พลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพ
พลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพ (English: Biodegradable plastic หรือ Compostable plastic) มักเรียกว่า พลาสติกชีวภาพ เป็นพลาสติกที่ถูกออกแบบมาให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางเคมีภายใต้สภาวะแวดล้อมที่กำหนดไว้โดยเฉพาะ จึงทำให้สมบัติต่างๆ ของพลาสติกลดลงภายในช่วงเวลาหนึ่ง โดยการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางเคมีดังกล่าวต้องเกิดจากการทำงานของจุลินทรีย์ในธรรมชาติเท่านั้น สามารถวัดได้โดยวิธีการทดสอบมาตรฐาน ซึ่งวัดปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หรือก๊าซมีเทนที่เกิดขึ้น
พลาสติกชีวภาพย่อยสลายได้
อุตสาหกรรมปิโตรเคมี เป็นอุตสาหกรรมพื้นฐานที่เริ่มต้นจากน้ำมันดิบและก๊าซธรรมชาติ ไปสู่กระบวนการผลิตสังเคราะห์เป็นผลิตภัณฑ์ต่อเนื่อง และพัฒนาไปสู่วัสดุพอลิเมอร์ เส้นใย หรือพลาสติกชนิดต่างๆ ที่เข้ามามีบทบาทในชีวิตประจำวันของมนุษย์มานานกว่าร้อยปี
ตลอดศตวรรษที่าผ่านมา มนุษย์ได้พบถึงข้อจำกัดด้านปริมาณของวัตถุดิบน้ำมันดิบและก๊าซธรรมชาติ ซึ่งประมาณการได้ว่าจะต้องหมดไปในที่สุด นอกจากนี้ในกระบวนผลิตผลิตภัณฑ์จากอุตสาหกรรมปิโตรเคมีโดยเฉพาะการเผาไหม้ยังก่อให้เกิดการสะสมของมลภาวะ ซึ่งได้ขยายไปในวงกว้างต่อระบบนิเวศน์ของโลก ทำให้การคิดค้นและพัฒนากระบวนการใหม่ รวมถึงการสร้างนวัตกรรมเพื่อผลิตภัณฑ์จากปิโตรเคมีอย่างครบวงจรภายในเวลาอันรวดเร็ว เป็นสิ่งหนึ่งที่ทุกประเทศจำเป็นต้องพัฒนา ทั้งนี้นอกจากจะหมายถึงการรักษาสิ่งแวดล้อมที่ดีของประเทศของตนแล้ว ยังหมายถึงการเพิ่มศักยภาพและโอกาสในการแข่งขันอันจะเชื่อมโยงไปสู่ความเป็นผู้นำด้านเศรษฐกิจการค้าระหว่างประเทศอีกด้วย
พลาสติกชีวภาพย่อยสลายได้ (biodegradable plastic) จึงเป็นแนวทางหนึ่งในการพัฒนาวัสดุสำหรับการใช้งานเพื่ออนุรักษ์สิ่งแวดล้อม ทั้งในด้านวัตถุดิบ กระบวนการผลิต และกระบวนการกำจัด ปัจจุบันพลาสติกชีวภาพย่อยสลายได้ ได้รับความสนใจเป็นอย่างยิ่งจากนักวิทยาศาสตร์ ตลอดจนนักอุตสาหกรรมชั้นแนวหน้าทั่วโลก โดยพลาสติกชีวภาพย่อยสลายได้ นั้นผลิตมาจากวัตถุดิบที่สามารถผลิตทดแทนขึ้นใหม่ได้ในธรรมชาติ (renewable resource) ใช้พลังงานในกระบวนการผลิตต่ำ และสามารถย่อยสลายเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ได้ด้วยจุลินทรีย์ในธรรมชาติ ภายหลังจากการใช้งาน โดยพลาสติกชีวภาพย่อยสลายได้นั้นจะมีคุณสมบัติในการใช้งานได้เทียบเท่าพลาสติกจากอุตสาหกรรมปิโตรเคมีแบบดั้งเดิม (Commodity Plastics) และสามารถทดแทนการใช้งานที่มีอยู่ได้
เมื่อพิจารณาประเทศหรือกลุ่มประเทศธุรกิจหลักแล้ว จะเห็นได้ว่าการตื่นตัวด้านพลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพชีวภาพทั้งด้านนโยบาย การวิจัยและพัฒนา อุตสาหกรรม และการสร้างผลิตภัณฑ์เพื่อเร่งรัดให้เกิดการทดแทนพลาสติกทั่วไปนั้นเป็นไปอย่างรวดเร็ว และมีขั้นตอนที่เป็นชี้ทิศทางอย่างชัดเจน อาทิ ประเทศสหรัฐอเมริกาซึ่งเป็นหนึ่งในประเทศผู้นำด้านวิทยาการและเทคโนโลยีด้านต่างๆ ได้ก้าวเป็นผู้นำการผลิตพลาสติกชีวภาพย่อยสลายได้ โดยเริ่มตั้งแต่การประสบความสำเร็จในการผลิตเม็ดพลาสติกชีวภาพย่อยสลายได้ในระดับอุตสาหกรรม เช่น บริษัท CargillDow หรือ Natureworks ได้ใช้ข้าวโพดเป็นวัตถุดิบเพื่อผลิตกรดแลคติกและพอลีแลคติคแอซิด (Polylactic Acid หรือ PLA) ในขณะที่บริษัท Metabolix Inc. เป็นผู้นำด้านการผลิตพลาสติกชีวภาพย่อยสลายได้ชนิดพอลีไฮดรอกซีอัลคาโนเอท (Polyhydroxyalkanoates หรือ PHAs)
นอกจากนี้ ในระดับนโยบาย ประเทศสหรัฐอเมริกาได้ตั้งเป้าหมายที่จะให้มีการใช้ผลิตภัณฑ์จากชีวมวล (biomass) จากปริมาณ 5% ในปี 2002 เพิ่มเป็น 12 % ในปี 2010 และ 20% ในปี 2030 กลุ่มประเทศสหภาพยุโรปได้ออกมาตรการให้รถยนต์ในกลุ่มประเทศยุโรปต้องประกอบไปด้วยชิ้นส่วนที่สามารถใช้ซ้ำ (reuse) หรือนำกลับมาใช้ใหม่ได้ (recovery) ไม่น้อยกว่าร้อยละ 85 โดยน้ำหนักภายในวันที่ 1 มกราคม 2549 ทั้งนี้พลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพเป็นแนวทางหนึ่งซึ่งสอดรับกับนโยบายดังกล่าว
จากการศึกษาและวิเคราะห์ข้อมูลในเบื้องต้นของ สำนักงานนวัตกรรมแห่งชาติ สามารถสรุปได้ว่าวัสดุชีวภาพซึ่งมีโอกาสพัฒนาเป็นธุรกิจนวัตกรรมในเชิงรุก เพื่อสร้างมูลค่าเพิ่มให้กับวัตถุดิบทางการเกษตรของประเทศมี 3 ชนิด
1) พอลีแลคติคแอซิด (Polylactic Acid) หรือ PLA วัตถุดิบที่ใช้ในการผลิต Polylactic Acid (PLA) คือแป้งที่มาจากทรัพยากรธรรมชาติที่เกิดขึ้นใหม่ได้ (renewable resource) ซึ่งได้แก่พืชที่มีแป้งเป็นองค์ประกอบหลัก เช่น ข้าวโพด และมันสำปะหลัง โดยมีกระบวนการผลิตเริ่มต้นจากการบดหรือโม่พืชนั้นให้ละเอียดเป็นแป้ง จากนั้นทำการย่อยแป้งให้ได้เป็นน้ำตาล และนำไปหมัก (fermentation)ด้วยจุลินทรีย์เกิดเป็น Lactic Acid ซึ่งมีกรรมวิธีคล้ายกับการหมักเบียร์ จากนั้นนำ Lactic Acid ที่ได้มาผ่านกระบวนการทางเคมี เพื่อเปลี่ยนโครงสร้างให้เป็นสารใหม่ที่มีโครงสร้างทางเคมีเป็นวงแหวนเรียกว่า lactide หลังจากนั้นนำมากลั่นในระบบสุญญากาศเพื่อเปลี่ยนโครงสร้างได้เป็นโพลิเมอร์ของ lactide ที่เป็นสายยาวขึ้นเรียกว่า Polylactic Acid (PLA) ซึ่งการกำหนดความยาวของสายโพลิเมอร์ให้ได้ตามที่ต้องการจะเป็นสิ่งที่ทำให้คุณสมบัติของ PLA เปลี่ยนไปตามลักษณะการใช้งาน ทั้งนี้ PLA สามารถนำไปเป็นวัตถุดิบในการผลิตผลิตภัณฑ์พลาสติกได้เช่นเดียวกับเม็ดพลาสติกจากปิโตรเลียม อีกทั้ง PLA ยังมีคุณสมบัติพิเศษคือมีความใส ไม่ย่อยสลายในสภาพแวดล้อมทั่วไป แต่สามารถย่อยสลายได้โดยการผ่านกระบวนการหมักปุ๋ยแบบอุตสาหกรรม (Industrial compost facility) ที่ต้องกำหนดอุณหภูมิที่ 65 องศา ความชื้น - rH 55%WW ค่าออกซิเจน ความพรุนในกองขยะอินทรีย์ และค่าสัดส่วนคาร์บอนและไนโตรเจน
2) พอลีไฮดรอกซีอัลคาโนเอท (Polyhydroxyalkanoates) หรือ PHAs เป็นสารพอลีเมอร์ตั้งต้นที่สามารถนำมาใช้ผลิตผลิตภัณฑ์พลาสติกที่ย่อยสลายได้โดยบริษัท Metabolix Inc. ประเทศสหรัฐอเมริกาได้พัฒนาเทคโนโลยีการผลิต PHAs ได้ในระดับอุตสาหกรรม วัตถุดิบที่ใช้ในการผลิต Polyhydroxyalkanoates (PHAs) คือ แป้งหรือน้ำตาลที่มาจากทรัพยากรธรรมชาติที่เกิดขึ้นใหม่ได้ (renewable resource) ซึ่งได้แก่ พืชที่มีแป้งหรือน้ำตาลเป็นองค์ประกอบหลัก เช่น ข้าวโพด มันสำปะหลังและอ้อย เป็นต้น โดยมีกระบวนการผลิตเริ่มต้นจากการบดหรือโม่พืชนั้นให้ละเอียดเป็นแป้ง จากนั้นทำการย่อยแป้งให้ได้เป็นน้ำตาล และนำไปหมัก (fermentation) ด้วยจุลินทรีย์ชนิดพิเศษชื่อ Eschericia Coli ซึ่งกินน้ำตาลเป็นอาหาร และสามารถเปลี่ยนโครงสร้างทางเคมีของน้ำตาลภายในตัวจุลินทรีย์เองเป็น PHAs ซึ่งสามารถแยกออกมาได้โดยการกะเทาะแยกเปลือกนอกหุ้มจุลินทรีย์ออก เนื่องจาก PHAs มีช่วงอุณหภูมิในการหลอมเหลว (Tm) ที่กว้างตั้งแต่ 50 – 180 °C จึงทำให้มีคุณสมบัติในการนำไปเป็นวัตถุดิบสำหรับผลิตภัณฑ์พลาสติกได้หลากหลาย เช่น การขึ้นรูปเป็นฟิล์ม การฉีดและการเป่า
โดยการย่อยสลายของ PHA จะเป็นกระบวนการเดียวกับ PLA ที่ต้องพึ่งพา กระบวนการหมักปุ๋ยแบบอุตสาหกรรม (Industrial compost facility)
3) โพรเพนไดออล Propanediol (PDO) สำหรับผลิตเส้นใยชีวภาพสำหรับอุตสาหกรรมสิ่งทอ (Bio-Fiber: SoronaTM) PDO เป็นสารเคมีตั้งต้น (monomer) อีกชนิดหนึ่งซึ่งผลิตขึ้นโดยอาศัยแป้งจากทรัพยากรธรรมชาติที่เกิดขึ้นใหม่ได้ เช่น ข้าวโพด และมันสำปะหลัง ซึ่งกระบวนการผลิตจะคล้ายกับการผลิต PLA โดยเริ่มจากการย่อยแป้งให้เป็นน้ำตาล และทำการใช้สารเร่งปฏิกิริยาชนิดชีวภาพ (biocatalyst) เพื่อเปลี่ยนน้ำตาลให้เป็น PDO ซึ่งสามารถนำไปเป็นสารตั้งต้นในการผลิตเส้นใยชีวภาพที่เรียกว่า SoronaTM ซึ่งเป็นชื่อทางการค้าของบริษัท ดูปองท์ สหรัฐอเมริกา โดยเส้นใย SoronaTM นี้มีคุณสมบัติยืดหยุ่นได้ดี มีความอ่อนนุ่ม แห้งได้เร็ว และสามารถย้อมติดสีได้ดี หากแต่ในปัจจุบันด้วยคุณสมบัติทางโมเลกุลของพอลิเมอร์ที่มีขนาดใหญ่จึงทำให้เส้นใย SoronaTM ไม่สามารถย่อยสลายได้ตามธรรมชาติ อย่างไรก็ตามเส้นใย SoronaTM เป็นวัสดุชนิดใหม่ที่เกิดจากการใช้วัตถุดิบธรรมชาติที่สามารถเกิดทดแทนได้อีกชนิดหนึ่ง
สำหรับประเทศไทย ซึ่งมีความอุดมสมบูรณ์ด้านชีวมวล (biomass) และมีวัตถุดิบที่มีศักยภาพในการพัฒนาสู่อุตสาหกรรมพลาสติกชีวภาพ ได้แก่ มันสำปะหลัง และอ้อย ทั้งนี้ในปัจจุบันประเทศไทยผลิตหัวมันสดเป็นอันดับ 3 ของโลก และส่งออกเป็นอันดับ 1 ของโลก โดยในปี 2548 มีพื้นที่เพาะปลูกมันสำปะหลังกว่า 6.6 ล้านไร่ และมีการผลิตหัวมันสดได้กว่า 20 ล้านตันต่อปี นอกจากนี้ประเทศไทยยังมีอุตสาหกรรมรองรับในการพัฒนาพลาสติกชีวภาพย่อยสลายได้ โดยมุ่งเป้าไปที่อุตสาหกรรมพลาสติก โดยผลิตภัณฑ์พลาสติกที่สำคัญของประเทศไทย ได้แก่ ถุง กระสอบพลาสติก และแผ่นฟิล์ม ซึ่งมีมูลค่าทางเศรษฐกิจรวมเป็นมูลค่ากว่า 200,000 ล้านบาท
จากการตระหนักถึงประเด็นปัญหาและโอกาสในการพัฒนาอุตสาหกรรมพลาสติกชีวภาพย่อยสลายได้ในประเทศไทย คณะอนุกรรมการปรับโครงสร้างเศรษฐกิจของประเทศ จึงเห็นชอบที่จะให้การพัฒนาอุตสาหกรรมพลาสติกชีวภาพย่อยสลายได้ รวมทั้งพลังงานทดแทนจากวัสดุชีวมวลบรรจุอยู่ในแผนปฏิบัติการปรับโครงสร้างเศรษฐกิจอุตสาหกรรมเพื่ออนาคต (New Wave Industries) โดยเมื่อวันที่ 12 มกราคม 2549 คณะอนุกรรมการฯ ดังกล่าว ได้มอบหมายให้กระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเป็นเจ้าภาพหลักร่วมกับกระทรวงอุตสาหกรรม และสำนักงานส่งเสริมการลงทุนเป็นผู้จัดทำแผนดังกล่าว ต่อมาคณะทำงานการจัดทำแผนปฏิบัติการปรับโครงสร้างเศรษฐกิจในกลุ่มอุตสาหกรรมเพื่ออนาคต ของกระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ได้มีมติจากการประชุม ในวันที่ 14 กุมภาพันธ์ 2549 เห็นชอบให้สำนักงานนวัตกรรมแห่งชาติ (สนช.) กระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เป็นเจ้าภาพหลักในการจัดทำแผนปฏิบัติการปรับโครงสร้างเศรษฐกิจอุตสาหกรรมเพื่ออนาคตในสาขาพลาสติกชีวภาพดังกล่าว
สำหรับประเทศไทยด้วยการริเริ่มของสำนักงานนวัตกรรมแห่งชาติ กระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ที่มีบทบาทเป็นแกนกลางในการประสานงานและเชื่อมโยงองค์กรต่างๆ ทั้งด้านวิชาการ เทคโนโลยี การผลิต การเงิน การลงทุน และการจัดการ โดยอาศัยกลไกการบริหารจัดการองค์ความรู้และการสนับสนุนทั้งด้านวิชาการและการเงิน โดยมีเป้าหมายในการขับเคลื่อนประเทศไปสู่ระบบเศรษฐกิจฐานความรู้ เพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันและการพัฒนาที่ยั่งยืน ได้ตระหนักความสำคัญของพลาสติกชีวภาพในอุตสาหกรรมพลาสติกไทย และได้ริเริ่มพัฒนาโครงการนวัตกรรมการผลิตผลิตภัณฑ์จากพลาสติกชีวภาพชนิดย่อยสลายได้ในประเทศไทยขึ้น เพื่อสนับสนุน และส่งเสริมให้เกิดอุตสาหกรรมผลิตพลาสติกชีวภาพย่อยสลายได้ ซึ่งสอดรับกับแผนปฏิบัติการปรับโครงสร้างเศรษฐกิจอุตสาหกรรมเพื่ออนาคต (New Wave Industries) ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและเป็นที่ต้องการของตลาดในปัจจุบัน