บทที่1-บทนำ_titikan-2.docx

**บทที่ 1** **บทนำ** **1.1 ความเป็นมาและความสำคัญของปัญหา** ในปัจจุบันมีการใช้พลังงานเพิ่มมากขึ้นเนื่องจากจำนวนประชากรที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมต่างๆ จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงจากถ่านหิน, การตัดไม้ทำลายป่า เผาป่า การถางป่า, การคมนาคม ซึ่งก่อให้เกิดสภาวะเรือนกระจก จึงทำให้เกิดการสนใจเทค...

**บทที่ 1** **บทนำ** **1.1 ความเป็นมาและความสำคัญของปัญหา** ในปัจจุบันมีการใช้พลังงานเพิ่มมากขึ้นเนื่องจากจำนวนประชากรที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมต่างๆ จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงจากถ่านหิน, การตัดไม้ทำลายป่า เผาป่า การถางป่า, การคมนาคม ซึ่งก่อให้เกิดสภาวะเรือนกระจก จึงทำให้เกิดการสนใจเทคโนโลยีการผลิตพลังงานทดแทน ได้แก่ พลังงานแสงอาทิตย์, พลังงานลม, พลังงานน้ำ, พลังงานความร้อนใต้พิภพ, พลังงานชีวมวล และพลังงานไฮโดรเจน เป็นต้น ซึ่งพลังงานไฮโดรเจน ถือเป็นพลังงานทางเลือกอย่างหนึ่งที่มีกระบวนการผลิตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม สะอาด และมีประสิทธิภาพ พลังงานไฮโดรเจน (Hydrogen Energy) เป็นพลังงานที่ใช้ก๊าซไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงาน ซึ่งมีการพัฒนาเป็นเวลาหลายทศวรรษ ไฮโดรเจนมีความสามารถในการใช้เป็นเชื้อเพลิงที่ไม่สร้างมลพิษเนื่องจากเมื่อเผาไหม้หรือทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cell) จะได้ผลผลิตหลักเป็นน้ำ พลังงานไฮโดรเจนในปัจจุบันมีบทบาทสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ในฐานะแหล่งพลังงานทางเลือกที่มีศักยภาพสูงในการช่วยลดการปล่อยมลพิษและการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล หลายประเทศและบริษัทต่าง ๆ ได้เริ่มลงทุนและพัฒนาเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรเจนมากขึ้น ปริญญานิพนธ์นี้จึงสนใจศึกษาการผลิตไฮโดรเจน เพื่อใช้เป็นอีกทางเลือกในการลดปัญหาพลังงานที่จะหมดไปและปัญหาสิ่งแวดล้อม \[1\] การจัดเก็บไฮโดรเจนเป็นกระบวนการที่มีความซับซ้อนและหลากหลาย ในปัจจุบันมีวิธีการต่างๆ ได้แก่ การจัดเก็บพลังงานไฮโดรเจน ในสถานะก๊าซด้วยการเก็บในถังแรงดันสูง ซึ่งการจัดเก็บในสถานะก๊าซมีความง่ายและต้นทุนต่ำกว่าวิธีอื่น แต่ต้องการถังที่ทนทานและมีน้ำหนักมาก การจัดเก็บในสถานะของแข็งด้วย Hydrogen Storage Materials ความหนาแน่นของพลังงานสูงและการจัดเก็บที่มีความปลอดภัยมากขึ้น แต่ต้นทุนวัสดุและกระบวนการเปลี่ยนสถานะมีราคาแพง การจัดเก็บในสถานะของเหลวด้วย Cryogenic Storage ความหนาแน่นของพลังงานสูงและเหมาะสำหรับการขนส่งระยะไกล แต่ต้องใช้เทคโนโลยีการทำความเย็นที่ซับซ้อนและมีค่าใช้จ่ายสูง การจัดเก็บในสารประกอบเคมี Chemical Hydrides การเก็บพลังงานในรูปแบบที่สะดวกและมีความปลอดภัย แต่กระบวนการปล่อยไฮโดรเจนอาจมีความซับซ้อนและต้องการการแยกสาร \[2\] สำหรับการผลิตพลังงานไฮโดรเจนสามารถทำได้โดยวิธีการผลิตไฮโดรเจนการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า (Electrolysis), การผลิตจากเชื้อเพลิงฟอสซิล, การผลิตจากชีวมวล, การผลิตจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน, การไพโรไลซิสของโลหะไฮไดรด์(เช่น LiH, LiBH₄), การไฮโดรไลซิสของสารเคมีไฮไดรด์ (NaBH₄, KBH₄, LiBH₄) อย่างไรก็ตาม พบว่าในปัจจุบันนั้นวิธีการผลิตพลังงานไฮโดรเจนด้วยวิธีการเมทธานอลไลซิสของสารเคมีไฮไดรด์ เป็นวิธีการหนึ่งในการผลิตพลังงานไฮโดรเจน โดยเป็นการใช้ปฏิกิริยาเคมีระหว่างเมทธานอล (CH₃OH) กับสารประกอบไฮไดรด์เพื่อปลดปล่อยไฮโดรเจนออกมา กระบวนการนี้มีข้อดีที่สามารถผลิตไฮโดรเจนได้ที่อุณหภูมิและความดันต่ำกว่ากระบวนการอื่นๆ ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในการประยุกต์ที่ต้องการไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงสำหรับยานพาหนะหรืออุปกรณ์พกพา การผลิตไฮโดรเจนผ่านปฏิกิริยาเมทธานอลไลซิสด้วยโซเดียมโบโรไฮไดรด์ เป็นกระบวนการสร้างไฮโดรเจนที่ใช้เมทานอลเป็นตัวทำละลายแทนน้ำ โซเดียมโบโรไฮไดรด์ (NaBH₄) ทำปฏิกิริยากับเมทธานอล (CH₃OH) เพื่อผลิตไฮโดรเจน (H₂) และสารประกอบโซเดียมบอเรตตามสมการต่อไปนี้ NaBH₄ + 4CH₃OH → NaB(OCH₃)₄ + 4H₂ ปฏิกิริยาเมทธานอลไลซิสมีข้อดีหลายประการเมื่อเทียบกับปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส (ซึ่งใช้น้ำเป็นตัวทำละลาย) โดยเฉพาะการที่เมทธานอลมีน้ำหนักเบากว่าน้ำ ทำให้ปฏิกิริยานี้สามารถสร้างระบบเก็บไฮโดรเจนที่มีน้ำหนักเบากว่า แต่ปฏิกิริยาเมทธานอลไลซิสยังมีข้อจำกัด คือ ความสามารถในการเก็บกักไฮโดรเจน (gravimetric hydrogen storage capacity) ประมาณ 4.9% โดยน้ำหนัก ซึ่งต่ำกว่าปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสที่อาจสามารถเก็บกักไฮโดรเจนได้สูงถึง 21% โดยน้ำหนัก และหลีกเลี่ยงการเกิดผลิตภัณฑ์ไฮเดรต เนื่องจากพบว่าปฏิกิริยาเมทธานอลไลซิสไม่ทำให้เกิดสารประกอบไฮเดรตซึ่งอาจทำให้ความหนาแน่นในการเก็บกักไฮโดรเจนลดลง ปฏิกิริยาเมทธานอลไลซิสจึงถูกมองว่าเป็นวิธีหนึ่งในการผลิตไฮโดรเจนสำหรับเซลล์เชื้อเพลิง โดยเฉพาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการระบบเก็บกักไฮโดรเจนที่มีน้ำหนักเบาและสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิต่ำ \[3\] ดังนั้น ปริญญานิพนธ์นี้จึงต้องการศึกษาอัตราการผลิตแก๊สไฮโดรเจนจากปฏิกิริยาเมทธานอลไลซีสของโซเดียมโบโรไฮไดรด์และศึกษาผลของตัวเร่งปฏิกิริยาและอุณหภูมิที่มีต่อปฏิกิริยาเมทธานอลไลซีสของโซเดียมโบโรไฮไดรด์ **1.2 วัตถุประสงค์ของงานวิจัย** 1.2.1 เพื่อศึกษาอัตราการผลิตแก๊สไฮโดรเจนจากปฏิกิริยาเมทานอลไลซีสของโซเดียมโบโรไฮไดรด์ 1.2.2 เพื่อศึกษาความเข้มข้นตัวเร่งปฏิกิริยาและอุณหภูมิที่มีต่อปฏิกิริยาเมทานอลไลซีสของโซเดียมโบโรไอไดรด์ **1.3 ขอบเขตของงานวิจัย** 1.3.1 วัดอัตราการผลิตกีสไฮโดรเจนจากปฏิกิริยาเมทานอลไลซีสของโซเดียมโบโรไฮไดรด์จากวิธีการแทนที่ด้วยน้ำ 1.3.2 ศึกษาความเข้มข้นของโซเดียมโบโรไฮไดรด์ที่ช่วงความเข้มข้น 50-200 mM 1.3.3 ศึกษาอุณหภูมิที่มีผลต่อปฏิกิริยาเมทานอลไลซีสของดซเดียมโบโรไฮไดรด์ในช่วง 20-50 °C 1.3.4 ศึกษาตัวเร่งปฏิกิริยาของ CNC ที่ช่วงน้ำหนัก 25-100 mg ในการผลิตแก๊สไอโดรเจนจากปฏิกิริยาเมทานอลไลซีสของโซเดียมโบโรไฮไดรด์ 1.3.5 ศึกษาลักษณะทางเคมี-กายภาพของสารเครือผิวสะท้อนน้ำ 1.3.5.1 Attenuated Total Reflectance-Fourier Transform Infrared Spectrometer (ATR-FTIR) เพื่อวิเคราะห์หาหมู่ฟังก์ชันของ CNC ทั้งก่อนและหลังการดัดแปลงพื้นผิว 1.3.5.2 Thermogravimetric Analyzer (TGA) เพื่อวิเคราะห์ความเสถียรทางความร้อน ของวัสดุ 1.3.5.3 X-Ray Diffractometer (XRD) เพื่อวิเคราะห์ระนาบผลึกและระดับความเป็นผลึกของ CNC ทั้งก่อนและหลังการดัดแปลงพื้นผิว 1.3.5.4 Transmission electron microscopy (TEM) เพื่อศึกษาสัณฐานวิทยาของอนุภาค CNC ที่เตรียมได้ **1.4 ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ** 1.4.1 ได้ทราบอัตราการผลิตแก๊สไฮโดรเจนจากปฏิกิริยาเมทานอลไลซีสของโซเดียมโบโรไฮไดรด์ในสภาวะที่เหมาะสม 1.4.2 ได้ทราบปฏิกิริยาเมทานอลไลซีสของโซเดียมโบโรไฮไดรด์ภายใต้สภาวะที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาละไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา 1.4.3 ได้นำมาใช้เป็นแนวทางในการผลิคแก๊สไฮโดรเจนจากปฏิกิริยาเมทานอลไลซีสของโซเดียมโบโรไฮไดรด์ **1.5 คำสำคัญ** 1.5.1 พลังงานไฮโดรเจน 1.5.2 อัตราการผลิตแก๊สไฮโดรเจน 1.5.3 ปฏิกิริยาเมทธานอลไลซีส 1.5.4 ตัวเร่งปฏิกิริยาเมทธานอลไลซีส 1.5.5 Water displacement method