การเปรียบเทียบสารหล่อลื่นชีวภาพกับสารหล่อลื่นจากปิโตรเลียม

พื้นฐานของน้ำมันเบส (Base Oils)

น้ำมันเบส ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของสารหล่อลื่น มักถูกจำแนกตามแหล่งที่มา เช่น น้ำมันที่ได้จากวัสดุชีวภาพ (Bio-based) น้ำมันที่ได้จากการกลั่นน้ำมันดิบ (Petro-based)

น้ำมันเบสทั้งสองประเภทนี้ รวมกับน้ำมันเบสสังเคราะห์ที่มนุษย์สร้างขึ้น เป็นการแบ่งหมวดหมู่หลักของน้ำมันเบสในอุตสาหกรรม น้ำมันแต่ละประเภทมีความต้องการในตลาดสารหล่อลื่นด้วยเหตุผลที่ดี แต่การเข้าใจความแตกต่างระหว่างน้ำมันชีวภาพและน้ำมันจากปิโตรเลียม ทั้งในกระบวนการผลิตและการใช้งานที่เหมาะสม เป็นเรื่องสำคัญ นอกจากนี้ น้ำมันชีวภาพยังมีหลายนิยามที่มักใช้แทนกันได้หรือมีความเกี่ยวข้องกัน

น้ำมันจากปิโตรเลียม (Petro-based Lubricants)

แม้ว่าคำว่า “Petro-based” จะถูกใช้บ้าง แต่โดยทั่วไปมักเรียกกันว่า “น้ำมันแร่” (Mineral-based หรือ Mineral oils) น้ำมันประเภทนี้ได้มาจากการสกัดและกลั่นน้ำมันดิบ กระบวนการกลั่นที่ซับซ้อนจะช่วยแยกผลิตภัณฑ์จากปิโตรเลียมที่ใช้เป็นน้ำมันเบสออกจากเชื้อเพลิง และทำความสะอาดน้ำมันเบสโดยกำจัดสิ่งสกปรกส่วนใหญ่ คุณสมบัติของน้ำมันเบสที่ได้ จะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของน้ำมันดิบต้นทาง และคุณภาพของกระบวนการกลั่น จึงทำให้น้ำมันเหล่านี้สามารถตอบสนองการใช้งานได้หลากหลาย และครองตลาดสารหล่อลื่นมากกว่า 80% ของโลก

น้ำมันชีวภาพ (Bio-based Lubricants)

น้ำมันจะถือเป็น “ชีวภาพ” ได้ ถ้ามีการสกัดจากแหล่งชีวภาพธรรมชาติ ไม่ว่าจะบางส่วนหรือทั้งหมด
ตัวอย่างแหล่งชีวภาพได้แก่ เมล็ดพืช ไขมันสัตว์ ผลิตภัณฑ์จากป่าไม้ น้ำมันชีวภาพมักถูกเรียกว่า Natural Esters หรือ Natural Oils หากระบุว่าเป็นน้ำมันจากพืช (Vegetable-based oils) หมายถึงน้ำมันที่ได้จากการเกษตร เช่น พืชต่าง ๆชื่ออื่น ๆ ที่ใช้เรียกได้แก่ “Veggie Oils” และ “Plant-Based Oils”

จุดเด่นของน้ำมันชีวภาพ

เนื่องจากมีแหล่งที่มาแบบหมุนเวียนได้ (Renewable Resources) น้ำมันชีวภาพจึงได้รับความนิยมในการใช้งานที่ต้องการหรือบังคับให้ใช้ผลิตภัณฑ์หมุนเวียน เช่นเดียวกับน้ำมันแร่ น้ำมันชีวภาพต้องผ่านการกลั่น แต่โดยทั่วไปจะมีการแปรสภาพเพียงเล็กน้อยเพื่อคงคุณสมบัติตามธรรมชาติ เช่น ความสามารถในการย่อยสลายได้ ด้วยคุณสมบัติในการย่อยสลายและความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม น้ำมันชีวภาพมักได้รับการพิจารณาว่า เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม (Environmentally Friendly) และเป็น Environmentally Acceptable Lubricants (EALs) ตามระเบียบ VGP ของ EPA (ย่อยสลายได้, เป็นพิษน้อย, และไม่สะสมในสิ่งมีชีวิต)

ความสำคัญของการย่อยสลายได้

การที่น้ำมันชีวภาพสามารถย่อยสลายได้ทำให้มีบทบาทสำคัญ โดยเฉพาะในกรณีที่มีความเสี่ยงที่น้ำมันจะรั่วไหลสู่สิ่งแวดล้อม แต่ยังต้องสามารถหล่อลื่นได้ตามมาตรฐานขั้นต่ำ

• ตัวอย่างอุตสาหกรรมที่เหมาะสม ได้แก่ ป่าไม้ รถยนต์ การเกษตร ระบบรางรถไฟ การส่งกำลังไฟฟ้า
• การใช้งานในอุปกรณ์ เช่น ระบบไฮดรอลิก โซ่ เกียร์ คอมเพรสเซอร์ ลวดสลิง หม้อแปลงไฟฟ้า

น้ำมันจากพืช (Vegetable-Based Oils)

น้ำมันจากพืชถือเป็นน้ำมันชีวภาพที่พบมากที่สุดในตลาด ข้อสังเกตคือน้ำมันพืชมีราคาสูงกว่าน้ำมันแร่ อย่างน้อย 50% อย่างไรก็ตาม ประโยชน์ที่ได้ ไม่เสมอไป ว่าจะตอบสนองความต้องการการหล่อลื่นหลักของอุปกรณ์ได้ดี

คุณสมบัติตามแหล่งที่มา

คุณสมบัติของน้ำมันจากพืชขึ้นอยู่กับพืชที่เป็นแหล่งที่มา เช่น ถั่วเหลือง (Soybean) เรพซีด (Rapeseed) เมล็ดทานตะวัน (Sunflower Seeds) เมล็ดละหุ่ง (Castor Beans)

ข้อดีตามธรรมชาติ

• หล่อลื่นได้ดี (High Lubricity)
• จุดวาบไฟสูง (High Flash Point)
• ดัชนีความหนืดสูง (High Viscosity Index)

ข้อด้อย

• ความเสถียรต่อการเกิดออกซิเดชันต่ำ (Oxidation Stability)
• คุณสมบัติในอุณหภูมิต่ำไม่ดี (Poor Low-Temperature Properties)
• ความคงตัวในระยะยาวไม่ดี (Long-Term Storage Stability)

การปรับปรุงคุณภาพน้ำมันจากพืช

ปัญหาเหล่านี้สามารถแก้ไขได้บางส่วนด้วยการเลือกวัตถุดิบคุณภาพสูง ใช้กระบวนการกลั่นที่ละเอียดขึ้น (Chemical Modification) เติมสารเติมแต่ง (Additives) ให้เหมาะสมกับการใช้งาน

การใช้สารต้านออกซิเดชัน (Antioxidants)

น้ำมันจากพืชส่วนใหญ่อาศัยการเติมสารต้านออกซิเดชันในปริมาณมาก เพื่อชะลอการเสื่อมสภาพและการแข็งตัวเมื่อเวลาผ่านไป แม้ว่าประสิทธิภาพด้านการหล่อลื่น เช่น ความเสถียรต่อออกซิเดชัน และเสถียรภาพทางความร้อนจะด้อยกว่า แต่คุณสมบัติด้านสิ่งแวดล้อม เช่น ความสามารถในการย่อยสลายได้ ก็ถือเป็นการแลกเปลี่ยนที่ยอมรับได้

การเปรียบเทียบระหว่างน้ำมันแร่และน้ำมันพืชแม้ว่าน้ำมันแร่และน้ำมันจากพืชจะมีความแตกต่างกันอย่างมาก แต่ทั้งสองประเภทมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรม:

น้ำมันแร่คุณภาพสูง
เป็นที่นิยมในอุตสาหกรรมเครื่องจักร เนื่องจากความเสถียรระยะยาวดี ราคาย่อมเยา โครงสร้างไฮโดรคาร์บอนจากปิโตรเลียมให้ความเสถียรต่อออกซิเดชันที่ดี มีความเสถียรทางความร้อนที่ดี และเหมาะสมกับความหนืดหลากหลายระดับ เหมาะสำหรับ จาระบีทั่วไป กล่องเกียร์ ปั๊ม มอเตอร์ เครื่องจักรอุตสาหกรรมส่วนใหญ่

น้ำมันสังเคราะห์ (Synthetic Lubricants)

น้ำมันสังเคราะห์มักให้ข้อได้เปรียบที่เหนือกว่าน้ำมันแร่หรือน้ำมันพืช เช่นคุณสมบัติทางเทคนิคที่ดีกว่า ประสิทธิภาพสูงกว่า แต่ก็มีข้อเสียคือ ราคาสูงกว่า อย่างมีนัยสำคัญ อย่างไรก็ตาม เมื่อความต้องการน้ำมันหล่อลื่นที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเพิ่มขึ้น น้ำมันจากพืชจะเป็นตัวเลือกที่มีโอกาสเติบโต

แนวโน้มในอนาคต

ผู้ผลิตสารหล่อลื่นยังคงคิดค้นนวัตกรรมใหม่ ๆ ต่อไป เช่น น้ำมันจากสัตว์ (Animal-Based Lubricants) หรือแหล่งชีวภาพอื่น ๆ (Other Biological Sources) เพื่อนำมาใช้เป็นน้ำมันหล่อลื่นชีวภาพรุ่นใหม่ในอุตสาหกรรม

โดย Bennett Fitch, Noria Corporation