“ขยะพลาสติก” กลายเป็นวิกฤติสิ่งแวดล้อมที่ทวีความรุนแรงขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยในแต่ละปีมีการผลิตพลาสติกใหม่มากกว่า 460 ล้านตัน วัสดุเหล่านี้มีความทนทานต่อการย่อยสลายตามธรรมชาติสูงมาก ทำให้การจัดการด้วยวิธีแบบเดิม เช่น การเผา หรือการฝังกลบ ต้องใช้ทรัพยากรสูงมาก และเกิดมลพิษรุนแรงต่อชั้นบรรยากาศและสิ่งแวดล้อมโดยรวม
เพื่อตอบโจทย์ปัญหานี้ คณะนักวิจัยร่วมจากสถาบันวิจัยขั้นสูงแห่งเซี่ยงไฮ้ ภายใต้สถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน และมหาวิทยาลัยฟูดาน จึงพัฒนาเทคนิคทางเคมีใหม่ ซึ่งเปลี่ยนขยะพลาสติกที่จัดการยากให้กลายเป็นเชื้อเพลิงการบินได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยมีต้นทุนลดต่ำลงกว่าวิธีในอดีตอย่างมาก
งานวิจัยนี้ มุ่งเป้าไปที่ขยะกลุ่มพอลิโอเลฟินส์ ซึ่งประกอบด้วยพอลิเอทิลีนและพอลิโพรพิลีน เป็นสารเคมีที่พบได้ทั่วไปในถุงพลาสติกหรือขวด โดยพลาสติกกลุ่มนี้มีสัดส่วนมากกว่า 60% ของขยะพลาสติกทั่วโลก และมีโครงสร้างโมเลกุลเป็นไฮโดรคาร์บอนสายยาว ากสามารถหั่นสายโซ่เหล่านี้ให้สั้นลงในช่วงคาร์บอน C8–C16 ได้อย่างเหมาะสม ก็จะกลายเป็นองค์ประกอบหลักของเชื้อเพลิงเครื่องบินเจ็ทได้
นักวิจัยคิดค้นตัวเร่งปฏิกิริยาแบบพิเศษ ด้วยการจับคู่ระหว่างโคบอลต์และนิกเกิล ซึ่งโคบอลต์จะทำหน้าที่ช่วยปรับสถานะอิเล็กทรอนิกส์ของนิกเกิล ทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถกระตุ้นไฮโดรเจน และเลือกตัดพันธะคาร์บอนภายในโซ่โมเลกุลของพลาสติกได้อย่างแม่นยำ ป้องกันไม่ให้โมเลกุลแตกตัวละเอียดเกินไปจนกลายเป็นก๊าซมีเทน เหมือนที่เคยเกิดขึ้นในงานวิจัยยุคก่อน
จากการทดสอบในระดับห้องปฏิบัติการพบว่า กระบวนการนี้ให้ผลผลิตของเหลวสูงถึง 82.3% ภายใต้เงื่อนไขปฏิกิริยาที่ไม่รุนแรงเกินไป ยิ่งไปกว่านั้น ยังสามารถในการเลือกเกิดปฏิกิริยาไปเป็นสารประกอบแอลเคน ในช่วงคาร์บอน C8–C16 ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องบินเจ็ทได้สูงถึง 79% นับเป็นตัวเลขที่ไม่ค่อยเกิดขึ้นในวงการเคมีสิ่งแวดล้อม
เนื่องจากงานวิจัยนี้ ใช้โคบอลต์และนิกเกิล ซึ่งเป็นธาตุที่หาได้ง่ายและมีราคาถูก จึงทำให้นวัตกรรมนี้มีต้นทุนต่ำ ต่างจากเทคโนโลยีการเปลี่ยนพลาสติกเป็นเชื้อเพลิงในอดีตที่มักต้องพึ่งพาโลหะมีสกุล เช่น แพลทินัม หรือรูทีเนียม ซึ่งมีราคาสูงลิ่วและหายาก จนไม่สามารถนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ได้จริง
หากกระบวนการผลิตนี้ ใช้พลังงานจากแหล่งหมุนเวียนจะสามารถลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้ถึง 80% เมื่อเทียบกับการผลิตเชื้อเพลิงจากฟอสซิลแบบดั้งเดิม สิ่งนี้สอดคล้องกับเป้าหมายการลดคาร์บอนในอุตสาหกรรมการบินทั่วโลก
ขณะเดียวกัน งานวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ลอสแอนเจลิส ร่วมกับมหาวิทยาลัยสตรีอีฮวา ก็ได้เปิดตัวนวัตกรรมที่คล้ายคลึงกันแต่เปลี่ยนขยะพลาสติกให้กลายเป็น “ไฮโดรเจนบริสุทธิ์” ผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการบำบัดด้วยความร้อนแบบอัลคาไลน์ (Alkaline Thermal Treatment) หรือ ATT ซึ่งสามารถจัดการขยะพลาสติกได้โดยไม่ต้องแยกประเภทก่อน
งานวิจัยนี้ สามารถจัดการกับพลาสติกประเภทที่พบมากที่สุดและรีไซเคิลได้ยาก เช่น พอลิเอทิลีน เทเรฟทาเลต (PET), พอลิเอทิลีน (PE) และพอลิโพรพิลีน (PP) ที่สำคัญ เทคโนโลยี ATT สามารถประมวลผลขยะพลาสติกได้โดยไม่ต้องผ่านกระบวนการคัดแยกประเภทก่อน ซึ่งช่วยประหยัดเวลาและทรัพยากรในขั้นตอนการเตรียมขยะได้อย่างมหาศาล
นอกจากนี้ กระบวนการเปลี่ยนพลาสติกเป็นไฮโดรเจน ยังไม่มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาเลย ทำให้ไฮโดรเจนที่ได้จึงจัดเป็นพลังงานที่สะอาดอย่างแท้จริง ซึ่งแตกต่างจากการผลิตไฮโดรเจนสีเทาแบบดั้งเดิม ที่มักพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลและก่อให้เกิดก๊าซเรือนกระจกจำนวนมาก
อา-ฮยอง “อลิสซา” พาร์ค ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมีและชีวโมเลกุลจาก UCLA ได้กล่าวถึงความสำคัญของเทคโนโลยีเหล่านี้ว่า “เรากำลังแก้ปัญหาระดับโลกที่เร่งด่วนสองอย่างในเวลาเดียวกัน ขยะพลาสติกกำลังสะสมในอัตราที่น่าตกใจ และไฮโดรเจนสะอาดก็จำเป็นต่อการลดคาร์บอนในภาคพลังงาน” เธอยังย้ำว่าเทคโนโลยีนี้เป็นแนวทางที่สร้างสรรค์และสามารถขยายขนาดได้จริง
ด้วยราคาทุน จากการเปลี่ยนขยะเกษตรเป็นไฮโดรเจนได้ในราคาเพียง 1.54 ดอลลาร์ต่อกิโลกรัม ชี้ให้เห็นว่าเชื้อเพลิงจากขยะกำลังเริ่มมีความสามารถในการแข่งขันกับเชื้อเพลิงจากฟอสซิลได้มากขึ้นเรื่อย ๆ
อย่างไรก็ตาม คณะนักวิจัยยังคงหาทางขยายขนาดการผลิตไปสู่ระดับอุตสาหกรรม เนื่องจากเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่อาจมีความซับซ้อนทางวิศวกรรมที่ต่างออกไป นอกจากนี้ ขยะพลาสติกในโลกความเป็นจริงมักมีสิ่งเจือปน ซึ่งอาจทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาเสื่อมสภาพได้ง่าย ทีมวิจัยจึงต้องพัฒนาระบบเตรียมความพร้อมของขยะที่มีประสิทธิภาพก่อนที่จะนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้งานจริงในเชิงพาณิชย์
ท่ามกลางความผันผวนของตลาดน้ำมันโลก นวัตกรรมจากงานวิจัยเหล่านี้ถือเป็นส่วนหนึ่งของความพยายามระดับโลกในการหาเชื้อเพลิงที่สามารถแข่งขันกับเชื้อเพลิงฟอสซิลได้ นอกจากจะช่วยลดมลพิษแล้ว ยังเป็นนปัจจัยสำคัญในการเสริมสร้างความมั่นคงทางพลังงาน และเป็นกุญแจสำคัญสู่การลดคาร์บอนในภาคอุตสาหกรรมหนักในอนาคต
ที่มา: Interesting Engineering, Oil Price, South China Morning Post
