ข้ามไปยังเนื้อหาหลัก
ค้นหา

การวิจัยและพัฒนาเชื้อเพลิงชีวภาพขั้นสูง

เอ็กซอนโมบิลยังคงให้ทุนสนับสนุนและดำเนินการวิจัยเชื้อเพลิงชีวภาพขั้นสูงอย่างต่อเนื่อง โครงการนี้เป็นส่วนหนึ่งของการลงทุนในเทคโนโลยีใหม่ๆ ที่มีแนวโน้มในการพลิกโฉมรูปแบบการจัดหาพลังงาน การลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก และการพัฒนาประสิทธิภาพในการดำเนินงาน

เราให้เงินทุนสนับสนุนโครงการวิจัยด้านเชื้อเพลิงชีวภาพที่หลากหลาย รวมถึงการวิจัยและพัฒนาเชื้อเพลิงจากสาหร่าย และการวิจัยเพื่อแปรสภาพชีวมวลที่ไม่ใช่อาหาร เช่น ชีวมวลจากเซลลูโลส มาเป็นสารตั้งต้นในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพขั้นสูง เราเชื่อว่าการพัฒนาเทคโนโลยีพื้นฐานและความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์เป็นสิ่งจำเป็น ทั้งในการนำชีวมวลมวลมาใช้ให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุด และในกระบวนการแปรสภาพชีวมวลให้เป็นเชื้อเพลิง เพื่อให้มั่นใจว่าเชื้อเพลิงชีวภาพขั้นสูงจะสามารถนำมาใช้ได้ในเชิงพาณิชย์ และผลิตภัณฑ์ที่ได้จะสามารถช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกซึ่งเป็นผลดีต่อสิ่งแวดล้อม การค้นคว้าวิจัยเพื่อความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์จึงเป็นเรื่องที่สำคัญอย่างยิ่ง สำหรับการวิจัยในลักษณะนี้ การทำความเข้าใจและการตั้งคำถามทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับประเด็นท้าทายต่างๆ เป็นเรื่องสำคัญยิ่ง ในการค้นหาคำตอบของความท้าทายเหล่านั้น

นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรที่มหาวิทยาลัย ห้องปฏิบัติการของรัฐบาล และบริษัทต่างๆ กำลังทำการวิจัยวัตถุดิบตั้งต้นและกระบวนการต่างๆ เพื่อนำมาพัฒนาเชื้อเพลิงชีวภาพขั้นสูง เอ็กซอนโมบิลร่วมมือกับนักวิจัยชั้นนำเหล่านี้ ในการออกแบบกลุ่มงานวิจัยของเรา เพื่อส่งเสริมความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ที่จำเป็นต่อการพัฒนาเชื้อเพลิงชีวภาพขั้นสูงที่มีประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อม

กลุ่มงานวิจัยเชื้อเพลิงชีวภาพขั้นสูงของเราประกอบด้วย โครงการความร่วมมือกับ Synthetic Genomics, Inc. (SGI), Colorado School of Mines และ Michigan State ในการวิจัยเกี่ยวกับการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพจากสาหร่าย นอกจากนี้ เรายังร่วมมือกับ Renewable Energy Group (REG) และ University of Wisconsin ในการศึกษาเกี่ยวกับกระบวนการแปรสภาพชีวมวลที่ไม่ใช่อาหาร เช่น ชีวมวลจากเซลลูโลส วัตถุดิบตั้งต้นจากสาหร่าย และน้ำตาลที่มาจากเซลลูโลส มาเป็นสารตั้งต้นในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพขั้นสูง

สาหร่าย

ประโยชน์ของการใช้สาหร่าย

การใช้สาหร่ายในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพมีประโยชน์มากมาย เพราะสาหร่ายสามารถเพาะพันธุ์บนพื้นดินที่ไม่เหมาะสำหรับการใช้งานเพื่อวัตถุประสงค์อื่นๆ ร่วมกับน้ำที่ไม่สามารถใช้ในการเพาะปลูกพืชที่ใช้เป็นอาหารได้ นอกเหนือจากการใช้พื้นดินที่ไม่เหมาะแก่การเพาะปลูกและไม่ต้องการน้ำสะอาดแล้ว สาหร่ายยังอาจสามารถผลิตปริมาณเชื้อเพลิงชีวภาพต่อพื้นที่ได้มากกว่าแหล่งอื่นๆ นอกจากนี้ สาหร่ายยังสามารถผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพที่มีองค์ประกอบใกล้เคียงกับเชื้อเพลิงที่ใช้ในการคมนาคมขนส่งในปัจจุบัน

นอกจากนี้ การเพาะพันธุ์สาหร่ายยังเป็นประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อม เนื่องจากสาหร่ายใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในกระบวนการสังเคราะห์แสง จึงมีแนวโน้มที่จะช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก เมื่อเทียบกับการใช้เชื้อเพลิงแบบเดิม ในปี พ.ศ. 2555 นักวิจัยจาก MIT, ExxonMobil และ SGI ได้ตีพิมพ์เผยแพร่รายงานการประเมินผลเชื้อเพลิงชีวภาพจากสาหร่าย ในวารสารที่มีการทบทวนโดยผู้เชี่ยวชาญชื่อ Environmental Science and Technology ซึ่งสรุปได้ว่า หากสามารถก้าวข้ามอุปสรรคที่สำคัญของการวิจัยได้ ปริมาณการปล่อยก๊าซเรือนกระจกตลอดวัฎจักรชีวิตของสาหร่าย จะต่ำกว่าปริมาณจากเชื้อเพลิงปิโตรเลียมประมาณร้อยละ 50

ในทางกลับกัน มีการถกเถียงอย่างจริงจังในเชิงวิชาการเกี่ยวกับคาร์บอนฟุตพริ้นท์ของเชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นแรก ซึ่ง EPA ให้คำจำกัดความไว้ว่า หมายถึงเชื้อเพลิงชีวภาพที่ผลิตมาจากพืชผลที่กินได้ (เช่น ข้าวโพด) รายงานทางวิทยาศาสตร์จำนวนมากที่ผ่านการทบทวนโดยผู้เชี่ยวชาญ ระบุว่า การปล่อยก๊าซเรือนกระจกโดยตรงตลอดวัฎจักรชีวิตของพลังงานเหล่านี้มีปริมาณต่ำกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิล แต่ผลกระทบทางอ้อมจากการพัฒนาเชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นแรก ซึ่งรวมไปถึงการเปลี่ยนแปลงสภาพผืนป่า และการใช้ที่ดินเพื่อการเพาะปลูก ทำให้เชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นแรกอย่างข้าวโพด อาจมีปริมาณการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่สูงกว่าเชื้อเพลิงที่มาจากปิโตรเลียม

ด้วยเหตุนี้เอง เอ็กซอนโมบิลจึงได้ค้นคว้าวิจัยเกี่ยวกับเชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่สองอย่างต่อเนื่อง เพื่อประเมินว่าเชื้อเพลิงเหล่านี้ จะสามารถนำมาใช้เป็นแหล่งพลังงานในอนาคตได้หรือไม่ ทั้งนี้ เชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่สอง หมายถึง เชื้อเพลิงที่ผลิตจากพืชผลที่กินไม่ได้ เศษวัตถุดิบจากภาคการเกษตร หรือก๊าซที่เกิดขึ้นจากกระบวนการทางชีวภาพ และไม่ส่งผลกระทบต่อความมั่นคงทางอาหาร ตัวอย่างเช่น สาหร่าย ใบและซังข้าวโพด หญ้าสวิตช์กราส หรือเมธานอลที่ได้จากการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ในที่ฝังกลบขยะ

การเติบโตของสาหร่าย   

how algea works

สาหร่ายสามารถผลิตโมเลกุลที่นำไปแปรสภาพให้เป็นเชื้อเพลิงชีวภาพในอนาคตได้ อีกทั้งยังไม่ส่งผลกระทบต่อความมั่นคงทางอาหาร จึงทำให้สาหร่ายกลายเป็นแหล่งพลังงานทดแทนที่น่าจับตามอง สาหร่ายบางสายพันธุ์สามารถนำมาพัฒนาให้ผลิตสารตั้งต้นสำหรับไบโอดีเซลได้ ในขณะที่บางสายพันธุ์สามารถนำมาพัฒนาให้เป็นแหล่งของน้ำตาลที่หมักเป็นเอทานอลได้ เพราะมีองค์ประกอบคล้ายกับสารที่ได้จากแกนข้าวโพดที่ใช้เพื่อผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นที่หนึ่งอย่างเอทานอล

งานวิจัยทางชีววิทยาสาหร่ายร่วมกับ Synthetic Genomics

ปัจจุบันเอ็กซอนโมบิล และ SGI กำลังดำเนินโครงการวิจัยแบบพื้นฐานเพื่อพัฒนาเชื้อเพลิงชีวภาพขั้นสูงจากสาหร่าย วัตถุประสงค์ของเราคือ การพัฒนาให้สาหร่ายกลายเป็นแหล่งเชื้อเพลิงชีวภาพ และค้นหาวิธีที่ดีที่สุดในการผลิตในเชิงพาณิชย์ เราได้รับข้อมูลเชิงลึกและข้อค้นพบมากมายจากโครงการ ทั้งนี้ โครงการได้รุดหน้าไปมาก นับแต่วันประกาศร่วมเป็นพันธมิตรกับ SGI ในปี พ.ศ. 2552

ในกระบวนการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพจากสาหร่ายในเชิงพาณิชย์ เราเผชิญปัญหาทางเทคนิคที่สำคัญบางประการ และเพื่อเอาชนะความท้าทายเหล่านี้ เรากำลังค้นหาคำตอบให้กับคำถามดังนี้
• เหตุใดสาหร่ายจึงใช้พลังงานแสงอาทิตย์ที่มีอยู่ในปริมาณที่ค่อนข้างน้อย
• เครื่องมือใดบ้างที่จะสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้แสงของสาหร่ายและพัฒนาลักษณะการผลิต
• มีวิธีใดบ้างที่จะสามารถเพิ่มอัตราการผลิตน้ำมันจากสาหร่ายได้

ความท้าทายหลักคือ โดยปกติแล้วปริมาณพลังงานแสงที่สาหร่ายใช้ จะมากกว่าปริมาณเชื้อเพลิงชีวภาพที่สาหร่ายสามารถผลิตได้ เนื่องจากปริมาณแสงที่ตกกระทบบนผิวน้ำมีอยู่จำกัด เป้าหมายของเรา คือการกระตุ้นให้สาหร่ายสามารถใช้แสงนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปริมาณของแสงอาทิตย์ที่เสียไปโดยเปล่าประโยชน์จะขึ้นอยู่กับสายพันธุ์และเงื่อนไขในการเติบโตของสาหร่ายแต่ละชนิด ซึ่งอาจสูงถึงร้อยละ 80 หรือมากกว่านั้น เอ็กซอนโมบิลและ SGI จึงร่วมกันดำเนินการวิจัยพื้นฐาน เพื่อลดปริมาณแสงที่จะสูญเสียไปและเพิ่มขีดความสามารถในการผลิตน้ำมัน ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพในการสังเคราะห์แสงของสาหร่ายแต่ละเซลล์ และเพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ ทีม SGI กำลังพัฒนาและปรับปรุงของเซลล์สาหร่ายให้ดูดซึมพลังงานแสงในปริมาณที่ใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพเท่านั้น

การค้นคว้าวิจัยเกี่ยวกับเชื้อเพลิงชีวภาพจากสาหร่ายต้องอาศัยความพยายามในระยะยาว ทั้งนี้ นับแต่ร่วมงานกันมา เอ็กซอนโมบิลและ SGI ยังคงพัฒนาเครื่องมือทางชีววิทยา ความรู้ความสามารถ และความเข้าใจในประเด็นที่จำเป็นต่อการเอาชนะปัญหาทางเทคนิคอย่างต่อเนื่อง

ความท้าทายในการผลิต

Vijay Swarup รองประธานของ ExxonMobil Research and Engineering Company กล่าวว่า “เรารู้ว่าสาหร่ายบางชนิดสามารถผลิตน้ำมันเชื้อเพลิงชีวภาพได้ ความท้าทายอยู่ที่การค้นหาและพัฒนาพันธุ์สาหร่ายที่สามารถผลิตน้ำมันเชื้อเพลิงชีวภาพได้ในปริมาณมากและคุ้มค่ากับการลงทุน”
ในการผลิตเชื้อเพลิงให้เพียงพอต่อการใช้งานด้านขนส่งบนถนนในสหรัฐอเมริกา จำเป็นต้องใช้สาหร่ายในปริมาณมหาศาล ในขณะที่จำนวนประชากรยังคงเพิ่มขึ้น และเศรษฐกิจยังคงขยายตัวอย่างต่อเนื่องพร้อมกับความต้องการพลังงานและปริมาณการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มสูงขึ้น เอ็กซอนโมบิลตระหนักดีว่าเราจำเป็นต้องหาตัวเลือกที่สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ขยายอัตราการผลิต และสามารถลดการปล่อยก๊าซได้พร้อมๆ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง และเชื้อเพลิงชีวภาพจากสาหร่ายคือคำตอบของปัญหานี้
เป้าหมายสูงสุดคือ การนำน้ำมันเชื้อเพลิงชีวภาพจากสาหร่ายมาผ่านกระบวนการกลั่นในโรงกลั่นของเอ็กซอนโมบิล เพื่อผลิตเป็นน้ำมันเบนซิน น้ำมันดีเซล น้ำมันเชื้อเพลิงอากาศยาน และน้ำมันเดินเรือแบบดั้งเดิม

แนวทางการดำเนินการขั้นต่อไป
เอ็กซอนโมบิลยังคงให้ทุนสนับสนุนและดำเนินการวิจัยเชื้อเพลิงชีวภาพขั้นสูงอย่างต่อเนื่อง โครงการนี้เป็นส่วนหนึ่งของการลงทุนในเทคโนโลยีใหม่ๆ ที่มีแนวโน้มในการพลิกโฉมรูปแบบการจัดหาพลังงาน การลดการปล่อยก๊าซ และการพัฒนาประสิทธิภาพในการดำเนินงาน

การดำเนินการดังกล่าว ต้องอาศัยการลงทุนค่อนข้างมาก ทั้งในแง่ของเวลา จำนวนเงิน และความเชี่ยวชาญทางวิทยาศาสตร์ เพื่อจัดการกับความท้าทายในการพัฒนาให้เชื้อเพลิงชีวภาพขั้นสูงมีปริมาณมากและอยู่ในราคาที่ซื้อหาได้ นอกจากนี้ การคาดการณ์ถึงความสำเร็จของโครงการยังเป็นเรื่องยากและต้องอาศัยการพัฒนานวัตกรรมทางเทคโนโลยีโดยตรง อาจต้องใช้เวลาหลายทศวรรษกว่าที่เชื้อเพลิงชีวภาพชั้นสูงจะถูกพัฒนาไปจนสามารถนำมาใช้กับภาคเชื้อเพลิงขนส่งได้ในปริมาณมาก
เรายังคงประเมินทางเลือกที่ดีที่สุดในการวิจัยทางชีววิทยาของสาหร่ายอย่างต่อเนื่อง โครงการนี้เป็นส่วนหนึ่งของการลงทุนวิจัยและพัฒนาเชื้อเพลิงชีวภาพอื่นๆ นอกจากการใช้สาหร่าย

  • งานวิจัยของเอ็กซอนโมบิลเกี่ยวกับการพัฒนาประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสง ช่วยให้ข้อมูลเชิงลึกที่อาจช่วยเพิ่มผลิตภาพชีวมวลได้

  • SGI ใช้เทคนิคทางชีววิทยาสังเคราะห์และวิทยาศาสตร์พื้นฐานอื่นๆ ในการพัฒนาสายพันธุ์สาหร่ายที่ให้ผลผลิตสูง

การค้นคว้าวิจัยเกี่ยวกับเซลลูโลสร่วมกับ REG

เอ็กซอนโมบิลได้ลงนามข้อตกลงร่วมกับ Renewable Energy Group (REG) เพื่อศึกษาการผลิตไบโอดีเซลด้วยการหมักน้ำตาลจากเซลลูโลส ซึ่งได้มาจากทรัพยากรหมุนเวียนต่างๆ เช่น เศษวัตถุดิบจากภาคการเกษตร ทั้งนี้ REG ได้พัฒนาเทคโนโลยีที่ได้รับสิทธิบัตรจากการใช้จุลินทรีย์เพื่อแปลงน้ำตาลเป็นไบโอดีเซลในกระบวนการหมักแบบขั้นตอนเดียว ซึ่งเป็นกระบวนการเดียวกับการผลิตเอทานอล โดยการวิจัยของเอ็กซอนโมบิล และ REG Life Sciences จะให้ความสำคัญกับการใช้น้ำตาลจากแหล่งที่ไม่ใช่อาหาร

ด้วยประวัติอันยาวนานในการสร้างนวัตกรรมด้านการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพขั้นสูงจากวัตถุดิบตั้งต้นที่เป็นเศษวัตถุดิบจากภาคการเกษตรและมีคาร์บอนต่ำ การวิจัยของบริษัททั้งสองแห่ง มุ่งพัฒนาวิธีการหมักน้ำตาลเซลลูโลสจากทรัพยากรหมุนเวียนต่างๆ ซึ่งประกอบไปด้วยน้ำตาลหลากหลายประเภท เช่น กลูโคสและไซโลส แต่ยังมีสารเจือปนอื่นๆ ที่อาจยับยั้งปฏิกิริยาการหมักได้

ความท้าทายประการแรกอยู่ที่การศึกษาความเป็นไปได้ทางเทคนิคและประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อม หากผลลัพธ์เป็นไปในทางที่ดี เราก็จะสามารถดำเนินการขั้นตอนต่อไปและขยายขอบเขตการวิจัยได้

ความร่วมมือกับมหาวิทยาลัยต่างๆ

Colorado School of Mines / เชื้อเพลิงชีวภาพจากสาหร่าย

เอ็กซอนโมบิล และคณะเหมืองแร่ มหาวิทยาลัยโคโลราโด ได้พัฒนาโครงการวิจัยร่วม นำทีมโดย Matthew Posewitz รองศาสตราจารย์ภาควิชา Mines Chemistry and Geochemistry ซึ่งค้นคว้าวิจัยเกี่ยวกับสาหร่ายมาเป็นเวลา 13 ปี โดยเน้นที่การพัฒนาข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับกระบวนการสังเคราะห์แสงและการตรึงคาร์บอนในสาหร่าย ข้อมูลเชิงลึกเหล่านี้ ช่วยให้เข้าใจประเด็นท้าทายทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคที่เกี่ยวข้องกับการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพจากสาหร่าย

Michigan State University / เชื้อเพลิงชีวภาพจากสาหร่าย

เอ็กซอนโมบิล  ร่วมกับ Michigan State University พัฒนาโครงการวิจัยร่วมเกี่ยวกับเชื้อเพลิงชีวภาพจากสาหร่าย โดยเน้นที่การพัฒนาข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับกระบวนการสังเคราะห์แสง ศาสตราจารย์ David Kramer และ John Hannah ศาสตราจารย์พิศิษฐ์สาขาการสังเคราะห์แสงและชีวพลังงานศาสตร์ของ Michigan State University เป็นหัวหน้าโครงการ ด้วยเป้าหมายในการปรับปรุงประสิทธิภาพของการสังเคราะห์แสงในสาหร่าย เพื่อเพิ่มอัตราการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ

University of Wisconsin / การพัฒนาพลังงานชีวมวล

เอ็กซอนโมบิล  ร่วมกับ University of Wisconsin พัฒนาโครงการวิจัยร่วมเกี่ยวกับกระบวนการพัฒนาพลังงานชีวมวล นำโดยศาสตราจารย์ George Huber นักวิชาการชั้นนำด้านการแปรสภาพชีวมวล โครงการดังกล่าวมุ่งศึกษาการแปรสภาพผลิตภัณฑ์ขั้นต้นเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่มีมูลค่าสูงขึ้น ตัวอย่างเช่น  น้ำตาลหรือสารประกอบประเภทน้ำตาลทั้งหมด ได้มาจากกระบวนการแปรรูปชีวมวล เช่น กระบวนการไพโรไลซิสแบบเร็ว หรือการแปรรูปโดยใช้กรดและเอนไซม์ โครงการวิจัยร่วมนี้ จะประเมินผลของการเร่งปฏิกิริยาในการแปรสภาพน้ำตาลเหล่านี้ให้เป็นเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน เช่น น้ำมันเบนซินและน้ำมันดีเซล