พลาสติกกับสิ่งแวดล้อม

เขียนโดย biology เมื่อ . หัวข้อ biochemistry, Uncategorized, กลุ่มเป้าหมาย, ครู, นักเรียน, บทความ, บทความปี 2558, บทความปี 2558, บุคคลทั่วไป, มัธยมศึกษาปีที่4, มัธยมศึกษาปีที่6, ระบบนิเวศ (Ecosystems), วิทยาศาสตร์--ชีววิทยา

พลาสติกกับสิ่งแวดล้อม

ผศ.ดร.ชาญวิทย์ โฆษิตานนท์

      พลาสติกเป็นวัสดุสังเคราะห์ที่ใช้งานได้หลากหลายและสะดวก ทำให้ได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางทั่วโลก ประมาณว่าทุกๆ นาที ทั่วโลกใช้ถุงพลาสติกกว่าหนึ่งล้านใบ และยังมีผลิตภัณฑ์พลาสติกอื่นๆ ที่มนุษย์ใช้และทิ้งอีกมากมาย เนื่องจากพลาสติกย่อยสลายช้ามาก ขยะจากพลาสติกจึงสร้างปัญหาทางสิ่งแวดล้อมชัดเจนขึ้นทุกวัน ไม่เพียงแต่เป็นปัญหาบนบก แม้ในทะเลพลาสติกก็เป็นปัญหา มีรายงานว่าพบแพขยะที่ส่วนใหญ่เป็นพลาสติกลอยอยู่นอกชายฝั่งแคลิฟอร์เนีย ซึ่งแพนี้ขนาดใหญ่กว่าประเทศไทยประมาณสองเท่าครึ่ง จึงได้ชื่อว่า The Great Pacific Garbage Patch ดังภาพที่ 1 ซึ่งมีผลเสียกับระบบนิเวศทางทะเลมากมาย

1 garbage patch

 

ภาพที่ 1 The Great Pacific Garbage Patch แพขยะพลาสติกหนักราว 3 ล้านตัน มีส่วนจมน้ำที่ลึกที่สุดลึกถึง 300 ฟุต

(ที่มาภาพ : http://marinedebris.noaa.gov/sites/default/files/styles/node-image/public/GPmap_2010_NOAAMDP.jpg?itok=lB_yGUIy)

 

      ในปัจจุบันการคัดแยกขยะเพื่อนำพลาสติกกลับมาใช้ซ้ำทำได้เพียงร้อยละ 5 ของพลาสติกที่ผลิตขึ้นมา การผลิตพลาสติกชนิดย่อยสลายได้จึงเป็นความหวังที่จะมีพลาสติกที่ให้ความสะดวกแต่ไม่ก่อปัญหาสิ่งแวดล้อม พลาสติกชนิดนี้เป็นที่รู้จักกันในชื่อว่า พลาสติกชีวภาพ (Bio-plastic)

      การผลิตพลาสติกชีวภาพเริ่มในปี ค.ศ. 1869 โดย John Wesley Hyatt, Jr. ซึ่งจดสิทธิบัตรการผลิตอนุพันธ์ของเซลลูโลสเพื่อใช้เคลือบผิวลูกบิลเลียดที่ไม่ได้ทำจากงาช้าง  แต่สารที่ได้ติดไฟง่ายจึงไม่เป็นที่นิยม John Wesley Hyatt, Jr. จึงพัฒนากระบวนการผลิตต่อไปจนได้เซลลูลอยด์ซึ่งใช้เป็นฟิลม์ถ่ายภาพ และภาพยนต์ที่ใช้กันจนถึงปัจจุบัน ปี ค.ศ. 1890 มีการค้นพบ PLA (poly lactic acid) แต่ไม่ได้นำมาใช้เพราะผลิตพลาสติกจากน้ำมันปิโตรเลียมสะดวกกว่า ในช่วงปี ค.ศ. 1970 น้ำมันมีราคาสูงขึ้นมาก การผลิตพลาสติกจากปิโตรเลียมจึงแพงขึ้นไปด้วย การผลิตพลาสติกจากวัตถุดิบอื่นจึงกลับมาได้รับความสนใจและพัฒนาขึ้นมาอีก ช่วงปี ค.ศ. 1980 มีการผลิตพลาสติกจากพืชอย่างหลากหลาย ปัจจุบันพลาสติกส่งผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมรุนแรงมากดังที่กล่าวมาแล้ว พลาสติกชีวภาพจึงกลับมาเป็นที่สนใจอีก

พลาสติกชีวภาพนั้นแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทหลัก คือ

1. พลาสติกที่ย่อยสลายได้ด้วยสิ่งมีชีวิต พลาสติกพวกนี้ไม่ว่าจะผลิตจากอะไรก็ตาม เช่น polycaprolactone (PCL) และ poly (butylene succinate) (PBS) ที่แม้จะผลิตจากปิโตรเลียมแต่ก็ย่อยสลายได้โดยจุลินทรีย์

2. พลาสติกที่ผลิตจากชีวมวลหรือผลิตภัณฑ์ของสิ่งมีชีวิต เช่น poly (3 hydroxybutyrate) (PHB)  polylactide หรือ polylactic acid (PLA) และพลาสติกที่ผสมแป้ง พลาสติกเหล่านี้ย่อยสลายได้โดยจุลินทรีย์ แต่พลาสติกกลุ่มนี้บางชนิดเช่น polyethylene (PE) และ Nylon 11 (NY11) แม้ผลิตจากผลิตภัณฑ์ของสิ่งมีชีวิตก็ไม่สามารถย่อยสลายได้ โดยเฉพาะ Acetyl cellulose (AcC) ที่การย่อยได้หรือไม่ขึ้นอยู่กับ ปริมาณของกลุ่ม Acetyl ที่เติมเข้าไปในสายเซลลูโลส ถ้ามี Acetyl น้อยจึงย่อยสลายได้

     การย่อยพลาสติกนั้นนอกจากจะขึ้นอยู่กับชนิดของพลาสติกแล้ว ยังมีปัจจัยอื่นที่มีความสำคัญต่อการย่อยสลาย เช่น

ความชื้น เป็นปัจจัยสำคัญสำหรับปฎิกิริยาไฮโดรไลซิส (hydrolysis) ซึ่งเป็นการย่อยสลายสารโมเลกุลใหญ่ให้เป็นโมเลกุลเล็กโดยใช้น้ำ การฝังกลบขยะพลาสติกในหลุมที่แห้งเกินไปจึงไม่ย่อยสลายอย่างที่คาดไว้ ความชื้นที่เหมาะสมต่อการย่อยขยะพลาสติกที่มีผู้วิจัยไว้อยู่ที่ประมาณร้อยละ 50-55

อุณหภูมิ มีผลต่อทั้งการทำงานของเอนไซม์ที่จะย่อยพลาสติกและสมบัติทางกายภาพของพลาสติก มีการทดลองย่อยสลายพลาสติกชีวภาพที่อุณหภูมิ 30 °C  37 °C และ 55 °C โดยมีงานวิจัยรายงานว่าอุณหภูมิที่สูงขึ้นจะทำให้พลาสติกชนิด PLA ย่อยสลายเร็วขึ้น  คาดว่าอาจเป็นเพราะอุณหภูมิสูงทำให้พลาสติกอ่อนตัว ในขณะที่พลังงานจลน์ของเอนไซม์สูงขึ้นจึงทำให้พลาสติกถูกย่อยง่ายขึ้น

     นอกจากสิ่งแวดล้อมแล้วจุลินทรีย์บางชนิดก็เป็นปัจจัยสำคัญ เพราะเป็นผู้สร้างเอนไซม์ เช่น PHA depolymerases  ขึ้นมาย่อยพลาสติก จุลินทรีย์นี้อาจเป็นแบคทีเรีย เช่น Azospirillum brasilense (BCR 12270)  Geobacillus toebii   Pseudomonas aeruginosa และ Bacillus subtilis ดังภาพที่ 2ก หรือรา เช่น  Pleurotus ostreatus ดังภาพที่ 2ข

2 bact and fungi

ภาพที่ 2 จุลินทรีย์ที่สร้างเอนไซม์ PHA depolymerases

            ก. Bacillus subtilis 

                                                   ข. เห็ดนางรม (Pleurotus ostreatus)

 

ที่มาภาพ ก : https://en.wikipedia.org/wiki/Bacillus_subtilis#/media/File:Bacillus_subtilis_Gram.jpg

ที่มาภาพ ข : https://commons.wikimedia.org/wiki/Pleurotus_ostreatus#/media/File:Austern-Seitling_Austernpilz_Pleurotus_ostreatus.JPG

 

     มีผู้ตั้งข้อสังเกตว่าแทนที่จะฝังกลบให้พลาสติกสลายไปอย่างไร้ประโยชน์ หากนำเอาพลาสติกมาหมักเป็นปุ๋ย แล้วนำไปใช้ปลูกพืชก็จะได้ประโยชน์มากขึ้น การหมักปุ๋ยนั้นวัตถุประสงค์คือได้สารอาหารสำหรับพืช ดังนั้นพลาสติกที่จะนำมาหมักก็ควรจะมีส่วนประกอบที่จะเป็นอาหารของพืชจึงต้องเลือกชนิดพลาสติกให้เหมาะสม การเร่งอัตราการย่อยสลายต้องการอุณหภูมิสูงดังนั้นการหมักในระดับครัวเรือนอาจได้ผลไม่ดีนัก การฝังกลบขยะพลาสติกนั้น แม้การที่พลาสติกถูกย่อยสลายจะเป็นผลดีต่อสิ่งแวดล้อมในด้านการกำจัดขยะแต่สารอินทรีย์บางส่วนที่เกิดจากการย่อยพลาสติกก็ซึมลงสู่ดินก่อนจะถูกจุลินทรีย์ที่อยู่ในดินนำไปสร้างเป็นส่วนประกอบของเซลล์ สารอินทรีย์เหล่านี้จะมีผลกระทบกับระบบนิเวศหรือไม่ ยังไม่มีคำตอบที่ชัดเจน

     งานวิจัยเพื่อหาคำตอบให้รอบด้านเป็นสิ่งจำเป็น เพราะของทุกอย่างมีทั้งข้อดีและข้อเสีย ในอดีตมนุษย์เคยได้รับผลเสียจากผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจากการค้นคว้าทางวิทยาศาสตร์ เช่น DDT ซึ่งตอนแรกมีประโยชน์มากในการใช้กำจัดแมลงศัตรูพืชและแมลงพาหะนำเชื้อโรค ภายหลังพบว่ามีผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมมากมายจนต้องห้ามใช้ทั่วโลก ดังนั้นการวิจัยเพื่อหาทางลดผลเสียจากการย่อยสลายพลาสติก โดยเฉพาะผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมให้เกิดน้อยที่สุดจึงสมควรทำอย่างยิ่ง

 

เอกสารอ้างอิง

Biodegradable polymers. (online). Avaiable:       http://www.iopp.org/files/public/BerkeschShellieMSUBiodegradablePlastic.pdf. (Retrieved 01/07/2015).

History of bioplastics. (online). Avaiable:  http://greenplastics.com/wiki/History_of_bioplastics. (Retrieved 01/07/2015).

Plastic decomposes quickly at sea, study finds.  (online). Avaiable: http://www.nbcnews.com/id/32493098/ns/us_news-environment/. (Retrieved 01/07/2015).

Plastic Trash in the Ocean as Far as One Can See. (online). Avaiable: http://www.mindfully.org/Plastic/Ocean/Pacific-Garbage-Patch30oct07.htm. (Retrieved 14/07/2015).

What makes biodegradable plastic degrade. (online). Avaiable:   http://green- plastics.net/posts/96/what-makes-biodegradable-plastic-degrade/(Retrieved 01/07/2015).

Siriwat, S. and Kositanont, C. and Lichakpai, T. 2010. Biodegradation of Polylactic acid and bagass packaging. Engineering Journal of Ubolrachthani University. Vol 3 (2) pp.1-8.

Gebauer, B. and Jendrossek, D. 2006. Assay of Poly (3-Hydroxybutyrate) Depolymerase Activity and Product Determination. Applied and Environmental Microbiology. 72(9) : 6094-6100.

Tokiwa, Y. ,  Calabia, B.P.,  Ugwu, C.U. and Aiba, S. 2009. Biodegradability of Plastics.

        International Journal of Molecular Sciences. 10(9) : 3722–3742.