เปลือกหอยเป็น ขยะอุตสาหกรรม ในกระบวนการผลิตเครื่องประดับและอาหารที่ยากจะกำจัด เพราะการกำจัดต้องใช้ค่าใช้จ่ายด้านพลังงานมาก ทั้งที่ร้อยละ 95 ของเปลือกหอยมีสารแคลเซียมคาร์บอเนตที่นำไปใช้ประโยชน์ได้ในหลายอุตสาหกรรม ดังนั้นหากมีเทคโนโลยีที่สามารถเปลี่ยนขยะเปลือกหอยเหล่านี้ให้สร้างมูลค่าเพิ่มได้ ย่อมเป็นอีกหนึ่งความสำเร็จที่ช่วยแก้ปัญหาขยะในภาคอุตสาหกรรมของไทยอย่างมีประสิทธิภาพ
และล่าสุด นักวิจัยศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (นาโนเทค) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) ได้ประสบความสำเร็จในการพัฒนากระบวนการแปรรูป ‘เปลือกหอยมุก’ ขยะอุตสาหกรรม เครื่องประดับให้เหมาะแก่การใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมเวชสำอาง ด้วยกระบวนการที่ใช้พลังงานต่ำและไม่ก่อให้เกิดของเสีย ภายใต้ทุนสนับสนุนจากสำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.)
ดร.ชุติพันธ์ เลิศวชิรไพบูลย์ นักวิจัยทีมวิจัยการวินิจฉัยระดับนาโน กลุ่มวิจัยวัสดุตอบสนองและเซ็นเซอร์ระดับนาโน นาโนเทค สวทช. ได้เล่าถึงงานวิจัยนี้ว่า
“จุดเริ่มต้นของการพัฒนากระบวนการแปรรูปนี้มาจากการทำวิจัยในระดับปริญญาเอก โดยได้ทำการศึกษาเรื่องปรากฏการณ์เชิงแสงในเปลือกหอยมุก ทำให้ค้นพบกระบวนการแยกสารอินทรีย์ คือไบโอแคลเซียมคาร์บอเนต (Bio-calcium carbonate, CaCO3) ออกจากเปลือกหอยด้วยพลังงานความร้อนต่ำ โดยไม่ก่อให้เกิดการทำลายโครงสร้างที่สมบูรณ์”
“ทั้งนี้ไบโอแคลเซียมคาร์บอเนตจะอยู่ในรูป ‘อะราโกไนต์ (Aragonite form)’ มีลักษณะโครงสร้างเป็นรูปทรง 6 เหลี่ยม ขนาด 5-10 ไมครอน ความหนา 200-500 นาโนเมตร และมีคุณสมบัติทางเคมีเหมือนแคลเซียมคาร์บอเนตทั่วไปที่ผลิตจากภูเขาหินปูน ซึ่งมีโครงสร้างเป็นทรงกลมและขนาดเล็กกว่า”
หลังจากการค้นพบในครั้งนั้น นักวิจัยได้ทำวิจัยต่อเนื่องเพื่อพัฒนากระบวนการผลิตให้ประหยัดพลังงานยิ่งขึ้นและสามารถขยายขนาดการผลิตสู่ระดับอุตสาหกรรม ขณะเดียวกันยังให้ความสำคัญต่อการวิจัยเพื่อสร้างตลาดเฉพาะให้ไบโอแคลเซียมคาร์บอเนตที่มีโครงสร้างแบบอะราโกไนต์
ดร.ชุติพันธ์ เล่าเพิ่มเติมว่า ทีมวิจัยได้ศึกษาหาแนวทางการนำไบโอแคลเซียมคาร์บอเนตที่สกัดได้จากเปลือกหอยมุกไปใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมต่างๆ โดยเฉพาะอุตสาหกรรมเวชสำอาง ซึ่งการใช้เปลือกหอยมุกจะช่วยเสริมสร้างภาพลักษณ์ที่ดีให้แก่ผลิตภัณฑ์ได้
ตัวอย่างการนำไปใช้ เช่น ใช้ทดแทนไมโครพลาสติกในผลิตภัณฑ์สครับผิว ใช้แปรรูปเป็นสารไฮดรอกซีอะพาไทต์ (Hydroxyapatite) ในยาสีฟันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการเคลือบและซ่อมแซมฟัน เพราะสารโครงสร้างแบบอะราโกไนต์มีรูปทรงและขนาดที่เหมาะสมแก่การใช้งานโดยไม่ต้องผ่านกระบวนการแปรรูปเป็นอนุภาคนาโนเหมือนสารทั่วไป อีกทั้งสารชนิดนี้ยังผ่านการทดสอบตามมาตรฐานอุตสาหกรรมแล้วว่าใช้เป็นสารประกอบในอุตสาหกรรมเวชสำอางได้
อย่างไรก็ดี ความสำเร็จของงานวิจัยไม่ใช่เพียงการสกัดสารอะราโกไนต์จากเปลือกหอยมุกเหลือทิ้งเพื่อนำไปใช้ในอุตสาหกรรมเวชสำอางเท่านั้น แต่นักวิจัยยังต่อยอดใช้เทคโนโลยีเดียวกันนี้เพิ่มมูลค่าขยะเปลือกหอยจากอุตสาหกรรมอาหาร เช่น เปลือกหอยแมลงภู่ หอยนางรม หอยเป๋าฮื้อ ได้ด้วย
อย่างไรก็ดี ดร.ชุติพันธ์ ให้ข้อมูลเพิ่มเติมว่ายังมีอีกหลายอุตสาหกรรมที่ต้องการใช้แคลเซียมคาร์บอเนตที่อยู่ในรูปอะราโกไนต์ ทีมวิจัยจึงได้พัฒนากระบวนการผลิตเพื่อรองรับอุตสาหกรรมเหล่านั้น เช่น อุตสาหกรรมผลิตพลาสติกที่ต้องใช้แคลเซียมคาร์บอเนตเป็นสารเติมเต็ม (Filler) ทดแทนพอลิเมอร์ เพื่อลดต้นทุนในการผลิต
โดยสารทั่วไปที่นำไปใช้ในปัจจุบันมีรูปร่างเป็นทรงกลม ส่งผลให้เกิดการกระจายแสงไปทุกทิศทาง หากใส่ปริมาณมากจะทำให้เนื้อพลาสติกมีความขุ่น แต่สารในรูปแบบอะราโกไนต์กระจายแสงได้ดีกว่า หากใส่ปริมาณที่เท่ากันจะไม่ทำให้เกิดความขุ่นมากเท่า จึงใช้ทดแทนพอลิเมอร์ได้มากกว่า
“และอีกด้านหนึ่งคืออุตสาหกรรมกระดาษ ที่ตามปกติจะใช้สารเคลือบพื้นผิวเพื่อเพิ่มคุณสมบัติป้องกันน้ำ แต่ปัจจุบัน EU ออกข้อกำหนดว่าสารที่ใช้เคลือบกระดาษจะต้องย่อยสลายได้ 100 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น ทำให้ต้นทุนการผลิตมีราคาสูงขึ้นมาก เกิดเป็นข้อจำกัดทางการค้า ด้วยเหตุนี้เอง ที่ทำให้นักวิจัยได้พัฒนาสารเคลือบจากเปลือกหอยแมลงภู่ซึ่งมีสารที่อยู่ในรูปอะราโกไนต์เช่นเดียวกับหอยมุกแต่มีขนาดเล็กกว่า ทำให้ใช้เคลือบกระดาษได้มีประสิทธิภาพเหมาะแก่การใช้ผลิตเป็นสารทดแทน ปัจจุบันเทคโนโลยีการผลิตนี้อยู่ในขั้นตอนการวิจัยเพื่อเสริมประสิทธิภาพและขยายขนาดการผลิตแล้ว”
ดังนั้น การสกัดไบโอแคลเซียมคาร์บอเนตจากเปลือกหอย นับเป็นเทคโนโลยีที่มีความสำคัญในการพลิกโฉม ‘เปลือกหอย’ ขยะอุตสาหกรรม สู่ ‘สารมูลค่าสูง’ ช่วยลดต้นทุนการผลิตและสร้างมูลค่าเพิ่มให้แก่หลากหลายอุตสาหกรรม โดยปัจจุบันทีมวิจัยพร้อมถ่ายทอดเทคโนโลยี รวมถึงเปิดรับการลงทุนเพื่อร่วมวิจัยต่อยอดพัฒนาผลิตภัณฑ์นวัตกรรม ที่ช่วยยกระดับความสามารถในการแข่งขันของประเทศไทย ภายใต้การรักษาสิ่งแวดล้อมอย่างยั่งยืน
ผู้ที่สนใจในเทคโนโลยีติดต่อได้ที่ ดร.ชุติพันธ์ เลิศวชิรไพบูลย์ อีเมล [email protected]
ที่มา : รายงานข่าวเรื่อง “แปรรูป ‘เปลือกหอย’ ขยะอุตสาหกรรม สู่ ‘สารสำคัญเวชสำอาง พลาสติก กระดาษ’” บทความจากเว็บไซต์ สวทช. NSTDA
งานวิจัยที่ต่อยอดมาช่วยแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อมอย่างได้ผล
ปูทางปัตตานีสู่ เมืองปูทะเลโลก ด้วยพลังของงานวิจัยและความร่วมมือจากพหุภาคี ศอ.บต.-มอ.ปัตตานี-บพท.
เทคโนโลยีอาหารใหม่ๆ สามารถปลดปล่อย 80% ของพื้นที่การเกษตรทั่วโลก ให้กลับคืนสู่ธรรมชาติได้อย่างไร
