“วิธีนี้สามารถรีไซเคิลพลาสิตกได้ 94% ใน 4 ชั่วโมง สะอาดกว่า ถูกกว่า
และยั่งยืนกว่าในการต่อสู้กับมลพิษพลาสติกที่เกิดขึ้นทั่วโลก”
พลาสติกประเภท PET กลายเป็นหนึ่งในพลาสติกที่แพร่หลายมากที่สุด โดยมักถูกใช้เพื่อผลิตขวดเครื่องดื่มและบรรจุภัณฑ์อาหารซึ่งมีสัดส่วนเป็นร้อยละ 12 ของพลาสติกทั่วโลก ด้วยปริมาณที่มหาศาลเช่นนี้จึงมีปัญหาด้านการจัดการตามมาภายหลังเนื่องจากพลาสติกเป็นวัสดุที่ไม่สามารถย่อยสลายได้
พวกมันจึงถูกนำไปฝังกลบแล้วแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยกลายเป็นไมโครพลาสติกหรือนาโนพลาสติก ท้ายที่สุดพลาสติกชิ้นเล็ก ๆ เหล่านี้ก็เข้าไปปนเปื้อนในทุกระบบนิเวศรวมถึงร่างกายของมนุษย์ด้วยเช่นกัน ตั้งแต่สมองไปจนถึงรกและนมแม่ มลพิษพลาสติกกำลังเข้าแทรกซึมไปยังทุกที่ที่มันทำได้
เพื่อบรรเทาผลกระทบที่เกิดขึ้น นักวิทยาศาสตร์จำนวนจึงพยายามค้นหาวิธีใหม่ ๆ โดยเฉพาะการรีไซเคิลพลาสติกให้ง่ายขึ้นและมีราคาถูกลง เนื่องจากปัจจุบันการจะย่อยสลายพลาสติกเพื่อนำมาใช้ใหม่นั้นต้องใช้สภาวะที่รุนแรงเช่นอุณหภูมิที่สูงมาก พลังงานที่เข้มข้น และตัวทำละลายที่ราคาแพง อีกทั้งยังต้องแยกพลาสติกแต่ละประเภทออกมาก่อนเข้ากระบวนการ ทำให้การรีไซเคิลมีความซับซ้อนและยุ่งยาก
“การใช้ตัวทำละลายมีข้อเสียหลายประการ” โยชิ คราติช (Yoshi Kratish) นักเคมีจากมหาวิทยาลัยนอร์ธเวสเทิร์น ผู้ร่วมเขียนงานวิจัยกล่าว “ตัวทำละลายอาจมีราคาแพง และคุณต้องให้ความร้อนกับตัวทำลละลายจนถึงอุณหภูมิสูง หลังจากนั้นก็ต้องรอให้ปฏิกิริยาเสร็จสิ้น”
“คุณก็จะเหลือเพียงสารต่าง ๆ มากมายที่ต้องคัดแยกเพื่อกู้คืนโมโนเมอร์ แต่แทนที่เราจะใช้ตัวทำละลาย เราจะใช้น้ำจากอากาศซึ่งถือเป็นวิธีที่งดงามกว่ามากในการแก้ไขปัญหาการรีไซเคิลพลาสติก”
เรียบง่ายแต่งดงาม
ตามรายงานใหม่ที่เผยแพร่บนวารสาร Green Chemistry ทีมวิจัยได้ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ชื่อว่า ‘โมลิบดีนัม’ (molybdenum) และถ่านกัมมันต์ (activated carbon) ซึ่งทั้งสองอย่างเป็นตัวที่ใช้กันทั่วไป หาได้ง่าย ไม่แพง และไม่เป็นพิษ
ทีมวิจัยเริ่มต้นด้วยการเติมพลาสติกประเภท PET ลงไปในตัวเร่งปฏิกิริยา จากนั้นจึงให้ความร้อนกับส่วนผสมดังกล่าวเพื่อให้พันธะเคมีภายในพลาสติกแตกออกจากกัน หลังจากนั้นพวกเขาก็นำมันไปสัมผัสกับอากาศ ด้วยความชื้นเพียงเล็กน้อยจากอากาศ วัสดุดังกล่าวจะกลายเป็นกรดเทเรฟทาลิก (TPA)
TPA นั้นเป็นสารตั้งต้นที่มีค่ามากสำหรับโพลีเอสเตอร์ โดยให้ผลพลอยได้เพียงอย่างเดียวคือ ‘อะเซทัลดีไฮด์’ (acetaldehyde) ซึ่งเป็นสารเคมีในอุตสาหกรรมที่มีค่าและกำจัดออกได้ง่าย
“มีความชื้นอยู่ในอากาศปริมาณมาก ทำให้มันเป็นแหล่งทรัพยากรที่พร้อมใช้งานและยั่งยืนสำหรับปฏิกิริยาเคมี” นาวีน มาลิก (Naveen Malik) ผู้เขียนคนแรกของงานวิจัย กล่าว “โดยเฉลี่ยแล้ว แม้ในสภาวะที่ค่อนข้างแห้งแล้ง บรรยากาศจะกักเก็บน้ำไว้ประมาณ 10,000 ถึง 15,000 ลูกบาศก์กิโลเมตร”
มาลิกกล่าวเสริมต่อว่า การใช้ประโยชน์จากความชื้นของอากาศนี้จะช่วยให้กระบวนการรีไซเคิลใช้พลังงานน้อยลง ลดการใช้สารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อน และทำให้กระบวนการทั้งหมดสะอาดพร้อมกับเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น
“มันทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบ” คราดิชกล่าว “เมื่อเราเติมน้ำเข้าไป มันกลับหยุดทำงาน เพราะมีน้ำมากเกินไป มันเป็นความสมดุลที่ละเอียดอ่อน แต่ปรากฏว่าปริมาณน้ำในอากาศนั้นอยู่ในปริมาณที่พอดี”
รวดเร็วและมีประสิทธิภาพ
ทีมวิจัยระบุว่ากระบวนการที่เกิดขึ้นนั้นมีความรวดเร็วและมีประสิทธิภาพมาก โดยสามารถกู้คืน TPA ได้มากถึงร้อยละ 94 ภายในเวลาเพียง 4 ชั่วโมง นอกจากนี้ตัวเร่งปฏิกิริยาก็ยังมีความทนทานและรีไซเคิลต่อได้ ซึ่งหมายความว่ามันสามารถนำกลับมาใช้ซ้ำแล้วซ้ำเล่าได้โดยไม่สูญเสียประสิทธิภาพ
ยิ่งกว่านั้นวิธีนี้ใช้ได้กับพลาสติกประเภทผสมด้วยเช่นกัน โดยมันจะเลือกรีไซเคิลเฉพาะโพลีเอสเตอร์เท่านั้น ทำให้เกิดข้อดีใหญ่หลวงก็คือ ไม่จำเป็นต้องมีการแยกประเภทพลาสติกก่อนใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งถือเป็นข้อได้เปรียบทางเศรษฐกิจที่สำคัญสำหรับอุตสาหกรรมรีไซเคิล
ประสิทธิภาพนี้ยังคงอยู่แม้ทีมวิจัยจะลองทดสอบกับวัสดุในโลกแห่งความเป็นจริงเช่น ขวดน้ำพลาสติกใช้แล้ว เสื้อและขยะพลาสติกผสม กระบวนการดังกล่าวสามารถย่อยสลายพลาสติกที่มีสีให้กลายเป็น TPA บริสุทธิ์ที่ไม่มีสีได้
“การศึกษาของเรานำเสนอวิธีแก้ปัญหาที่ยั่งยืนและมีประสิทธิภาพสำหรับหนึ่งในความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อมที่เร่งด่วนที่สุดของโลกนั่นคือ ขยะพลาสติก” มาลิก กล่าว “แตกต่างจากวิธีการรีไซเคิลดั้งเดิม ซึ่งมักจะสร้างผลพลอยได้ที่เป็นอันตรายเช่น ของเสียที่เป็นเกลือ และต้องใช้พลังงานหรือสารเคมีจำนวนมาก”
“แนวทางของเราใช้กระบวนการที่ปราศจากตัวทำละลายซึ่งอาศัยเพียงความชื้นเล็กน้อยจากอากาศโดยรอบ ทำให้วิธีนี้ไม่เพียงแต่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเท่านั้น ทว่ายังใช้งานในโลกแห่งความเป็นได้อย่างยอดเยี่ยม” เขาเสริม
ขั้นต่อไปคือ ทีมวิจัยต้องการวางแผนที่จะขยายขอบเขตการใช้งานของกระบวนการนี้ในระดับอุตสาหกรรม เพื่อให้เหมาะสมกับการใช้งานกำจัดขยะพลาสติกในปริมาณมาก ๆ ได้
“เทคโนโลยีของเรามีศักยภาพที่จะลดมลภาวะจากพลาสติกได้อย่างมาก ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากพลาสติก และมีส่วนสนับสนุนเศรษฐกิจหมุนเวียนที่วัสดุต่าง ๆ ถูกนำกลับมาใช้ใหม่แทนที่จะถูกทิ้ง” มาลิก กล่าว “ซึ่งถือเป็นก้าวที่เป็นรูปธรรมสู่อนาคตที่สะอาดและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น”
สืบค้นและเรียบเรียง
วิทิต บรมพิชัยชาติกุล
ที่มา
https://interestingengineering.com
https://www.technologynetworks.com
อ่านเพิ่มเติม : นักวิทยาศาตร์คิดค้นวิธีเอาชนะไมโครพลาสติกในแหล่งน้ำ
ด้วยฟองน้ำที่ผลิตจากกระดูกปลาหมึกและฝ้าย
