พลาสติกย่อยสลายทางชีวภาพ...นวัตกรรมเพื่อโลกสีเขียว

พลาสติกย่อยสลายได้ ... นวัตกรรมเพื่อโลก

          ด้วยจํานวนประชากรของโลกที่เพิ่มมากขึ้น และกิจกรรม ต่างๆที่มนุษย์ทำต้องอาศัยทรัพยากรธรรมชาติมากขึ้นกว่าเมื่อครั้ง อดีต ทรัพยากรธรรมชาติจึงลดลงอย่างรวดเร็ว มนุษย์จึงต้องคิดค้น และพัฒนาหาสิ่งที่จะนํามาทดแทนทรัพยากรธรรมชาติ ซึ่งสิ่งที่ได้ ออกมาก็คือ “พลาสติก” แต่ด้วยคุณสมบัติที่ทนทาน มีอายุการใช้ งานนานเป็นร้อยปีของพลาสติก กลับสร้างปัญหาใหญ่ นั่นคือขยะ พลาสติกที่ส่งผลกระทบรุนแรงต่อสิ่งแวดล้อมขึ้นมาแทน เพราะการ เผาทําลาย ย่อยสลายพลาสติกเหล่านั้นก่อให้เกิดมลพิษแก่ สิ่งแวดล้อม นักวิทยาศาสตร์จึงต้องหาทางแก้ไขปัญหานั้น ซึ่ง พลาสติกย่อยสลายได้ (degradable plastic) ก็เป็นแนวทางหนึ่ง ในการพัฒนาวัสดุสําหรับการใช้งานเพื่ออนุรักษ์สิ่งแวดล้อม ทั้งใน ด้านวัตถุดิบ กระบวนการผลิต กระบวนการกําจัด  

          การค้นพบพลาสติกชีวภาพย่อยสลายได้นี้ ทําให้มนุษย์สามารถหาวัสดุทดแทนการใช้พลาสติกจาก อุตสาหกรรมปิโตรเคมีแบบดั้งเดิม (Commodity Plastics) ได้เพราะ มีคุณสมบัติในการใช้งานได้เทียบเคียง กัน   รู้จัก...การย่อยสลาย  หลักการง่ายๆ ของการย่อยสลาย พลาสติกก็คือ การทําให้พันธะเคมีของ พลาสติกอ่อนแอลง ซึ่งก็มีอยู่หลากหลาย วิธีทั้งการเติมสารความว่องไวต่อแสงลงใน พลาสติกหรือสังเคราะห์โคพอลิเมอร์ใหม่ หมู่ฟังก์ชันหรือพันธะเคมีที่ไม่แข็งแรง แตกหักง่ายภายใต้รังสียูวี (UV) ซึ่งเมื่อโดนแสงอาทิตย์ ก็จะเกิดการแตก ของพันธะเคมีกลายเป็นอนุมูลอิสระ (Free radical) ที่ไม่เสถียร และเข้าทําปฏิกิริยาต่ออย่างรวดเร็วที่พันธะ

          นอกจากนี้ยังมีการย่อยสลายแบบอื่นๆ อีก เช่น การย่อยสลายทางกล (Mechanical Degradation) โดยการให้แรงกระทําแก่ชิ้นพลาสติกทําให้ชิ้นส่วนพลาสติกแตกออกเป็นชิ้นเล็กๆ การย่อย สลายผ่านปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ทั้งปฏิกิริยาออกซิเดชัน (Oxidative Degradation) และปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส (Hydrolytic Degradation)  แต่การย่อยสลายที่ได้รับความสนใจและมีการพัฒนาเป็นพิเศษในปัจจุบัน นั่นก็ คือ การย่อยสลายทางชีวภาพ หรือ Biodegradation นั่นเอง 

พลาสติกย่อยสลายทางชีวภาพ…นวัตกรรมเพื่อโลกสีเขียว 

         คําจํากัดความของพลาสติกย่อยสลายได้ทาง ชีวภาพคือ พลาสติกที่มีการย่อยสลายด้วยเอนไซม์ จุลินทรีย์ หรือแบคทีเรียที่อยู่ในธรรมชาติ ซึ่งเมื่อย่อย สลายหมดแล้ว จะเหลือเพียงน้ำ มวลชีวภาพ ก๊าซมีเทน และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ โดยการย่อยสลายทาง ชีวภาพจะมีกระบวนการหลักๆ อยู่ 2 ขั้นตอน ขั้นตอน แรกจะเป็นการย่อยสายพอลิเมอร์ที่มีขนาดใหญ่และไม่ละลายน้ำให้มีขนาดเล็กลง ซึ่งการย่อยสลายครั้งแรกนี้ จะเกิดขึ้นภายนอกเซลล์ โดยการปลดปล่อยเอนไซม์ของจุลินทรีย์ซึ่งเกิดได้ทั้งแบบใช้ endo-enzyme หรือ เอนไซม์ที่ทําให้เกิดการแตกตัวของพันธะภายในสายโซ่พอลิเมอร์อย่างไม่เป็นระเบียบ และแบบ exo-enzyme หรือเอนไซม์ที่ทำให้เกิดการแตกหักของพันธะทีละหน่วยจากหน่วยซ้ำที่เล็กที่สุดที่อยู่ด้านปลายของสายโซ่พอลิเมอร์ เมื่อพอลิเมอร์แตกตัวจนมีขนาดเล็กพอก็จะแพร่ผ่านผนังเซลล์เข้าไปย่อยสลายครั้งที่ 2 ภายในเซลล์ ผลิตภัณฑ์ที่ได้ในขั้นตอนสุดท้าย (ultimate biodegradation)นี้ก็คือ พลังงาน และสารประกอบขนาดเล็กที่ เสถียรในธรรมชาติ (Mineralization) ได้แก่ แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ แก๊สมีเทน น้ำ เกลือ แร่ธาตุต่างๆ และ มวลชีวภาพ (biomass)  

          ปัจจุบันพลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพมีอยู่หลายชนิดแต่ชนิดที่ได้รับความสนใจและกําลังพัฒนาสู่ ระดับอุตสาหกรรมก็คือ พอลิแล็กติกแอซิด (PLA)และพอลิบิวทิลีนซักซิเนต(PBS) 

         พอลิแล็กติกแอซิด (PLA) เป็นพลาสติกย่อย สลายได้ทางชีวภาพชนิดพอลิเอสเตอร์ (Polyester) ผลิต จากกระบวนการหมักน้ำตาลให้เป็นกรดแล็กติก (Lactic acid) จากนั้นจึงนํามาทําปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชั่น (Polymerization) ผลิตเป็นเม็ดพลาสติก PLA ซึ่งมีคุณสมบัติคล้ายกับพอลิสไตลีน (Polystyrene หรอื PS พลาสติกเบอร์ 6) และพอลิเอทิลีน เทเรฟแทเลต (Polyethylene Terephthalate หรือ PET พลาสติกเบอร์ 1 ) มีลักษณะใส ถ่ายเทความร้อนและความชื้นได้ดี สามารถทนความร้อนได้ตั้งแต่ 60-120 องศาเซลเซียส เหมาะสําหรับใช้ในกระบวนการผลิตต่างๆ ทั้งการฉีด การอัด และการเป่าขึ้นรูป การอัดรีด และการผลิตเส้นใย  

         พอลิบิวทิลีนซักซิเนต(PBS) เป็นพลาสติกสลายได้ทางชีวภาพชนิดพอลิเอสเตอร์ (Polyester) อีก ชนิดหนึ่งที่ผลิตจากโมโนเมอร์หลัก 2 ชนิด คือ กรดซักซินกิ (Succinic acid)ที่ผลิตมาจากพืช และ1,4Butanediol ที่ผลิตจากปิโตรเลียม PBS มีคุณสมบัติคล้ายพอลิเอทิลีน (Polyethylene หรือ PE พลาสติก เบอร์ 2) มีลักษณะขุ่น สามารถนํามาขึ้นรูปได้ง่ายในหลากหลายกระบวนการ โดยเฉพาะการฉีดขึ้นรูป และการ เป่าขึ้นรูปฟิล์ม ซึ่ง PBS สามารทนความร้อนได้ตั้งแต่ 80-95 องศาเซลเซียส และมีความยืดหยุ่นที่ดี อีกทั้งยัง สามารถนําไปผสมกับ PLA เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติให้เหมาะสมกับผลิตภัณฑ์หลายประเภทได้อีกด้วย 

         จากปัญหาทรัพยากรธรรมชาติที่ลดน้อยลง ถูกแก้ด้วยการหาวัสดุทดแทนอย่าง “พลาสติก” จาก ปัญหาเรื่องสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากพลาสติกที่ย่อยสลายยาก สู่การแก้ปัญหาด้วยพลาสติกที่สามารถย่อยสลายตัว เองได้ นั่นเป็นข้อพิสูจน์ให้เห็นแล้วว่าทุกปัญหามีทางแก้ไข ทุกปัญหามีทางออกเสมอ ถ้าเรามีความเชื่อมั่นใน การวิจัยและพัฒนา และที่สำคัญคือเราต้องไม่หยุดที่จะ...“คิด”