ๒๕๕๕ เรื่อง "กราฟอุณหภูมิการกลั่นของน้ำมันเบนซิน (Gasoline distillation curve)"

  

จากข้อมูลที่นำมาให้ดูในรูปที่ ๓ จะเห็นว่าปริมาณสารประกอบเบนซีนนั้นถูกจำกัดไว้เป็นพิเศษ คือไม่ให้เกินร้อยละ ๑.๐ โดยปริมาตร ในขณะที่ปริมาณอะโรมาติกรวมยอมให้สูงได้ถึงร้อยละ ๓๕ โดยปริมาตร หรือกว่า ๑ ใน ๓ ของน้ำมัน เหตุผลที่ต้องยอมให้มีพวกสารอะโรมาติกสูงก็เพราะพวกนี้เป็นสารที่มีเลขออกเทนสูงนั้นนั้น เรียกว่าระดับร้อยกว่าขึ้นไปทั้งสิ้น แต่มันก็มีปัญหาเรื่องที่มันมีจุดเดือดสูงเช่นกัน จุดเดือดอะโรมาติกพวก C8 ก็เข้าไปแตะ 140ºC แล้ว ถ้าเป็น C9 ก็เข้าไปแตะที่ระดับ 170ºC

   

ที่อะตอม C เท่ากัน สารประกอบโอเลฟินส์จะมีเลขออกเทนสูงกว่า พวกนี้มันเกิดตอนที่ทำให้โมเลกุลใหญ่แตกออกเป็นโมเลกุลเล็ก แต่ที่ต้องควบคุมปริมาณก็เพราะมันสามารถเกิดปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์เป็นโมเลกุลใหญ่ได้ กลายเป็นคราบของแข็งสกปรกเกาะติดในระบบจ่ายเชื้อเพลิง

  

รูปที่ ๔ ส่วนหนึ่งของเนื้อหาบทความที่มีการอ้างอิงในรูปที่ ๒ เอกสารต้นฉบับเนื้อหาไปปรากฏอยู่คนละหน้ากัน ก็เลยขอตัดต่อให้มาอยู่ในหน้าเดียวกัน แต่ไม่ได้มีการตัดข้อความใด ๆ ระหว่างกลางทิ้งออกไป

อีกอันหนึ่งที่ผมติดใจก็คือแหล่งข้อมูลอ้างอิงที่รูปที่ ๒ อ้างอิงมา ที่เป็นบทความตีพิมพ์ในวารสารฉบับหนึ่ง (อยากรู้ว่าเป็นเรื่องอะไรก็คงค้นดูตามลิงก์ที่ปราฏเอาเองนะครับ) รูปที่ ๔ ผมตัดมาเฉพาะข้อความที่เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบน้ำมันเบนซินและน้ำมันดีเซลที่ปรากฏในบทความนั้น ลองอ่านดูเอาเองก่อนนะครับ สำหรับคนที่มีความรู้พื้นฐานเคมีอินทรีย์ก็คงจะพอมองเห็นอะไรบ้างแล้วนะครับ โดยเฉพาะตรงที่ผมขีดเส้นใต้สีแดงเอาไว้

   

น้ำมันเบนซินกับน้ำมันดีเซลเป็นน้ำมันที่ตรงข้ามกันครับ โครงสร้างที่ดีสำหรับเบนซิน (เช่น โซ่กิ่ง อะโรมาติก) จะเป็นโครงสร้างที่ไม่ดีสำหรับดีเซล ส่วนโครงสร้างที่ไม่ดีสำหรับเบนซิน (พวกโซ่ตรง) กลับเป็นโครงสร้างที่ดีสำหรับดีเซล ในขณะที่น้ำมันเบนซินมีเลขออกเทนเป็นตัวบ่งบอกความสามารถในการต้านทานการน๊อค น้ำมันดีเซลก็มีเลขซีเทน (cetane number) ที่เป็นตัวบ่งบอกความสามารถในการต้านทานการน๊อคเช่นกัน โดยเลขซีเทนของน้ำมันดีเซลที่ใช้ในบ้านเรา ที่ กรมธุรกิจพลังงานกำหนดไว้ต้องมีค่าไม่น้อยกว่า ๕๐

   

ข้อความที่ขีดเส้นใต้เอาไว้ในรูปที่ ๔ คือ "... ส่วนประกอบหลักคือ พาราฟินที่ไม่แยกกิ่งสาขา (unbranched paraffins) มีคาร์บอนหลายตัว² เช่น เบนซีน โทลูอีน ออร์โธไซลีน และพราราไซลีน ..." ในภาษาไทยนั้น คำ "เช่น" ที่ปรากฏเป็นตัวขยายความคำที่อยู่ข้างหน้า ซึ่งในที่นี้ก็เป็นการยกตัวอย่างโมเลกุลสารประกอบที่เป็นพวกพาราฟินที่ไม่แยกกิ่งสาขา แต่โมเลกุลที่เขายกมานั้นเป็นพวกอะโรมาติก ซึ่งเป็นคนละพวกกัน

  

รูปที่ ๕ ตัวอย่างเลขซีเทนของสารประกอบอะโรมาติกบางตัว พึงสังเกตว่าพวกนี้ต่างมีเลขซีเทนต่ำมากทั้งนั้น (จาก "Compendium of Experimental Cetane Numbers" โดย J. Yanowitz, M.A. Ratcliff, R.L. McCormick, J.D. Taylor และ M.J. Murphy ดาวน์โหลดได้ที่ https://www.nrel.gov/docs/fy17osti/67585.pdf)

บทความที่มีการอ้างอิงบางทีก็ต้องดูดี ๆ เหมือนกัน (แม้แต่บทความที่ผมเขียนก็เช่นกัน) เพราะมันบ่งบอกว่าคนที่อ้างอิงบทความและคนที่เขียนบทความ (รวมทั้งผู้ประเมินบทความให้ตีพิมพ์ด้วย) ว่ามีความรู้ในเรื่องนั้นหรือได้อ่านบทความนั้นหรือไม่ เคยเจอเหมือนกัน ที่มีการอ้างอิงบทความ แต่พอตามไปอ่านจริง ๆ กลับพบว่าบทความนั้นไม่ได้เขียนเรื่องที่ถูกกล่าวพาดพิงเอาไว้เลย