User Rating: 4 / 5

Star ActiveStar ActiveStar ActiveStar ActiveStar Inactive
 

แปลและเรียบเรียง โดย มาริสา คุณธนวงศ์

หากท่านคิดว่าเนื้อหานี้มีประโยชน์มากน้อยแค่ไหน รบกวนโหวตให้คะแนนด้านบนด้วยนะคะ

พลาสติกชีวภาพคาร์บอนต่ำ

นักวิทยาศาสตร์สแตนฟอร์ดค้นพบวิธีการผลิตพลาสติกวิธีใหม่จากคาร์บอนไดออกไซด์และพืชที่รับประทานไม่ได้ อาทิเช่น ของเสียจากเกษตรกรรมและพืชจำพวกหญ้า นักวิจัยกล่าวว่าเทคโนโลยีใหม่สามารถนำมาใช้เป็นเทคโนโลยีทางเลือกคาร์บอนต่ำเพื่อผลิตขวดพลาสติกและผลิตภัณฑ์ต่างๆทดแทนผลิตภัณฑ์ที่ทำจากปิโตรเลียมที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน

 

Aanindeeta Banerjee นักศึกษาปริญญาโทสาขาเคมี และ ผู้ช่วยศาสตราจารย์ Matthew Kananพัฒนาวิธีการผลิตพลาสติกวิธีใหม่จากคาร์บอนไดออกไซด์และพืช

 

“จุดมุ่งหมายของพวกเราคือเพื่อทดแทนผลิตภัณฑ์ที่ทำจากปิโตรเลียมด้วยพลาสติกที่ทำจากคาร์บอนไดออกไซด์” Matthew Kananผู้ช่วยศาสตราจารย์สาขาเคมี จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดกล่าว “ถ้าคุณสามารถทำได้โดยปราศจากการใช้พลังงานที่ไม่สามารถหมุนเวียนได้ในปริมาณมาก คุณก็สามารถลดปริมาณคาร์บอนฟุตปริ้นท์ในอุตสาหกรรมพลาสติกให้ต่ำลงได้อย่างรวดเร็ว”

 

เปลี่ยนสูตรพลาสติก

ผลิตภัณฑ์พลาสติกหลายชนิดในปัจจุบันล้วนแล้วแต่ทำจากพอลิเมอร์ที่มีชื่อว่า พอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต หรือที่เรียกกันโดยย่อว่า ‘เพท’ (Polyethylene terephthalate, PET)ปัจจุบันมีปริมาณการผลิตเพททั่วโลกถึง 50 ล้านตันต่อปี มีทั้งรูปแบบที่เป็นสิ่งทอ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ บรรจุภัณฑ์เครื่องดื่มที่รีไซเคิลได้ รวมทั้งเป็นส่วนประกอบในผลิตภัณฑ์ดูแลส่วนบุคคลอีกด้วย

พีอีทีทำจากส่วนประกอบสองส่วน คือ กรดเทเรฟทาลิก (terephthalic acid) และเอทิลีนไกลคอล (ethylene glycol) ที่ได้มาจากการกลั่นปิโตรเลียมและก๊าซธรรมชาติ ดังนั้นในกระบวนการผลิตพีอีทีจึงก่อให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หรือก๊าซเรือนกระจกเป็นจำนวนมากส่งผลให้เกิดภาวะโลกร้อนที่เป็นปัญหาใหญ่ของโลก

Kanan กล่าวว่า การใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลร่วมกับพลังงานที่ใช้ในกระบวนการผลิตพีอีที ก่อให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์มากกว่า 4 ตันต่อการผลิตพีอีทีทุกๆ 1 ตัน

ในการศึกษาครั้งนี้ เขาและทีมจึงให้ความสนใจและมุ่งไปยังการผลิตพีอีเอฟ (polyethylene furandicarboxylate ,PEF)ที่ทำขึ้นจากเอทิลีนไกลคอลและส่วนประกอบที่เรียกว่า 2-5-Furandicarboxylic acid (FDCA)เพื่อใช้ทดแทนพีอีทีในอนาคต

พัฒนาพีอีเอฟให้ยั่งยืนยิ่งขึ้น

Ethylene glycol + FDCA => PEF

พีอีเอฟเป็นวัสดุทดแทนพีอีทีที่น่าสนใจเนื่องจากสารเอฟดีซีเอที่เป็นส่วนประกอบหลักของพีอีเอฟนั้นหาได้จากมวลชีวภาพแทนการใช้ปิโตรเลียมKananกล่าว นอกจากนี้พีอีเอฟยังเหนือกว่าพีอีทีในเรื่องการปิดผนึกเพื่อป้องกันออกซิเจนซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการนำไปใช้บรรจุขวดอีกด้วย

ถึงอย่างไรก็ตามแม้ว่าพีอีเอฟจะมีคุณลักษณะที่น่าพึงพอใจแต่การผลิตพีอีเอฟในระดับอุตสาหกรรมยังคงต้องหาวิธีการผลิตต้นทุนต่ำ โดยเฉพาะสารเอฟดีซีเอซึ่งเป็นส่วนประกอบของพีอีเอฟที่ต้องหาวิธีการผลิตในเชิงพาณิชย์แบบยั่งยืน

หนึ่งในวิธีการผลิตสารเอฟดีซีเอก็คือการเปลี่ยนฟรุคโตสจากน้ำเชื่อมข้าวโพดให้กลายเป็นเอฟดีซีเอ ซึ่งบริษัท Avantiumประเทศเนเธอร์แลนด์กำลังพัฒนาเทคโนโลยีดังกล่าวร่วมกับบริษัทโคคาโคลาและบริษัทอื่นๆ แต่อย่างไรก็ตามการปลูกข้าวโพดให้ได้ปริมาณที่มากพอเพื่อใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมนั้นจำเป็นต้องใช้พื้นที่ พลังงาน ปุ๋ยและน้ำในปริมาณมากเช่นกัน

ดังนั้นในกระบวนการผลิตสารเอฟดีซีเอโดยการใช้ฟรุคโตสจากข้าวโพดนั้นยังคงก่อให้เกิดปริมาณคาร์บอนฟุตปริ้นต์ที่สูง ทั้งยังต้องประสบภาวะการแข่งขันกับผู้ผลิตอาหารอีกด้วย Kananกล่าว ซึ่งมันจะดีกว่านี้ถ้าการผลิตเอฟดีซีเอนั้นได้จากชีวมวลที่ทานไม่ได้ เช่น หญ้าหรือของเสียที่เหลือภายหลังการเก็บเกี่ยว

เฟอร์ฟูรัล ทดแทนน้ำตาลจากข้าวโพด

แทนที่จะใช้น้ำตาลจากข้าวโพดเพื่อทำเอฟดีซีเอ ทีมสแตนฟอร์ดกลับทดลองใช้สารเฟอร์ฟูรัล (furfural) ซึ่งเป็นสารประกอบที่ทำขึ้นจากของเสียที่ได้จากเกษตรกรรมและมีการใช้กันอย่างกว้างขวางมานานหลายทศวรรษ โดยในแต่ละปีมีการผลิตสารนี้เพื่อใช้ในเรซิน สารละลายและผลิตภัณฑ์ต่างๆ ถึงสี่แสนตัน

Furfural (Biomass) + CO2 => FDCA

อย่างไรก็ตาม การทำเอฟดีซีเอจากเฟอร์ฟูรัลและคาร์บอนไดออกไซด์นั้นจำเป็นต้องใช้สารเคมีอันตรายที่มีทั้งต้นทุนที่สูงและสิ้นเปลืองพลังงานในการผลิตจำนวนมากอีกด้วย

ทีมสแตนฟอร์ดจึงหาทางออกสำหรับปัญหาดังกล่าวด้วยการเลือกใช้คาร์บอเนตที่อ่อนโยนกว่า  โดยเริ่มจากผสมคาร์บอเนตกับคาร์บอนไดออกไซด์และกรดเฟอโรอิคซึ่งเป็นอนุพันธ์ของเฟอร์ฟูรัล ต่อมาให้ความร้อนแก่สารผสมประมาณ 290 องศาฟาเรนต์ไฮต์ (200 องศาเซลเซียส) จนกลายเป็นเกลือหลอมละลาย (molten salt) ห้าชั่วโมงต่อมาทีมพบว่า 89 เปอร์เซ็นต์ของสารผสมเกลือหลอมละลายถูกเปลี่ยนเป็นเอฟดีซีเอได้อย่างรวดเร็ว เอฟดีซีเอที่ได้ก็จะถูกส่งต่อไปใช้ผลิตพลาสติกพีอีเอฟต่อไป

คาร์บอนรีไซเคิล

Kananกล่าวว่า งานวิจัยของทีมสามารถช่วยลดปริมาณการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้ เนื่องจากการผลิตพีอีเอฟโดยใช้สารเฟอร์ฟูรัลนั้นจำเป็นต้องใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หรือก๊าซเรือนกระจกซึ่งสามารถรีไซเคิลได้จากโรงงานเชื้อเพลิงฟอสซิลหรือโรงงานอุตสาหกรรมต่างๆ

นอกจากนี้ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากพีอีเอฟยังสามารถนำกลับมารีไซเคิลหรือเปลี่ยนกลับไปเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศด้วยการเผาแบบอินซิเนอเรชัน (incineration,การเผาให้กลายเป็นเถ้า) ได้อีกด้วย

ทิ้งท้าย

ทีมวิจัยเชื่อว่ากระบวนการทางเคมีที่คิดค้นขึ้นสามารถปลดล็อกสมบัติของพีอีเอฟที่ยังไม่เคยทราบมาก่อนได้ แต่นี่ก็นับว่าเป็นเพียงก้าวแรก ยังมีงานที่ต้องทำอีกมากเพื่อให้แน่ใจว่าใช้การได้ดีในระดับใหญ่และสามารถคำนวนปริมาณคาร์บอนฟุตปริ้นท์ที่ลดลงไปได้

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

งานวิจัยฉบับเต็ม : www.nature.com/nature/journal/v531/n7593/full/531180a.html

http://www.hngn.com/articles/187521/20160311/renewable-plastic-co2-plant-waste-new-finding.htm

http://news.stanford.edu/news/2016/march/low-carbon-bioplastic-030916.html