For English-version news, please visit : Lignin recovered from paper industry gets utilized in plastic manufacturing

‘ลิกนิน’ เป็นสารประกอบในวัตถุดิบชีวมวลที่อุตสาหกรรมกระดาษจำเป็นต้องกำจัดออก เพราะเป็นสารที่ส่งผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์กระดาษ ทั้งด้านสี ผิวสัมผัส และการทนทานต่อความชื้น ซึ่งสารปริมาณมหาศาลนี้มักมีจุดจบเพียงการเป็นเชื้อเพลิงสำหรับผลิตไฟฟ้าเพื่อลดต้นทุนด้านพลังงานเท่านั้น เพราะผู้ประกอบการส่วนใหญ่ยังขาดลู่ทางการใช้ประโยชน์ที่ให้ผลตอบแทนที่คุ้มค่าแก่การลงทุน

สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) โดยศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (ไบโอเทค) และศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค) ร่วมกับมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) และพันธมิตร พัฒนาต่อยอดเทคโนโลยีเพื่อสร้างมูลค่าเพิ่มให้แก่ ‘สารลิกนิน’ ที่ได้จากกระบวนการเตรียมเยื่อกระดาษด้วยเทคนิคออร์แกโนโซลฟ์ (Organosolv process) ซึ่งเป็นกระบวนการที่ทีมวิจัยและบริษัทร่วมกันพัฒนาขึ้นก่อนหน้านี้เพื่อให้การผลิตผลิตภัณฑ์กระดาษมีความเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากยิ่งขึ้น

โดยผลิตภัณฑ์สารสกัดลิกนินที่ได้จากการเตรียมเยื่อกระดาษด้วยวิธีการนี้มีจุดเด่นสำคัญที่แตกต่างจากกระบวนการทั่วไปซึ่งใช้สารเคมี คือ การคงไว้ซึ่งคุณสมบัติการดูดกลืนรังสียูวี การต้านทานสารอนุมูลอิสระ และความบริสุทธิ์ของสาร ซึ่งเหมาะแก่การใช้เป็นสารให้ประโยชน์เชิงหน้าที่ในอุตสาหกรรมประเภทต่าง ๆ ปัจจุบันการวิจัยอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาแนวทางเพื่อการใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมพลาสติกแล้ว

ดร.ชญานนท์ โชติรสสุคนธ์ นักวิจัยกลุ่มวิจัยเทคโนโลยีไบโอรีไฟเนอรีและชีวภัณฑ์ ไบโอเทค สวทช. เล่าว่า โดยทั่วไปการผลิตกระดาษชนิดที่ต้องควบคุมสี ผิวสัมผัส รวมถึงการทนทานต่อความชื้น เช่น กระดาษฟอกขาวสำหรับงานพิมพ์ โรงงานจะกำจัดสารลิกนินที่อยู่ในวัตถุดิบชีวมวล (ประมาณร้อยละ 20-30)  ออกตั้งแต่ขั้นตอนการเตรียมเยื่อกระดาษด้วยกระบวนการทางเคมี หลังจากนั้นจะบำบัดลิกนินออกจากน้ำดำหรือน้ำเสียจากการผลิตกระดาษก่อนปล่อยสู่ธรรมชาติเพื่อป้องกันการเกิดมลพิษ หรือบางโรงงานอาจแยกสารลิกนินมาใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับผลิตไฟฟ้าหล่อเลี้ยงกระบวนการผลิตต่อไป อย่างไรก็ตามวิธีการนี้ค่อนข้างก่อให้เกิดมูลค่าต่ำ

“เพื่อให้เกิดการใช้ประโยชน์จากทรัพยากรชีวภาพอย่างเต็มประสิทธิภาพ และได้ผลตอบแทนที่คุ้มค่าแก่การลงทุน ทีมวิจัยจึงได้พัฒนากระบวนการเตรียมเยื่อกระดาษจากวัตถุดิบชีวมวลด้วยเทคนิคออร์แกโนโซลฟ์ที่ให้ประโยชน์ 2 ต่อขึ้น ประโยชน์ด้านแรกคือเป็นกระบวนการผลิตที่มีความเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ด้านที่สองคือเป็นกระบวนการที่ไม่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของสารลิกนินจนเสียคุณสมบัติเด่นตามธรรมชาติ ทำให้สารลิกนินที่เคยเป็นของเสียหรือสารมูลค่าต่ำกลายเป็นสารที่มีมูลค่าสูงขึ้น เหมาะแก่การใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ซึ่งภายหลังจากการสกัดสารลิกนินออกมาแล้ว จะมีการปรับขนาดโมเลกุลให้เหมาะสม แยกสิ่งเจือปนออก เพื่อให้ได้สารที่บริสุทธิ์พร้อมใช้งาน”

สำหรับอุตสาหกรรมแรกที่ทีมวิจัยมุ่งนำผลิตภัณฑ์สารสกัดลิกนินที่ได้ไปใช้เจาะตลาด คือ ‘พลาสติก’ เพราะประเทศไทยมีผู้ผลิตในอุตสาหกรรมนี้มากหลักพันราย สารชนิดนี้ตอบโจทย์ได้ทั้งการสร้างมูลค่าเพิ่ม ลดต้นทุนการผลิต และเพิ่มความกรีนให้แก่ผลิตภัณฑ์ เหมาะแก่การเริ่มต้นขยายฐานลูกค้าเป็นอย่างยิ่ง

ดร.ชญานนท์ เล่าว่า ขณะนี้ทีมวิจัยประสบความสำเร็จในการนำสารลิกนินที่สกัดจากอุตสาหกรรมกระดาษมาใช้เสริมคุณสมบัติเด่นให้กับพลาสติกหลายประเภทที่นิยมใช้งานในประเทศอย่าง PE, PP, HDPE และ LLDPE ทั้งชนิดที่ใช้เม็ดพลาสติกจากปิโตรเลียมและชนิดที่ใช้ไบโอพลาสติกเป็นส่วนผสมแล้ว ตัวอย่างเด่นของการนำไปใช้ประโยชน์ เช่น การผลิตเฟอร์นิเจอร์สำหรับใช้งานภายนอกอาคาร โดยนำคุณสมบัติป้องกันรังสียูวีของลิกนินมาช่วยปกป้องเนื้อพลาสติกไม่ให้กรอบและแตกก่อนเวลาอันควร การใช้ลิกนินเป็นสารให้สีเอิร์ทโทนหรือสีเฉดน้ำตาลกลมกลืนกับสิ่งแวดล้อมทดแทนการใช้สีเคมีที่ผลิตจากออกไซด์ของโลหะ โดยปรับเฉดสีได้ตามต้องการ การเพิ่มคุณสมบัติยับยั้งการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน และการป้องกันการส่องผ่านของรังสียูวีให้แก่ผลิตภัณฑ์ฟิล์มห่อหุ้มอาหารเพื่อช่วยยืดอายุอาหารสดลดอัตราการเน่าเสีย ทำให้วางจำหน่ายได้ยาวนานขึ้น

“ทั้งนี้ล่าสุดทีมวิจัยได้พัฒนาการใช้ลิกนินเป็นสารประกอบเชิงหน้าที่ในพลาสติก PLA หรือพลาสติกที่ใช้ในการขึ้นรูปเส้นพลาสติก (PLA filament) เพื่อใช้ในงานพิมพ์สามมิติ (3D Printing) ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีความซับซ้อนสูงได้สำเร็จ ผลิตภัณฑ์นี้ใช้งานได้กับเครื่องพิมพ์สามมิติทุกประเภท งานพิมพ์ที่ได้จะมีโทนสีน้ำตาลทอง โปร่งแสง แตกต่างจากผลิตภัณฑ์ทั่วไป สำหรับผู้ประกอบการที่สนใจการประยุกต์ใช้ลิกนินเป็นสารเติมแต่งเชิงหน้าที่ในผลิตภัณฑ์พลาสติก สามารถนำแบบชิ้นงานมาทดลองขึ้นต้นแบบด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิตินี้ ก่อนตัดสินใจลงทุนพัฒนาแม่พิมพ์สำหรับรับถ่ายทอดเทคโนโลยีเพื่อกระบวนการผลิตเชิงพาณิชย์ต่อไปได้”

ผลดีจากการพัฒนากระบวนการสกัดลิกนินเพื่อประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ไม่เพียงเพิ่มมูลค่าของเหลือทิ้ง ลดต้นทุน และสร้างความโดดเด่นให้แก่สินค้าในรูปแบบต่าง ๆ เท่านั้น การนำสารลิกนินซึ่งเป็นของเสียจากอุตสาหกรรมกระดาษไปใช้ประโยชน์ ยังช่วย ‘ลดการปลดปล่อยคาร์บอน’ สู่ชั้นบรรยากาศได้เป็นอย่างดี

ดร.ชญานนท์ อธิบายถึงเรื่องนี้ว่า การนำสารลิกนิกไปเผาทั้งเพื่อกำจัดขยะและผลิตไฟฟ้าโดยไม่มีกระบวนการดักจับและกักเก็บคาร์บอนจากการเผามาใช้ประโยชน์ต่อ จะทำให้เกิดการปลดปล่อยคาร์บอนจากลิกนินสู่ชั้นบรรยากาศ แต่หากนำสารลิกนินมาใช้ประโยชน์โดยคงสภาพของสารประกอบไว้ จะเป็นการกักเก็บคาร์บอนไว้ในสารดังเดิม ช่วยลดการปลดปล่อยคาร์บอนซึ่งเป็นหนึ่งในสาเหตุโลกร้อนได้เป็นอย่างดี โดยผู้ประกอบการสามารถใช้ตัวเลขการกักเก็บคาร์บอนหักลบค่าการปลดปล่อยคาร์บอนของผลิตภัณฑ์ (Carbon Footprint of Products: CFP) เพื่อประโยชน์ทั้งด้านการลดภาษีคาร์บอนและการเพิ่มจุดขายเรื่องความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมให้แก่ผลิตภัณฑ์ได้ด้วย

ผลงานวิจัยนี้เป็นหนึ่งในตัวอย่างของการทำวิจัยที่ครบวงจร ตั้งแต่กระบวนการจัดการสารส่วนเกินในอุตสาหกรรมอย่างมีประสิทธิภาพ จนถึงการพัฒนาสู่การสร้างมูลค่าเพิ่ม ช่วยให้ผู้ประกอบการทั้งในภาคอุตสาหกรรมการผลิตกระดาษ พลาสติก รวมถึงประเภทอื่น ๆ ได้เห็นถึงแนวทางบูรณาการการใช้ประโยชน์จากทรัพยากรชีวภาพอย่างคุ้มค่า สอดคล้องกับโมเดลเศรษฐกิจ BCG ที่เป็นวาระแห่งชาติ ในการร่วมกันสร้างการเติบโตทางเศรษฐกิจอย่างยั่งยืน

ปัจจุบันทีมวิจัยพร้อมถ่ายทอดเทคโนโลยีทั้งด้านกระบวนการสกัดสารลิกนินและการนำไปใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมพลาสติก ผู้ประกอบการที่สนใจติดต่อได้ที่คุณตะวัน เต่าพาลี ฝ่ายพัฒนาธุรกิจเทคโนโลยีชีวภาพ ไบโอเทค สวทช. อีเมล tawan.tao@biotec.or.th