เส้นพลาสติกรักษ์โลก จากเปลือกหอยแมลงภู่และขยะ PLA
โดย นักวิจัยนาโนเทค สวทช. จับมือจุฬาฯ ต่อยอดไบโอแคลเซียมคาร์บอเนตจากเปลือกหอยแมลงภู่
นาโนเทค สวทช. ชูเส้นพลาสติกรักษ์โลก จากเปลือกหอยแมลงภู่และขยะ PLA สำหรับการพิมพ์สามมิติ ย่อยสลายได้ 100% นวัตกรรม BCG ต้นทุนต่ำ เพิ่มการเข้าถึงเทคโนโลยี 3D Printing
นักวิจัยนาโนเทค สวทช. จับมือจุฬาฯ ต่อยอดไบโอแคลเซียมคาร์บอเนตจากเปลือกหอยแมลงภู่ ผสมขยะพลาสติกชีวภาพ (PLA) พัฒนา “Re-ECOFILA เส้นพลาสติกรักษ์โลกสำหรับเครื่องพิมพ์สามมิติ” ย่อยสลายได้ 100% คุณภาพเทียบเท่าของที่มีในท้องตลาดในราคาที่ถูกกว่า
หวังทดแทนของนำเข้าราคาสูง สร้างโอกาสการเข้าถึงเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติของนักเรียน นักศึกษาและคนทั่วไป ตอบ BCG เศรษฐกิจหมุนเวียน-สีเขียว ช่วยคืนชีพขยะ PLA จัดการขยะเปลือกหอยแมลงภู่ในชุมชน ขับเคลื่อนเศรษฐกิจด้วยนวัตกรรมอย่างยั่งยืน
ปัจจุบัน พอลิแลกติกแอซิด (polylactic acid: PLA) ซึ่งเป็นพลาสติกชีวภาพผลิตจากพืชนั้น มีการใช้งานที่แพร่หลายมากขึ้นโดยเฉพาะในอุตสาหกรรมการพิมพ์สามมิติ (3D printing) จากคุณสมบัติของ PLA ที่เหมาะสมสำหรับการฉีดขึ้นรูปด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติ ได้แก่ มีจุดหลอมเหลวที่ต่ำ, มีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างต่ำ (dimension stability) และมีค่าการไหลที่เหมาะสำหรับการฉีดขึ้นรูป โดยเฉพาะอุตสาหกรรมการพิมพ์สามมิติด้วยเทคนิค FDM (Fused Deposition Modeling) ซึ่งจะเป็นการหลอมเส้นพลาสติกให้กลายเป็นของเหลวแล้วฉีดออกมาเป็นเส้นด้วยหัวฉีด โดยเครื่องพิมพ์จะฉีดเส้นพลาสติกตามแนวระนาบและฉีดซ้อนทับเป็นชั้นไปเรื่อย ๆ จนกลายเป็นชิ้นงาน
ทีมวิจัยนาโนเทค-จุฬาฯ เริ่มจากพัฒนาวิธีการแปรรูปเปลือกหอยแมลงภู่เป็นไบโอแคลเซียมคาร์บอเนต โดยไบโอแคลเซียมคาร์บอเนตที่ได้มีรูปร่างกลมและมีขนาดเฉลี่ยประมาณ 109 นาโนเมตร มีความบริสุทธิสูงโดยจากผลการวิเคราะห์ด้วย TGA พบว่า ไบโอแคลเซียมคาร์บอเนตมีความบริสุทธิ์มากกว่าร้อยละ 98 โดยน้ำหนัก และจากผลการวิเคราะห์ด้วยเทคนิค Raman spectroscopy พบว่า ไบโอแคลเซียมมีอัญรูปเป็นอะราโกไนต์
ในช่วงแรก ทีมวิจัยได้นำพลาสติกชีวภาพหรือ PLA มาผสมกับไบโอแคลเซียมคาร์บอเนตจากเปลือกหอยแมลงภู่ที่เตรียมขึ้นมา จากนั้น นำไปแล้วฉีดขึ้นรูปเป็นเส้นพลาสติกสำหรับเครื่องพิมพ์สามมิติ ผลที่ได้คือ เส้นพลาสติกที่มีคุณภาพดีมีคุณภาพเทียบเท่ากับเส้นพลาสติกที่มีจำหน่ายเชิงพาณิชย์ สามารถใช้งานได้กับเครื่องพิมพ์สามมิติระบบ FDM ได้ทันที นับเป็นโอกาสทางการตลาดที่ใหญ่ ในขณะเดียวกันก็มองเห็นโอกาสในการนำขยะพลาสติกจากการพิมพ์สามมิติมาคืนชีพ ใช้ทดแทน PLA
เส้นพลาสติกที่ผลิตได้จากงานวิจัยนี้ เป็นเส้นพลาสติกที่มีราคาไม่แพง คุณภาพเทียบเท่ากับเส้นพลาสติกที่มีจำหน่ายเชิงพาณิชย์ สามารถใช้งานได้กับเครื่องพิมพ์สามมิติระบบ FDM ได้ทันที ซึ่งจะทำให้ต้นทุนการผลิตต่อชิ้นต่ำลง สามารถใช้นวัตกรรมนี้เพื่อผลิตเส้นพลาสติกราคาถูกสำหรับการใช้งานที่ไม่ต้องใช้ PLA คุณภาพสูง เพิ่มโอกาสและความสามารถในการแข่งขันให้ผู้ประกอบการได้อีกทางหนึ่ง ด้วยเป็นวัสดุทางเลือกที่สามารถลดต้นทุนการผลิตและค่าใช้จ่ายในการขึ้นรูปต้นแบบผลิตภัณฑ์ ในขณะเดียวกัน ยังเป็นการเพิ่มโอกาสให้นักเรียน นักศึกษาในสถานศึกษาและบุคคลทั่วไปให้สามารถเข้าถึงเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติได้ง่ายขึ้นจากวัสดุที่ราคาถูกลง เป็นประโยชน์ต่อการเรียนการสอนและการพัฒนาโครงงานและงานนวัตกรรมสำหรับนักเรียน นักศึกษา
นอกจากนี้ นวัตกรรมเส้นพลาสติกสำหรับเครื่องพิมพ์สามมิติผลิตจากขยะเปลือกหอยแมลงภู่และขยะพลาสติกชีวภาพ ยังเป็นการบริหารจัดการทรัพยากรตามแนวทางเศรษฐกิจชีวภาพ-เศรษฐกิจหมุนเวียน-เศรษฐกิจสีเขียว (BCG) สร้างมูลค่าให้กับขยะจากการพิมพ์สามมิติและขยะจากอุตสาหกรรมอาหารทะเล (Waste-to-Wealth) ส่งเสริมการจัดการของเสีย (waste management) ทั้งขยะเปลือกหอยสะสมในแหล่งชุมชนและขยะพลาสติก PLA ที่ไม่มีวิธีการจัดการอย่างเป็นรูปธรรม โดยนำมาแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์ที่สามารถสร้างมูลค่า ส่งผลให้มีการวางแผนการจัดการขยะอย่างเป็นระบบและมีประสิทธิภาพ กำจัดขยะเก่า และลดการสร้างขยะใหม่
เส้นพลาสติกสำหรับเครื่องพิมพ์สามมิติผลิตจากขยะเปลือกหอยแมลงภู่และขยะพลาสติกชีวภาพ ได้รับรางวัลเหรียญเงิน สาขาวิทยาศาสตร์กายภาพและคณิตศาสตร์ และรางวัลพิเศษ (Special Prize) จาก Korea Invention Promotion Association สาธารณรัฐเกาหลี ในการประกวดสิ่งประดิษฐ์และนวัตกรรมระดับนานาชาติ ในเวที “Taiwan Innotech Expo 2023” (TIE 2023) เมื่อวันที่ 12 – 14 ตุลาคม 2566 ณ กรุงไทเป ไต้หวัน โดยได้รับการสนับสนุนจากสำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.) กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (อว.)