ไผ่ ประโยชน์สารพัด สารพันการใช้งาน

รวิศ ทัศคร

ไผ่เป็นพืชที่มนุษย์รู้จักนำมาใช้งานตั้งแต่โบราณมาจนถึงปัจุบัน ทุกวันนี้เราจะเห็นการใช้ประโยชน์ตั้งแต่การนำเอาลำไม้ไผ่มาใช้ก่อสร้าง ทำเป็นภาชนะ เครื่องมือการประมงชนิดต่าง ๆ โคมไฟ ไม้จิ้มฟัน ตะเกียบ เครื่องครัว ใบไผ่ใช้ทำกระดาษ เศษซากที่เหลือจากการใช้ประโยชน์ก็นำมาทำปุ๋ยบำรุงดิน หรือทำเป็นวัสดุสำหรับทำไม้ไผ่อัดซึ่งนำไปใช้งานต่อได้หลากหลาย เช่น ทำไม้แบบ วัสดุก่อสร้าง เฟอร์นิเจอร์ เรียกได้ว่าไม้ไผ่เป็นวัสดุสารพัดประโยชน์ที่สุดชนิดหนึ่งที่คนเรารู้จักกัน

ไม้ไผ่เป็นพืชที่อยู่ในวงศ์ Poaceae เช่นเดียวกับข้าวโพด ข้าวสาลี ข้าไรย์ ข้าวโอ๊ต และข้าว ขนาดตลาดโลกของไม้ไผ่ทั้งหมดมีมูลค่าการตลาดถึง 59.3 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี พ.ศ. 2564 และได้คาดการณ์ไว้ว่าจะมีอัตราเติบโตแบบทบต้น (CAGR) ถึงร้อยละ 4.5 ในระหว่างปี พ.ศ. 2565-2573 (ข้อมูล) สิ่งที่น่าสนใจอย่างหนึ่งคือ เมื่อดูในระดับโลกแล้วจีนและไทยเป็นประเทศที่มีระบบเศรษฐกิจของการทำไม้ไผ่ที่ได้รับการพัฒนาสูงที่สุด^[^1] ซึ่งไม่น่าแปลกใจ เพราะตามรายงานจาก FAO/INBAR เอเชียมีทรัพยากรไม้ไผ่สูงที่สุด โดยมีพื้นที่ไผ่ 10 ล้านเฮกตาร์ในภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ และ 5.4 ล้านเฮกตาร์ในประเทศจีน ซึ่งสอดคล้องกับข้อมูลกรมศุลกากรของไทยในปี พ.ศ. 2563 ที่บ่งชี้ว่ามูลค่าการส่งออกของสินค้าจากต้นไผ่ในช่วงปี พ.ศ. 2558–2562 มีแนวโน้มเพิ่มขึ้น โดยในปี พ.ศ. 2562 มีมูลค่าส่งออกทั้งสิ้น 587.16 ล้านบาท เรียงจากมากไปน้อยได้แก่ 1. กลุ่มอาหาร 2. กลุ่มไม้ไผ่ไม่แปรรูป 3. กลุ่มไม้ไผ่แปรรูป 4. กลุ่มเฟอร์นิเจอร์ 5. กลุ่มจักสาน 6. กลุ่มเยื่อไผ่ และ 7. กลุ่มถ่านไม้ไผ่^[^2]

ดังนั้นศักยภาพของไม้ไผ่ในผลิตภัณฑ์กลุ่มต่าง ๆ เช่น อาหารหรือไม้ไผ่แปรรูป จึงมีความน่าสนใจ และนอกจากนี้ไม้ไผ่ยังมีองค์ประกอบเป็นคาร์โบไฮเดรตหลากชนิด ตั้งแต่น้ำตาล แป้ง เฮมิเซลลูโลส และเซลลูโลส และมีระดับโปรตีนกับไขมันเพียงร้อยละ 2–3 จึงได้รับความสนใจนำมาวิจัยเพื่อศึกษาถึงกระบวนการแยกและการใช้คาร์โบไฮเดรตและสารที่แยกได้เพื่อใช้งานต่อไป

บทบาทของไผ่ในแง่ของอาหาร

คนไทยและประเทศอื่น ๆ ในแถบเอเชียนิยมนำหน่อไม้มาใช้ประกอบเมนูอาหารกันมานานแล้ว รวมถึงอาจแปรรูปเป็นหน่อไม้ดองและของว่างต่าง ๆ แต่หากเป็นในระดับอุตสาหกรรม ไผ่จะใช้ผลิตเป็นใยอาหาร (dietary fiber) หรือผงใยไม้ไผ่ เพื่อใช้เป็นองค์ประกอบของการทำสูตรอาหารอื่น ๆ เช่น ขนมปัง พาสตา ผลิตภัณฑ์เนื้อ ชีส โยเกิร์ต

แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาต่างประเทศเริ่มวิจัยเพื่อศึกษาเหง้าไผ่อ่อนและลำไผ่อ่อนที่มีอายุ 2–3 ปี เพื่อหาความเป็นไปได้ในการทำแป้งไผ่ออกมาใช้งาน โดยอาศัยความจริงที่ว่าเหง้าและลำต้นไผ่อายุน้อยเป็นแหล่งสะสมสำคัญของแป้ง น้ำตาล คาร์โบไฮเดรต เช่นเดียวกับพืชชนิดอื่น ๆ อย่างไรก็ตามการจะนำแป้งจากต้นไผ่มาใช้ประโยชน์ได้นั้นจะต้องนำแยกสารประกอบไซยาไนด์ที่พบในไผ่ออกไปเสียก่อน จึงจะรับประทานได้^[^1] เนื่องจากมันจะมีสารพิษพวกไซยาโนจีนิกไกลโคไซด์ (cyanogenic glycosides) อยู่ตามธรรมชาติ สารไซยาไนด์ในหน่อไม้และส่วนอื่นของต้นไผ่จะอยู่ในรูปไซยาโนจีนิกไกลโคไซด์แทกซิฟิลลิน (cyanogenic glycosides taxiphyllin) ซึ่งไม่เสถียร และกลายเป็นไฮโดรเจนไซยาไนด์ทำให้เกิดพิษต่อร่างกายคนได้ จะมีมากมีน้อยขึ้นกับพันธุ์ไผ่ แต่ถ้าร่างกายคนเราได้รับเพียงปริมาณน้อย ๆ กลไกของร่างกายทำให้มีพิษลดลง โดยเอนไซม์โรดานีส (rhodanese) จะเปลี่ยนมันให้อยู่ในรูปไทโอไซยาเนต (thiocyanate) ที่มีพิษน้อยกว่า และขับออกจากร่างกายผ่านปัสสาวะ แต่อย่างไรก็ดีสารนี้ก็ยังไปยับยั้งการดูดซึมไอโอดีนที่มีผลกับต่อมไทรอยด์ การบริโภคเป็นประจำอาจเสียงต่อโรคคอพอกได้ บ้านเราจึงต้องนำไปต้มหรือดองซึ่งลดสารพวกนี้ได้

แป้งจากต้นไผ่ที่แยกเอาสารประกอบไซยาไนด์ออกแล้วพบว่าเป็นแป้งที่มีค่าองศาของการเกิดพอลิเมอร์ไรเซชัน (degree of polymerization: DP) ของอะไมโลเพกทินที่มีลักษณะใกล้กับของข้าวสาลี ข้าว และข้าวบาร์เลย์ มีอุณหภูมิการเกิดเจลาติไนเซชันสูงมากกว่า 80 องศาเซลเซียส ซึ่งเมื่อลองใช้ทดแทนแป้งข้าวสาลีบางส่วนในบางผลิตภัณฑ์ เช่น ในคุกกี้ จะลดน้ำตาลและไขมันในสูตรได้

นอกจากนี้แล้วในอุตสาหกรรมด้านเทคโนโลยีชีวภาพยังนำไผ่มาสกัดสารกลุ่มฟลาโวนอยด์และสารในกลุ่มลิกโนเซลลูโลส (lignocellulose) ออกมาทำประโยชน์ได้อีก อาทิ ก) ลิกนินฟีนอลพอลิเมอร์ (lignin phenol-polymer) สำหรับใช้ทำเชื้อเพลิงหรือผลิตภัณฑ์อื่น ๆ หรือ ข) กลุ่มเฮมิเซลลูโลส (hemicellulose), เพนโทส (pentose) และเฮกโซส (hexose) ซึ่งเมื่อนำมาย่อยด้วยปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสแล้วจะได้ไซโลโอลิโกแซ็กคาไรด์ (xylo-oligosaccharides) และน้ำตาลไซโลส (xylose) นำไปใช้ทำไซลิทอลที่เป็นสารให้ความหวาน หรือหมักต่อเพื่อเปลี่ยนเป็นเอทานอล ไบโอมีเทน กรดแลกติก กรดซักซินิก นอกจากนี้ยังมีกลุ่ม ค) เซลลูโลสและพอลิเมอร์ของกลูโคส ซึ่งเมื่อย่อยแล้วก็จะได้กลูโคส นำมาเปลี่ยนเป็นสารเอทานอล ไบโอมีเทน กรดแลกติก กรดซักซินิก ได้เช่นกัน^[^3]

ประโยชน์และบทบาทของไผ่ในงานด้านวัสดุ

มีการใช้ไม้ไผ่เป็นวัสดุก่อสร้างมานานแล้ว ทั้งเป็นโครงสร้างหรือนั่งร้าน (scaffolding) ดังเช่นในประเทศจีน นั่งร้านไม้ไผ่ก็ปรากฏให้เห็นในงานภาพวาดโบราณ “ชิงหมิงชั่งเหอถู” ( 清明上河圖 ) หรือ Along the River During the Qingming Festival เขียนโดยจางเจ๋อตวน Zhang Zeduan ( 張擇端 ) (ค.ศ. 1085-1145) ในสมัยราชวงศ์ซ่ง ซึ่งเป็นภาพแสดงชีวิตผู้คนเฉลิมฉลองเทศกาลชิงหมิงหรือเชงเม้ง ซึ่งภาพนี้ถือเป็นสมบัติล้ำค่าของจักรพรรดิจีนมาหลายยุคหลายสมัย ภาพต้นฉบับมีขนาดยาวมาก คือกว้าง 25.50 เซนติเมตร ยาว 5 เมตร ทางการจีนเคยนำภาพนี้มาทำเป็นแอนิเมชันเคลื่อนไหวในรูปแบบภาพยนตร์ ฉายบนผนังในงาน Shanghai World Expo 2010 เพื่อให้เห็นถึงรายละเอียดของการดำเนินชีวิตของผู้คนในยุคนั้น

(แอนิเมชันในงาน World Expo 2010 ดูได้ที่ https://www.youtube.com/watch?v=6ZC5sO6IT80&t=83s)

ส่วนหนึ่งของภาพ Along the River During the Qingming Festival จะเห็นร้านขายเหล้าขาวหรือโรงเตี๊ยมที่มีโครงสร้างไม้ไผ่ที่เหมือนนั่งร้านไม้ไผ่อยู่ที่ด้านซ้ายของภาพ

ที่มาภาพ : Public Domain via Wikimedia Commons

ที่ฮ่องกงมีการคาดการณ์เอาไว้ว่านั่งร้านเหล็กและอะลูมิเนียมจะมาทดแทนนั่งร้านไม้ไผ่ในไม่ช้า แต่ นั่งร้านไม้ไผ่ก็ยังใช้มาจนถึงทุกวันนี้ และเคยมีทำเป็นสารคดีมาแล้ว ซึ่งชมเพิ่มเติมโดยสแกน QR code

(ซ้าย) QR code บทความเกี่ยวกับนั่งร้านไม้ไผ่จาก South China Morning Post (ขวา) QR code ชมสารคดีการใช้นั่งร้านไม้ไผ่สร้างตึกระฟ้า

นอกจากนำมาใช้ในการก่อสร้างแล้ว ยังมีผู้สนใจนำไม้ไผ่มาวิจัยเพื่อผลิตวัสดุจำพวกแอโรเจล(aerogel) อีกด้วย แอโรเจลเป็นวัสดุที่มีลักษณะดูเหมือนฟองน้ำเนื้อแข็ง ประกอบด้วยอากาศเกือบทั้งหมด มีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำมาก และรับน้ำหนักได้หลายเท่าของน้ำหนักตัว มีคุณสมบัติการเป็นฉนวนความร้อนที่ดีมาก แรกเริ่มเดิมทีค้นพบเป็นครั้งแรกโดยวิศวกรเคมีชาวอเมริกันชื่อ สตีเฟน เอส. คิสต์เลอร์ (Steven S. Kistler) ในปี พ.ศ. 2474 วัสดุที่เขาใช้ทำแอโรเจลชนิดแรกเป็นซิลิกา ก่อนจะพัฒนาแอโรเจลจากวัสดุอื่น ๆ ด้วย เช่น อะลูมินา โครเมียม (chromium(III) oxide) และออกไซด์ของดีบุก (tin dioxide)

เนื่องจากแอโรเจลมีสมบัติเป็นฉนวนความร้อน จึงนิยมนำไปใช้เป็นฉนวนกันความร้อนของหน้าต่างอาคาร ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาหรือดูดซับตัวอย่างของอนุภาคแข็งในอวกาศมาวิเคราะห์ เช่น แผงจับฝุ่นอวกาศของยานสตาร์ดัสต์ (Stardust) และเพราะเป็นตัวดูดซับสารที่ดีจึงใช้ดูดซับสารปนเปื้อน มลพิษ บำบัดน้ำเสีย หรือน้ำมันปิโตรเลียมที่รั่วไหลออกสู่สิ่งแวดล้อม ซึ่งแอโรเจลที่พบใช้งานในปัจจุบันอาจจะทำได้ด้วยวัสดุต่าง ๆ หลากหลายประเภท เช่น ซิลิกาแอโรเจล คาร์บอนแอโรเจล ออกไซด์ของโลหะต่าง ๆ และ/หรือแอโรเจลที่มาจากวัสดุอินทรีย์และวัสดุพอลิเมอร์ต่าง ๆ

คาร์บอนแอโรเจลมีลักษณะเป็นตัวนำไฟฟ้าที่มีอนุภาคระดับนาโนเมตรเชื่อมกันอยู่ด้วยพันธะโควาเลนต์ มีรูพรุนและพื้นที่ผิวสูง จึงนำไปทำเป็นวัสดุจำพวกตัวเก็บประจุยวดยิ่ง (supercapacitor) ที่เก็บประจุได้มากกว่าตัวเก็บประจุทั่วไป และยังใช้เป็นตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ได้ดี เนื่องจากมีค่าการสะท้อนต่ำ หากใช้วัสดุเป็นท่อนาโนคาร์บอน (carbon nanotube) จะช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นได้อีกด้วย

ในการพัฒนาวัสดุตัวดูดซับแบบติดผิว (adsorbent) หรือตัวดูดซับแบบดูดซึม (absorbent) ก็ตาม หากวัสดุตั้งต้นที่ใช้มีคุณสมบัติที่เหมาะสม คือมีพื้นผิวมาก มีประจุของผิวที่เหมาะสมกับของที่จะดูดซับ ทำจากวัสดุหมุนเวียนที่หามาใช้งานได้ง่าย วัสดุนั้นก็น่าสนใจ เซลลูโลสจึงเป็นหนึ่งในตัวเลือกที่น่าสนใจ แต่เนื่องจากเซลลูโลสเป็นวัสดุที่ชอบน้ำ ต้องผ่านกรรมวิธีทางเคมีหลายอย่างเพื่อปรับสภาพให้เหมาะสมกับสารที่จะใช้มันเป็นตัวดูดซับ เป็นต้นว่าทำเอสเทอริฟิเคชัน (esterification) หรือซิเลไนเซชัน (silanization) เสียก่อนเพื่อนำเอาหมู่โอเลโอฟิลิก (oleophilic group) เพิ่มเข้าไป โดยระยะหลังก็ใช้กระบวนการไพโรไลซิส (pyrolysis) เข้ามาปรับสภาพผิวด้วย

ต้นไผ่เป็นแหล่งของเส้นใยเซลลูโลสตามธรรมชาติที่มีองค์ประกอบทางเคมีเช่นเดียวกับเส้นใยจากเปลือกไม้ มีเซลลูโลสร้อยละ 73.83 เฮมิเซลลูโลสร้อยละ 12.49 ลิกนินร้อยละ 10.15 และมีเพกติน แทนนิน รงควัตถุต่าง ๆ ^[^4] ซึ่งจากการที่มีโครงสร้างหลวม มีรูพรุน และมีสารที่ไม่ใช่เซลลูโลสปะปนอยู่ เส้นใยไผ่จึงมีความสามารถในการดูดน้ำได้ดีกว่าเส้นใยฝ้าย ใยป่านรามี และใยต้นแฟลกซ์ที่ใช้ทำผ้าลินิน จึงมีศักยภาพในการนำไปทำวัสดุดูดซับ มีผู้วิจัยเพื่อนำเอาเส้นใยไผ่ไปสังเคราะห์เป็นแอโรเจลคาร์บอนไฟเบอร์ (CFA) ด้วยการเผาในเตาเผาภายใต้บรรยากาศของก๊าซไนโตรเจน โดยค่อย ๆ เพิ่มอุณหภูมิไปที่ 500 องศาเซลเซียส และคงเอาไว้หนึ่งชั่วโมง ก่อนเพิ่มเป็น 1,000 องศาเซลเซียส และคงไว้เป็นเวลาสองชั่วโมง จากนั้นค่อย ๆ ทำให้เย็นลงมา ซึ่งผลการศึกษาพบว่าแอโรเจล CFA จากไม้ไผ่ดูดซับเอาสารก่อมลพิษต่าง ๆ ที่เป็นกลุ่มไม่มีขั้วได้ดีโดยไม่ดูดซับน้ำเข้ามาในตัวมัน^[^4]

นอกจากแอโรเจลที่ทำมาจากเส้นใยไผ่ล้วน ๆ แล้ว ยังมีผู้คิดนำเอาสารหรือวัสดุอื่นมาปรับเปลี่ยนคุณสมบัติของคาร์บอนแอโรเจลไผ่อีกหลายกรณี หนึ่งในนั้นที่น่าสนใจก็คือการทดลองนำเอาเหล็กเข้ามาผสม เนื่องจากที่ผ่านมามีการใช้เหล็กทั้งในรูป Fe⁰ และ Fe²⁺ อยู่แล้ว ในการทำให้เกิดปฏิกิริยารีดักชันของอิออนโครเมียมที่เป็นโลหะหนักที่มีความเป็นพิษสูงในรูปของเฮกซะวาเลนต์โครเมียม (hexavalent chromium: Cr(VI)) ให้กลายมาเป็น Cr(III) ซึ่งมีพิษต่ำกว่า ตามสมการ 2CrO₄²⁻ + 3Fe⁰ + 16H⁺ → 2Cr³⁺ + 3Fe²⁺ + 8H₂O ดังนั้นในเมื่อแอโรเจลคาร์บอนจากเยื่อไผ่มีพื้นที่ผิวสูง รูพรุนสูง เหมาะแก่การดูดซับ หากนำเหล็กไปไว้บนพื้นผิวของเส้นใยคาร์บอนก็จะเกิดการแพร่ของ Cr(VI) เข้าไปในโครงร่างของแอโรเจลคาร์บอน จากนั้นก็จะเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์กับเหล็กกลายเป็น Cr(III) นั่นเอง กระบวนการทำแอโรเจลนี้ทำได้โดยใช้เยื่อไผ่มาปั่นในน้ำปราศจากไอออน (deionized water) จนเข้ากันดี จากนั้นเติม Fe(NO₃)₃·9H₂O ลงไปปั่นต่ออีก 3 ชั่วโมง แล้วนำไปอบแห้งแบบแช่เยือกแข็งที่ –40 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 48 ชั่วโมง แล้วนำไปอบให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นถึงราว 400 องศาเซลเซียส จากนั้นคงไว้ที่อุณหภูมินี้ 1 ชั่วโมง ก่อนจะเพิ่มไปที่ 800 องศาเซลเซียส ด้วยอัตราเพิ่มอุณหภูมิ 5 องศาเซลเซียส ต่อนาทีแล้วคงเอาไว้ที่ 800 องศาเซลเซียสอีกสองชั่วโมง แล้วลดลงมาที่ 400 องศาเซลเซียส รายละเอียดดังเอกสารอ้างอิง^[5] ให้คุณผู้อ่านลองสังเกตว่างานวิจัยหลายชิ้นจะมีกระบวนการทำคาร์บอนแอโรเจลคล้ายคลึงกันเช่นนี้ นั่นคือใช้การอบแห้งแบบแช่เยือกแข็ง แล้วหลังจากนั้นหากต้องการให้เกิดปฏิกิริยาไพโรไลซิสอาจนำไปอบต่อแบบเพิ่มและลดอุณหภูมิทีละน้อยในสภาพที่ไม่มีออกซิเจน

กระบวนการทำคาร์บอนแอโรเจลจากเส้นใยเซลลูโลสจากต้นไผ่เพื่อใช้เป็นตัวดูดซับโครเมียม(VI) ที่เป็นมลพิษในน้ำ

ที่มาภาพ : https://www.mdpi.com/polymers/polymers-13-04338/article_deploy/html/images/polymers-13-04338-g001.png

ตามปกติหากมลพิษเป็นพวกน้ำมัน เช่น น้ำมันเครื่อง น้ำมันปิโตรเลียม การใช้สารดูดซับที่มีรูพรุนก็เป็นอีกวิธีที่มักใช้งานกัน^[6] แม้ตัวดูดซับที่เป็นสารอินทรีย์สังเคราะห์จำพวกพลาสติกอย่างพอลิโพรพิลีน(polypropylene) หรือพอลิยูเรเทน(polyurethane) จะดูดซับน้ำมันได้ดีกว่าพวกวัสดุอนินทรีย์ แต่ตัวมันเองก็ก่อมลพิษเพราะย่อยสลายได้ช้า จึงมีความสนใจที่จะนำเอาวัสดุอินทรีย์ที่พบตามธรรมชาติอย่างเส้นใยเซลลูโลสจากพืช ขี้เลื่อย หรือไคตินและไคโตซาน มาใช้งาน การนำเอาแอโรเจลจากไม้ไผ่ไปใช้ดูดซับสารปนเปื้อนและมลพิษก็เป็นอีกทางเลือกหนึ่งนั้น มีข้อดีคือมีรูพรุนมาก ซึ่งหากไม่นำไปอบเพื่อให้เกิดปฏิกิริยาไพโรไลซิส ตัวเซลลูโลสจะมีสมบัติชอบน้ำเพราะมีหมู่ไฮดรอกซิลอยู่ จึงใช้การปรับสภาพผิวโดยใช้สารซิเลน (silane) ระเหยมาจับตัวกับผิวของแอโรเจลเพื่อให้เกิดปฏิกิริยา ทำให้แอโรเจลนั้นมีสมบัติเป็นทั้งพื้นผิวที่ไม่ชอบน้ำ (hydrophobic) และดูดซับน้ำมันได้ดี (oleophilic) โดยใช้ซิเลนในรูปของแกมมาเอ็มพีทีเอส (γ-MPTS: gamma-methacryloxypropyltrimethoxysilane หรือ MEMO Silane) นำมาไฮโดรไลซ์หมู่แอลค็อกซี (alkoxy) ที่ปลายของโมเลกุลที่มีซิลิคอน โดยให้สัมผัสกับความชื้นในอากาศจนกลายเป็นซิเลนอล (silanol) ซึ่งจะปลดปล่อยแอลกอออล์ออกมาดังสมการ –Si (OCH₃)₃ + H₂O -> -Si(OH)₃ + 3 CH₃OH

ต่อมาเมื่ออยู่ในรูปของซิเลนอลแล้วสารซิเลนจะควบแน่นลงบนพื้นผิวของเซลลูโลสแอโรเจลใยไผ่ตรงหมู่ไฮดรอกซิลของเยื่อไผ่ โดยเกิดเป็นพันธะโควาเลนต์โดยตรงกับพื้นผิว เรียกกระบวนการนี้ว่า silanization process ซึ่งจะทำให้เปลี่ยนสภาพเป็นเซลลูโลสแอโรเจที่เคลือบด้วยซิเลน (silane-coated cellulose aerogel : SCA) ซึ่งดูดซับน้ำมันได้ดี โดยมีปฏิกิริยาที่เกิดและสภาพพื้นผิวที่ถ่ายโดยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด ชนิด FE-SEM (field-emission scanning electron microscopy) รวมทั้งผลการดูดซับน้ำมันเครื่อง เป็นดังภาพ

(บน) กระบวนการซิเลไนเซชันที่มีต่อหมู่ไฮดรอกซิลของแอโรเจลใยไผ่ (กลาง) ภาพถ่ายหน้าตัดของเซลลูโลสแอโรเจลใยไผ่ (CA) และเซลลูโลสแอโรเจลที่เคลือบด้วยซิเลน (SCA) (ล่าง) การทดสอบการดูดซับน้ำมันเครื่องโดย SCA

ที่มาภาพ : https://www.mdpi.com/1996-1944/12/9/1407

นอกจากมลพิษในน้ำแล้ว ปัจจุบันปัญหาฝุ่น PM_2.5 ในอากาศก็มีมากขึ้นทุกปี พบเกือบทุกภูมิภาคทั่วโลกโดยเฉพาะโซนเอเชียตะวันออกและตะวันออกเฉียงใต้ จึงมีความพยายามนำแอโรเจลมาพัฒนาเป็นวัสดุกรอง เราลองมาดูตัวอย่างงานวิจัยงานหนึ่ง^[7] อาจใช้วัสดุเส้นใยนาโนเซลลูโลส (cellulose nanofibril: CNF) ซึ่งมีลักษณะเป็นเส้นใยนาดจิ๋วในระดับนาโน วัสดุพอลิไวนิลแอลกอฮอล์ (polyvinyl alcohol: PVA) และถ่านกัมมันต์ที่ทำจากไม้ไผ่ (bamboo activated charcoal: BAC) มาประกอบรวมกันเป็นแผ่นกรอง พบว่ามีประสิทธิภาพในการกรองฝุ่น PM_2.5 ถึงร้อยละ 99.69 และแม้ว่าจะนำไปกรองที่อุณหภูมิสูงถึง 200 องศาเซลเซียส หรือล้างน้ำเพื่อใช้ซ้ำถึงห้าครั้งก็ยังคงประสิทธิภาพการกรองไว้ได้ที่ร้อยละ 95

การทำแผ่นกรอง อาศัยวิธีการกระจาย PVA ลงไปในน้ำปราศจากไอออนเสียก่อน จากนั้นผสม CNF กับ BAC ลงไป และนำไปผ่านคลื่นเสียงความถี่สูงโดยใช้เวลาที่เหมาะสม แล้วถ่ายลงพิมพ์ แช่แข็งด้วยไนโตรเจนเหลว จากนั้นนำเข้าเครื่องอบแห้งแบบแช่เยือกแข็งที่อุณหภูมิ –63 องศาเซลเซียสภายใต้สุญญากาศที่ความดัน 1 ปาสกาล เป็นเวลา 72 ชั่วโมง ก็จะได้แผ่นวัสดุกรองออกมาใช้งาน (รายละเอียดเพิ่มเติมอ่านได้จากงานวิจัยในอ้างอิงท้ายบทความนี้^[7])

อันที่จริงแล้วในแง่ของวัสดุนั้น นอกเหนือจากการนำมาทำแอโรเจล วัสดุคอมโพสิตที่ได้จากพอลิแล็กติกแอซิดที่เสริมแรงด้วยเส้นใยไผ่ (bamboo-polylactic acid composite: PLA/alkali-treated bamboo fiber) ก็มีการนำมาทำวัสดุที่พิมพ์ได้ด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติด้วยเช่นกัน^[8] รวมถึงนำไปขึ้นรูปเป็นฟิล์มนาโนเซลลูโลสสีชาสำหรับใช้ป้องกันแสงยูวีเพื่อใช้ในงานหลากหลาย^[9] และอีกงานที่น่าสนใจมากคือการนำผงไม้ไผ่ไปผ่านกระบวนการไพโรไลซิสจนกลายเป็นถ่าน จากนั้นก็นำเอาสารในกลุ่มที่เปลี่ยนวัฏภาคได้ (phase change material: PCMs) ซึ่งได้แก่ พาราฟิน ที่มีคุณสมบัติกักเก็บหรือปลดปล่อยความร้อนแฝงจำนวนมากในระหว่างที่เปลี่ยนแปลงวัฏภาคที่อุณหภูมิคงที่ไปโหลดเก็บไว้ในรูพรุนของเนื้อถ่านไม้ไผ่ เพื่อใช้เป็นวัสดุก่อสร้างที่ใช้ทำความเย็นหรือกักเก็บความร้อนในอาคารบ้านเรือนได้^[10] นับว่าเป็นการประยุกต์ใช้งานไม้ไผ่ที่น่าสนใจ (ผู้สนใจติดตามอ่านได้ในรายการอ้างอิงท้ายบทความ)

จะเห็นว่าการใช้งานไม้ไผ่มีทั้งทางตรงในแง่ของการนำมาบริโภคและก่อสร้าง รวมถึงทางอ้อมในแง่ของการนำมาเป็นวัตถุดิบตั้งต้นสำหรับผลิตวัสดุหรือสารที่ใช้ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ มากมายจนนำมากล่าวถึงได้ไม่หมด นับเป็นพืชที่มีประโยชน์อย่างอเนกอนันต์ที่คนไทยเราควรให้ความสำคัญและศึกษาวิจัยต่อยอด เพื่อเพิ่มคุณภาพ ยกระดับอุตสาหกรรมการผลิตและใช้งานไม้ไผ่ในประเทศให้เข้มแข็งมากยิ่งขึ้นต่อไป

แหล่งที่มา

Silva, M. F., Menis-Henrique, M. E., Felisberto, M. H., Goldbeck, R., & Clerici, M. T. (2020). Bamboo as an eco-friendly material for food and biotechnology industries. Current Opinion in Food Science, 33, 124-130.
https://www.salika.co/2022/02/21/bamboo-new-bcg-economic-products/
Felisberto, M. H. F., Miyake, P. S. E., Beraldo, A. L., & Clerici, M. T. P. S. (2017). Young bamboo culm: Potential food as source of fiber and starch. Food Research International, 101, 96-102.
Jiao, Y., Wan, C., & Li, J. (2016). Synthesis of carbon fiber aerogel from natural bamboo fiber and its application as a green high-efficiency and recyclable adsorbent. Materials & Design, 107, 26-32.
Xue, X., Yuan, W., Zheng, Z., Zhang, J., Ao, C., Zhao, J., … & Lu, C. (2021). Iron-loaded carbon aerogels derived from bamboo cellulose fibers as efficient adsorbents for Cr (VI) removal. Polymers, 13(24), 4338. ( https://www.mdpi.com/2073-4360/13/24/4338 )
Nguyen, D. D., Vu, C. M., Vu, H. T., & Choi, H. J. (2019). Micron-size white bamboo fibril-based silane cellulose aerogel: fabrication and oil absorbent characteristics. Materials, 12(9), 1407. ( https://www.mdpi.com/1996-1944/12/9/1407 )
Zhao, K., Ren, C., Lu, Y., Zhang, Q., Wu, Q., Wang, S., … & Huang, J. (2022). Cellulose nanofibril/PVA/bamboo activated charcoal aerogel sheet with excellent capture for PM2. 5 and thermal stability. Carbohydrate Polymers, 291, 119625.
Iris, K. M., & Wong, K. H. (2023). Food waste-derived 3D printable materials: A carbon neutral solution to global foodloss. Trends in Food Science & Technology.
Shao, H., He, L., Xiang, L., Tang, K., Li, X., Qi, J., & Xie, J. (2021). Transparent and UV-absorbing nanocellulose films prepared by directly dissolving microwave liquefied bamboo in TBAA/DMSO co-solvent system. Industrial Crops and Products, 171, 113899.
Yue, X., Zhang, R., Jin, X., Zhang, X., Bao, G., & Qin, D. (2023). Bamboo-derived phase change material with hierarchical structure for thermal energy storage of building. Journal of Energy Storage, 62, 106911.