ปัญหาขยะพลาสติกนั้นเป็นที่ประจักษ์ไปทั่วโลก มันแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นไปอยู่ทุกที่ตั้งแต่ภูเขาสูงจนถึงใต้มหาสมุทรลึก และแทรกซึมเข้าไปในร่างกายของเรา ซึ่งมีการประเมินกันว่ามีขยะพลาสติกหลุดเข้าไปในสิ่งแวดล้อมในปริมาณราว 400 ล้านตันต่อปี
หากไม่มีการแก้ปัญหาอย่างจริงจัง ภาพที่พื้นโลกถูกท่วมไปด้วยพลาสติกคงเป็นอนาคตที่ไม่เกินจริงนัก ผู้เชี่ยวชาญหลายคนพยายามแก้ไขปัญหาด้วยการคิดค้นวิธีการสร้างพลาสติกที่ย่อยสลายเองได้ และหนึ่งในนั้นคือทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยโมนาช ในออสเตรเลีย ที่ได้เปลี่ยนเศษอาหารที่ไม่มีใครต้องการให้กลายเป็นพลาสติกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
“งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าขยะอาหารก็สามารถเปลี่ยนให้กลายเป็นฟิล์มบางเฉียบที่ยั่งยืน ย่อยสลายได้ และมีคุณสมบัติที่ปรับเปลี่ยนได้” เอ็ดเวิร์ด แอตเทนโบโรห์ (Edward Attenborough) ผู้ร่วมเขียนงานวิจัยกล่าว “ความคล่องตัวของ PHA หมายความว่าเราสามารถจินตนาการถึงวัสดุที่เราใช้ในชีวิตประจำวันใหม่ได้ โดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายด้านสิ่งแวดล้อมเพิ่มแบบเดียวกับพลาสติกทั่วไป”
นวัตกรรมนี้ไม่ได้ใช้เทคโนโลยีขั้นสูง แต่เป็นสิ่งที่มีอยู่ตามธรรมชาตินั่นคือจุลินทรีย์ 2 ชนิดได้แก่ Cupriavidus necator และ Pseudomonas putida ซึ่งพบโดยทั่วไปตามดินและแหล่งน้ำ มันมีความสามารถมากจนองค์กรอย่างนาซา (NASA) เองก็หยิบ C. necator ไปเพื่อรีไซเคิลคาร์บอนไดออกไซด์
ขณะที่ P. putida เองก็ถูกใช้ทำความสะอาดดินและแหล่งน้ำที่มีการปนเปื้อน นักวิทยาศาสตร์พบว่าเมื่อป้อนกูลโคสและฟรุกโตสที่มาจากเศษอาหารเข้าไปในพวกมันกิน จุลินทรีย์ทั้งสองจะย่อยสลายและสร้างพอลิเมอร์เก็บไว้ในเซลล์ โดย C. necator สร้างพอลิเมอร์แข็งที่ชื่อว่า PHB ซึ่งมีความเหนียว มันวาว และแข็งแรง แต่แตกหักง่าย
เช่นเดียวกัน P. putida ก็สร้างพอลิเมอร์ที่มีความนิ่มกว่าชื่อ mcl-PHA ซึ่งมีเหนียวและยืดหยุ่นได้ เมื่อพวกมันผลิตออกมาเต็มเซลล์แล้ว ทีมวิจัยก็สกัดพอลิเมอร์เหล่านั้นออกมา ผสมกัน หลอมละลาย และหล่อขึ้นรูปเป็นฟิล์มบางพิเศษที่มีความหนาประมาณ 20 ไมครอน
“ด้วยการปรับแต่งพลาสติกธรรมชาติเหล่านี้ให้เหมาะกับการใช้งานที่แตกต่างกัน เราก็กำลังเปิดประตูสู่ทางเลือกที่ยั่งยืนในบรรจุภัณฑ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อสามารถนำไปหมักรวมกับอาหารหรือขยะทางการเกษตรได้” แอตเทนโบโรห์ บอก
เมื่อป้อนฟรุกโตส C. necator จะผลิต PHB ได้มากถึง 60 เปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักตัว แต่เมื่อเติมกลูโคส ปริมาณ PHB จะลดลงเล็กน้อยเหลือ 45 เปอร์เซ็นต์ กลับกัน P. putida จะสร้าง mcl-PHA สูงถึง 22 เปอร์เซ็นต์ในฟรุกโตส และ 18 เปอร์เซ็นต์ในกลูโคส
ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ เซลล์ C. necator ขยายตัวขึ้นเมื่อเต็มไปด้วย PHB ซึ่งบางพอลิเมอร์ความยาวเกือบ 30 ไมครอน ขณะที่เซลล์ P. putida ก็เต็มไปด้วยหยดพอลิเมอร์ขนาดเล็กที่ทำจากน้ำตาลจากขยะอาหาร เมื่อสกัดออกมา ฟิล์มทั้งสองชนิดก็มีคุณสมบัติแตกต่างกันไป
เช่น PHB ละลายที่อุณหภูมิประมาณ 175 องศาเซลเซียส ขณะที่ mcl-PHA อ่อนตัวลงที่อุณหภูมิเพียง 40 องศาเซลเซียส ลักษณะสองประการนี้หมายความว่าเมื่อผสมกันแล้ว วัสดุจะยังคงแข็งแรงที่อุณหภูมิห้อง แต่จะอ่อนตัวลงเมื่อได้รับความร้อน
ขณะเดียวกัน ความยืดหยุ่นของทั้งคู่ก็ทำให้ฟิล์มมีความสม่ำเสมอโดยไม่ขาด ซึ่งเป็นความสมดุลที่พลาสติกแบบดั้งเดิมทำได้ด้วยการปรับแต่งทางเคมีเท่านั้น นี่จึงเป็นวิธีที่ราคาถูก เนื่องจากไม่ต้องการโรงงาน พวกมันต้องการแค่ถังหมักกับอาหารที่ถูกทิ้งเท่านั้น
ไบโอพลาสติกเหล่านี้นำเสนอทางเลือกใหม่ในขณะที่โลกผลิตพลาสติกมากขึ้นเรื่อย ๆ แถมยังมีขยะอาหารเพิ่มขึ้นไปตาม แทนที่จะถูกทิ้งลงหลุมฝังกลบไปเสียเปล่า นักวิทยาศาสตร์ได้เพิ่มมูลค่าที่ยั่งยืนกว่าต่อขยะอาหารและโลกที่มีพลาสติกน้อยลง
“ผลการศึกษาครั้งนี้ชี้ให้เห็นว่าการผสม PHA จากแบคทีเรียทั้งสองสายพันธุ์นี้ที่สร้างฟิล์มบาง (20 ไมโครเมตร) อาจเป็นแนวทางที่มีแนวโน้มดีในการพัฒนาไบโอพลาสติกที่มีสมดุลที่เหมาะสมระหว่างคุณสมบัติทางความร้อนและทางกลไก ซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานหลากหลาย โดยเฉพาะการใช้งานทางชีวการแพทย์ บรรจุภัณฑ์อัจฉริยะที่ไวต่อความร้อน หรือระบบนำส่งยาที่ไวต่ออุณหภูมิ” ทีมวิจัยสรุป
สืบค้นและเรียบเรียง
วิทิต บรมพิชัยชาติกุล
ที่มา
https://microbialcellfactories.biomedcentral.com