KM2568 กองนวัตกรรมวัตถุดิบและอุตสาหกรรมต่อเนื่อง (กนอ.)

หัวข้อ Raw Material Innovation : นวัตกรรมวัตถุดิบ – ขุมทรัพย์ซากแผงเซลล์

แสงอาทิตย์ – Zeolite เรื่องของแมว

หัวข้อองค์ความรู้

1. ขุมทรัพย์ซากแผงเซลล์แสงอาทิตย์

    1.1 เทคโนโลยีรีไซเคิลซากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ครบวงจร

        เทคโนโลยีรีไซเคิลซากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ครบวงจรมีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาเทคโนโลยีรีไซเคิลซากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีศักยภาพในการนำมาพัฒนาเป็นวัตถุดิบตั้งต้นสำหรับใช้ในภาคอุตสาหกรรมต่อเนื่องในประเทศ          แผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่ปลดระวางจากโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ (Solar Farms) ไม่น้อยกว่า 10,000 ตันต่อปี (ไม่นับรวมปริมาณซากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่ถูกเก็บรวบรวมสะสมไว้ ไม่น้อยกว่า 100,000 ตัน และมีแนวโน้มจะเพิ่มมากขึ้นในอนาคต โดยองค์ประกอบของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ประกอบไปด้วย กระจกร้อยละ 71.5 กรอบข้อต่ออลูมิเนียมร้อยละ 13.8 แผ่นซิลิกอนร้อยละ 2.7 แถบลวดนำไฟฟ้าร้อยละ 0.6 แผ่นกาวและแบ็คชีทร้อยละ 10.4 Junction box และสายไฟ ร้อยละ 1.0 ซึ่งแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่หมดอายุหรือชำรุด สามารถนำมารีไซเคิลเพื่อนำวัสดุหรือโลหะกลับมาใช้ประโยชน์ใหม่ได้

เทคโนโลยีคัดแยกซากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ด้วยกระบวนการทางความร้อนและกระบวนการทางกายภาพที่ประยุกต์ใช้เครื่องมือแต่งแร่ โดยมีขั้นตอนที่สำคัญ ได้แก่ กระบวนการคัดแยกเบื้องต้น เพื่อคัดแยกกรอบข้อต่ออลูมิเนียม Junction box และสายไฟ จากนั้นนำไปเข้าสู่กระบวนการทางความร้อน เพื่อสลายกาว (EVA) ที่ยึดติดแผ่นกระจกกับแผ่นซิลิกอน และเข้าสู่กระบวนการคัดแยกทางกายภาพ ซึ่งจะสามารถคัดแยกองค์ประกอบต่าง ๆ ได้แก่ กระจก แถบลวดนำไฟฟ้า แผ่นซิลิกอน กระจกปนแผ่นซิลิกอน และเถ้า ออกมาได้ และสามารถเพิ่มมูลค่าให้กับวัสดุที่ได้จากกระบวนการคัดแยก ได้แก่ แผ่นซิลิกอน และแถบลวดนำไฟฟ้า มาผ่านกระบวนการรีไซเคิลด้วยกระบวนการโลหะวิทยาเคมีและกระบวนการโลหะวิทยาความร้อน เพื่อผลิตเป็นโลหะเงิน โลหะทองแดง อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ (Al(OH)₃) และโลหะซิลิกอน (99.x% Si) สำหรับใช้เป็นวัตถุดิบตั้งต้นในอุตสาหกรรมต่าง ๆ

2. หัวข้อเรื่อง Zeolite เรื่องของแมว

    2.1 เทคโนโลยีการผลิตซีโอไลตจากหินพอตเทอรี

         หินพอตเทอรี (Pottery stone) มีชื่อเรียกอีกหลายชื่อ เชน ไชนาสโตน (China Stone) หินพอรซเลน (Porcelain Stone) คอร์นิชสโตน (Cornish Stone) หรือบางครั้งเรียกวา “หินผุ” เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการเปลี่ยนแปลงย่อยสลายผุพังจากหินสดหรือหินแข็งตนกำเนิดไปเป็นดิน มักพบในแหลงที่มีหินภูเขาไฟ หินแกรนิต เฟลดสปารหรือในแหล่งดินขาว มีความแข็งน้อย ประกอบดวยควอตซ เฟลดสปาร แร่ดิน และไมกา (มัสโคไวต์)  องค์ประกอบทางเคมีโดยทั่วไปของหินพอตเทอรี (ข้อมูลจากการสำรวจ) ประกอบด้วย ซิลิกา (SiO₂) 60-70% อะลูมินา (Al₂O₃) 18-27% โซเดียมออกไซด์ (Na₂O) 0-5% โพแทสเซียมออกไซด์ (K₂O) 2-7% เหล็กออกไซด์ (Fe₂O₃) 0.5-4% เป็นต้น นอกจากนี้ ใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมเซรามิก เพื่อเป็นตัวช่วยลดจุดหลอมตัว (Flux) ในเนื้อดินและในสีเคลือบ ในอุตสาหกรรมกระเบื้องเซรามิก ลูกถ้วยไฟฟ้า ถ้วยชาม และวัสดุทนไฟ นิยมใช้หินพอตเทอรีร่วมกับหินฟันม้า ข้อดีของหินพอเทอรีสามารถนำไปใช้ในอุตสหกรรมเซรามิก เนื่องจากมีราคาถูกกว่าหินฟันม้าจึงช่วยลดต้นทุนในการผลิตและใช้อุณหภูมิในการเผาผลิตภัณฑ์ต่ำลงได้ ดังนั้นเพื่อเพิ่มมูลค่าของหินพอตเทอรีและช่องทางการนำไปใช้ประโยชน์ การนำมาใช้เป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์เป็นซีโอไลต์จึงมีความน่าสนใจและมีความเป็นไปได้สูง           ซีโอไลต์ (Zeolite) มีโครงสร้างผลึกที่มีระเบียบและความพรุนตัวสูงมาก มีหลายชนิด มีรูปร่างและขนาดโพรงแตกต่างกัน พบได้ในธรรมชาติ และสามารถสังเคราะห์ได้เป็นผลึกอะลูมิโนซิลิเกต (aluminosilicates)

กระบวนการผลิตซีโอไลตจากหินพอตเทอรี เป็นการนำหินพอตเทอรีไปผสมกับน้ำในอัตราส่วนที่เหมาะสมเพื่อควบคุมสัดส่วนโดยโมลของน้ำต่อโซเดียม และนำไปทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิประมาณ 80 – 110 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 3 – 30 ชั่วโมง ซึ่งอาจเรียกวิธีนี้ว่า ไฮโดรเทอมัล ผลการสังเคราะห์ซีโอไลต์จากวัตถุดิบชนิดต่าง ๆ สามารถสรุปได้ว่าการใช้ชนิดวัตถุดิบตั้งต้นต่างกัน มีผลอย่างชัดเจนต่อกระบวนการสังเคราะห์ซีโอไลต์ และยังอาจส่งผลต่อชนิดของซีโอไลต์ที่สังเคราะห์ได้

ผลการทดลองสังเคราะห์ซีโอไลต์จากหินพอตเทอรีแหล่งต่าง ๆ ในห้องปฏิบัติการพบว่าสามารถสังเคราะห์ซีโอไลต์ ชนิดเอ็กซ์ ได้ ด้วยการผสมผงหินพอตเทอรีต่อเม็ดโซเดียมไฮดรอกไซด์ในอัตราส่วน 1.2 ต่อ 1 โดยน้ำหนัก และผสมให้เข้ากันด้วยวิธีการผสมแบบแห้ง ก่อนนำไปเผาที่อุณหภูมิ 800 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 1 ชั่วโมง ในเตาเผาไฟฟ้า โดยเรียกกระบวนการนี้ว่า การหลอมด้วยด่าง (alkali fusion) หลังจากนั้นนำผงหลังเผามาบดให้เป็นผงอีกครั้งก่อนนำไปผสมน้ำด้วยอัตราส่วนน้ำต่อผงหลังเผา 4 ต่อ 1 โดยน้ำหนักในบีคเกอร์ที่มีขนาด 5 เท่า ของปริมาณน้ำ และปั่นผสมให้เข้ากัน ก่อนปิดฝาด้วยฟิล์มอเนกประสงค์ หลังจากนั้นนำเข้าเตาอบที่อุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 24 ชั่วโมง และรอให้อุณหภูมิลดลงตามธรรมชาติ หลังทำปฏิกิริยาจะได้ผงซีโอไลต์ เอ็กซ์ สีขาวอมเหลืองตกตะกอนอยู่ในสารแขวนลอย นำสารแขวนลอยดังกล่าวมากรองด้วยอุปกรณ์กรองในห้องปฏิบัติการเพื่อแยกผงซีโอไลต์ เอ็กซ์ ออกจากของเหลว และล้างผงด้วยน้ำรีเวอร์สออสโมซิสจนได้น้ำล้างที่มีพีเฮชต่ำกว่า 9 หลังจากนั้นนำผงหลังล้างไปอบที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 1 ชั่วโมง ผงซีโอไลต์ เอ็กซ์ ที่สังเคราะห์ได้ ประกอบด้วยเฟสหลักคือ ซีโอไลต์ เอ็กซ์ และมีเฟสรองที่แตกต่างกันไปเมื่อใช้หินพอตเทอรีจากแหล่งที่แตกต่างกัน ได้แก่ ซีโอไลต์ พี เนฟิลีน ชาบาไซต์ ควอตซ์ และแอลไบต์ อีกหนึ่งสมบัติที่สำคัญของผงซีโอไลต์ เอ็กซ์ คือพื้นที่ผิวจำเพาะ ซึ่งพบว่าซีโอไลต์ เอ็กซ์ ที่สังเคราะห์จากหินพอตเทอรีมีค่าพื้นที่ผิวจำเพาะที่แตกต่างกันขึ้นกับแหล่งของหินพอตเทอรี่ โดยมีค่าอยู่ที่ 375.20 – 728.05 ตารางเมตรต่อกรัม

หินพอตเทอรีสามารถใช้เป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์ซีโอไลต์เอ็กซ์ได้ ด้วยกระบวนการหลอมรวมกับโซเดียมไฮดรอกไซด์ และไฮโดรเทอร์มัล อุณหภูมิในกระบวนการหลอมรวมกับโซเดียมไฮดรอกไซด์ คือ 800 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 1 ชั่วโมง อุณหภูมิการไฮโดรเทอร์มัล คือ 80 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 24 ชั่วโมง ผลการสังเคราะห์ขึ้นกับองค์ประกอบทางเคมี และเฟสของหินพอตเทอรี ผงซีโอไลต์เอ็กซ์ที่สังเคราะห์ได้สามารถนำมาใช้เป็นส่วนผสมในการผลิตทรายแมวที่มีความสามารถในการดูดซับกลิ่นได้

---

ภาพการจัดกิจกรรม