ผลิต ‘พลาสติก’ จาก ‘ไม้ไผ่’ ย่อยสลายได้ใน 50 วัน แข็งแรงทนทาน ไม่กระทบต่อสิ่งแวดล้อม

“พลาสติก” กลายเป็นนวัตกรรมที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของมวลมนุษยชาติ แต่ก็สร้างหายนะทางสิ่งแวดล้อมด้วยเช่นกัน เนื่องจากพลาสติกส่วนใหญ่ยังคงตกค้างอยู่สิ่งแวดล้อม บ้างก็ลอยเท้งเต้งอยู่ในมหาสมุทร บ้างก็ถูกทิ้งอยู่ในหลุมฝังกลบทั่วโลก นักวิทยาศาสตร์จึงพยายามพัฒนาวัสดุทางเลือกอื่น ๆ ที่ยั่งยืนและไม่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ล่าสุดนักวิจัยจากจีนผลิต “พลาสติกชีวภาพจากไม้ไผ่”

ทีมนักวิจัยจากประเทศจีนพัฒนาพลาสติกโมเลกุลจากไม้ไผ่ หรือที่เรียกว่า “บีเอ็มพลาสติก” (BM-plastic) ซึ่งมีความแข็งแกร่งทัดเทียมกับพลาสติกจากน้ำมันดิบ และยังสามารถย่อยสลายได้เองตามธรรมชาติในดินภายในเวลาเพียง 50 วัน ถือเป็นความหวังใหม่ของอุตสาหกรรมการผลิตที่ต้องการวัสดุประสิทธิภาพสูงแต่เป็นมิตรต่อโลก

ไม้ไผ่ได้รับการขนานนามว่าเป็นพืชที่มีความเร็วในการเติบโตสูงมาก โดยสามารถโตได้ถึงหนึ่งเมตรภายในวันเดียว และให้มวลชีวภาพมากกว่าไม้ซุงทั่วไปถึง 5 เท่า ด้วยคุณสมบัตินี้จึงถือเป็นวัตถุดิบที่น่าสนใจสำหรับนำมาผลิตวัสดุที่ยั่งยืน โดยไม่ต้องแย่งชิงพื้นที่ปลูกพืชอาหารของมนุษย์ แต่ที่ผ่านมายังไม่มีการนำไม้ไผ่มาทำพลาสติกมาก่อน มีเพียงแต่นำเส้นใยไม้ไผ่ไปผสมกับเรซินอีพ็อกซี่หรือโพลิเมอร์ 

แม้จะช่วยลดการใช้พลาสติกได้บ้าง แต่ก็ไม่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพอย่างสมบูรณ์ เพราะตัวเรซินที่ใช้เป็นตัวประสานยังคงเป็นพลาสติกแบบดั้งเดิมที่ตกค้างในสิ่งแวดล้อม แตกต่างบีเอ็มพลาสติกที่ถูกสร้างขึ้นด้วยกระบวนการทางวิศวกรรมโมเลกุลที่ทำให้วัสดุทั้งชิ้นมีความเป็นชีวภาพและย่อยสลายได้ 100%

คณะผู้วิจัยที่นำโดยจ้าว ต้าเหว่ย จากมหาวิทยาลัยป่าไม้ตะวันออกเฉียงเหนือ และยู่ ไหเปง จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเคมีเสิ่นหยาง เปลี่ยนกลยุทธ์จากการใช้เพียงเส้นใยมาเป็นการปรับโครงสร้างในระดับโมเลกุล โดยใช้ตัวทำละลายยูเทคติกเชิงลึก (DES) ที่มีความเป็นพิษต่ำ ซึ่งประกอบด้วยซิงค์คลอไรด์และกรดฟอร์มิก เข้าไปสลายพันธะไฮโดรเจนที่พันกันยุ่งเหยิงของเซลลูโลสในไม้ไผ่ 

หลังจากที่โมเลกุลของเซลลูโลสถูกสลายออกเป็นหน่วยย่อย ทีมวิจัยจะใช้เอทานอลเป็นตัวกลางในการกระตุ้นให้โมเลกุลเหล่านั้นกลับมารวมตัวกันใหม่เป็นเครือข่ายที่หนาแน่นและสม่ำเสมอกว่าเดิม กระบวนการนี้เปรียบเสมือนการมีวาทยกรทางเคมีที่คอยกำกับการจัดเรียงตัวของโมเลกุลให้กลายเป็นพลาสติกที่ทั้งแข็งแรงและมีความยืดหยุ่นในคราวเดียวกัน 

พลาสติกที่ได้ออกมามีความแข็งแรงทนทานต่อแรงดึงถึง 110 เมกะพาสคัล มากกว่าพลาสติกโพลิแลกติกแอซิด (PLA) และพลาสติกโพลีสไตรีนทนแรงกระแทกสูง (HIPS) เกือบสองเท่า และมีค่ามอดุลัสของสภาพยืดหยุ่นอยู่ที่ 6.4 กิกะพาสคัล ซึ่งบ่งบอกถึงความแข็งเกร็งที่ยอดเยี่ยม

ขณะเดียวกัน วัสดุนี้สามารถทนต่อสภาพแวดล้อมที่เลวร้ายได้อย่างน่าทึ่ง ทั้งความร้อนที่สูงกว่า 180 องศาเซลเซียส รวมถึงการทดสอบในสภาวะสุดโต่งอย่างการแช่ในอุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 7 วัน รวมถึงการแช่แข็งที่อุณหภูมิ -30 องศาเซลเซียส หรือแม้แต่การอยู่ในสภาวะที่มีความชื้นสูงถึง 70% นานหนึ่งเดือน แต่พลาสติกนี้กลับไม่มีการแตกร้าว บวม หรือเสียรูปทรงเลย

คุณสมบัติที่ทนทานต่อการกัดกร่อนและความชื้นนี้ ทำให้บีเอ็มพลาสติกก้าวข้ามขีดจำกัดของพลาสติกชีวภาพทั่วไปที่มักจะเสื่อมสภาพก่อนเวลาอันควรเมื่อเจอความชื้น

บีเอ็มพลาสติกแสดงศักยภาพในการเป็นวัสดุที่ใช้งานได้จริงเพราะสามารถขึ้นรูปได้หลากหลายวิธี ไม่ว่าจะเป็นการฉีดขึ้นรูป การอัดขึ้นรูป หรือการตัดแต่งด้วยเครื่องจักร หมายความว่าสามารถผลิตในระบบอุตสาหกรรมได้ทันทีโดยไม่ต้องเปลี่ยนเครื่องจักรใหม่ทั้งหมด

เมื่อพิจารณาถึงวัฏจักรของผลิตภัณฑ์ วัสดุนี้ยังสามารถนำกลับมาใช้ใหม่หรือรีไซเคิลได้หลายครั้ง โดยยังคงรักษาความแข็งแรงเดิมไว้ได้สูงถึง 90% ซึ่งความสามารถในการรีไซเคิลนี้เองที่เป็นหัวใจสำคัญในการทำให้ต้นทุนการผลิตที่ประมาณ 2,300 ดอลลาร์ต่อตัน สามารถแข่งขันกับพลาสติกจากปิโตรเลียมได้ เนื่องจากสารเคมีและตัวทำละลายที่ใช้ในกระบวนการสามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้ในระบบปิด

พลาสติกจากไม้ไผ่สามารถสลายตัวกลับสู่ธรรมชาติได้อย่างสมบูรณ์ จากการทดสอบฝังดินพบว่าบีเอ็มพลาสติกจะหายไปจนหมดสิ้นภายในเวลาไม่เกิน 50 วัน และไม่หลงเหลือสารตกค้างที่เป็นอันตรายใด ๆ

อย่างไรก็ตาม แม้ว่าบีเอ็มพลาสติกจะมีข้อดีมากมาย แต่ก็ยังมีข้อจำกัดบางประการที่ต้องพิจารณา โดยเฉพาะความแข็งเกร็งที่สูงมาก ทำให้มันไม่เหมาะสำหรับการผลิตบรรจุภัณฑ์ที่ต้องการความยืดหยุ่น เช่น ฟิล์มถนอมอาหารหรือถุงพลาสติกบาง ๆ แต่จะทำงานได้ดีที่สุดในงานโครงสร้างที่ต้องการความแข็งแรงและความทนทานสูง เช่น ชิ้นส่วนภายในรถยนต์ ตัวเรือนอุปกรณ์ไฟฟ้า และส่วนประกอบในระบบโครงสร้างพื้นฐาน

นอกจากนี้ การขยายขนาดการผลิตจากห้องปฏิบัติการไปสู่ระดับอุตสาหกรรมยังคงต้องการการลงทุนในโครงสร้างพื้นฐานใหม่ ๆ เพื่อจัดการกับตัวทำละลายอย่างมีประสิทธิภาพ รวมถึงการสร้างซัพพลายเชนไม้ไผ่ที่ยั่งยืน เพื่อไม่ให้การจัดหาวัตถุดิบสร้างแรงกดดันใหม่ต่อระบบนิเวศ

ก้าวต่อไปของบีเอ็มพลาสติกคือ การแสดงให้โลกเห็นว่าเราสามารถลดการพึ่งพาทรัพยากรฟอสซิลได้จริงผ่านทางเลือกที่มีประสิทธิภาพสูง ดังที่คณะผู้วิจัยระบุว่า “งานวิจัยนี้ได้กำหนดวิธีการเปลี่ยนเซลลูโลสไม้ไผ่ที่มีอยู่มากมายให้กลายเป็นวัสดุที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและมีประสิทธิภาพสูง ซึ่งเป็นแนวทางที่เป็นไปได้ในการบรรเทามลพิษจากพลาสติกและการพึ่งพาทรัพยากรฟอสซิล”

แม้อาจไม่ใช่ทางออกเดียวสำหรับปัญหาพลาสติกทั้งหมด แต่มันคือพิมพ์เขียวสำคัญสำหรับเศรษฐกิจหมุนเวียน ที่แท้จริง ซึ่งช่วยให้เราสามารถผลิตสิ่งของที่จำเป็นต่อชีวิตสมัยใหม่ได้โดยไม่ทิ้งมรดกแห่งมลพิษไว้ให้คนรุ่นหลังเป็นเวลาหลายร้อยปี

ที่มา: Happy Eco News, Interesting Engineering, New Scientist, ZME Science