ดร.ขจรศักดิ์  เพื่องนวกิจ  นักวิจัยจากศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ รับรางวัลนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่จากมูลนิธิส่งเสริมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในพระบรมราชูปถัมภ์ จากผลงานการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาหลายฟังก์ชันระดับนาโนเมตร เพื่อผลิต “เชื้อเพลิงชีวภาพ” ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

ปัจจุบันอุตสาหกรรมด้านพลังงานทดแทน ปิโตรเคมี และเคมีชีวภาพ มีความสำคัญยิ่งต่อการพัฒนาประเทศ งานวิจัยพัฒนาด้านวิศวกรรมเคมีและเคมีประยุกต์ โดยเฉพาะด้านตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งเป็นหัวใจสำคัญในการพัฒนางานด้านพลังงาน  ดังนั้นนักวิจัยจึงมุ่งพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีโครงสร้างระดับนาโนเมตรที่สามารถแสดงสมบัติพิเศษที่ดีกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาทั่วไป โดยการควบคุมฟังก์ชันการทำงานได้หลากหลายรูปแบบ (Multifunctional Nanocatalyst) พร้อมๆกับการออกแบบระบบการใช้งานตัวเร่งปฏิกิริยาในถังปฏิกรณ์ชนิดต่างๆ เพื่อผลิตเป็น “เชื้อเพลิงชีวภาพ” และตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

ซึ่งจากผลงานการวิจัย ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ศึกษาและพัฒนาขึ้นมีหลายชนิด เช่น Spinel oxides, Mixed alkaline earth oxides, Alumina และ Zeolites รวมถึงคอมโพสิทของตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้ เพื่อให้มีฟังก์ชันความเป็นโลหะ กรด และเบส รวมถึงมีขนาดและรูปร่างของอนุภาคที่เหมาะสม โดยมุ่งเน้นการประยุกต์ใช้ในการผลิตไบโอดีเซล ดีเซลสังเคราะห์ แอลกอฮอล์ ไฮโดรเจน เพื่อใช้ทดแทนตัวเร่งปฏิกิริยาเอกพันธ์ (Homogeneous Catalyst) ที่ใช้กันอยู่ทั่วไป ซึ่งไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ และมักก่อให้เกิดปัญหาด้านสิ่งแวดล้อม

“หลักการผลิตพลังงาน โดยเฉพาะจากวัตถุดิบชีวภาพ คือการเปลี่ยนรูปวัตถุดิบตั้งต้นให้อยู่ในรูปพลังงานที่พร้อมใช้งาน อาจอยู่ในรูปแบบความร้อน ไฟฟ้า หรือ การกักเก็บพลังงานในรูปเชื้อเพลิงเหลว เพื่อใช้ในเครื่องยนต์  ซึ่งกระบวนการทั้งหมดต้องผ่านกรรมวิธีทางเคมี และห้องปฏิบัติการที่ใช้ต้องมีประสิทธิภาพสูง ดังนั้น เพื่อลดการสิ้นเปลืองพลังงานและการเกิดของเสีย การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีโครงสร้างระดับนาโนเมตรร่วมกับการออกแบบระบบการใช้งานที่เหมาะสม จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและลดค่าใช้จ่ายที่เกิดขึ้นในกระบวนผลิตได้”

โดยงานวิจัยที่ดร.ขจรศักดิ์ และทีมนักวิจัยทำมี 2 ส่วนคือ 1) ด้านวิศวกรรมเคมี (Chemical Engineering) โดยทีมวิจัยจะออกแบบตัวอุปกรณ์และกระบวนการที่เหมาะสมกับลักษณะของสารตั้งต้นที่ใช้และผลผลิตที่ต้องการ เริ่มตั้งแต่กระบวนการเตรียมสารให้เหมาะสมกับการทำปฏิกิริยา จากนั้นนำสารเข้าไปในตัวถังปฏิกรณ์หลัก ซึ่งจะมีการออกแบบและศึกษาสภาวะการดำเนินการที่เหมาะสม ผลผลิตที่ได้จะผ่านกระบวนการคัดแยกเพื่อให้ได้ผลผลิตหลักที่มีความบริสุทธิสูงพร้อมใช้งาน และ 2) การพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาหลายฟังก์ชัน ที่มีโครงสร้างระดับนาโนเมตร (Multifunctional Nanocatalyst) โดยปกติอุตสาหกรรมการผลิตไบโอดีเซล ดีเซลสังเคราะห์ และสารเคมีพื้นฐานต่างๆจะใช้ระบบตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเอกพันธ์ (Homogeneous Catalyst) ซึ่งมักก่อให้เกิดปัญหาด้านสิ่งแวดล้อม  ข้อดีของตัวเร่งปฏิกิริยานาโนแบบวิวิธพันธุ์ (Heterogeneous Catalyst) ที่พัฒนาขึ้น คือ สามารถเร่งปฏิกิริยาให้เกิดผลผลิตที่ดีและมีคุณภาพสูง การที่ตัวเร่งปฏิกิริยามีหลายฟังก์ชัน การทำงานสามารถรองรับสารตั้งต้นที่เป็นของผสมหลายชนิดและยังสามารถทำงานในปฏิกิริยาที่ซับซ้อนได้ดี พร้อมกันนี้ยังมีข้อดีที่สามารถแยกออกจากผลิตภัณฑ์ที่ต้องการได้ง่าย จึงนำกลับมาใช้ใหม่ได้และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

สำหรับการพัฒนางานวิจัยต่อไปในอนาคต ทีมวิจัยจะเน้นทำโจทย์วิจัยจากโรงงาน ซึ่งจะเป็นงานวิจัยประยุกต์เพื่อใช้งานจริง ควบคู่กับการวิจัยพื้นฐานในห้องปฏิบัติการเพื่อให้เกิดองค์ความรู้ใหม่ๆ ในการผลิตผลงานวิจัยคุณภาพสูงในระดับสากลและสามารถใช้งานได้จริงต่อไป…