"เศรษฐกิจหมุนเวียน" ด้วยพลาสติกชีวภาพสมบัติพิเศษและการรีไซเคิล

แต่เนื่องจากปริมาณการใช้งานที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก จึงเกิดการสะสมของขยะพลาสติกหลังการใช้งานปริมาณมหาศาล เกิดปัญหามลภาวะทางสิ่งแวดล้อม การปนเปื้อนในดิน แหล่งน้ำ และอากาศ

โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพลาสติกแตกเป็นชิ้นเล็ก ๆ เรียกว่าไมโครพลาสติก จะยิ่งเป็นภัยคุกคามอย่างยิ่งต่อระบบนิเวศ 

นอกจากนี้วัตถุดิบหลักในการสังเคราะห์พอลิเมอร์ทั่วไป ได้มาจากแหล่งฟอสซิล เช่น น้ำมันดิบ ซึ่งใช้เวลานานเป็นพัน ๆ ปีในการก่อตัว

จากการนำมาใช้ประโยชน์ทั้งเป็นแหล่งพลังงาน และเป็นสารตั้งต้นในการผลิตพอลิเมอร์ จึงทำให้มีปริมาณเหลืออยู่น้อยมากในปัจจุบัน ทำให้มีราคาสูงขึ้นหลายเท่าตัว และกำลังจะหมดไปในอีกไม่นาน

พอลิเมอร์จึงจัดเป็นวัสดุที่ไม่ยั่งยืน ส่งผลให้ต้องเร่งพัฒนาวัสดุทางเลือก เช่น พลาสติกชีวภาพ ที่ผลิตได้จากแหล่งวัตถุดิบหมุนเวียน เช่น จากกระบวนการหมักแป้ง หรือน้ำตาล ซึ่งเป็นผลผลิตทางการเกษตร เช่น อ้อย มันสำปะหลัง และข้าวโพด เป็นต้น

เมื่อนำวัสดุประเภทนี้มาใช้งานแล้ว ยังสามารถสลายตัวได้ โดยจุลินทรีย์ ในเวลาประมาณ 6 เดือน ถึง 1 ปีเท่านั้น จึงไม่ก่อให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อม

รศ. ปกรณ์ โอภาประกาสิต สถาบันเทคโนโลยีนานาชาติสิรินธร (SIIT) และศูนย์แห่งความเป็นเลิศทางวิชาการด้านวิศวกรรมวัสดุสมบัติพิเศษขั้นสูง (CoE FAME) มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ และคณะ ทำงานวิจัยต่อเนื่องมากว่า 20 ปี ในการพัฒนากระบวนการผลิตพอลิเมอร์ชีวภาพหลากหลายชนิด

กระบวนการพัฒนาวัสดุสมบัติพิเศษเพิ่มมูลค่า จากผลิตภัณฑ์พลาสติกหลังการใช้งาน ตามแนวทางเศรษฐกิจหมุนเวียน

 

ตั้งแต่ในระดับห้องปฏิบัติการ จนถึงการขยายกำลังการผลิตเป็นระดับนำร่อง เพื่อถ่ายทอดเทคโนโลยีสู่ภาคอุตสาหกรรม

โดยเฉพาะพอลิเมอร์ชนิด พอลิแลคไทด์ หรือ PLA และพอลิบิวทีลีนซัคซิเนส หรือ PBS และอนุพันธ์ รวมถึงพัฒนากระบวนการตรวจสอบวิเคราะห์โครงสร้างและสมบัติ แล้วนำมาประยุกต์ใช้ประโยชน์เป็นผลิตภัณฑ์หลากหลาย

เช่น ถุงห่อผลไม้ที่คัดเลือกช่วงแสงและการแพร่ผ่านของแก๊ส ทำให้ควบคุมการสุกของผลไม้และรสชาติได้อย่างดี ถุงบรรจุภัณฑ์อัจฉริยะสำหรับยืดอายุผักและผลไม้สด บรรจุภัณฑ์ควบคุมการเจริญของเชื้อสำหรับผลิตภัณฑ์เนื้อสัตว์

เม็ดบีดขัดผิวที่ปลดปล่อยกลิ่นหอมได้ เม็ดบีดพอลิเมอร์ชีวภาพสะท้อนรังสียูวีสำหรับเพิ่มประสิทธิภาพครีมกันแดด  ซึ่งสามารถสลายตัวได้หลังการใช้งาน หรือการใช้ประโยชน์ทางการแพทย์ เป็นวัสดุปิดแผลและนำส่งยาในร่างกาย เป็นต้น

อย่างไรก็ตาม การจัดการขยะพลาสติกที่ไม่สลายตัวและยังตกค้างอยู่จำนวนมหาศาล ก็สำคัญเช่นเดียวกัน รศ. ปกรณ์ โอภาประกาสิต และคณะ ยังได้พัฒนากระบวนการรีไซเคิลทางเคมี ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่มีศักยภาพสูงในการตัดสายโซ่พลาสติกที่มีขนาดยาว ให้กลับไปเป็นสารตั้งต้นใหม่ จึงสามารถนำมาสังเคราะห์เป็นผลิตภัณฑ์ใหม่ที่มีคุณภาพ และความบริสุทธิ์สูงได้

เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีการรีไซเคิลเชิงกลที่ใช้ในกันอยู่ในปัจจุบัน คือ การหลอมแล้วกลับมาขึ้นรูปใหม่ จะได้ผลิตภัณฑ์ที่มีสมบัติด้อยลง และอาจเกิดการปนเปื้อนได้ง่าย จึงมีข้อจำกัดในการใช้งาน ทำให้มูลค่าของผลิตภัณฑ์รีไซเคิลที่ได้ลดลงอย่างมาก

แต่กระบวนการรีไซเคิลทางเคมี สามารถเปลี่ยนพลาสติกหลังการใช้งานทั้งชนิดที่สลายตัวได้และสลายตัวไม่ได้ กลับมาเป็นผลิตภัณฑ์เพิ่มมูลค่าที่สลายตัวได้

จึงช่วยการลดการใช้งานแหล่งวัตถุดิบใหม่ ๆ พร้อมทั้งลดปริมาณขยะที่ก่อให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อม อย่างมีประสิทธิภาพและยั่งยืน สอดคล้องกับหลักการเศรษฐกิจหมุนเวียน (Circular economy)

ตัวอย่างเช่น การนำผลิตภัณฑ์พอลิเอทธิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) เช่น ขวดบรรจุนม และผลิตภัณฑ์พอลิสไตรีน เช่น กล่องโฟม หรือถ้วยกาแฟร้อน ที่สลายตัวไม่ได้ หรือแม้แต่ผลิตภัณฑ์พลาสติกชีวภาพ ชนิด PLA และ PBS เช่น

ถ้วยกาแฟจาก 2 ร้านขนาดใหญ่ กลับมาตัดสายโซ่เป็นสารตั้งต้น แทนการปล่อยให้สลายตัวตามธรรมชาติ แล้วใช้ประโยชน์ใหม่เป็นผลิตภัณฑ์ที่ยังมีคุณภาพคงเดิมหรือดีกว่าเดิม หรือมีมูลค่าสูงขึ้น โดยสามารถสลายตัวได้หลังการใช้งาน

เช่น ใช้งานเป็นพอลิยูรีเทนฐานชีวภาพ โฟมกันกระแทก อนุภาคนาโนพอลิเมอร์ที่กักเก็บน้ำมันหอมระเหย กาวชีวภาพสมบัติพิเศษ วัสดุดูดซับน้ำมันประสิทธิภาพสูงที่ใช้งานซ้ำได้ เส้นใยสำหรับไส้กรองแยกน้ำมันที่ปนเปื้อนในน้ำ เป็นต้น

อีกประเด็นที่มีความสำคัญต่อสิ่งแวดล้อมในปัจจุบัน คือ การลดประมาณคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ที่ปลดปล่อยออกสู่บรรยากาศ เนื่องจากเป็นสาเหตุสำคัญของปรากฏการณ์เรือนกระจก และภาวะโลกร้อน

การพัฒนาเทคโนโลยีในการดักจับ CO2 จากกระบวนการเผาไหม้เชื้อเพลิงและการปศุสัตว์ แล้วเปลี่ยนให้เป็นสารเคมีชนิดอื่นที่ไม่ส่งผลต่อสิ่งแวดล้อม จึงได้รับความสนใจเป็นอย่างยิ่ง

รศ. ปกรณ์ โอภาประกาสิต และคณะ ได้พัฒนากระบวนการผนึก CO2 เข้ากับโครงสร้างของพอลิเมอร์ สังเคราะห์เป็นพลาสติกฐานคาร์บอนไดออกไซด์ หลากหลายชนิด ที่มีสมบัติหลากหลาย เหมาะกับการใช้ประโยชน์เฉพาะทาง

เช่น โฟมพอลิยูรีเทนฐานชีวภาพ พอลิเมอร์จำรูป (shape memory polymer) วัสดุอัจฉริยะซ่อมตัวเองได้ (self-healing materials) กาวประสิทธิภาพสูงสมบัติเฉพาะ และเส้นใยเพื่อการพิมพ์สามมิติ เป็นต้น

องค์ความรู้และเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้น นอกจากการตีพิมพ์เผยแพร่ในวารสารวิขาการคุณภาพสูง แล้วยังสามารถถ่ายทอดสู่ภาคอุตสาหกรรม เพื่อใช้ผลิตทางการค้า ยกระดับความสามารถในการแข่งขันของภาคอุตสาหกรรม และของประเทศ

ด้วยผลงานวิจัยและนวัตกรรม ส่งกระทบอย่างสูงในการสร้างความตื่นตัวของภาคประชาสังคม ในการลดปริมาณขยะ ลดการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจก การมีส่วนร่วมในการแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อม ลดการใช้งานแหล่งวัตถุดิบใหม่ ๆ

แต่ส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อใช้ประโยชน์วัตถุดิบที่ใช้งานอยู่แล้วในระบบเศรษบกิจ หลาย ๆ รอบ ให้เกิดประโยชน์สูงสุด นำไปสู่สังคมคาร์บอนเป็นศูนย์ (Net zero society) และการพัฒนาอย่างยั่งยืน.