เปลี่ยน ‘เศษอาหาร’ เป็น ‘พลาสติกย่อยสลายได้’ ทางแก้ขยะอาหาร-พลาสติก

ในแต่ละปีโลกผลิต “อาหาร” ออกมาจำนวนมาก แต่ก็มีอาหารจำนวนมากที่ถูกทิ้งกลายเป็น “ขยะอาหาร” เฉพาะแค่ในสหรัฐประเทศเดียวก็มีอาหารมากถึง 30-40% ของการผลิตในประเทศไม่เคยถูกนำมาบริโภค ส่วนใหญ่ถูกนำไปฝังกลบ ซึ่งเน่าเสียและปล่อยก๊าซมีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา

ขณะเดียวกัน “ขยะพลาสติก” ก็เป็นอีกหนึ่งปัญหาสำคัญของโลก เมื่อบรรจุภัณฑ์พลาสติก เช่น ขวด ถุง และฟิล์ม แตกสลายกลายเป็น “ไมโครพลาสติก” ที่ซึมลงสู่น้ำ ดิน และเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ในที่สุด นักวิจัยพยายามหาวิธีที่จะแก้ปัญหาทั้งสองอย่างนี้ไปพร้อมกัน ด้วยการนำขยะอาหารมาแปรรูปเป็นพลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพ

“เราสามารถนำขยะอาหารมาใช้เป็นทรัพยากรเพื่อนำไปแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมได้มากมาย หนึ่งในนั้นคือวัสดุพอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ เราตั้งเป้าจะเพิ่มมูลค่าให้กับขยะอาหาร ไปพร้อมกับการลดต้นทุนการผลิตพอลิเมอร์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมนี้ด้วย นอกจากนี้ยังมีทางเลือกอื่น ๆ อีกมากมาย เช่น การผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพและสารเคมีชีวภาพ” เทียนเจิ้ง หลิว นักวิจัยกล่าว

การผลิตพลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพในปัจจุบันมักมีราคาแพง ผู้ผลิตมักเริ่มต้นด้วยวัตถุดิบน้ำตาลบริสุทธิ์และเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์ในสภาพแวดล้อมบริสุทธิ์ ยิ่งทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้นและจำกัดปริมาณการผลิต

ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยบิงแฮมตัน (SUNY) นำโดยนักวิจัยระดับบัณฑิตศึกษา เทียนเจิ้ง หลิว ซึ่งทำงานร่วมกับศ.ชา จิน และทีมงานจากวิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์และวิทยาศาสตร์ประยุกต์ โทมัส เจ. วัตสัน ใช้แนวทางที่แตกต่างออกไป ด้วยการหมักเศษอาหารเพื่อผลิตกรดแลคติก (แหล่งคาร์บอน) และเติมแอมโมเนียมซัลเฟตเพื่อผลิตไนโตรเจน

ผลผลิตที่ได้จากการหมักจะถูกนำไปเลี้ยงเชื้อคิวเพียวิดัส เนเคเตอร์ (Cupriavidus necator) ซึ่งเป็นแบคทีเรียกักเก็บคาร์บอนที่รู้จักในนามพอลีไฮดรอกซีอัลคาโนเอต (PHA) ซึ่งสามารถสะสมไว้ภายในร่างกายเพื่อเป็นแหล่งคาร์บอนและพลังงาน

ประมาณ 90% ของ PHA ที่ผลิตได้ นักวิจัยสามารถเก็บเกี่ยวและนำไปใช้ผลิตบรรจุภัณฑ์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพและผลิตภัณฑ์พลาสติกอื่น ๆ ได้ ไม่ว่าจะเป็นฟิล์ม บรรจุภัณฑ์ หรือวัสดุขึ้นรูปที่สามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม

“การเปลี่ยนขยะอาหารให้เป็นกรดอินทรีย์นั้นค่อนข้างง่าย แต่การเพาะเลี้ยงแบคทีเรียที่ผลิตพลาสติกเป็นเรื่องยาก เพราะตอนแรกฉันไม่มีประสบการณ์เกี่ยวกับการหมักแบคทีเรียเพื่อผลิตไบโอพอลิเมอร์ ทุกครั้งที่ผมเริ่มทำ ผมรู้สึกเหมือนมีอะไรบางอย่างที่ไม่เป็นไปตามที่คาดหวัง” หลิวเข้าร่วมโครงการนี้โดยมีพื้นฐานความรู้ด้านเซลล์ต้นกำเนิด ดังนั้นการเปลี่ยนมาศึกษาจุลชีววิทยาอุตสาหกรรมจึงต้องใช้ความพยายามอย่างมาก

จินได้ไอเดียที่จะใช้ขยะอาหารในปี 2022 หลังจากได้รับทุนจากรัฐนิวยอร์กเพื่อศึกษาความยั่งยืนของอาหาร เธอทราบว่านโยบายของมหาวิทยาลัยซันนีเวล (SUNY) ห้ามนำขยะอาหารไปฝังกลบ แต่ปรกติแล้วโรงอาหารของมหาวิทยาลัยบิงแฮมตันจะแจกอาหารที่เหลือให้กับเกษตรกรเพื่อนำไปเลี้ยงปศุสัตว์ เธอจึงขอเศษอาหารจากโรงอาหารของมหาวิทยาลัยและ Sodexo บริษัทให้บริการด้านอาหารมาใช้ในโครงการนี้

ทีมงานทดสอบว่าเศษอาหารเหล่านี้จะสามารถเก็บอยู่ได้นานเท่าไหร่ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าวัสดุสามารถเก็บไว้ได้นานอย่างน้อยหนึ่งสัปดาห์โดยไม่ส่งผลกระทบต่อกระบวนการเปลี่ยนสภาพทางชีวภาพ และไม่ขึ้นอยู่กับประเภทของอาหาร ตราบใดที่อัตราส่วนการผสมยังคงคงที่

“เราพบว่ากระบวนการนี้มีความทนทานมาก ตราบใดที่เรามีอาหารหลายประเภทผสมอยู่ในอัตราส่วนเดียวกัน เราควบคุมอุณหภูมิและค่า pH ในระหว่างการหมัก และสภาวะเหล่านั้นจะส่งเสริมการเจริญเติบโตของแบคทีเรียที่สร้างกรดอินทรีย์” จินกล่าว

การหมักอาหารทำให้เกิดทั้งของแข็งและกรด แทนที่จะทิ้งกากที่เหลือ นักวิจัยกำลังพัฒนาให้เป็นปุ๋ยอินทรีย์ที่อาจทดแทนปุ๋ยสังเคราะห์บางชนิดได้

ผลการทดลองในห้องปฏิบัติการมีแนวโน้มที่ดี เป้าหมายต่อไปคือการยกระดับกระบวนการ พร้อมยืนยันว่าผลผลิต ต้นทุน และคุณภาพของผลิตภัณฑ์ยังคงที่ในเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่และกระแสของเสียที่ผันผวนมากขึ้น นักวิจัยหาทุนสนับสนุนเพิ่มเติมหรือพันธมิตรในอุตสาหกรรมที่พร้อมจะเปลี่ยนอาหารเหลือจากโรงอาหารให้เป็นบรรจุภัณฑ์ที่ย่อยสลายได้

ขยะอาหารและขยะพลาสติกเป็นสองปัญหาใหญ่ งานวิจัยนี้ชี้ให้เห็นว่า หากใช้จุลินทรีย์และวิศวกรรมที่เหมาะสม อาหารกลางวันเมื่อวานอาจกลายเป็นบรรจุภัณฑ์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

ที่มา: Earth, Interesting Engineering, New Food Magazine