พัฒนาเม็ดบีดส์จากชีส-เต้าหู้ ‘ดักจับคาร์บอน’ ดีขึ้น 50% ลดต้นทุนอย่างยั่งยืน

การจะรักษาระดับอุณหภูมิโลกไม่ให้สูงเกิน 1.5 องศาเซลเซียสจากยุคก่อนอุตสาหกรรม เพื่อให้เป็นไปตามความตกลงปารีส จำเป็นต้องลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกแล้ว ควบคู่ไปกับการดึง “ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์” หลายพันล้านตันออกจากชั้นบรรยากาศด้วย โดยปัจจุบันมีการพัฒนาเทคโนโลยีที่เรียกว่า “การดักจับคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศโดยตรง” หรือ “DAC” (Direct Air Capture) มาอย่างต่อเนื่อง แต่กระบวนการนี้ต้องใช้พลังงานมหาศาลและมีต้นทุนการดำเนินงานที่สูงมาก ส่งผลให้การนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ในวงกว้างยังคงเป็นเรื่องยาก

ความหวังใหม่เกิดขึ้น เมื่อทีมนักวิจัยนำโดย ศ.ราฟฟาเอล เมซเซนกา จาก สถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธรัฐสวิส ซูริก (ETH Zurich) นำเสนอแนวทางที่แตกต่างออกไป โดยการนำขยะเหลือทิ้งจากอุตสาหกรรมอาหารอย่าง “เวย์” จากการทำชีส และผลพลอยได้จากการผลิตเต้าหู้ มาใช้เป็นวัสดุดูดซับคาร์บอน

กระบวนการผลิต เริ่มจากการสกัดโปรตีนจากของเหลวเหลือทิ้งเหล่านี้ ซึ่งปรกติมักจะถูกทิ้งเป็นขยะในปริมาณมหาศาล ให้กลายเป็นสายโซ่ยาวที่เรียกว่า “เส้นใยแอมีลอยด์” (Amyloid fibrils) เพื่อใช้เป็นโครงสร้างหลักของวัสดุดักจับ 

จากนั้น เส้นใยเหล่านี้จะถูกเคลือบด้วย “โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์” (Potassium Hydroxide) ซึ่งเป็นสารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อน แล้วจึงนำไปอัดเป็นเม็ดบีดส์รูพรุนขนาดเล็กประมาณ 0.5-1 เซนติเมตร โดยวัสดุที่ได้จะมีโครงสร้างภายในที่ซับซ้อนและมีพื้นที่ผิวสัมผัสกว้างมากเพื่อดักจับก๊าซจากอากาศ

จากการทดสอบในห้องปฏิบัติการพบว่า เม็ดบีดส์นี้มีประสิทธิภาพสูงอย่างน่าทึ่ง โดยวัสดุเพียง 1 กรัม สามารถดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ถึง 97 มิลลิกรัม ซึ่งสูงกว่าเทคโนโลยี DAC แบบเดิมถึง 10-50% และในหนึ่งรอบการทำงาน เม็ดบีดส์ 1 กิโลกรัมจะสามารถดักจับคาร์บอนได้ประมาณ 100 กรัม

ศ.เมซเซนกา อธิบายถึงความพิเศษของวัสดุนี้ว่า “วัสดุที่ได้นี้เปรียบเสมือนฟองน้ำที่สามารถดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ ปริมาณมากผ่านโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ ซึ่งเมื่อสัมผัสกับอากาศ สารนี้จะทำปฏิกิริยาเกิดเป็นไฮโดรเจนคาร์บอเนต ที่เป็นเกลือของกรดคาร์บอนิก ดึงคาร์บอนออกจากอากาศได้อย่างมีประสิทธิภาพ”

โดยปรกติแล้ว การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ดักจับไว้เพื่อนำไปกักเก็บ จะต้องใช้ความร้อนสูงถึง 80-120 องศาเซลเซียส แต่เม็ดบีดส์โปรตีนนี้เพียงแค่ใช้การฉีดพ่นด้วยกรดและด่างอ่อน ๆ สลับกันเป็นเวลา 10 นาทีที่อุณหภูมิห้อง ก็สามารถสลายพันธะเคมีเพื่อแยกก๊าซออกมาได้แล้ว ซึ่งช่วยให้เทคโนโลยีนี้ประหยัดพลังงานกว่าเดิม

นอกจากนี้ วัสดุที่ใช้ยังมีความทนทานและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม โดยสามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้มากกว่า 30 รอบโดยไม่เสียประสิทธิภาพ และเมื่อหมดอายุการใช้งานหลังจากผ่านไปหลายพันรอบ เม็ดบีดส์ที่เป็นสารอินทรีย์ทั้งหมดนี้ยังสามารถนำไปทำเป็นปุ๋ยสำหรับใช้ในภาคเกษตรกรรม หรือเปลี่ยนเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพได้อีกด้วย

โจว ตง นักวิจัยหลังปริญญาเอกและผู้เขียนหลักของงานวิจัยนี้ กล่าวว่า “เทคโนโลยีของเราถูกกว่าและยั่งยืนกว่า เพราะใช้พลังงานเพียงเล็กน้อยและมีพื้นฐานมาจากขยะที่หาได้ทั่วไป สิ่งนี้อาจเป็นตัวเปลี่ยนเกมสำหรับการกำจัดคาร์บอนออกจากอากาศ"

แม้ปัจจุบันจะยังอยู่ในการทดสอบระดับห้องปฏิบัติการ แต่คณะวิจัยเชื่อมั่นว่าเทคโนโลยีนี้สามารถขยายผลสู่ระดับอุตสาหกรรมได้ เนื่องจากระบบการฉีดพ่นที่ใช้ในกระบวนการนี้เป็นเทคโนโลยีที่มีใช้งานทั่วไปในอุตสาหกรรมอยู่แล้ว ซึ่งจะช่วยให้การต่อสู้กับวิกฤตสภาพภูมิอากาศมีต้นทุนที่ถูกลงและเข้าถึงได้ง่ายขึ้นในอนาคต

ที่มา: Earth, Science Daily, Techxplore, Times of India