"เปลือกหอย" ขยะอุตสาหกรรม สู่สารสำคัญเวชสำอาง พลาสติก กระดาษ

"เปลือกหอย" เป็นปัญหาขยะจากอุตสาหกรรมที่ต้องใช้ค่าใช้จ่ายมากในการกำจัด แต่รู้หรือไม่ว่าร้อยละ 95 ของเปลือกหอยมีสารแคลเซียมคาร์บอเนตที่นำไปใช้ประโยชน์ได้ในหลายอุตสาหกรรม ดังนั้นหากมีเทคโนโลยีที่สามารถเปลี่ยนขยะเปลือกหอยเหล่านี้ให้สร้างมูลค่าเพิ่มได้ก็นับว่าคุ้มค่าเป็นอย่างยิ่ง

นักวิจัยศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (นาโนเทค) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) มีความสนใจเรื่องโครงสร้างทางธรรมชาติที่มีความพิเศษ โดยเฉพาะเปลือกหอยแมลงภู่ถ้าเรามองทะลุเข้าไป จะเห็นเปลือกหอยเป็นสีรุ้ง ทำให้เกิดความสนใจว่า ทำไมลักษณะทางโครงสร้างของเปลือกหอยแสดงสีออกมาแบบนี้ จึงได้ทำการศึกษาหาสาเหตุของการเกิดสีว่าเกิดเพราะอะไร

ดร.ชุติพันธ์ เลิศวชิรไพบูลย์ นักวิจัยทีมวิจัยการวินิจฉัยระดับนาโน กลุ่มวิจัยวัสดุตอบสนองและเซ็นเซอร์ระดับนาโน นาโนเทค สวทช. เล่าว่า จุดเริ่มต้นของการพัฒนากระบวนการแปรรูปนี้มาจากการทำวิจัยในระดับปริญญาเอก โดยได้ทำการศึกษาเรื่องปรากฏการณ์เชิงแสงในเปลือกหอยแมลงภู่ ทำให้ค้นพบกระบวนการแยกสารไบโอแคลเซียมคาร์บอเนต (Bio-calcium carbonate, CaCO3) ออกจากเปลือกหอยละลายด้วยสารละลายด่าง โดยไม่ก่อให้เกิดการทำลายโครงสร้างที่สมบูรณ์ และมีคุณสมบัติทางเคมีเหมือนแคลเซียมคาร์บอเนตทั่วไป ซึ่งวิธีการนี้น่าจะเป็นประโยชน์ต่อวิสาหกิจชุมชนที่ทำอุตสาหกรรมขายหอยแมลงภู่ โดยเฉพาะเปลือกหอยที่เป็นขยะ

“แนวคิดนี้ทำให้ผมร่วมมือกับ อบต .แหลมใหญ่ สมุทรสงคราม ชุมชนแห่งนี้มีอาชีพประมงอยู่แล้ว ซึ่งสามารถแปรรูปเปลือกหอยได้ปริมาณมากขึ้น เช่น เปลือกหอยแมลงภู่ 1 กิโลกรัม สามารถเปลี่ยนเป็นแคลเซียมคาร์บอเนตได้ 60 เปอร์เซ็นต์ ถ้าเปลือกหอยแมลงภู่ 10 โล จะได้แคลเซียมคาร์บอเนต 6-7 กิโลกรัม หรือประมาณ 70% หลังแปรรูปแล้วจะได้ แคลเซียมคาร์บอเนต 95 % อีก 5% เป็นโปรตีนที่มีลักษณะเหมือนกาวที่เคลือบแคลเซียมคาร์บอเนตไว้ด้วยกัน”

โดยวิธีการละลายตัวโปรตีนมี 2 วิธีหลัก ๆ คือ 1. ให้ความร้อน 2. ละลายด้วยสารละลายต่าง

การแปรรูปเริ่มจากการล้างทำความสะอาดเปลือกหอย จากนั้นแช่เปลือกหอยในสารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์เข้มข้นเพื่อกำจัดชั้นออแกนิกสีเขียวด้านนอกและเพรียงที่ติดมากับเปลือกหอย ล้างเปลือกหอยที่แช่ในด่างแล้วนำไปตากแห้ง อบเปลือกหอยแมลงภู่ที่ทำความสะอาดแล้วที่อุณหภูมิ 250 องศาเซลเซียสเพื่อทำลายโปรตีนที่เป็นตัวยึดแผ่นแคลเซียมคาร์บอเนต จากนั้นนำเปลือกหอยแมลงภู่ที่ผ่านการอบมาแช่ในสารละลายไฮโตรเจนเปอร์ออกไซด์เพื่อล้างสารอินทรีย์ที่หลงเหลือจากการสลายตัวของโปรตีนและฆ่าเชื้อจุลชีพที่อาจจะเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการแปรรูป ส่วนน้ำที่ได้จะมีโปรแตสเซียมอยู่ มีไนโตรเจน โดยมาทำให้เป็นกลาง สามารถนำไปใช้เป็นปุ๋ยได้อีกด้วย หลังจากล้างและทำให้แห้งจะได้ไบโอไมโครแคลเซียมคาร์บอเนตรูปร่างแบบแผ่นขนาดประมาณ 3-5 ไมครอน กระบวนการผลิตไบโอนาโนแคลเซียมคาร์บอเนตเพิ่มเติม ไบโอนาโนแคลเซียมคาร์บอเนตที่ได้มีรูปร่างกลมขนาดเฉลี่ยประมาณ 10 นาโนเมตร

หลังจากได้แคลเซียมจากเปลือกหอยแล้วดูไซด์ให้เหมาะสมแล้วนำไปแยกขนาดด้วยการร่อนในน้ำ ขนาดที่ใหญ่จะเป็นประกาย ส่วนขนาดเล็กจะมาทำสครับขัดผิดที่มีขนาด 5-10 ไมโครกรัม เนื่องจากมีคุณสมบัติสะท้อนแสงได้ดีสามารถนำไปใช้ในเครื่องสำอางและเวชสำอาง ในรูปของเครื่องสำอางทำความสะอาด ที่สำคัญการนำไปใช้ในเครื่องสำอางจะมีการตรวจเช็คว่ามีโลหะหนักก่อนเสมอ หรือจะนำไปผลมในยาสีฟันที่มีส่วนผลมของแคลเซียม

นอกจากนั้นแคลเซียมคาร์บอเนตยังรองรับเทบทุกอุตสาหกรรม เช่น มีอีกหลายอุตสาหกรรมที่ต้องการใช้แคลเซียมคาร์บอเนต ทีมวิจัยจึงได้พัฒนากระบวนการผลิตเพื่อรองรับอุตสาหกรรมเหล่านั้น เช่น อุตสาหกรรมผลิตพลาสติกที่ต้องใช้แคลเซียมคาร์บอเนตเป็นสารเติมเต็ม (Filler) ทดแทนพอลิเมอร์ เพื่อลดต้นทุนในการผลิตอุตสาหกรรมพลาสติกทำให้พลาสติกมีความทนทานมากขึ้น อุตสาหกรรมกระดาษ และอุตสาหกรรมสัตว์เลี้ยงเช่น ทรายแมว เป็นต้น

จากผลงานวิจัยนี้เป็นการสร้างรายได้เพิ่มเติมจากการแปรรูปเปลือกหอย เป็นการจัดการขยะเปลือกหอยในแหล่งชุมชนอีกด้วย และยังสร้างมูลค่าเพิ่มให้แก่วิสาหกิจชุมชนที่มีอาชีพทำประมงเลี้ยงหอยแมลงภู่ โดยสามารถต่อยอดนวัตกรรมด้านอื่น เช่น นำไปใช้เป็นส่วนผสมในยาสีฟัน

ปัจจุบันทีมวิจัยพร้อมถ่ายทอดเทคโนโลยี รวมถึงเปิดรับการลงทุนเพื่อร่วมวิจัยต่อยอดพัฒนาผลิตภัณฑ์นวัตกรรม ที่ช่วยยกระดับความสามารถในการแข่งขันของประเทศไทย ภายใต้การรักษาสิ่งแวดล้อมอย่างยั่งยืน