เปลี่ยน “น้ำมันดิบ” เป็น “เชื้อเพลิง” ได้อย่างไร? อธิบายด้วยวิทยาศาสตร์

สงครามระหว่างสหรัฐฯ - อิสราเอล กับอิหร่าน ดำเนินต่อไปเรื่อย ๆ ส่งผลให้วิกฤตการณ์น้ำมันโลกทวีความรุนแรงขึ้นเรื่อย ๆ เช่นเดียวกัน การปิดช่องแคบฮอร์มุซ ซึ่งเป็นเส้นทางลำเลียงน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ ประมาณ 20% ของโลก และการกำหนดเป้าหมายโจมตีโรงงานผลิตน้ำมันในตะวันออกกลาง เป็นสาเหตุให้ราคาน้ำมันพุ่งสูงขึ้น ด้วยเหตุนี้ Thai PBS Sci & Tech จึงขอนำความรู้มาให้ได้ทราบว่า กว่า “น้ำมันดิบ” จะกลายเป็นเชื้อเพลิงที่เราใช้เติมน้ำมันรถกันอยู่ทุกวันนี้ได้อย่างไร?

การเปลี่ยน “น้ำมันดิบ” เป็น “เชื้อเพลิง” เหมือนกับการเคี่ยวซอสพาสต้า

ผู้บริโภคส่วนใหญ่จะตื่นตระหนกเมื่อราคาน้ำมันสูงเกิน 100 ดอลลาร์สหรัฐต่อบาร์เรล แต่ความเป็นจริงทางเศรษฐกิจนั้นซับซ้อนกว่าและเกี่ยวข้องกับระยะยาวมากกว่านั้น นั่นเป็นเพราะว่าของเหลวภายในถังนั้นไม่สามารถนำมาใช้ได้โดยตรง

ต้องทำการ “แยกย่อย” หรือ “แยกส่วน” น้ำมันดิบออกมาเป็นสารเคมีที่ใช้ในการผลิตสินค้าในชีวิตประจำวันกว่า 6,000 ชนิด (ผลิตภัณฑ์บางอย่างสามารถทดแทนด้วยสารทดแทนที่ไม่ใช่ปิโตรเลียมได้ แต่การทำเช่นนั้นอาจทำให้ราคาสินค้าสูงขึ้นหลายเท่าตัว)

กระบวนการเปลี่ยนน้ำมันดิบหนึ่งบาร์เรลให้เป็นผลิตภัณฑ์เหล่านี้ ได้รับการจัดการในสาขาวิศวกรรมเคมี (Chemical Engineering) โดยใช้ภาชนะที่เรียกว่า “Columns” หรือ “หอกลั่น” (Distillation Columns) ในอุตสาหกรรมปิโตรเลียม คือภาชนะทรงสูงที่ทำงานภายใต้อุณหภูมิและความดันสูง ใช้หลักการกลั่นลำดับส่วนเพื่อแยกน้ำมันดิบออกเป็นส่วนประกอบต่าง ๆ (Fractions) เช่น ก๊าซ, เบนซิน, ดีเซล ตามจุดเดือดที่ต่างกัน ซึ่งจัดเป็นหัวใจสำคัญของกระบวนการโรงกลั่น

หลักการนี้ คล้ายกับการเคี่ยวซอสพาสต้า โดยที่เชฟจะใช้ความร้อนที่แม่นยำเพื่อระเหยน้ำ (ซึ่งเป็นส่วนประกอบที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า) แล้วเพิ่มความเข้มข้นของสารเคมีที่ทำให้มะเขือเทศมีรสชาติอร่อย

การแยก “น้ำมัน” ตามลำดับ ออกมาเป็นผลิตภัณฑ์แต่ละประเภท

“น้ำมันดิบ” ต่างจากสารเคมีในมะเขือเทศธรรมดา โดยมีสารเคมีนับหมื่นชนิดในน้ำมันหนึ่งถังหมายความว่า ต้องวาง “Columns” หรือ “หอกลั่น” เพื่อแยกสารเหล่านี้เรียงกันตั้งแต่ห้าถึงสิบ Columns โดยแต่ละ Columns จะผลิตน้ำมันที่แม่นยำกว่า Columns ก่อนหน้า

โดยพวกเราน่าจะคุ้นเคยกับผลิตภัณฑ์ใน Columns แรก ๆ เนื่องจากกลั่นออกมาเป็น “ก๊าซธรรมชาติ” ที่มีความหนาแน่นน้อยที่สุด (เบาที่สุด) ซึ่งก็คือเชื้อเพลิงสำหรับเตาปรุงอาหาร หรือ “แก๊สหุงต้ม” (ก๊าซปิโตรเลียมเหลว LPG) นั่นเอง

ผลิตภัณฑ์ที่มีความหนาแน่นรองลงมาคือ “น้ำมันเบนซิน” ซึ่งคิดเป็นประมาณครึ่งหนึ่งของปริมาตรน้ำมันดิบหนึ่งบาร์เรล

ด้วยความร้อนและต้นทุนที่เพิ่มขึ้น ผลิตภัณฑ์ที่มีน้ำหนักมากกว่าสามารถแยกออกเป็น “น้ำมันเครื่องบิน” และด้วยความร้อนที่มากขึ้นอีก ก็จะได้ “น้ำมันดีเซล” ซึ่งคิดเป็นประมาณหนึ่งในสี่ของบาร์เรลโดยเฉลี่ย

นอกจากการกลั่น “น้ำมันดีเซล” ที่ต้องใช้ความร้อนสูงมากแล้ว ยังมีการแยกน้ำมันดิบให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์อื่นได้อีก แต่ต้องใช้ความร้อนสูงมาก ๆ ซึ่งจะได้สารเคมีที่ใช้ในการผลิตสินค้าสมัยใหม่ เช่น ยาง ผ้าใยสังเคราะห์ พลาสติก เครื่องสำอาง เป็นต้น

“น้ำมัน” แต่ละพื้นที่ของโลกไม่เหมือนกัน

ความซับซ้อนสุดท้ายเกิดขึ้นจากกระบวนการทางธรณีวิทยาที่ "สร้าง" น้ำมันดิบขึ้นมาเอง โดยตลอดระยะเวลานับล้านปี ความดันและอุณหภูมิสูงได้ย่อยสลายและกลายเป็นของเหลวปริมาณมากในใต้ดิน

เนื่องจากพืช สัตว์ และธรณีวิทยาของแต่ละระบบนิเวศมีความเป็นเอกลักษณ์ “น้ำมันดิบ” ที่เกิดขึ้นใต้ดินก็มีความเป็นเอกลักษณ์เช่นกัน หมายความว่า น้ำมันแต่ละพื้นที่จะมี “สารเคมี” ที่แตกต่างกัน การสร้างโรงกลั่นจึงต้องดูว่าน้ำมันดิบที่จะนำมากลั่นมีลักษณะเป็นอย่างไร แล้วสร้าง “Columns” หรือ “หอกลั่น” ให้ตอบโจทย์

โดยทั่วไป ระยะเวลาตั้งแต่การผลิตน้ำมันหนึ่งบาร์เรลจนถึงการส่งมอบผลิตภัณฑ์ที่มีส่วนประกอบทางเคมี ไปยังมือผู้บริโภคจะอยู่ระหว่างหนึ่งถึงสามเดือน ขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของผลิตภัณฑ์ “ราคาน้ำมันเบนซิน” อาจได้รับผลกระทบภายในไม่กี่สัปดาห์ ในขณะที่ผลิตภัณฑ์พลาสติก เช่น ภาชนะบรรจุอาหาร อาจต้องใช้เวลาหลายไตรมาสจึงจะเห็นผลกระทบอย่างชัดเจน

หวังว่าความขัดแย้งในตะวันออกกลางระหว่าง สหรัฐอเมริกา - อิสราเอล กับ “อิหร่าน” จะจบลงโดยเร็ววัน เพื่อให้ราคาน้ำมันโลก และราคาน้ำมันในบ้านเรา กลับคืนสู่ภาวะปกติเร็วที่สุด

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

ที่มาข้อมูล : theconversation

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech