เทคโนโลยีวัสดุขั้นสูง ตอบโจทย์ BCG model ภารกิจที่ การวิจัยขั้นแนวหน้า ต้องมี

ในปัจจุบัน การพัฒนาเพื่อรองรับกับการเพิ่มขึ้นของประชากร และยกระดับคุณภาพชีวิตของประชากรโลก ต้องแลกมาด้วยความต้องการใช้ทรัพยากรที่เพิ่มตามอย่างมากและรวดเร็ว  จนเกิดการเสียสมดุลระหว่างความต้องการของมนุษย์กับทรัพยากรที่มีอยู่ และเกิดของเสียจากห่วงโซ่การบริโภคเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งส่งผลเชิงลบต่อระบบนิเวศและสิ่งแวดล้อม และไม่ยั่งยืน ดังนั้น จึงมีแนวคิดใหม่ที่จะพัฒนาเศรษฐกิจ โดยมุ่งสู่การใช้ทรัพยากรอย่างคุ้มค่า มีการนำทรัพยากรที่ใช้แล้วนำกลับมาใช้ใหม่ และปลดปล่อยของเสียสู่สภาพแวดล้อมให้น้อยที่สุด เรียกระบบเศรษฐกิจใหม่นี้ว่า BCG model 

BCG model เป็นการบูรณาการการพัฒนาเศรษฐกิจในสามมิติไปพร้อมกัน ได้แก่ B- Bio Economy หรือ เศรษฐกิจชีวภาพ C-Circular Economy หรือเศรษฐกิจหมุนเวียน และ G-Green Economy หรือ เศรษฐกิจสีเขียว โดยนำองค์ความรู้มาต่อยอดฐานความเข้มแข็งภายในของประเทศ นั่นคือ ความหลากหลายทางชีวภาพ (Biodiversity) และผลผลิตการเกษตรที่อุดมสมบูรณ์ โดยมุ่งยกระดับระบบการผลิตในปัจจุบัน ไปสู่ระบบการผลิตสมัยใหม่ที่ใช้ทรัพยากรอย่างคุ้มค่า เพื่อรักษาความมั่นคงทางวัตถุดิบและสมดุลของสิ่งแวดล้อม และตอบโจทย์การพัฒนาที่ยั่งยืน (SDG) โดย BCG model ครอบคลุมอุตสาหกรรมเป้าหมายที่เป็น S-Curve ตามนโยบายการพัฒนาประเทศ การวิจัยและพัฒนาวัสดุ ทั้งทางด้านพื้นฐาน ขั้นก้าวหน้า หรือขั้นประยุกต์ใช้ประโยชน์ นับว่าเป็นพื้นฐานสำคัญยิ่งยวดที่จะนำไปสู่การพัฒนาตาม BCG model อย่างเต็มประสิทธิภาพ เพื่อมุ่งสู่การพัฒนาอย่างยั่งยืน 

เทคโนโลยีวัสดุขั้นสูง (Advanced Materials)  ซึ่งเป็นวัสดุใดๆที่ผ่านการควบคุม ให้มีโครงสร้างที่แม่นยำและเฉพาะเจาะจง ทำให้เกิดคุณสมบัติพิเศษที่ดีกว่าวัสดุพื้นฐาน หรือทำให้วัสดุมีหน้าที่พิเศษตามความต้องการและควบคุมได้  โดยวัสดุขั้นสูงเหล่านี้ผ่านกระบวนการผลิตและใช้เทคโนโลยีที่ก้าวหน้า เช่น เทคโนโลยีการจัดเรียงอะตอมและโครงสร้างระดับนาโน ทำให้เราสามารถกำหนด และออกแบบคุณสมบัติของวัสดุได้ดียิ่งขึ้น  

วัสดุขั้นสูงกลุ่มที่สำคัญในการเป็นพื้นฐานการพัฒนาที่ยั่งยืน คือ วัสดุขั้นสูงจากทรัพยากรชีวภาพ (Bioresource-derived Advanced Materials) ซึ่งประกอบด้วยวัสดุคาร์บอน (Carbon Materials) และวัสดุพอลิเมอร์โดยเฉพาะกลุ่มที่สลายตัวได้หลังการใช้งาน (Functional Degradable Polymers) โดยวัตถุดิบในการสังเคราะห์วัสดุกลุ่มนี้โดยทั่วไป ได้มาจากแหล่งฟอสซิลเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีขนาดโมเลกุล และโครงสร้างเคมีแตกต่างกัน เช่น แก๊สธรรมชาติ น้ำมันดิบ เป็นต้น ซึ่งแตกต่างกันตามอัตราส่วนปริมาณ C/H ในโครงสร้าง และสารประกอบจากแหล่งฟอสซิลที่มีปริมาณ C/H ในโครงสร้างสูงมากๆ จะเกิดเป็นกราไฟต์ (Graphite) และเพชร (Diamond) ในที่สุด ซึ่งสามารถนำมาใช้ประโยชน์เป็นวัสดุคาร์บอน เช่น กราฟีน ท่อคาร์บอนนาโน ฯลฯ และเนื่องจากสารประกอบจากแหล่งฟอสซิลมีปริมาณเหลืออยู่น้อยมากในปัจจุบัน จึงมีความพยายามแสวงหาแหล่งวัตถุดิบทางเลือกอื่น โดยเฉพาะจากฐานชีวภาพ (Bio-based Resources) เช่น ซากพืช ขยะชีวภาพที่เหลือทิ้งจากการเกษตร เป็นต้น เทคโนโลยีปัจจุบันสามารถนำมาใช้สังเคราะห์เป็นเชื้อเพลิง หรือผลิตเป็นสารตั้งต้นสำหรับผลิตพอลิเมอร์ฐานชีวภาพ และผลิตเป็นวัสดุคาร์บอนได้เช่นเดียวกัน 

อีกหนึ่งปัญหาสำคัญที่ส่งผลต่อการพัฒนาสู่ความยั่งยืน คือ การจัดการของเสียที่เกิดจากห่วงโซ่การบริโภค การนำวัสดุที่ผ่านการใช้งานแล้วกลับไปใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ใหม่นั้น โดยที่คุณภาพยังคงเดิม หรือมีมูลค่าสูงขึ้น เช่น กระบวนการรีไซเคิลทางเคมี (Chemical Recycling) และการนำเอาแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ที่เป็นต้นเหตุของปัญหาโลกร้อน มาผลิตเป็นวัสดุพอลิเมอร์ หรือวัสดุคาร์บอนได้โดยตรง จึงได้รับความสนใจอย่างยิ่ง ประเทศไทยมีทรัพยากรชีวภาพอยู่อย่างเหลือเฟือ 
การวิจัยขั้นแนวหน้า (Frontier Research) ในด้านนี้ จึงเป็นสิ่งที่ควรส่งเสริม เป็นการแก้ปัญหาโลกร้อนได้ด้วย อีกทั้งมีศักยภาพสูงในการใช้ประโยชน์เชิงพาณิชย์ และสอดคล้องกับแนวทางการพัฒนาที่ยั่งยืน และเชื่อว่าในอนาคตประเทศไทยจะสามารถเป็นผู้นำของเทคโนโลยีในด้านนี้ได้อย่างแน่นอนในอนาคต

(ที่มา:ร่างสมุดปกขาวแผนงานวิจัยขั้นแนวหน้า (Frontier Research) ด้านเทคโนโลยีวัสดุขั้นสูง (Advanced Materials) นำเสนอโดย สมาคมวิจัยวัสดุประเทศไทย (MRS-Thailand))

*บทความโดย ดร.อดิสร  เตือนตรานนท์ ศูนย์เทคโนโลยีเพื่อความมั่นคงของประเทศและการประยุกต์เชิงพาณิชย์ สวทช. / เมธีวิจัยอาวุโส สกว. /สมาคมวิจัยวัสดุประเทศไทย