Original Title: Simulation for integrating bioethanol production in existing commercial agar extraction plant toward zero waste technology
Source: doi.org/10.34044/j.anres.2021.55.5.20
Disclaimer: Summary generated by AI based on the provided document. Please refer to the original paper for full scientific accuracy.

ការក្លែងធ្វើសម្រាប់ការធ្វើសមាហរណកម្មផលិតកម្មអេតាណុលជីវៈនៅក្នុងរោងចក្រចម្រាញ់សារធាតុអាហ្គារពាណិជ្ជកម្មដែលមានស្រាប់ឆ្ពោះទៅរកបច្ចេកវិទ្យាគ្មានកាកសំណល់

ចំណងជើងដើម៖ Simulation for integrating bioethanol production in existing commercial agar extraction plant toward zero waste technology

អ្នកនិពន្ធ៖ Teuku Beuna Bardant (Research Center for Chemistry, Indonesian Institute of Sciences, Banten 15314, Indonesia), Eka Triwahyuni, Muryanto, Roni Maryana, Yan Irawan, Ifah Munifah, Pujoyuwono Martosuyono, Rodiyah Nurbayasari, Sugiyono, Uju, Ekowati Chasanah, Yanni Sudiyani

ឆ្នាំបោះពុម្ព៖ 2021, Agriculture and Natural Resources

វិស័យសិក្សា៖ Bioenergy and Chemical Engineering

១. សេចក្តីសង្ខេបប្រតិបត្តិ (Executive Summary)

បញ្ហា (The Problem)៖ ការសិក្សានេះផ្តោតលើការកែច្នៃកាកសំណល់ចម្រោះ (Filter cake) ពីរោងចក្រចម្រាញ់សារធាតុអាហ្គារ (Agar) ឱ្យទៅជាអេតាណុលជីវៈ (Bioethanol) ដើម្បីកាត់បន្ថយសំណល់ឧស្សាហកម្ម និងឆ្ពោះទៅរកបច្ចេកវិទ្យាគ្មានកាកសំណល់។

វិធីសាស្ត្រ (The Methodology)៖ ការស្រាវជ្រាវនេះប្រើប្រាស់ការក្លែងធ្វើ (Simulation) ក្នុងធុងបំប្លែងចំណុះ ៥០០ លីត្រ នូវសេណារីយ៉ូនៃដំណើរការអ៊ីដ្រូលីស (Hydrolysis) ចំនួនបីផ្សេងគ្នា ដោយផ្អែកលើទិន្នន័យពិសោធន៍ជាក់ស្តែង។

លទ្ធផលសំខាន់ៗ (The Verdict)៖

២. ការវិភាគលើប្រសិទ្ធភាព និងដែនកំណត់ (Performance & Constraints)

វិធីសាស្ត្រ (Method) គុណសម្បត្តិ (Pros) គុណវិបត្តិ (Cons) លទ្ធផលគន្លឹះ (Key Result)
Enzymatic Hydrolysis Extraction
ការទាញយកដោយអ៊ីដ្រូលីសអង់ស៊ីម
អាចបំបែកសារធាតុជំនួយការច្រោះ (Filter aid) ចេញពីសូលុយស្យុងបានស្អាតល្អមុនពេលធ្វើមេ និងផ្តល់ជាតិស្ករសុទ្ធល្អសម្រាប់ការប្រើប្រាស់ផ្សេងៗ។ ត្រូវការដំណើរការទាញយកច្រើនដំណាក់កាល និងមានការប្រើប្រាស់ថាមពលកម្តៅខ្ពស់ក្នុងការសម្រាញ់កំហាប់។ ផ្តល់ទិន្នផលអេតាណុល ២%v ដោយប្រើប្រាស់ថាមពលអគ្គិសនី ៥៤៧,៥៥ kWh/L និងកម្តៅ ១៣៨,៣៧ MJ/L។
Hydrolysis with Prior Drying
ការធ្វើអ៊ីដ្រូលីសដោយការសម្ងួតជាមុន
ផ្តល់នូវអត្រាបំប្លែងសែលុយឡូស (Cellulose conversion) ខ្ពស់បំផុត និងកំហាប់ស្ករច្រើនជាងគេក្នុងការពិសោធន៍។ ការសម្ងួតកាកសំណល់មុនពេលប្រតិកម្ម ទាមទារការប្រើប្រាស់ថាមពលអគ្គិសនីខ្ពស់ខ្លាំង ដែលធ្វើឱ្យមិនមានប្រសិទ្ធភាពផ្នែកសេដ្ឋកិច្ច។ ផ្តល់កំហាប់អេតាណុលខ្ពស់បំផុត ២,៥%v ប៉ុន្តែស៊ីភ្លើងខ្លាំងដល់ទៅ ១២៩១,៨៧ kWh/L នៃអេតាណុល។
Unseparated Filter Aid Material (FAM)
ការប្រើប្រាស់សារធាតុជំនួយការច្រោះដោយមិនបំបែក
ជាជម្រើសសន្សំសំចៃបំផុត ដោយកាត់បន្ថយដំណាក់កាលបំបែក និងប្រើប្រាស់ការធ្វើមេព្រមគ្នាជាមួយសាក់ការីកម្ម (Simultaneous Saccharification and Fermentation)។ ផលិតផលស្ថិតក្នុងទម្រង់ជាកាករាវ (Slurry) ដែលអាចពិបាកក្នុងការគ្រប់គ្រងកាកសំណល់ចុងក្រោយក្រោយពេលបិត (Distillation)។ ទទួលបានអេតាណុល ២,២%v ជាមួយនឹងការប្រើប្រាស់អគ្គិសនីទាបបំផុតត្រឹមតែ ២៤៤,៨៧ kWh/L ប៉ុណ្ណោះ។

ការចំណាយលើធនធាន (Resource Cost)៖ ការអនុវត្តដំណើរការផលិតកម្មនេះទាមទារការវិនិយោគខ្ពស់លើបរិក្ខារឧស្សាហកម្ម និងប្រភពថាមពលអគ្គិសនីសម្រាប់ដំណើរការកូរ និងកម្តៅសម្រាប់បិត។

៣. ការពិនិត្យសម្រាប់បរិបទកម្ពុជា/អាស៊ីអាគ្នេយ៍

ភាពលំអៀងនៃទិន្នន័យ (Data Bias)៖

ការសិក្សានេះពឹងផ្អែកលើសំណាកកាកសំណល់ពីរោងចក្រចម្រាញ់អាហ្គារជាក់ស្តែងនៅខេត្ត Banten និង East Java ប្រទេសឥណ្ឌូនេស៊ី ដោយផ្តោតលើសារាយសមុទ្រប្រភេទ Gracilaria។ សម្រាប់ប្រទេសកម្ពុជា ទិន្នន័យនេះប្រហែលជាមិនអាចឆ្លុះបញ្ចាំងទាំងស្រុងឡើយ ដោយសារកម្ពុជាមិនទាន់មានឧស្សាហកម្មចម្រាញ់អាហ្គារខ្នាតធំ ប៉ុន្តែវាផ្តល់ជាអំណះអំណាងដ៏រឹងមាំសម្រាប់ការកែច្នៃកាកសំណល់ជីវម៉ាសផ្សេងៗទៀតក្នុងស្រុក។

លទ្ធភាពនៃការអនុវត្ត (Applicability)៖

ទោះបីជាឧស្សាហកម្មសារាយសមុទ្រនៅកម្ពុជានៅមានកម្រិត ក៏បច្ចេកវិទ្យាកែច្នៃកាកសំណល់នេះមានតម្លៃខ្លាំងសម្រាប់ការអភិវឌ្ឍសេដ្ឋកិច្ចចក្រា (Circular Economy)។

សរុបមក ការធ្វើសមាហរណកម្មផលិតកម្មបច្ចេកវិទ្យាគ្មានកាកសំណល់ (Zero-waste technology) គឺជាគំរូដ៏ល្អមួយដែលអាចបំប្លែងកាកសំណល់ឧស្សាហកម្មនៅកម្ពុជាឱ្យទៅជាថាមពលជីវៈដែលមានតម្លៃបន្ថែមខ្ពស់។

៤. ផែនការសកម្មភាពសម្រាប់និស្សិត (Actionable Roadmap)

ដើម្បីអនុវត្តតាមការសិក្សានេះ និស្សិតគួរអនុវត្តតាមជំហានខាងក្រោម៖

  1. សិក្សាពីសមាសធាតុជីវម៉ាស (Biomass Characterization): និស្សិតត្រូវចាប់ផ្តើមប្រមូលសំណាកកាកសំណល់កសិកម្ម (ឧ. សំបកដំឡូងមី ឬកាកសំណល់វារីវប្បកម្ម) ហើយប្រើប្រាស់ស្តង់ដារមន្ទីរពិសោធន៍ដូចជា NREL ដើម្បីវាស់ស្ទង់បរិមាណ Cellulose, Hemicellulose និង Lignin។
  2. បង្កើតម៉ូដែលក្លែងធ្វើ (Process Simulation Modeling): ប្រើប្រាស់កម្មវិធីកុំព្យូទ័រដូចជា Microsoft Excel (សម្រាប់ Iteration ងាយៗ) ឬ Aspen Plus ដើម្បីគណនាតុល្យភាពម៉ាស់និងថាមពល (Mass and Energy Balance) នៃគ្រប់ដំណាក់កាលនៃផលិតកម្ម។
  3. អនុវត្តការសាកល្បងនៅមន្ទីរពិសោធន៍ (Lab-scale Experimentation): រៀបចំការពិសោធន៍ធ្វើអ៊ីដ្រូលីសអង់ស៊ីម (Enzymatic Hydrolysis) និងការធ្វើមេ (Fermentation) ដោយប្រើប្រាស់មេដំបែ Saccharomyces cerevisiae ដើម្បីផ្ទៀងផ្ទាត់កំហាប់អេតាណុលដែលទទួលបានពីការក្លែងធ្វើ។
  4. វិភាគប្រសិទ្ធភាពសេដ្ឋកិច្ចនិងថាមពល (Techno-economic Analysis): យកទិន្នន័យថាមពលដែលបានគណនា (ឧ. kWh/L នៃអេតាណុល) មកប្រៀបធៀបតម្លៃសេដ្ឋកិច្ច ដើម្បីស្វែងរកសេណារីយ៉ូដែលមានចំណាយទាបបំផុត (Cost-effective) សម្រាប់អនុវត្តក្នុងបរិបទប្រទេសកម្ពុជា។

៥. វាក្យសព្ទបច្ចេកទេស (Technical Glossary)

ពាក្យបច្ចេកទេស ការពន្យល់ជាខេមរភាសា (Khmer Explanation) និយមន័យសាមញ្ញ (Simple Definition)
Enzymatic hydrolysis (ការធ្វើអ៊ីដ្រូលីសដោយអង់ស៊ីម) ដំណើរការគីមីដែលប្រើប្រាស់អង់ស៊ីម (ដូចជា Cellulase) ដើម្បីបំបែកកាបូអ៊ីដ្រាតស្មុគស្មាញ (សែលុយឡូស) ដែលមានក្នុងកាកសំណល់រុក្ខជាតិ ឱ្យទៅជាស្ករសាមញ្ញ (គ្លុយកូស) សម្រាប់យកទៅប្រើប្រាស់ក្នុងដំណើរការធ្វើមេបន្ត។ ដូចជាការប្រើកន្ត្រៃដើម្បីកាត់ខ្សែនីឡុងដ៏វែងមួយ ឱ្យទៅជាបំណែកខ្លីៗងាយស្រួលយកទៅដេរជាសម្លៀកបំពាក់បន្តទៀត។
Filter cake (កាកសំណល់ចម្រោះ) កាកសំណល់រឹងដែលនៅសេសសល់ជាប់នឹងបន្ទះតម្រង បន្ទាប់ពីវត្ថុរាវត្រូវបានច្រោះយកចេញនៅក្នុងប្រតិបត្តិការឧស្សាហកម្ម (ក្នុងករណីនេះគឺកាកសំណល់សារាយក្រោយពេលចម្រាញ់យកអាហ្គាររួច)។ ដូចជាកាកដូងដែលនៅសល់ក្នុងស្បៃ បន្ទាប់ពីយើងពូតយកទឹកខ្ទិះចេញអស់។
Filter aid material / FAM (សារធាតុជំនួយការច្រោះ) សារធាតុអសកម្ម (ដូចជា Perlite ធ្វើពីថ្មភ្នំភ្លើង) ដែលត្រូវបានបន្ថែមចូលទៅក្នុងល្បាយរាវមុនពេលច្រោះ ដើម្បីជួយឱ្យទឹកហូរបានលឿន និងការពារកុំឱ្យកាកសំណល់ស្ទះតម្រង។ ដូចជាការលាយគ្រាប់ក្រួសតូចៗចូលក្នុងភក់ ដើម្បីទប់កុំឱ្យភក់ខាប់ស្អិតបិទជិតរន្ធបង្ហូរទឹក។
Simultaneous Saccharification and Fermentation / SSF (ការធ្វើសាក់ការីកម្មនិងការធ្វើមេព្រមគ្នា) ដំណើរការបច្ចេកវិទ្យាជីវសាស្រ្តដែលការបំប្លែងសែលុយឡូសទៅជាស្ករ (សាក់ការីកម្ម) និងការបំប្លែងស្ករនោះទៅជាអេតាណុល (ការធ្វើមេ) ប្រព្រឹត្តទៅក្នុងធុងតែមួយនិងក្នុងពេលដំណាលគ្នាតែម្តង ដើម្បីសន្សំសំចៃពេលវេលានិងការចំណាយ។ ដូចជារោងចក្រដែលម៉ាស៊ីនទីមួយកំពុងកិនម្សៅ ហើយម៉ាស៊ីនទីពីរកំពុងយកម្សៅនោះទៅដុតនំប៉័ងភ្លាមៗក្នុងបន្ទប់តែមួយ ដោយមិនបាច់ស្តុកទុកសិន។
Cellulase (អង់ស៊ីមសែលុយឡាស) សមាសភាគប្រូតេអ៊ីនពិសេសមួយប្រភេទដែលដើរតួជាកាតាលីករ ផលិតដោយផ្សិតឬបាក់តេរី មានតួនាទីកាត់ផ្តាច់ចំណងគីមីនៅក្នុងសែលុយឡូស (សរសៃរុក្ខជាតិ) ដើម្បីបញ្ចេញជាតិស្ករគ្លុយកូសដែលលាក់នៅខាងក្នុង។ ដូចជាកូនសោរពិសេសមួយដែលអាចដោះសោរបំបែកជញ្ជាំងកោសិការុក្ខជាតិដ៏រឹងមាំ ដើម្បីយកជាតិស្ករដែលលាក់ទុកនៅខាងក្នុង។
Saccharomyces cerevisiae (មេដំបែ Saccharomyces cerevisiae) ជាប្រភេទមេដំបែ (Yeast) ដែលគេនិយមប្រើប្រាស់បំផុតក្នុងការដុតនំប៉័ង ផលិតស្រាបៀរ និងផលិតអេតាណុលជីវៈខ្នាតឧស្សាហកម្ម ដោយវាស៊ីជាតិស្ករគ្លុយកូស ហើយបំប្លែងវាឱ្យទៅជាអេតាណុលនិងឧស្ម័នកាបូនិក។ វាគឺជា "កម្មករបីអតិសុខុមប្រាណ" ដែលស៊ីទឹកស៊ីរ៉ូជាអាហារ រួចបញ្ចេញញើសមកវិញជាជាតិអាល់កុល។
Distillation to azeotrope (ការបិតរហូតដល់ចំណុចអាសេអូត្រូប) ដំណើរការបំបែកសារធាតុរាវដោយប្រើកម្ដៅ (រំពុះនិងកំណក) ដើម្បីទាញយកអេតាណុលពីទឹក ឱ្យបានកំហាប់អតិបរមាប្រហែល ៩៥% ដែលជាចំណុចវាមិនអាចបំបែកទឹកនិងអាល់កុលបន្តទៀតបានដោយប្រើតែការបិតធម្មតា។ ដូចជាការស្ងោរទឹកអំបិលដើម្បីត្រងយកតែចំហាយទឹកសាប គ្រាន់តែនៅទីនេះយើងស្ងោរទឹកស្រាដើម្បីត្រងយកតែចំហាយអាល់កុលឱ្យបានសុទ្ធបំផុតតាមដែលអាចធ្វើទៅបាន។

៦. ប្រធានបទពាក់ព័ន្ធ (Further Reading)

អត្ថបទដែលបានបោះពុម្ពនៅលើ KhmerResearch ដែលទាក់ទងនឹងប្រធានបទនេះ៖

ប្រធានបទ និងសំណួរស្រាវជ្រាវដែលទាក់ទងនឹងឯកសារនេះ ដែលអ្នកអាចស្វែងរកបន្ថែម៖