พลาสติก: นักวิทยาศาสตร์คิดค้นวิธีการนำ CO2 ไปใช้ผลิตสิ่งของต่าง ๆ เพื่อลดการปล่อยคาร์บอนในชั้นบรรยากาศ

  • 4 ธันวาคม 2019
ปล่องไฟที่ปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา Image copyright Getty Images
คำบรรยายภาพ กฎเกณฑ์ที่เข้มงวดขึ้นเกี่ยวกับการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลทำให้วงการวิทยาศาสตร์ต้องหาวิทยาการใหม่ในการผลิตของใช้ที่ทำจากพลาสติก

พลาสติกเป็นปัญหาใหญ่ด้านสิ่งแวดล้อม ปัจจุบันมีพลาสติก 7.25 ล้านล้านตันปกคลุมผืนดินและอยู่ในท้องทะเลของเรา มันอยู่ทุกหนแห่ง

แต่พลาสติกก็มีประโยชน์มากเช่นกัน เราจำเป็นต้องใช้พลาสติก และมันก็เป็นสิ่งหนึ่งที่ปฏิวัติชีวิตผู้คนในศตวรรษที่ 20 อย่างไม่มีข้อสงสัย

หากไม่มีพลาสติกก็คงไม่มีการบันทึกเสียงเพลงและภาพยนตร์ อุปกรณ์การแพทย์สมัยใหม่ก็จำเป็นต้องพึ่งพลาสติก ลองนึกถึงถุงใส่โลหิต ท่อ และหลอดฉีดยา นอกจากนี้ อุปกรณ์ที่ใช้ในเครื่องบินและรถยนต์ต่างก็ใช้พลาสติก ทำให้เราสามารถเดินทางไปยังที่ต่าง ๆ ในโลกนี้ได้

แน่นอนว่ารวมถึง คอมพิวเตอร์ โทรศัพท์ และเทคโนโลยีอินเทอร์เน็ตทุกรูปแบบด้วย คุณได้อ่านเรื่องนี้อยู่ก็อาจจะเป็นเพราะพลาสติก

Image copyright Getty Images
คำบรรยายภาพ ขยะพลาสติกกลายเป็นปัญหาสำคัญทางสิ่งแวดล้อม แต่การถกปัญหานี้มักไม่มีการพูดถึงเรื่องคาร์บอนไดออกไซด์

การผลิตพลาสติกในปัจจุบันต้องใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลและก่อให้เกิดการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีส่วนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลก

แต่ถ้าเราสามารถหาวิธีการผลิตที่นอนพลาสติก ฉนวนโฟม เครื่องใช้บนโต๊ะอาหารที่ทำจากพลาสติก หรือกล่องใส่อาหารที่นำกลับมาใช้งานใหม่ได้ โดยไม่ปล่อย CO2 หรือแม้แต่ดูดมันออกมาจากชั้นบรรยากาศได้ล่ะ

เทคโนโลยีใหม่หลายอย่างทำให้ CO2 ที่ถูกปล่อยออกมาถูกนำไปทำให้เป็นพลาสติก ช่วยลดปริมาณ CO2 ที่ปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศโลกได้ แต่มีวิธีการอย่างไร

ลองมาดูหลักการทางวิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังวิธีการเหล่านี้

เส้นใยไนลอนจาก CO2

Image copyright Getty Images
คำบรรยายภาพ พลาสติกมีความทนทาน ยืดหยุ่น ปลอดเชื้อ และมีประโยชน์หลายอย่าง

พลาสติกเป็นสารโพลีเมอร์ (polymer) สังเคราะห์ โมเลกุลของพลาสติกมีรูปร่างยาว และต่อกันเป็นโซ่

นักวิจัยประจำศูนย์การใช้ประโยชน์จากคาร์บอนไดออกไซด์แห่งสหราชอาณาจักร (UK Centre for Carbon Dioxide Utilization--CDUUK) ได้คิดวิธีผลิตเส้นใยไนลอน ซึ่งเป็นสารโพลีเมอร์ชนิดหนึ่งที่เรียกว่า โพลีอะคริลาไมด์ (polyacrylamide) จาก CO2

ดร. ปีเตอร์ สไตริง ผู้อำนวยการ CDUUK และศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมีที่ภาควิชาเคมี มหาวิทยาลัยเชฟฟีลด์ (University of Sheffield) กล่าวว่า "ความคิดว่าจะผลิตไนลอนจากคาร์บอนไดออกไซด์เป็นเรื่องที่บ้ามาก แต่เราทำมันได้แล้ว"

"แทนที่จะใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นวัตถุดิบ คุณสามารถพลิกกลับมาใช้คาร์บอนไดออกไซด์ที่ถูกปล่อยออกมาแทน โดยใช้ลูกเล่นทางเคมีเข้าช่วย เรื่องนี้จะปฏิวัติวงการปิโตรเคมี" เขากล่าว

เป้าหมายของนักวิจัยคือ การนำคาร์บอนที่ถูกปล่อยออกมาจากโรงงานต่าง ๆ มาใช้ให้เกิดประโยชน์

นอนบนก๊าซ

Image copyright Getty Images
คำบรรยายภาพ นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างที่นอนที่ส่วนหนึ่งทำมาจากคาร์บอนไดออกไซด์

ในการผลิตพลาสติกจาก CO2 นักวิทยาศาสตร์ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ซับซ้อนหลายตัว

ที่ Covestro กลุ่มปิโตรเคมีในเยอรมนี นักวิจัยได้สร้างที่นอนที่สร้างมาจากคาร์บอนไดออกไซด์ 20% ภายใต้แบรนด์ Cardyon

พวกเขาค้นพบตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาระหว่าง CO2 และสารประกอบอื่น ๆ ส่งผลให้เกิดสารเคมีกลุ่มที่ถูกใช้ในการสร้างโพลียูรีเทน (polyurethane) ซึ่งเป็นวัสดุที่ใช้ในการผลิตที่นอน เบาะ และฉนวนในตู้เย็น

เมื่อพิจารณาจากโพลียูรีเทนที่มีการผลิตขึ้นทั่วโลกกว่า 15 ล้านตันในแต่ละปี การหันไปใช้ CO2 เป็นวัตถุดิบแทน อาจจะช่วยให้การปล่อยคาร์บอนลดลงได้มหาศาล

อากาศที่สะอาดขึ้น

Image copyright Getty Images
คำบรรยายภาพ นักวิทยาศาสตร์กำลังสร้างผลิตภัณฑ์พลาสติกอย่างฉนวนโพลียูรีเทน ที่สามารถลดการปล่อยคาร์บอนในภาคอุตสาหกรรมลงได้

นักวิทยาศาสตร์จากทั่วโลกกำลังใช้ CO2 ในการผลิตพลาสติกหลากหลายประเภท

Econic บริษัทที่อยู่ในสหราชอาณาจักรอีกแห่งที่ผลิตโพลียูรีเทนจากคาร์บอนไดออกไซด์ คาดว่าจะผลิตผลิตภัณฑ์โฟมออกวางจำหน่ายได้ภายใน 2 ปี รวมถึงสารเคลือบผิว สารกันรั่ว และสารที่มีคุณสมบัติยืดหยุ่นแบบยางธรรมชาติ

เลห์ เทย์เลอร์ หัวหน้าฝ่ายขายของทางบริษัทกล่าวว่า ไม่เพียงแต่วัสดุเหล่านี้จะมีคุณภาพเหมือนกับพลาสติกทั่วไป พวกมันยังมีคุณสมบัติที่ดีกว่าในบางด้านด้วย

"เรากำลังค้นพบว่า วัสดุบางอย่างของเรามีคุณสมบัติที่ดีขึ้น อย่างเช่น ความสามารถในการทนไฟ หรือการทนต่อการขีดข่วน" เขากล่าว

Econic ประเมินว่า ถ้า 30% ของโพลีออลส์ (polyols) (โมเลกุลที่ถูกใช้เป็นสารเชื่อมโยงระหว่างโมเลกุล) ถูกสร้างมาจาก CO2 โลกเราจะลดการปล่อยคาร์บอนในชั้นบรรยากาศลงได้ 90 ล้านตัน เทียบเท่ากับการปลูกต้นไม้ 4 ล้านต้น หรือ การนำรถยนต์ 2 ล้านคันออกจากท้องถนน

นอกจากนี้ คาร์บอนไดออกไซด์ ยังถูกกว่าวัตถุดิบมาตรฐานอย่างมากด้วย โดยมีราคาราว 100 ดอลลาร์สหรัฐฯ (ประมาณ 3,000 บาท) ต่อตัน เปรียบเทียบกับโพรพีลีนออกไซด์ (propylene oxide) ซึ่งมีราคาที่ 2,000 ดอลลาร์สหรัฐฯ (ประมาณ 60,000 บาท) ต่อตัน กระบวนการดังกล่าวจึงอาจช่วยลดค่าใช้จ่ายมหาศาลให้แก่ผู้ผลิต

อนาคตที่ท้าทาย

Image copyright Getty Images
คำบรรยายภาพ โพลีคาร์บอเนต (polycarbonates) ที่ทำมาจากน้ำตาล อาจถูกนำไปใช้ในผลิตภัณฑ์ของทารกหลายชนิด อย่างเช่น ขวดนม และแก้วที่มีฝาปิดและที่ดูด

นักวิทยาศาสตร์กำลังพัฒนาโพลีคาร์บอเนต (polycarbonates) ที่ใช้ในกล่องเก็บอาหารที่นำกลับมาใช้งานใหม่ได้ และขวดนมของทารก ด้วยการผสม CO2 กับน้ำตาล อย่างเช่น ไซโลส (xylose) ซึ่งสามารถสกัดออกมาจากผงกาแฟบดที่ใช้งานแล้ว

สารละลายที่ทำจากน้ำตาลชนิดนี้ จะมีความปลอดภัยในการใช้งานมากกว่า ผลิตภัณฑ์ในปัจจุบันที่ทำมาจาก BPA ซึ่งเป็นสารเคมีที่ถูกห้ามใช้ในขวดนมทารกและแก้วแบบมีฝาปิดและที่ดูดในแคนาดาเมื่อปี 2010

เป้าหมายที่ท้าทายมากยิ่งขึ้นคือ การผลิตเอทิลีน (ethylene) จากคาร์บอนไดออกไซด์ ประมาณครึ่งหนึ่งของพลาสติกที่เราผลิตขึ้นมาทั่วโลก สร้างขึ้นมาจากเอทิลีน ทำให้มันกลายเป็นหนึ่งในวัตถุดิบที่มีความสำคัญมากที่สุดในโลก

ที่มหาวิทยาลัยสวอนซี (Swansea University) ในสหราชอาณาจักร ศ.เอริโค อันเดรโอลี กำลังพยายามพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาหลายตัวเพื่อสร้างเอทิลีนด้วยการผสมคาร์บอนไดออกไซด์กับน้ำและไฟฟ้า

อาจจะต้องใช้เวลาอีก 20 ปี ในการผลิตโพลีเอทิลีนพลาสติกในปริมาณมากจากเอทีลีนที่ทำมาจาก CO2 แต่ ศ.อันเดรโอลีกล่าวว่าเป้าหมายนี้คุ้มค่าในการทำให้สำเร็จ

"เราจะไม่สามารถสร้างเอทิลีนจากเชื้อเพลิงฟอสซิลได้ในอีก 30 หรือ 40 ปีข้างหน้า ดังนั้น เราต้องหาทางอื่นในการสร้างมันจากคาร์บอนไดออกไซด์"

พลาสติกชีวภาพคือทางออกหรือกลายเป็นปัญหา

Image copyright Getty Images
คำบรรยายภาพ พลาสติกชีวภาพ (Bioplastics) ได้ชื่อว่าเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม แต่จะต้องใช้พลังงานและ CO2 จำนวนมากในการผลิต

แต่แผนการที่ท้าทายบางอย่างในการผลิตพลาสติกก็ส่งผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมเช่นกัน

พลาสติกชีวภาพ (Bioplastics) อย่างอุปกรณ์บนโต๊ะอาหารที่ใช้งานครั้งเดียวทิ้งที่ทำจากมันฝรั่ง ขวดน้ำที่ทำมาจากข้าวโพด ถุงขยะที่ทำมาจากอาหารเหลือทิ้ง เป็นต้น

พลาสติกชีวภาพไม่ได้ย่อยสลายได้ง่ายเหมือนอย่างชื่อ ปกติจะต้องผ่านกระบวนการโดยใช้เครื่องย่อยสลายทางอุตสาหกรรม และหากพิจารณาในแง่ของการปล่อยคาร์บอนแล้ว พวกมันจะต้องใช้พลังงานมากขึ้นในการผลิต

เมื่อพิจารณาประกอบกับการใช้เครื่องจักรในการเก็บเกี่ยวผลผลิต การแปรรูปวัตถุดิบในโรงงาน และอื่น ๆ ห่วงโซ่การผลิตพลาสติกชีวภาพมักจะปล่อยคาร์บอนออกมามากกว่าพลาสติกทั่วไป

การผลิตพลาสติกจาก CO2 มันจะไม่ช่วยแก้ปัญหามลพิษของโลก แต่มันจะช่วยทำให้สิ่งแวดล้อมดีขึ้นได้ในหลาย ๆ ทาง

เรื่องนี้ดัดแปลงมาจาก งานต้นฉบับของ โซอี คอร์เมียร์ ใน บีบีซี เอิร์ธ (BBC Earth)

อ่านข่าวนี้เพิ่มเติม