พลาสติกที่ละลายในทะเล นวัตกรรมใหม่เพื่อลดไมโครพลาสติกในมหาสมุทร

เรื่องโดย ดร.ทัศชา ทรัพย์มีชัย

พลาสติกเป็นวัสดุที่มีบทบาทสำคัญต่อการดำรงชีวิตในยุคปัจจุบัน เนื่องจากมีน้ำหนักเบา แข็งแรง และสามารถขึ้นรูปได้หลากหลายรูปแบบ อย่างไรก็ตาม ความทนทานของพลาสติกซึ่งเป็นข้อดีในการใช้งาน กลับกลายเป็นปัญหาใหญ่เมื่อพลาสติกเหล่านี้ถูกทิ้งลงสู่สิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะในทะเล

มีการประเมินว่าในแต่ละปีมีขยะพลาสติกมากกว่า 11 ล้านตัน ไหลลงสู่มหาสมุทรทั่วโลก ส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศทางทะเลอย่างรุนแรง ไม่ว่าจะเป็นการพันติดกับสัตว์ทะเล การกินเข้าไปโดยสิ่งมีชีวิตหรือการสะสมในห่วงโซ่อาหาร เมื่อเวลาผ่านไป พลาสติกเหล่านี้จะเสื่อมสภาพจากแสงแดด คลื่น และแรงเชิงกลตามธรรมชาติ ทำให้แตกตัวเป็นชิ้นเล็ก ๆ ที่เรียกว่า ไมโครพลาสติก ซึ่งมีขนาดเล็กกว่า 5 มิลลิเมตร ไมโครพลาสติกสามารถสะสมอยู่ในสิ่งมีชีวิต ตั้งแต่แพลงก์ตอน ปลา ไปจนถึงมนุษย์ ส่งผลกระทบต่อสุขภาพและระบบนิเวศในระยะยาว

ปัญหานี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกพยายามพัฒนาวัสดุทางเลือกที่สามารถลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม หนึ่งในแนวทางที่ได้รับความสนใจอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา คือ พลาสติกที่สามารถย่อยสลายในน้ำทะเลได้

พลาสติกชีวภาพยังไม่ใช่คำตอบทั้งหมด

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา พลาสติกชีวภาพ (Bioplastics) เช่น PLA (Polylactic acid) ได้ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อเป็นทางเลือกแทนพลาสติกจากปิโตรเลียม เนื่องจากผลิตจากทรัพยากรชีวภาพและสามารถย่อยสลายได้ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม อย่างไรก็ตาม พลาสติกชีวภาพหลายชนิดยังคงมีข้อจำกัดสำคัญ กล่าวคือ แม้ว่าจะสามารถย่อยสลายได้ในระบบการหมักอุตสาหกรรม (Industrial composting) แต่เมื่อพลาสติกเหล่านี้หลุดลงสู่ทะเลหรือสิ่งแวดล้อมตามธรรมชาติ กระบวนการย่อยสลายมักเกิดขึ้นช้ามากหรือแทบไม่เกิดขึ้นเลย ในบางกรณี พลาสติกชีวภาพอาจแตกตัวเป็นไมโครพลาสติกเช่นเดียวกับพลาสติกทั่วไปหากไม่มีสภาวะที่เหมาะสมสำหรับการย่อยสลาย

ด้วยเหตุนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงเริ่มพัฒนาแนวคิดใหม่ที่เรียกว่า Ocean-degradable plastics หรือพลาสติกที่สามารถสลายตัวได้โดยตรงในน้ำทะเล เพื่อลดความเสี่ยงของการสะสมของขยะพลาสติกในทะเล

เทคโนโลยีพลาสติกยุคใหม่ที่ย่อยสลายในทะเล

พลาสติกที่ละลายในทะเล

หนึ่งในความก้าวหน้าที่สำคัญของการวิจัยคือการพัฒนาพลาสติกชนิดใหม่ที่สามารถสลายตัวได้เมื่อสัมผัสกับน้ำทะเล งานวิจัยนี้ได้รับความสนใจอย่างมากและตีพิมพ์ในวารสาร Science โดยทีมวิจัยจากสถาบัน RIKEN (The Institute of Physical and Chemical Research) ประเทศญี่ปุ่นและมหาวิทยาลัยโตเกียว ซึ่งได้พัฒนาพลาสติกในกลุ่ม Supramolecular Plastics ที่มีคุณสมบัติพิเศษ คือมีความแข็งแรงและสามารถใช้งานได้เหมือนพลาสติกทั่วไป แต่สามารถแตกตัวได้เมื่ออยู่ในน้ำทะเล

พลาสติกชนิดนี้สร้างขึ้นจากโมเลกุลที่มีประจุสองชนิด ได้แก่ Sodium Hexametaphosphate และสารในกลุ่ม Guanidinium ซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฟฟ้าสถิตที่เรียกว่า Salt bridge ทำให้โครงสร้างของวัสดุมีความแข็งแรงในสภาวะปกติ อย่างไรก็ตาม เมื่อวัสดุสัมผัสกับน้ำทะเลซึ่งมีไอออนจำนวนมาก พันธะดังกล่าวจะถูกทำลาย ส่งผลให้โครงสร้างของพลาสติกแตกตัวเป็นโมเลกุลขนาดเล็กที่สามารถย่อยสลายได้ด้วยจุลินทรีย์

การออกแบบวัสดุในลักษณะนี้ทำให้พลาสติกสามารถสลายตัวได้โดยไม่ก่อให้เกิดไมโครพลาสติกตกค้างในสิ่งแวดล้อมและสะท้อนแนวคิดใหม่ของการออกแบบวัสดุที่คำนึงถึงวงจรชีวิตของผลิตภัณฑ์ตั้งแต่ต้นทางจนถึงปลายทาง

พลาสติกจากเซลลูโลส

นอกจากการออกแบบโครงสร้างพอลิเมอร์รูปแบบใหม่แล้ว นักวิจัยยังพยายามพัฒนาวัสดุจากพอลิเมอร์ธรรมชาติที่สามารถย่อยสลายได้ในสภาพแวดล้อมทางทะเล โดยนักวิทยาศาสตร์จาก Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้ศึกษาพลาสติกจาก Cellulose diacetate (CDA) ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ที่ได้จากการดัดแปรเซลลูโลสจากพืช

ในการทดลอง นักวิจัยได้พัฒนา CDA ให้มีโครงสร้างแบบโฟมและนำไปทดสอบการย่อยสลายในระบบจำลองน้ำทะเล ผลการทดลองพบว่า โฟมจาก Cellulose diacetate มีน้ำหนักลดลงประมาณ 65–70% ภายในระยะเวลา 36 สัปดาห์ นอกจากนี้โครงสร้างแบบโฟมทำให้วัสดุมีรูพรุนจำนวนมากและมีพื้นที่ผิวเพิ่มขึ้น ส่งผลให้นํ้าทะเลและจุลินทรีย์สามารถเข้าย่อยสลายเนื้อพลาสติกได้ง่ายกว่า และทำให้อัตราการย่อยสลาย ของโฟม CDA เร็วกว่ารูปแบบเนื้อแข็งถึงประมาณ 15 เท่า วัสดุชนิดนี้จึงเป็นทางเลือกที่มีศักยภาพในการทดแทนโฟมพลาสติก เช่น Polystyrene (Styrofoam) ซึ่งมักใช้ในบรรจุภัณฑ์อาหารแบบใช้ครั้งเดียวทิ้ง

พลาสติกที่จุลินทรีย์ในทะเลย่อยสลายได้

อีกแนวทางหนึ่งคือการใช้พลาสติกชีวภาพที่สามารถย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ในทะเลได้โดยตรง ตัวอย่างที่สำคัญคือพลาสติกในกลุ่ม Polyhydroxyalkanoates (PHA) ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ชีวภาพที่ผลิตโดยจุลินทรีย์

งานวิจัยจากประเทศญี่ปุ่นได้ทดลองศึกษาการย่อยสลายของพลาสติกชีวภาพในสภาพแวดล้อมทะเลลึก โดยตัวอย่างพลาสติกถูกนำไปติดตั้งบนแท่นทดลองในพื้นทะเลลึกเพื่อศึกษาการย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ งานวิจัยพบว่าพลาสติกชีวภาพบางชนิด เช่น Polyhydroxyalkanoates (PHA) สามารถถูกย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ในมหาสมุทรได้และกลายเป็นสารโมเลกุลขนาดเล็ก เช่น สารอินทรีย์และคาร์บอนไดออกไซด์ โดยถุงพลาสติกจาก PHA สามารถย่อยสลายได้ภายในช่วงเวลาประมาณ 3 สัปดาห์ถึง 2 เดือน ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมและชนิดของจุลินทรีย์ในพื้นที่

การค้นพบนี้แสดงให้เห็นว่าจุลินทรีย์ในมหาสมุทรมีบทบาทสำคัญในการย่อยสลายวัสดุชีวภาพและอาจเป็นกุญแจสำคัญในการลดการสะสมของขยะพลาสติกในทะเลในอนาคต

นวัตกรรมวัสดุเพื่ออนาคตของมหาสมุทร

การพัฒนาพลาสติกที่สามารถย่อยสลายในน้ำทะเลได้สะท้อนให้เห็นถึงแนวโน้มใหม่ของการออกแบบวัสดุในยุคปัจจุบัน ซึ่งไม่ได้มุ่งเน้นเพียงประสิทธิภาพในการใช้งานเท่านั้น แต่ยังคำนึงถึงผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมตลอดวงจรชีวิตของวัสดุ ไม่ว่าจะเป็นพลาสติกที่สลายตัวเมื่อสัมผัสน้ำทะเล พลาสติกจากชีวมวลธรรมชาติ หรือพลาสติกที่ย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ในมหาสมุทร ล้วนเป็นตัวอย่างของความพยายามในการสร้างวัสดุที่สามารถอยู่ร่วมกับระบบนิเวศของโลกได้อย่างยั่งยืน แม้ว่าเทคโนโลยีเหล่านี้ยังคงอยู่ในระยะการพัฒนา แต่ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ในด้านวัสดุศาสตร์กำลังเปิดโอกาสให้โลกก้าวไปสู่อนาคตที่พลาสติกอาจไม่ใช่ภัยคุกคามต่อมหาสมุทรอีกต่อไป

แหล่งข้อมูล

[1] Cheng, Y. et al. (2024). Mechanically strong yet metabolizable supramolecular plastics by desalting upon phase separation. Science.

[2] Woods Hole Oceanographic Institution (2024). Marine biodegradation of cellulose diacetate materials.

[3] Ward, C. et al. (2021). Rapid degradation of cellulose diacetate by marine microbes. Environmental Science & Technology Letters.

[4] Japan Science and Technology Agency (2024). Biodegradation of PHA plastics in deep-sea environments.

[5] World Economic Forum (2024). Innovations in ocean-degradable plastics.

Go to Top