For English-version news, please visit : https://www.nstda.or.th/en/news/news-years-2023/bio-calcium-carbonate-from-mussel-shells.html

เปลือกหอย เป็นปัญหาขยะจากอุตสาหกรรมเครื่องประดับและอาหาร เพราะการกำจัดต้องใช้ค่าใช้จ่ายด้านพลังงานมาก แต่รู้หรือไม่ว่าร้อยละ 95 ของเปลือกหอยมีสารแคลเซียมคาร์บอเนตที่นำไปใช้ประโยชน์ได้ในหลายอุตสาหกรรม ดังนั้นหากมีเทคโนโลยีที่สามารถเปลี่ยนขยะเปลือกหอยเหล่านี้ให้สร้างมูลค่าเพิ่มได้ก็นับว่าคุ้มค่าน่าจับตาเป็นอย่างยิ่ง

นักวิจัยศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (นาโนเทค) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) พัฒนากระบวนการแปรรูป ‘เปลือกหอยมุก’ ขยะในอุตสาหกรรมเครื่องประดับให้เหมาะแก่การใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมเวชสำอาง ด้วยกระบวนการที่ใช้พลังงานต่ำและไม่ก่อให้เกิดของเสีย ภายใต้ทุนสนับสนุนจากสำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.)

ดร.ชุติพันธ์ เลิศวชิรไพบูลย์ นักวิจัยทีมวิจัยการวินิจฉัยระดับนาโน กลุ่มวิจัยวัสดุตอบสนองและเซ็นเซอร์ระดับนาโน นาโนเทค สวทช. เล่าว่า จุดเริ่มต้นของการพัฒนากระบวนการแปรรูปนี้มาจากการทำวิจัยในระดับปริญญาเอก โดยได้ทำการศึกษาเรื่องปรากฏการณ์เชิงแสงในเปลือกหอยมุก ทำให้ค้นพบกระบวนการแยกสารอินทรีย์ คือไบโอแคลเซียมคาร์บอเนต (Bio-calcium carbonate, CaCO₃) ออกจากเปลือกหอยด้วยพลังงานความร้อนต่ำ โดยไม่ก่อให้เกิดการทำลายโครงสร้างที่สมบูรณ์ ทั้งนี้ไบโอแคลเซียมคาร์บอเนตจะอยู่ในรูป ‘อะราโกไนต์ (Aragonite form)’ มีลักษณะโครงสร้างเป็นรูปทรง 6 เหลี่ยม ขนาด 5-10 ไมครอน ความหนา 200-500 นาโนเมตร และมีคุณสมบัติทางเคมีเหมือนแคลเซียมคาร์บอเนตทั่วไปที่ผลิตจากภูเขาหินปูน ซึ่งมีโครงสร้างเป็นทรงกลมและขนาดเล็กกว่า

หลังจากการค้นพบในครั้งนั้น นักวิจัยได้ทำวิจัยต่อเนื่องเพื่อพัฒนากระบวนการผลิตให้ประหยัดพลังงานยิ่งขึ้นและสามารถขยายขนาดการผลิตสู่ระดับอุตสาหกรรม ขณะเดียวกันยังให้ความสำคัญต่อการวิจัยเพื่อสร้างตลาดเฉพาะให้ไบโอแคลเซียมคาร์บอเนตที่มีโครงสร้างแบบอะราโกไนต์

ดร.ชุติพันธ์ เล่าว่า ทีมวิจัยได้ศึกษาหาแนวทางการนำไบโอแคลเซียมคาร์บอเนตที่สกัดได้จากเปลือกหอยมุกไปใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมต่างๆ โดยเฉพาะอุตสาหกรรมเวชสำอาง ซึ่งการใช้เปลือกหอยมุกจะช่วยเสริมสร้างภาพลักษณ์ที่ดีให้แก่ผลิตภัณฑ์ได้ ตัวอย่างการนำไปใช้ เช่น ใช้ทดแทนไมโครพลาสติกในผลิตภัณฑ์สครับผิว ใช้แปรรูปเป็นสารไฮดรอกซีอะพาไทต์ (Hydroxyapatite) ในยาสีฟันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการเคลือบและซ่อมแซมฟัน เพราะสารโครงสร้างแบบอะราโกไนต์มีรูปทรงและขนาดที่เหมาะสมแก่การใช้งานโดยไม่ต้องผ่านกระบวนการแปรรูปเป็นอนุภาคนาโนเหมือนสารทั่วไป อีกทั้งสารชนิดนี้ยังผ่านการทดสอบตามมาตรฐานอุตสาหกรรมแล้วว่าใช้เป็นสารประกอบในอุตสาหกรรมเวชสำอางได้

ความสำเร็จของงานวิจัยไม่ใช่เพียงการสกัดสารอะราโกไนต์จากเปลือกหอยมุกเหลือทิ้งเพื่อนำไปใช้ในอุตสาหกรรมเวชสำอาง แต่นักวิจัยยังต่อยอดใช้เทคโนโลยีเดียวกันนี้เพิ่มมูลค่าขยะเปลือกหอยจากอุตสาหกรรมอาหาร เช่น เปลือกหอยแมลงภู่ หอยนางรม หอยเป๋าฮื้อ

ดร.ชุติพันธ์ เล่าว่า ยังมีอีกหลายอุตสาหกรรมที่ต้องการใช้แคลเซียมคาร์บอเนตที่อยู่ในรูปอะราโกไนต์ ทีมวิจัยจึงได้พัฒนากระบวนการผลิตเพื่อรองรับอุตสาหกรรมเหล่านั้น เช่น อุตสาหกรรมผลิตพลาสติกที่ต้องใช้แคลเซียมคาร์บอเนตเป็นสารเติมเต็ม (Filler) ทดแทนพอลิเมอร์ เพื่อลดต้นทุนในการผลิต ซึ่งสารทั่วไปที่นำไปใช้ในปัจจุบันมีรูปร่างเป็นทรงกลม ส่งผลให้เกิดการกระจายแสงไปทุกทิศทาง หากใส่ปริมาณมากจะทำให้เนื้อพลาสติกมีความขุ่น แต่สารในรูปแบบอะราโกไนต์กระจายแสงได้ดีกว่า หากใส่ปริมาณที่เท่ากันจะไม่ทำให้เกิดความขุ่นมากเท่า จึงใช้ทดแทนพอลิเมอร์ได้มากกว่า

“อีกด้านหนึ่งคืออุตสาหกรรมกระดาษ ที่ตามปกติจะใช้สารเคลือบพื้นผิวเพื่อเพิ่มคุณสมบัติป้องกันน้ำ แต่ปัจจุบัน EU ออกข้อกำหนดว่าสารที่ใช้เคลือบกระดาษจะต้องย่อยสลายได้ 100 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น ทำให้ต้นทุนการผลิตมีราคาสูงขึ้นมาก เกิดเป็นข้อจำกัดทางการค้า นักวิจัยจึงได้พัฒนาสารเคลือบจากเปลือกหอยแมลงภู่ซึ่งมีสารที่อยู่ในรูปอะราโกไนต์เช่นเดียวกับหอยมุกแต่มีขนาดเล็กกว่า ทำให้ใช้เคลือบกระดาษได้มีประสิทธิภาพเหมาะแก่การใช้ผลิตเป็นสารทดแทน ปัจจุบันเทคโนโลยีการผลิตนี้อยู่ในขั้นตอนการวิจัยเพื่อเสริมประสิทธิภาพและขยายขนาดการผลิตแล้ว”

การสกัดไบโอแคลเซียมคาร์บอเนตจากเปลือกหอย นับเป็นเทคโนโลยีที่มีความสำคัญในการพลิกโฉม ‘เปลือกหอย’ ขยะอุตสาหกรรมสู่ ‘สารมูลค่าสูง’ ช่วยลดต้นทุนการผลิตและสร้างมูลค่าเพิ่มให้แก่หลากหลายอุตสาหกรรม โดยปัจจุบันทีมวิจัยพร้อมถ่ายทอดเทคโนโลยี รวมถึงเปิดรับการลงทุนเพื่อร่วมวิจัยต่อยอดพัฒนาผลิตภัณฑ์นวัตกรรม ที่ช่วยยกระดับความสามารถในการแข่งขันของประเทศไทย ภายใต้การรักษาสิ่งแวดล้อมอย่างยั่งยืน

ผู้ที่สนใจในเทคโนโลยีติดต่อได้ที่ ดร.ชุติพันธ์ เลิศวชิรไพบูลย์ อีเมล chutiparn.ler@nanotec.or.th

เรียบเรียงโดย ภัทรา สัปปินันทน์ ฝ่ายสร้างสรรค์สื่อและผลิตภัณฑ์ สวทช.
อาร์ตเวิร์กโดย ภัทรา สัปปินันทน์
ภาพประกอบโดย ภัทรา สัปปินันทน์ และนาโนเทค สวทช.