เรียบเรียงโดย กองบรรณาธิการ
สถานการณ์โควิด 19 กินเวลายาวนานมาเกือบปี ถือเป็นวิกฤตการณ์ครั้งใหญ่ของมวลมนุษยชาติที่ต้องเผชิญหน้ากับโรคระบาดและความท้าทายอีกหลายด้าน ทั้งความพร้อมของระบบสาธารณสุข ภาวะเศรษฐกิจที่ตกต่ำอย่างรุนแรง ปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เข้าขั้นวิกฤต และวิถีชีวิตของผู้คนในสังคมที่จะเปลี่ยนแปลงไปภายหลังยุคโควิด 19 หรือที่เรียกว่า “ชีวิตวิถีใหม่” หรือ “นิวนอร์มัล” (new normal)
เพื่อให้สอดคล้องกับสถานการณ์ปัจจุบันและเตรียมพร้อมสำหรับชีวิตวิถีใหม่ สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (อว.) ได้จัดงาน THAILAND TECH SHOW 2020 ภายใต้แนวคิด “วิถีชีวิตใหม่ นวัตกรรม เพื่อการลงทุน (Technologies and Innovations for Investment in The New Normal)” โดยจัดบนแพลตฟอร์มออนไลน์เป็นครั้งแรกอย่างสมบูรณ์เมื่อวันที่ 2-4 ธันวาคม 2563 และไฮไลต์ของงานนี้คือการบรรยายพิเศษเรื่อง 10 เทคโนโลยีที่น่าจับตามอง (10 Technologies to Watch) โดย ดร.ณรงค์ ศิริเลิศวรกุล ผู้อำนวยการสำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ ซึ่งได้คัดสรรเทคโนโลยีเด่นที่คาดว่าจะส่งผลกระทบอย่างชัดเจนเป็นวงกว้างในอีก 3-5 ปีข้างหน้า ในขณะที่บางเทคโนโลยีนั้นอาจพลิกโฉมธุรกิจในยุคนิวนอร์มัลได้โดยสิ้นเชิง
1. วัคซีนโควิด 19 (COVID-19 Vaccine)
การระบาดของโรคโควิด 19 เริ่มตั้งแต่เดือนธันวาคม 2562 ซึ่งแต่ละประเทศก็มีการจัดการกับการระบาดของโรคเพื่อให้อยู่กับสถานการณ์โควิดแบบในปัจจุบันได้ โดยหลักๆ จะใช้ 3 วิธี คือ การสร้างภูมิคุ้มกันหมู่ (herd immunity) การพัฒนายารักษาโรคโควิด 19 และการพัฒนาวัคซีน ซึ่งทั่วโลกรวมทั้งประเทศไทยให้ความสำคัญกับการพัฒนาวัคซีนโควิด 19 ถือเป็นงานเร่งด่วน มีความพยายามที่จะผลักดันให้เกิดการผลิตเพื่อการป้องกันโรคให้ออกมาใช้ได้เร็วที่สุด ปัจจุบันมีการใช้เทคโนโลยีวัคซีน 4 รูปแบบเพื่อพัฒนาวัคซีนโควิด 19 ได้แก่
รูปแบบที่หนึ่ง คือ virus vaccine เป็นเทคโนโลยีดั้งเดิมที่ใช้ในการพัฒนาวัคซีนทั่วไป คือใช้ตัวไวรัสทั้งตัวมาเป็นตัวกระตุ้นให้ร่างกายสร้างภูมิคุ้มกัน ซึ่งมีทั้งวัคซีนเชื้อเป็นที่ทำให้อ่อนฤทธิ์และวัคซีนเชื้อตาย
รูปแบบที่สอง คือ protein-based vaccine หรือ subunit vaccine เป็นการเอายีนของเชื้อ SARS-CoV-2 ไปใส่ในแบคทีเรียหรือยีสต์ แล้วให้แบคทีเรียหรือยีสต์สร้างโปรตีนขึ้นมา โดยก่อนจะนำไปฉีดเข้าร่างกาย จะต้องเติม adjuvant ซึ่งเป็นสารกระตุ้นที่ทำให้ร่างกายสร้างภูมิคุ้มกันเข้าไปด้วย
รูปแบบที่สาม คือ nucleic acid vaccine เป็นการต่อยอดใช้สารพันธุกรรมของแบคทีเรียหรือยีสต์ที่มีการเติมยีนของเชื้อ SARS-CoV-2 มาใช้ประโยชน์ มี 2 รูปแบบ ได้แก่ DNA vaccine และ mRNA vaccine ซึ่งทั้งสองรูปแบบนี้จำเป็นที่จะต้องพัฒนาตัวนำส่ง ได้แก่ lipid nanoparticle หรือ gene gun ด้วย โดยถ้าเป็น DNA vaccine ต้องนำส่งเข้าไปยังนิวเคลียส และหากเป็น mRNA vaccine ต้องนำส่งไปยังไซโทพลาซึม เพื่อใช้กลไกของร่างกายเปลี่ยน DNA หรือ mRNA ให้เป็นโปรตีนที่ทำให้ร่างกายสร้างภูมิคุ้มกันต่อเชื้อก่อโรค
รูปแบบที่สี่ คือ viral vector vaccine เป็นเทคโนโลยีที่ใช้ไวรัสวัคซีนที่มีอยู่แล้วมาเป็นตัวนำส่ง โดยออกแบบให้วัคซีนเหล่านี้สามารถนำยีนของเชื้อ SARS-CoV-2 เข้าสู่ร่างกาย ตัวอย่างเช่น การสร้างวัคซีนไข้หวัดใหญ่ที่มียีนของ SARS-CoV-2 ทำให้ร่างกายสร้างภูมิคุ้มกันได้ทั้งโรคโควิด 19 และโรคไข้หวัดใหญ่ หรือใช้ adenovirus vaccine
ในประเทศไทยมีการพัฒนาวัคซีนทั้ง 4 รูปแบบ โดยคณะแพทยศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย จับมือกับ University of Pennsylvania ในการพัฒนาสูตรวัคซีน mRNA และวางแผนให้ Bionet Asia ผลิตเพื่อทดสอบในเชิงคลินิก ปัจจุบันได้ผลทดสอบในลิงแล้ว ส่วนบริษัท Siam Bioscience ได้ร่วมมือกับบริษัท AstraZeneca และ University of Oxford พัฒนา viral vector vaccine โดยใช้ adenovirus เป็นตัวนำส่ง
สำหรับ สวทช. ได้มีการพัฒนาต้นแบบวัคซีน 3 รูปแบบ ยกเว้นรูปแบบ virus vaccine ที่ต้องใช้เชื้อไวรัส SARS-CoV-2 เนื่องจากยังไม่มีห้องปฏิบัติการที่มีความปลอดภัยระดับ 3 อย่างไรก็ตามหากดูความก้าวหน้าในระดับโลก ปัจจุบันยังไม่มีวัคซีนที่ผ่านการรับรองที่พร้อมผลิตเชิงพาณิชย์ แต่ก็มีหน่วยงานที่มีความก้าวหน้าในขั้นทดลองเฟส 3 เช่น บริษัท Pfizer และ BioNTech ของสหรัฐอเมริกา เป็น mRNA vaccine ซึ่งประกาศความสำเร็จในการวิจัยเชิงคลินิกระยะที่ 3 (ณ วันที่ 9 พฤศจิกายน 2563) และได้ยื่นขอ emergency use authorization (EUA) จาก U.S. Food and Drug Administration (FDA) แล้ว มีคู่แข่งในแพลตฟอร์มเดียวกันคือ Moderna ของสหรัฐอเมริกา
2. ยาแก้ไขความชรา (Rejuvenating Drug)
ความชราเกิดจากกลไกในร่างกายเราเอง เช่น มีการสะสมของสารพันธุกรรมที่ถูกทำลาย หรือเกิดการเปลี่ยนแปลงสภาวะสิ่งแวดล้อมในเซลล์ที่มีต่อความเสถียรหรือการทำงานของดีเอ็นเอ ที่เรียกรวม ๆ ว่า สภาวะเหนือพันธุกรรม (epigenetics) เพราะมีสิ่งแวดล้อมมาส่งผลกระทบด้วย
ยาแก้ไขความชราถือเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีแห่งความหวังของโลกที่ก้าวเข้าสู่สังคมผู้สูงอายุ นอกจากจะช่วยให้เรามีชีวิตยืนยาวแล้ว ที่สำคัญคือจะช่วยให้เราสามารถใช้ชีวิตในช่วงวัยชราได้อย่างมีคุณภาพและมีความสุข
ปัจจุบันมีสถาบันวิจัยทั่วโลกวิจัยและพัฒนายาแก้ไขความชรา มียาหลายชนิดก้าวหน้าไปสู่การทดลองทางคลินิกในมนุษย์แล้ว เช่น ยา Metformin สำหรับต่อต้านความชราของวิทยาลัยการแพทย์อัลเบิร์ตไอน์สไตน์แห่งมหาวิทยาลัยเยชีวา ยารักษาโรคพาร์กินสันของบริษัท Alkahest ยารักษาโรคติดเชื้อทางเดินหายใจในผู้สูงอายุของบริษัท ResTORbio ยารักษาโรคข้อเข่าเสื่อมของบริษัท UNITY Biotechnology
สำหรับในประเทศไทยก็มียาอายุวัฒนะ REDGEMs หรือ มณีแดง เพื่อแก้ไขความชรา ซึ่งเป็นผลงานวิจัยของ ศ. ดร. นพ.อภิวัฒน์ มุทิรางกูร จากคณะแพทยศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย นักวิจัยแกนนำ สวทช. ที่พบว่า ความชราของดีเอ็นเอเป็นสภาวะเหนือพันธุกรรม เกิดจากการลดลงของข้อต่อดีเอ็นเอซึ่งทำให้รอยโรคของดีเอ็นเอเพิ่มขึ้น จึงพัฒนายามณีแดงที่จะช่วยเพิ่มข้อต่อดีเอ็นเอในเซลล์ ทำให้รอยโรคของดีเอ็นเอลดลง เซลล์กลับมามีรูปร่างและทำงานได้เหมือนเซลล์ปกติ
ปัจจุบันมีการทดสอบใช้มณีแดงในเซลล์และในหนูทดลองแล้ว พบว่าสามารถสร้างข้อต่อดีเอ็นเอได้ เซลล์ที่ชราแล้วกลับมามีรูปร่างและการทำงานเหมือนเซลล์ปกติ แผลไฟไหม้ในหนูทดลองหายเร็วขึ้น ไขมันลงพุงลดลง หนูชรามีความจำดีขึ้นและคล่องแคล่วว่องไวพอ ๆ กับหนูหนุ่มสาว ถ้ามณีแดงผลิตได้จริงในเชิงพาณิชย์ ก็จะนำไปใช้เพื่อการรักษาโรคทางผิวหนัง เช่น แผลเบาหวาน แผลไฟไหม้น้ำร้อนลวก แผลคนชรา และโรคอื่น ๆ เช่น กระดูกผุ ความดันโลหิตสูง ไขมันพอกตับ ร่างกายเสื่อมโทรมจากเบาหวานหรือความชรา สมองเสื่อม
3. อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่งสุขภาพ (Internet of Health Things, IoHT)
ปัจจุบันเริ่มมีการนำ Internet of Things หรือ IoT มาใช้งานในด้านการดูแลสุขภาพเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะ IoT ในรูปแบบอุปกรณ์สวมใส่อย่างสมาร์ตวอตช์ที่สามารถวัดและบันทึกข้อมูลสุขภาพส่วนบุคคล เช่น สัญญาณชีพ ความดัน อุณหภูมิ ความถี่ของการไอจาม ฯลฯ ซึ่งข้อมูลเหล่านี้จะเป็นประโยชน์ในการตรวจวินิจฉัยโรคได้อย่างแม่นยำขึ้น และเทคโนโลยี 5G ที่จะเกิดขึ้นนั้น สามารถรองรับการทำงานของอุปกรณ์ IoT จำนวนมาก ๆ ได้พร้อม ๆ กัน (massive IoT) ทำให้การติดตามสุขภาพผู้ป่วยผ่านอุปกรณ์สวมใส่ (mobile medical devices) ต่าง ๆ มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น ประกอบกับการระบาดของโรคโควิด 19 ทำให้คนส่วนใหญ่พยายามลดความเสี่ยงโดยหลีกเลี่ยงการไปตรวจติดตามโรคเรื้อรังที่โรงพยาบาล ทำให้อุปกรณ์ IoT ด้านสุขภาพมีแนวโน้มที่จะได้รับความนิยมมากขึ้น
การทำงานของระบบ IoT ทางด้านสุขภาพ หรือ Internet of Health Things, IoHT ประกอบด้วย 3 ส่วนหลัก ส่วนแรกคือ เซนเซอร์ ที่อยู่ในอุปกรณ์สวมใส่หรือเครื่องมือแพทย์ต่าง ๆ เพื่อใช้วัดสัญญาณชีพของผู้ป่วย เช่น ความดันโลหิต อุณหภูมิ อัตราการเต้นหัวใจ สัญญาณคลื่นไฟฟ้าหัวใจ โดยส่งข้อมูลผ่านระบบเครือข่ายไปเก็บยังส่วนที่สองคือ ฐานข้อมูลสุขภาพ ที่เก็บข้อมูลสุขภาพของแต่ละบุคคล ทั้งข้อมูลที่วัดได้จากเซนเซอร์และข้อมูลจากแหล่งอื่น ๆ และส่วนสุดท้ายคือ ซอฟต์แวร์วิเคราะห์ข้อมูล ที่ทำหน้าที่ประมวลผลข้อมูล สำหรับแพทย์ตรวจติดตามและวินิจฉัย รวมทั้งแสดงผลกลับไปยังตัวผู้ป่วย
ปัจจุบันบริษัท Startup ในต่างประเทศหลายแห่งออกผลิตภัณฑ์ IoHT ในการดูแลผู้ป่วยโรคเรื้อรังและผู้สูงอายุบ้างแล้ว เช่น ตรวจติดตามโรคหัวใจ ตรวจติดตามโรคเบาหวาน และจากสถานการณ์การแพร่ระบาดของโควิด 19
ในประเทศไทยก็มีหลายหน่วยงานวิจัยพัฒนาในเรื่องนี้ เช่น ศูนย์วิจัยเทคโนโลยีสิ่งอำนวยความสะดวกและเครื่องมือแพทย์ (A-MED) สวทช. ได้นำ IoHT มาประยุกต์ใช้ในการป้องกันการหกล้มของผู้สูงอายุ โดยพัฒนาเป็นอุปกรณ์เซนเซอร์สำหรับสวมใส่หรือติดไว้บนร่างกาย เพื่อตรวจวัดการเคลื่อนไหวของผู้สวมใส่ หากพบว่าอยู่ในท่าทางที่เสี่ยงต่อการหกล้ม เซนเซอร์จะส่งสัญญาณไปแจ้งเตือนผู้ดูแล ซึ่งขณะนี้อยู่ระหว่างการพัฒนาให้เซนเซอร์มีขนาดเล็กลง ทนทานต่อการใช้งาน และมี data analytics ที่แม่นยำมากยิ่งขึ้น
4. ชิปสายพันธุ์ใหม่ (Neuromorphic Chip)
โลกทุกวันนี้เข้าสู่ยุคที่เต็มไปด้วยข้อมูลต่าง ๆ มากมาย จึงจำเป็นต้องมีเทคโนโลยีที่สามารถส่งข้อมูลขนาดใหญ่และเทคโนโลยีที่ช่วยในการประมวลผลข้อมูลจำนวนมหาศาลได้อย่างรวดเร็ว ดังนั้นจึงมีความพยายามในการพัฒนาชิปคอมพิวเตอร์ที่ประมวลผลได้รวดเร็วเหมือนกับสมองของมนุษย์ที่สามารถเชื่อมต่อข้อมูลต่าง ๆ ซึ่งมีความซับซ้อนหลายมิติได้พร้อมกัน เรียกว่า นิวโรมอร์ฟิกชิป หรือชิปสายพันธุ์ใหม่
นิวโรมอร์ฟิกชิปเลียนแบบการทำงานของสมองและเส้นประสาทของมนุษย์ โดยใช้อุปกรณ์ที่ทำงานคล้ายกับเซลล์ประสาทในสมอง และพัฒนาสิ่งที่เรียกว่า ไซแนปส์ (Synapse) หรือจุดประสานประสาท ซึ่งเป็นโครงสร้างพิเศษที่ทำหน้าที่เสมือนลำเลียงข้อมูลจากเซลล์ประสาทหนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งได้ หรือจากหน่วยประมวลผลหนึ่งไปยังอีกหน่วยหนึ่งได้ เพื่อประมวลผลและจัดเก็บข้อมูลหลายอย่างได้พร้อมกันเหมือนกับที่สมองของมนุษย์ทำได้ รองรับการทำงานขั้นสูงที่มีความซับซ้อนมากยิ่งขึ้น ด้วยความรวดเร็วกว่า และใช้พลังงานน้อยกว่าคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน
ช่วงหลายปีที่ผ่านมามีบริษัทและหน่วยงานวิจัยชั้นนำของโลกหลายแห่งวิจัยและพัฒนานิวโรมอร์ฟิกชิป เช่น
ในปี พ.ศ. 2557 บริษัท IBM พัฒนาชิป SyNAPSE ที่ในชิปหนึ่งตัวประกอบด้วย “คอร์” ที่สามารถประมวลผล เก็บข้อมูลในหน่วยความจำ และสื่อสารกับคอร์อื่น ๆ ได้ภายในตัวเอง
ปี พ.ศ. 2559 นักวิจัยจาก Princeton University สร้างนิวโรมอร์ฟิกชิปที่ใช้แสงเลียนแบบการส่งสัญญาณประสาทภายในสมอง สามารถประมวลผลทางคณิตศาสตร์ได้เร็วกว่า CPU ทั่วไปถึง 1,960 เท่า
ปี พ.ศ. 2560 บริษัท Intel พัฒนา ชิป Loihi ที่สามารถเรียนรู้ชุดข้อมูลได้ด้วยความเร็วที่สูงกว่าชิปบนคอมพิวเตอร์ทั่วไปถึง 1 ล้านเท่า โดยใช้พลังงานน้อยลง 1,000 เท่า
และในปี พ.ศ. 2563 บริษัท Intel ร่วมกับมหาวิทยาลัย Cornell ทดสอบและพัฒนาความสามารถของชิป Loihi โดยให้ประมวลผลเพื่อแยกแยะและจดจำกลิ่นของสารเคมีที่เป็นอันตรายได้ พบว่า Loihi สามารถแยกแยะกลิ่นสารเคมีได้ถึง 10 ชนิด ในสภาวะที่มีกลิ่นอื่นปะปนอยู่ด้วย ซึ่งความสามารถนี้ ถ้าใช้ deep learning อื่น ๆ จะต้องใช้ข้อมูลตัวอย่างมากกว่า 3,000 ชุด
คาดว่าใน 10 ปีข้างหน้า นิวโรมอร์ฟิกชิปจะเป็นหัวใจสำคัญที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของปัญญาประดิษฐ์ ให้เก่งและสามารถทำงานแทนมนุษย์ได้หลายด้านมากขึ้น ทั้งในงานด้านการแพทย์ ที่นำมาใช้ในการวินิจฉัยโรคจากรูปภาพทางการแพทย์ได้รวดเร็วมากกว่าและแม่นยำยิ่งขึ้น ด้านยานยนต์อัตโนมัติ ที่สามารถนำทาง ตอบสนอง และโต้ตอบกับยานพาหนะอื่น ๆ ได้อย่างรวดเร็ว รวมทั้งสัญญาณและไซเรน และด้านความปลอดภัยทางไซเบอร์
5. การสื่อสารด้วยภาพ (Vision Communication)
เมื่อคอมพิวเตอร์มีสมองหรือชิปที่มาจากการเลียนแบบการทำงานของสมองของมนุษย์ ก็ยิ่งทำให้คอมพิวเตอร์มีความสามารถคล้ายมนุษย์มากขึ้น
Vision Communication หรือ “การสื่อสารด้วยภาพ” เป็นรูปแบบการสื่อสารยุคใหม่ ที่เกิดขึ้นจากวิทยาการคอมพิวเตอร์และปัญญาประดิษฐ์ ในการทำให้คอมพิวเตอร์มีความสามารถคล้ายมนุษย์หรือเลียนแบบพฤติกรรมมนุษย์ โดยเฉพาะความสามารถในการคิดเองได้ หรือที่เรียกว่ามีปัญญานั่นเอง ซึ่งประกอบด้วย 2 กลุ่ม คือ
1) กลุ่มที่มีการกระทำคล้ายมนุษย์ (acting humanly) คือ สื่อสารกับมนุษย์ได้ด้วยภาษาที่มนุษย์ใช้ มีจังหวะการพูด กะพริบตา ส่ายหน้า หรือแสดงอารมณ์และความรู้สึกออกมาทางใบหน้า เช่น คิ้ว ตา สายตา และมุมปาก
2) กลุ่มที่มีการคิดแบบมีเหตุผล (thinking rationally) สามารถวิเคราะห์อารมณ์ได้จากใบหน้า แยกแยะและจดจำใบหน้าได้ สามารถแยกเสียงพูด วิเคราะห์ความหมาย อารมณ์ ความต้องการของเสียง เช่น ระบบผู้เชี่ยวชาญ ระบบค้นหาข้อมูล
ปัจจุบันเริ่มมีการนำเทคโนโลยี Vision Communication ไปใช้งานด้านการสร้างภาพยนตร์ เช่น ภาพยนตร์ไซไฟเรื่อง Gemini Man (เจมิไน แมน) ที่แสดงนำโดย “วิล สมิธ” ซึ่งเข้าฉายในปี 2562 อีกตัวอย่างที่เริ่มมีให้เห็นบ่อยและใกล้ตัวเรามากขึ้น คือการนำไปใช้งานด้านการสื่อสาร เช่น ในจีนมีการสร้างตัว avatar ของผู้ประกาศข่าวหรือผู้ประกาศข่าวเสมือนให้มาอ่านข่าวแทนผู้ประกาศข่าวตัวจริง และล่าสุดเกาหลีใต้เพิ่งเปิดตัวผู้ประกาศข่าวเสมือนที่สามารถอ่านข่าวและพูดโต้ตอบกับผู้ประกาศข่าวตัวจริงได้แบบเรียลไทม์ เพิ่มความน่าสนใจและความรวดเร็วในการรายงานข่าว หรือแม้กระทั่งในโรงพยาบาลที่มีแนวโน้มว่าจะนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้ในการคัดกรองคนไข้และวินิจฉัยโรคในเบื้องต้นก่อนพบแพทย์ เพื่อลดความเสี่ยงจากการติดต่อสื่อสารกันโดยตรงระหว่างคนไข้และบุคลากรทางการแพทย์ อย่างเช่นในยุคโควิด 19 หรือในสถานการณ์ที่มีโรคระบาดอื่นเกิดขึ้น
6. ขวดพลาสติกจากพืช (PEF)
อุตสาหกรรมพลาสติกเริ่มต้นมาจากปิโตรเคมี ซึ่งเป็นวัตถุดิบของการผลิตเม็ดพลาสติกก่อนนำไปขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์พลาสติกต่างๆ แต่การใช้พลาสติกจำนวนมากในช่วงที่ผ่านมาส่งผลให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมตามมามากมาย ปัจจุบันทั่วโลกจึงให้ความสำคัญกับวัสดุชีวภาพมากขึ้น มีวัสดุใหม่หลายอย่างที่ทำจากวัสดุชีวภาพ และมีวัสดุที่เรียกว่า BIOPET ซึ่งมีส่วนประกอบเป็นวัตถุดิบจากพืช 30% และต่อไปจะมีวัสดุที่เรียกว่า PEF (Polyethylene Furanoate) ผลิตจากวัสดุชีวภาพหรือ Bio-based 100% ซึ่งสามารถลด Carbon footprint ได้กว่า 50% เมื่อเทียบกับการผลิตขวด PET จากปิโตรเคมี ทำให้คาดว่า PEF จะมาแทนที่พลาสติก PET ในอนาคต
คุณสมบัติเด่นของ PEF ที่เหนือกว่า PET คือ ผลิตจากวัตถุดิบชีวภาพ 100% น้ำหนักเบาและมีความแข็งแรงกว่า มีความเสถียรทางความร้อนสูง สามารถนำมารีไซเคิลได้ 100% ในระบบเดียวกับ PET มีสมบัติกันน้ำและก๊าซผ่านเข้าออกได้ดีกว่า PET ด้วยคุณสมบัติเหล่านี้จึงคาดว่า PEF จะเป็นพอลิเมอร์รุ่นต่อไปที่มีศักยภาพในการแทนที่ PET
PEF ผลิตได้จากชีวมวลและของเหลือทิ้งจากภาคการเกษตร รวมถึงอุตสาหกรรมแป้งและน้ำตาล ซึ่งในต่างประเทศมีการวิจัยการผลิตขวดพลาสติก PEF อย่างต่อเนื่อง และเมื่อเปรียบเทียบราคาต้นทุนของ PEF กับ PET พบว่าในช่วงเริ่มแรก PEF มีต้นทุนสูงกว่า PET มาก แต่ปัจจุบันราคาเริ่มใกล้เคียงกัน และคาดการณ์ว่าต้นทุนของ PEF จะลดต่ำลงมาเท่ากับ PET จึงทำให้ PEF มีความน่าสนใจและสามารถแข่งขันได้ในระดับอุตสาหกรรม
สวทช. โดยศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (NANOTEC) กำลังเริ่มศึกษาเกี่ยวกับ PEF โดยมีความร่วมมือกับ Prof. Xiaoqing Liu นักวิจัยจาก Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering ประเทศจีน ในการนำ PEF มาพัฒนาเป็นต้นแบบผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ เพื่อให้ได้องค์ความรู้ที่จะนำมาสู่ต้นแบบกระบวนการผลิต PEF และผลิตภัณฑ์จาก PEF สำหรับถ่ายทอดสู่อุตสาหกรรมตั้งแต่ต้นน้ำถึงปลายน้ำ เพื่อผลักดันให้เกิดการใช้พลาสติกจากพอลิเมอร์ชีวภาพแทนพลาสติกจากปิโตรเลียม ซึ่งจะช่วยลดปัญหาขยะพลาสติกและลดภาวะโลกร้อน และที่สำคัญยังเป็นการส่งเสริมอุตสาหกรรมใหม่ที่ใช้ประโยชน์จากความหลากหลายทางชีวภาพในประเทศไทย เพื่อขับเคลื่อนเศรษฐกิจไทยให้เติบโตอย่างยั่งยืน
7. การออกแบบโครงสร้างวัสดุชนิดเดียว (Monomaterial Structure Design)
ในประเทศไทยมีขยะพลาสติกเกิดขึ้นปีละประมาณ 2 ล้านตัน ในจำนวนนี้สามารถนำไปรีไซเคิลได้เพียง 0.5 ล้านตัน อีก 1.5 ล้านตัน ต้องกำจัดด้วยการเผาหรือฝังกลบ โดย 0.3 ล้านตัน เป็นขยะประเภทขวดพลาสติก และอีก 1.2 ล้านตัน เป็นประเภทถุงพลาสติกและซองบรรจุภัณฑ์ต่าง ๆ แบบใช้ครั้งเดียว ซึ่งส่วนใหญ่เป็นพลาสติกแบบ multilayer materials ที่เป็นวัสดุหลายชนิดเรียงซ้อนกัน เพื่อให้มีสมบัติการใช้งานที่ดี แต่ข้อเสียคือ คัดแยกยาก (sorting) และแยกชั้นฟิล์มออกจากกันยาก (delamination) ทำให้นำไปรีไซเคิลยากและไม่คุ้มค่าต่อการลงทุน
เทคโนโลยี Monomaterial Structure Design ได้รับการพัฒนาขึ้นมาเพื่อแก้ปัญหาดังกล่าว คือทำให้ได้บรรจุภัณฑ์พลาสติกที่ดีกว่าหรือเทียบเท่ากับ multilayer materials แต่ที่เหนือกว่าคือ การเป็นวัสดุชนิดเดียวกัน ทำให้สามารถคัดแยกง่าย ไม่ต้องมีขั้นตอนการแยกชั้นฟิล์มออกจากกัน นำมารีไซเคิลได้ทั้งหมดโดยไม่มีของเสียเหลืออยู่ จึงไม่ไปเพิ่มขยะสู่สิ่งแวดล้อม
เทคโนโลยีนี้ควบคุมโครงสร้างตั้งแต่การสังเคราะห์โดยควบคุมให้โมเลกุลของวัสดุชนิดเดียวกันมีโครงสร้างต่าง ๆ กัน เพื่อทำหน้าที่แต่ละส่วนตามต้องการ จากนั้นผ่านกระบวนการขึ้นรูปด้วยการฉีดหรืออัดรีดขึ้นรูปเพื่อควบคุมโครงสร้างระดับจุลภาค ให้เกิดการเรียงซ้อนกันหลาย ๆ ชั้น เป็นสิบถึงพันชั้น กลายเป็นวัสดุใหม่ที่มีสมบัติการใช้งานตามต้องการ
ในส่วนของ สวทช. มีทีมนักวิจัยจากเอ็มเทค ที่เตรียมความพร้อมเชิงเทคโนโลยีทั้งเรื่องของ Monomaterials และ Monomaterial Structure Design เพื่อทำงานร่วมกับภาคเอกชนในการพัฒนาบรรจุภัณฑ์พลาสติกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เพื่อตอบโจทย์ของประเทศในการแก้ไขปัญหาขยะพลาสติก ซึ่งในอนาคตหากมีการลงทุนในเทคโนโลยีนี้เพิ่มมากขึ้น และมีผลิตออกสู่ตลาดอย่างแพร่หลาย เชื่อว่าเราจะสามารถทำให้ขยะพลาสติกลดปริมาณลงได้เป็นจำนวนมาก
8. วัสดุนาโนคาร์บอนจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 to Nanocarbon)
หลังการปฏิวัติอุตสาหกรรม ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ในบรรยากาศได้เพิ่มปริมาณสูงขึ้นอย่างมากจากกิจกรรมของมนุษย์ จนถึงปี 2562 ความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศได้เพิ่มสูงกว่า 400 ppm ส่งผลให้เกิดภาวะโลกร้อน (global warming) ซึ่งเป็นปัญหาสำคัญของประเทศต่าง ๆทั่วโลก จึงเกิดแนวคิดที่จะนำ CO2 ที่อยู่ในบรรยากาศมาเปลี่ยนรูปให้เป็นวัสดุอื่นที่มีประโยชน์ เพื่อลดปริมาณ CO2 และลดผลกระทบจากภาวะโลกร้อน
ปัจจุบันเราสามารถเปลี่ยน CO2 ให้เป็นวัสดุได้หลายชนิด เช่น คาร์บอเนต (carbonates) และสารประกอบของคาร์บอน (Carbon-based compounds) แต่ต้องใช้พลังงานสูงและมีต้นทุนสูง แต่หากเปลี่ยนวิธีใหม่ โดยนำ O2 ออก ให้เหลือ C เพียงอย่างเดียว แล้วทำให้เป็นคาร์บอนที่มีมูลค่าสูง เช่น วัสดุนาโนคาร์บอน ที่สำคัญได้แก่ ท่อนาโนคาร์บอน (carbon nanotubes) และกราฟีน (graphene) ซึ่งมีโครงสร้างระดับนาโนแบบ 1 และ 2 มิติ ที่กำลังได้รับความสนใจอย่างมากเมื่อเทียบกับวัสดุอื่น เนื่องจากมีคุณสมบัติที่โดดเด่นเป็นพิเศษทั้งทางกายภาพ ไฟฟ้าและเคมี ทำให้เหมาะที่จะนำไปประยุกต์ใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้งานในหลาย ๆ ด้าน เช่น อิเล็กทรอนิกส์ระดับนาโน เซนเซอร์ วัสดุสำหรับยานยนต์และอากาศยาน แบตเตอรี่ขนาดเล็ก
การสังเคราะห์วัสดุนาโนคาร์บอนจากก๊าซ CO2 เพิ่งเริ่มมีมาได้ไม่นานนักและสามารถทำได้หลายวิธี แต่มีเพียงไม่กี่วิธีที่มีประสิทธิภาพสูงที่อาจสามารถนำไปใช้ในการผลิตเชิงพาณิชย์ในอนาคต หนึ่งในนั้นคือ การสังเคราะห์วัสดุท่อนาโนคาร์บอนและกราฟีนด้วยไอเคมี หรือ CVD ลงบนคะตะลิสต์จากก๊าซ CO2 ในเตาอุณหภูมิสูง ซึ่งมีการศึกษาและพัฒนามากที่สุดโดยหน่วยงานวิจัยต่าง ๆ ทั่วโลก เช่น เยอรมนี จีน และ ไทย โดย สวทช. มีศูนย์วิจัยด้านการสังเคราะห์กราฟีนและการผลิตกราฟีนและวัสดุนาโนคาร์บอนจาก CO2
เทคโนโลยีการแปลงก๊าซ CO2 ไปเป็นกราฟีนและท่อนาโนคาร์บอนนี้สามารถนำไปใช้งานในโรงงานอุตสาหกรรม เพื่อช่วยลดปริมาณก๊าซ CO2 ที่ปลดปล่อยออกมาจากกระบวนการผลิต สามารถตอบสนองต่อแนวทางการใช้วัสดุซ้ำหรือเหลือทิ้งให้เป็นประโยชน์ เกิดเป็นธุรกิจใหม่ที่จะสร้างวัสดุที่มีมูลค่าสูง และขณะเดียวกันก็ช่วยลดมลพิษในสิ่งแวดล้อม ซึ่งสอดคล้องกับเป้าหมายการพัฒนาที่ยั่งยืนของสหประชาชาติ (SDGs)
9. แบตเตอรี่ปลอดภัยไร้ลิเทียม (Non-Lithium Ion Batteries)
ปัจจุบันมีการพัฒนาแบตเตอรี่ที่ปลอดภัยและไม่ใช้ลิเทียมหลายชนิด โดยเฉพาะ แบตเตอรี่ซิงก์ไอออน โดยเมื่อไม่นานมานี้กองทัพบกสหรัฐอเมริกาและหน่วยงานในสหรัฐฯ ประสบความสำเร็จในการวิจัยแบตเตอรี่ซิงก์ไอออนชนิดใช้น้ำเกลือเป็นอิเล็กโทรไลต์ มีจุดเด่นคือสามารถเก็บพลังงานได้สูง โดยมีความหนาแน่นพลังงานสูงเทียบเท่ากับแบตเตอรี่แบบลิเทียมไอออนที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน แต่มีต้นทุนถูกกว่าเกือบ 3 เท่า
แบตเตอรี่ซิงก์ไอออนมีข้อดีหลายด้าน ทั้งด้านราคาที่ถูกกว่า เนื่องจากแหล่งแร่สังกะสีที่ใช้เป็นวัตถุดิบมีมากกว่า ซึ่งในประเทศไทยก็มีแหล่งแร่สังกะสีอยู่ในหลายพื้นที่ ขณะที่ลิเทียมมีจำกัดแค่ในบางประเทศ และไทยต้องนำเข้ามาเท่านั้น เนื่องจากลิเทียมมีความไวต่อสภาพแวดล้อม จึงต้องประกอบในห้องคลีนรูม ทำให้มีต้นทุนในการจัดการโรงงานผลิตแบตเตอรี่ลิเทียมสูงกว่า
ที่สำคัญในด้านความปลอดภัย สังกะสีเป็นธาตุที่ไม่ทำปฏิกิริยากับอากาศและติดไฟเหมือนลิเทียม จึงไม่ระเบิด สามารถขนส่งทางอากาศได้ เหมาะสำหรับประยุกต์ใช้กับงานที่ต้องการความปลอดภัยสูง เช่น เรือดำน้ำ แท่นขุดเจาะน้ำมัน นอกจากนี้ยังตอบโจทย์ด้านความมั่นคงทางพลังงานของประเทศ และยังเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม สามารถรีไซเคิลได้
มีการคาดการณ์ว่าแบตเตอรี่ซิงก์ไอออนจะเป็นหนึ่งในแบตเตอรี่ชนิดใหม่ที่จะออกสู่ตลาดในอนาคตอันใกล้ภายในปี 2568 ซึ่งในปัจจุบันมีบริษัทเอกชนที่พัฒนาแบตเตอรี่ซิงก์ไอออนและกำลังจะออกสู่ท้องตลาดแล้ว ยกตัวอย่าง บริษัท NantEnergy พัฒนาแบตเตอรี่ zinc air บริษัท e Zn พัฒนาแบตเตอรี่ zinc aqueous และบริษัท Ionic materials พัฒนาแบตเตอรี่ zinc solid state electrolyte
ในประเทศไทย สวทช. โดยศูนย์เทคโนโลยีเพื่อความมั่นคงของประเทศและการประยุกต์เชิงพาณิชย์ (NSD) มีงานวิจัยพัฒนาแบตเตอรี่ซิงก์ไอออนด้วยวัสดุกราฟีน จนมีประสิทธิภาพเทียบเคียงได้กับแบตเตอรี่ลิเทียมบางชนิด (Lithium iron phosphate; LFP) แต่มีความปลอดภัยสูง ไม่ระเบิดแม้ถูกเจาะ นอกจากนี้ ยังได้ร่วมกับจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และ กรมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีกลาโหม จัดตั้งและดำเนินการ ศูนย์ความเป็นเลิศด้านนวัตกรรมแบตเตอรี่ล้ำสมัยที่ผลิตจากวัตถุดิบภายในประเทศเพื่อความมั่นคง เพื่อเป็นหน่วยงานหลักในการวิจัยและเป็นศูนย์กลางในเครือข่ายงานวิจัยนวัตกรรมแบตเตอรี่ที่ผลิตจากวัตถุดิบภายในประเทศ หากประเทศไทยสามารถผลิตแบตเตอรี่ซิงก์ไอออนได้ จะช่วยให้เราไม่ต้องประสบปัญหาขาดแคลนพลังงานในยามวิกฤตที่ไม่สามารถนำเข้าลิเทียมได้ และยังส่งเสริมความมั่นคงทางพลังงานของประเทศอีกด้วย
10. กรีนไฮโดรเจน (Green hydrogen)
แนวโน้มด้านพลังงานใหม่ที่ทั่วโลกให้ความสนใจคือ พลังงานสะอาด ที่ไม่สร้างมลพิษ การกักเก็บพลังงานในรูปของก๊าซไฮโดรเจนที่ผลิตจากแหล่งพลังงานที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานลม เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีทางเลือกที่ตอบโจทย์นี้
ปัจจุบันหลายประเทศจึงมุ่งที่จะพัฒนา green hydrogen ซึ่งสะอาดมาตั้งแต่ต้นทางไปจนถึงปลายทาง ด้วยการเลือกใช้วัตถุดิบจากแหล่งพลังงานสะอาดอย่างแสงอาทิตย์ ลม และใช้กระบวนการอิเล็กโทรไลซิสซึ่งไม่มีการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
กระบวนการอิเล็กโทรไลซิสคือการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าโดยใช้เครื่องมือที่ชื่อว่า electrolyser ซึ่งจะได้ก๊าซไฮโดรเจนกับออกซิเจนออกมา เราสามารถเก็บไฮโดรเจนไว้ได้เหมือนกับการกักเก็บอิเล็กตรอนในแบตเตอรี่ แต่มีข้อดีกว่าคือ มีต้นทุนต่ำกว่า เก็บพลังงานได้มากและนานกว่า เมื่อมีความต้องการใช้ไฟฟ้า ก็สามารถนำไฮโดรเจนป้อนเข้าไปในเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อผลิตไฟฟ้าได้
ตอนนี้เครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ที่อยู่ในเชิงพาณิชย์แล้วมี 2 ชนิดคือ alkaline electrolyser และ PEM electrolyser ส่วน solid oxide electrolyser ซึ่งมีประสิทธิภาพในการแยกน้ำเป็นไฮโดรเจนสูง ยังอยู่ในขั้นตอนวิจัยและพัฒนา
ตัวอย่างของการใช้ประโยชน์กรีนไฮโดรเจน เช่น การนำไปใช้ผลิตไฟฟ้าผ่านเซลล์เชื้อเพลิง เพื่อใช้กับรถยนต์ไฟฟ้า (เช่น Toyota Mirai) หรือเป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่ติดไว้กับบ้านเรือน หรือป้อนเข้าโรงไฟฟ้าโดยการนำไปใช้ผลิตไฟฟ้าผ่านกังหันก๊าซร่วมกับการใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงในการเผาไหม้ ซึ่งตอนนี้ก็มีโครงการนำร่องผ่านความร่วมมือระหว่างญี่ปุ่นกับบรูไน โดยผลิตไฮโดรเจนที่บรูไนแล้วขนส่งทางเรือไปญี่ปุ่นเพื่อผลิตไฟฟ้า
นอกจากนี้ไฮโดรเจนยังเป็นส่วนประกอบของซินก๊าซ (synthesis gas) ที่เป็นสารตั้งต้นของสารอื่น ๆ สามารถนำไปใช้ประโยชน์ต่อได้อีกหลากหลาย ซึ่งแนวคิดนี้เรียกว่า Power-to-X
ทั้งหมดนี้คือ 10 เทคโนโลยีที่น่าจับตามอง ในช่วงวิกฤตการณ์ครั้งสำคัญของโลก ซึ่งเราต้องติดตามกันต่อไปว่า เทคโนโลยีใดจะสามารถกอบกู้ประเทศของเราให้รอดพ้นจากวิกฤตต่าง ๆ พร้อมทั้งสร้างโอกาสให้แก่นักลงทุนได้ในอนาคตอันใกล้นี้ และแน่นอนว่า สวทช. ก็ได้ทุ่มเททรัพยากรอย่างเต็มกำลังความสามารถ เพื่อสร้างความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และนวัตกรรม สำหรับตอบโจทย์ปัญหาสำคัญ และนำพาประเทศให้ก้าวพ้นทุกวิกฤตการณ์ไปได้
สามารถอ่านบทความในรูปแบบ e-Magazine ได้ในนิตยสารสาระวิทย์ ฉบับที่ 93 เดือนธันวาคม 2563
https://oer.learn.in.th/search_detail/result/217539
About Author
