นักวิจัย มจธ. พัฒนาบรรจุภัณฑ์ย่อยสลายจากแป้งมันสำปะหลัง แก้จุดอ่อนเรื่องความแข็งแรงและการขึ้นรูป ด้วยการผสมวัสดุธรรมชาติ ลดต้นทุนจากเดิม 150 บาทต่อกิโลกรัม เหลือ 100-130 บาท พร้อมผลิตเชิงพาณิชย์รองรับตลาดบรรจุภัณฑ์เพื่อสิ่งแวดล้อม

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) รายงานว่า 2.83 ล้านตัน คือ ตัวเลขของปริมาณขยะพลาสติกที่เกิดขึ้นในปี 2565 ซึ่งการจัดการกับปัญหาขยะ Recycle และ Reuse ที่เป็นแนวทางที่ใช้อยู่ในปัจจุบันนั้น สามารถนำขยะพลาสติกกลับไปใช้ประโยชน์ซ้ำเพียงร้อยละ 25 หรือประมาณ 0.71 ล้านตัน เท่านั้น ส่วนที่เหลือประมาณ 2.04 ล้านตัน จะถูกนำไปฝังกลบรวมกับขยะอื่น ๆ และเกิดการตกค้างในสิ่งแวดล้อมอีก 0.08 ล้านตัน (ข้อมูลจากกรมควบคุมมลพิษ)

ขณะที่การ Reduce หรือการลดปริมาณของวัสดุที่จะกลายเป็นขยะให้เหลือน้อยที่สุด จึงมีแนวทางที่จะลดปริมาณการใช้เม็ดพลาสติก โดยนำไบโอพลาสติก (Bioplastics) หรือ พลาสติกชีวภาพ มาใช้ทดแทน เพื่อลดปริมาณขยะ โดยเฉพาะกับบรรจุภัณฑ์ (Packaging) ที่เป็นหนึ่งในตลาดใหญ่ที่สุดที่สามารถใช้วัตถุดิบที่เป็นพลาสติกย่อยสลายได้ แต่กลับยังมีการใช้ในประเทศค่อนข้างน้อย เนื่องจาก 3 ประเด็นหลัก คือ 1. กลุ่มพลาสติกย่อยสลายได้ไม่ค่อยแข็งแรง จึงทนต่อแรงกระแทกและแรงกดทับได้ต่ำ 2. การขึ้นรูปในระดับอุตสาหกรรมค่อนข้างยาก เพราะพอลิเมอร์ดูดความชื้นได้เร็ว ทำให้การคืนรูปทรงได้ยาก และ 3. ราคาที่ค่อนข้างสูง

จากโจทย์ดังกล่าวจึงเป็นที่มาของงานวิจัยและพัฒนา “บรรจุภัณฑ์ย่อยสลายทางชีวภาพจากแป้งเทอร์โมพลาสติกที่ขึ้นรูปด้วยเทคนิคเทอร์โมฟอร์มมิ่ง โดยใช้แป้งมันสำปะหลัง” ผลงานโดย ผศ. ดร.เยี่ยมพล นัครามนตรี อาจารย์ประจำภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) และทีม โดยมี บริษัท ไทยโปรเกรส แพคเกจจิ้ง จำกัด เป็นผู้ร่วมวิจัย

ผศ. ดร.เยี่ยมพล กล่าวว่า แม้ปัจจุบันจะมีการทำบรรจุภัณฑ์ที่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพทั้งในและต่างประเทศ แต่การแข่งขันอยู่ที่ราคา คุณสมบัติ และการใช้งาน ซึ่งจะแตกต่างกันออกไป ทั้งวัตถุดิบและ อัตราส่วนที่ใช้ กระบวนการผลิตและการขึ้นรูป เช่น หากจะทำถุงหรือบรรจุภัณฑ์ที่สามารถย่อยสลายทางชีวภาพก็ทำได้หลายรูปแบบ แต่จะสามารถบรรจุน้ำหนักหรือรับแรงกระแทกได้ในระดับต่างกัน หรือหากจะเน้นการดูดความชื้น ก็ขึ้นอยู่กับจะนำไปใช้งานอะไร ได้มาตรฐานหรือไม่ ซึ่งเป็นประเด็นที่ต้องคำนึงถึง”

“จากคำถามที่ว่าทำไมวัสดุที่สามารถย่อยสลายได้ถึงไม่ถูกสนับสนุนการใช้งานที่มากกว่านี้ เป็นเพราะว่า การขึ้นรูปในระดับอุตสาหกรรมค่อนข้างที่จะทำได้ยาก เนื่องจากมีความอ่อนไหวต่อความชื้นสูง ทำให้วัสดุไม่แข็งแรง และมีราคาต้นทุนสูง หากจะแข่งขันได้ จะต้องคำนึงราคามาเป็นหนึ่งในปัจจัยที่เราเริ่มต้นศึกษาวิจัย หากเราสามารถทำให้ต้นทุนเม็ดพลาสติกชีวภาพลดลงจากที่นำเข้า 150 บาทต่อ 1 กิโลกรัม โดยใช้วัตถุดิบที่มีอยู่ในประเทศก็น่าจะมีโอกาสทางการตลาดหรือกระตุ้นให้มีการใช้งานได้มากขึ้น และสาเหตุที่เลือกใช้ ‘แป้งมัน’ เพราะเป็นพืชที่ประเทศไทยปลูกกันมากที่สุด และเป็นวัตถุดิบจากธรรมชาติที่สามารถเปลี่ยนเป็นพลาสติกรีไซเคิลได้ สามารถย่อยสลายได้ แต่ข้อเสียของแป้งมัน คือ มีความแข็งและเปราะ และละลายน้ำได้เร็ว”

ดังนั้น งานวิจัย“บรรจุภัณฑ์ย่อยสลายทางชีวภาพจากแป้งเทอร์โมพลาสติกที่ขึ้นรูปด้วยเทคนิคเทอร์โมฟอร์มมิ่ง” จึงเป็นการผลิตเม็ดพลาสติกที่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพที่ทีมวิจัยตั้งต้นกระบวนการขึ้นมาใหม่ โดยใช้แป้งมันสำปะหลังเป็นวัตถุดิบเริ่มต้น และนำมาเปลี่ยนรูปแบบ ด้วยการผสมวัตถุดิบธรรมชาติอื่น ๆ เข้าไปเสริม เพื่อแก้ไขจุดบกพร่องของแป้งมันและแก้จุดบกพร่อง (Pain point) ที่ทำให้พลาสติกชีวภาพยังไม่ได้รับความนิยมในการนำไปใช้ ซึ่งส่วนประกอบที่นำมาเป็นส่วนผสมล้วนเป็น Food Grade (สามารถนำมาใช้ใส่อาหารได้) ที่มาจากธรรมชาติ 100% ผ่านการทดสอบและเปรียบเทียบการใช้งานกับบรรจุภัณฑ์ทั่วไป ใช้ระยะเวลาในการศึกษาวิจัย 3 ปี จนมีศักยภาพที่จะผลิตในเชิงพาณิชย์ได้ (TRL9) โดยปัจจุบันอยู่ระหว่างการจดอนุสิทธิบัตร

สำหรับขั้นตอนการวิจัย เริ่มจากเปลี่ยนลักษณะของแป้งมันสำปะหลังจากที่เป็นผง ให้เป็นแป้งมันสำปะหลังเทอร์โมพลาสติกสตาร์ช (Thermoplastic starch, TPS) ที่มีสมบัติการรีไซเคิลได้ จากนั้นนำไปผ่านกระบวนการพิเศษให้สามารถขึ้นรูปได้โดยกระบวนการทางความร้อนและมีสมบัติเชิงกลที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานในลักษณะต่าง ๆ ด้วยการผสมกับพอลิเมอร์ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ (อาทิ เปลือยหอย กากกาแฟ เส้นใยธรรมชาติ และ ขี้เลื่อย) เพื่อเสริมสมบัติการรับแรงให้สูงขึ้น

“เนื่องจากแป้งมันสำปะหลังเทอร์โมพลาสติกสตาร์ชมีองค์ประกอบหลักเป็นแป้งที่มาจากพืช การขึ้นรูปด้วยความร้อนจะทำให้เกิดการไหม้และเสื่อมสภาพก่อนหลอม การเติมพอลิเมอร์ผสมในสัดส่วนที่เหมาะสมลงไปจะส่งผลต่อสมบัติเชิงกล การดูดความชื้น และการแตกสลายทางชีวภาพ ของวัสดุ การควบคุมปริมาณ TPS และการควบคุมสภาวะในการเตรียมวัสดุในระดับห้องปฏิบัติการและระดับอุตสาหกรรม ที่ต้องใช้กระบวนการ และเทคนิคเฉพาะทาง ที่สามารถควบคุมคุณภาพของผลิตภัณฑ์ทั้งเม็ดพลาสติกและบรรจุภัณฑ์ได้ รวมทั้งการศึกษาสมบัติทางกายภาพ จนได้เป็นผลิตภัณฑ์ทั้งแบบเม็ดพลาสติกชีวภาพที่สามารถนำไปผลิตแผ่น Sheet ของวัสดุเพื่อการขึ้นรูปในระดับอุตสาหกรรมได้ด้วยเทคนิคหรือกระบวนการขึ้นรูปแบบ Thermoforming หรือกระบวนการอื่น ๆ เช่นเดียวกับเม็ดพลาสติกทั่วไป ขึ้นอยู่กับชนิดของผลิตภัณฑ์ที่นำไปใช้”

เรียกว่า เทอร์โมพลาสติกสตาร์ชคอมโพสิต (Thermoplastic starch composites) เป็นเม็ดพลาสติกชีวภาพที่สามารถย่อยสลายและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เพื่อใช้ในการทำบรรจุภัณฑ์ต่าง ๆ ที่สามารถนำไปขึ้นรูปได้ในระดับอุตสาหกรรม และสามารถเก็บได้นาน เช่น ถาด กล่อง ช้อน ซ้อม ถุง หรือผลิตภัณฑ์พลาสติกอื่น ๆ เป็นต้น

ผศ. ดร.เยี่ยมพล กล่าวว่า จากกระบวนที่ได้พัฒนาขึ้น ทำให้สามารถผลิตเม็ดพลาสติกที่ย่อยสลายได้จากแป้งมันสำปะหลัง รวมถึงส่วนผสมจากธรรมชาติอื่น ๆ ที่เราสามารถควบคุมอัตราส่วนได้ เราจึงสามารถควบคุมราคาต้นทางจนถึงปลายทาง ทำให้ราคาที่ผลิตได้ในประเทศมีราคาเหมาะสมกว่าสินค้าที่นำเข้าจากกิโลกรัมละ 150 บาทเหลือเพียงกิโลกรัมละ 100-130 บาท ที่สำคัญงานวิจัยชิ้นนี้สามารถแก้ปัญหาของจุดบกพร่องต่าง ๆ ให้กับผู้ประกอบการ ทั้งเรื่องของการขึ้นรูป คุณสมบัติ วัสดุที่สามารถเก็บได้นาน ราคาที่เหมาะสม และที่สำคัญคือ ความเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ซึ่งถือเป็นงานวิจัยที่นำมาสู่การผลิตนวัตกรรมบรรจุภัณฑ์ชนิดใหม่ที่สามารถประยุกต์ใช้งานได้จริง และมีมูลค่าทางเศรษฐกิจของประเทศ เนื่องจากมีการผลัดดันในการนำเอาวัสดุเหลือใช้และวัสดุธรรมชาติจากชุมชนมาใช้งานอย่างมีประสิทธิภาพ