จากน้ำทิ้งยางแผ่นดิบ สู่ผลิตภัณฑ์ทดแทนพลาสติก

นวัตกรรมของนักเรียนสุราษฎร์พิทยา

“จากน้ำทิ้งยางแผ่นดิบ สู่ผลิตภัณฑ์ทดแทนพลาสติก”

ชนะเลิศโครงการยุวชนไทยร่วมใจรักษ์น้ำ  มุ่งสู่เวทีนานาชาติที่ประเทศสวีเดน 

น้ำทิ้งจากการผลิตยางแผ่นดิบเป็นสาเหตุทำให้เกิดน้ำเน่าเสีย ซึ่งส่งกลิ่นเหม็น  เกิดมลภาวะทางน้ำและทางอากาศ  จากสถิติ พบว่า ในการผลิตยางแผ่นดิบ เพียง 20 แผ่นต่อวัน จะเกิดน้ำเสียถึง 160 ลิตร

ในน้ำทิ้งจากการทำยางแผ่นดิบ มีกรดอินทรีย์เจือปนอยู่ โดยพบว่าสภาพกรดที่อยู่ในน้ำทิ้งจากการทำยางแผ่นดิบ เหมาะที่จะนำมาเพาะเลี้ยงแบคทีเรียที่ชื่อ Acetobacterxylinum เนื่องจากแบคทีเรียชนิดนี้ ต้องการสภาพที่เป็นกรดและมีแอมโมเนียมสูง นอกจากนั้นยังใช้คาร์บอน เป็นแหล่งผลิตเซลลูโลสขึ้นมา

นักเรียนโรงเรียนสุราษฎร์พิทยา จึงได้นำน้ำเสียเหล่านี้มาประยุกต์ใช้ให้เกิดประโยชน์  โดยใช้น้ำทิ้งจากการทำยางแผ่นดิบ มาผลิต Gelatinous  Bacterial  Cellulose (GBC)  เพื่อปรับปรุงประยุกต์ใช้เป็นผลิตภัณฑ์ทดแทนพลาสติกต่อไป  นอกจากนั้นน้ำที่ได้จากการเพาะเลี้ยงแบคทีเรียลเซลลูโลสยังมีสภาพเป็นกรดสามารถนำมาทำยางแผ่นดิบได้

นวัตกรรมนี้ มีชื่อผลงานว่า  “พลาสติก GBC ที่เลี้ยงด้วยน้ำทิ้งจากการทำยางแผ่นดิบ”  ผู้จัดทำ ได้แก่ นางสาวอรวรรณ ทัศนเบญจกุล  นายปัณณวัฒน์  เพียรจัด และนางสาวณัฏฐณิชา ใจรังษี นักเรียนชั้น มัธยมศึกษาปีที่ 4  โรงเรียนสุราษฎร์พิทยา จังหวัดสุราษฎร์ธานี   โดยมีอาจารย์สุวารี พงศ์ธีระวรรณและอาจารย์เฉลิมพร พงศ์ธีระวรรณ เป็นที่ปรึกษา 

นวัตกรรมนี้ได้รับรางวัลชนะเลิศ  จากการประกวด “นวัตกรรมอนุรักษ์น้ำในชุมชนอย่างยั่งยืน”  ในโครงการยุวชนไทยร่วมใจรักษ์น้ำ ประจำปี 2556   (Thai Tap Junior Water Prize 2013) โดยบริษัทน้ำประปาไทย จำกัด (มหาชน) ร่วมกับ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี  (สสวท.)  ที่เพิ่งมอบรางวัลไปเมื่อเดือนกุมภาพันธ์ 2557 ที่ผ่านมา ภายในงานศิลปหัตถกรรมนักเรียนระดับชาติ ครั้งที่ 63  ณ เมืองทองธานี

เจ้าของผลงาน เล่าถึงการดำเนินงานว่า  ขั้นแรกได้สังเกตสภาพแวดล้อมในชุมชนและศึกษาข้อมูลแยกเป็นส่วนๆ  เริ่มจากการศึกษาสภาพของน้ำทิ้งจากการทำยางแผ่นดิบเพื่อหาวิธีที่จะกำจัด น้ำเสียจากการทำยางแผ่นดิบเหล่านั้น

เมื่อตอนที่ไปเก็บตัวอย่างน้ำทิ้งมาศึกษา  ได้สังเกตเห็นว่า ชาวบ้านในชุมชนมีการทำน้ำหมัก  แล้วเกิดแผ่นเจลขึ้นด้านบน จึงได้ศึกษาต่ออีกว่า แผ่นเจลนั้นเกิดจากอะไร ซึ่งจะพบว่ามีแบคทีเรีย ที่ชื่อว่า Acetobacterxylinumแต่ข้อมูลก็ยังไม่เพียงพอ  จึงได้ศึกษาเพิ่มเติมถึงสภาวะที่แบคทีเรียชนิดนี้จะเจริญเติบโตได้  จากการศึกษาข้อมูลก็จะพบว่าแบคทีเรียนี้ สามารถเจริญเติบโตได้ในสภาพที่เป็นกรด   และน้ำทิ้งที่กำลังทำการศึกษาอยู่ก็เป็นกรด สอดคล้องกัน 

หลังจากนั้นจึงได้ทำการทดลองเพื่อเพาะ Acetobacterxylinum และนำเซลลูโลสที่ผลิตได้ไปพัฒนาเป็นพลาสติก GBC  ที่มีคุณสมบัติหลากหลาย  สามารถลดต้นทุนการผลิตในการเติมกรดอะซิติกและแอมโมเนียมซัลเฟตในสูตรอาหารเพาะเลี้ยง  

โดยผลจากการทดลองพบว่าเมื่อใช้น้ำทิ้งจากการทำยางแผ่นดิบผสมกับน้ำมะพร้าวแก่ และสารอื่นๆ  จะสามารถผลิตแผ่นแบคทีเรียลเซลลูโลสได้หนา 1.49 เซ็นติเมตร ซึ่งเป็นการลดต้นทุนในการผลิตโดยลดกรด  อะซิติก และแอมโมเนียมซัลเฟต  

นักเรียนทั้ง 3 คน  ได้นำผลผลิตที่จะไปใช้ประโยชน์คือ แผ่น Gelatinous Bacterial Cellulose (GBC)  และกรดอะซิติก  ไปพัฒนาแผ่นเซลลูโลสที่ได้ ด้วยการนำเซลลูโลสจากแบคทีเรียมาปั่นละเอียด  เพื่อเพิ่มช่องว่างระหว่างเส้นใยในการคอมโพสิตกับสารที่เติมลงไป โดยใช้เทนนินจากเปลือกมังคุดเป็นสารเชื่อมขวางในการยึดเกาะของเส้นใยเซลลูโลสให้แน่นขึ้น ทำการผสมกับน้ำยางพาราข้น เพื่อเป็นวัสดุประสานเพิ่มความเหนียวทนต่อการฉีกขาดและเพิ่มความยืดหยุ่นของผิวสัมผัส   ต้านการเกิดเชื้อราด้วยไททาเนียมไดออกไซด์  ลดความเหนียวหนืดและเพิ่มความแข็งแรงของแผ่นเยื่อโดยใช้คาร์บอนนาโนทิวป์  ลดการดูดกลับความชื้น มีความเสถียรไม่บวมหรือเสียสภาพ

แผ่น GBC ที่ได้มีคุณสมบัติที่มีความโดดเด่นคือ ทำความสะอาดได้ง่าย  ราและแบคทีเรียไม่เจริญเติบโต   สามารถพัฒนาไปเป็นแผ่นเยื่อที่ต้องการการระบายอากาศที่ดี  ดูดก๊าซได้ดี และสลายก๊าซเมื่อได้รับรังสี UV  

สำหรับกรดที่ได้จากการเพาะเลี้ยง มีค่า pH 4.5 สามารถนำมาทำยางแผ่นดิบได้ต่อไปและสามารถลดน้ำทิ้งจากการทำยางแผ่นดิบได้ 7.41 ลิตร ต่อพื้นที่  GBC หนึ่งตารางเมตร  และลดน้ำมะพร้าวแก่ได้ 21.3 ลิตร ต่อพื้นที่GBC หนึ่งตารางเมตร

นางสาวอรวรรณ ทัศนเบญจกุล  กล่าวว่า  “การทำงานชื้นนี้ต้องใช้ความรู้บูรณาการหลายด้านทั้ง  ด้านเคมี  ในการศึกษาสภาพของน้ำทิ้งจากการทำยางแผ่นดิบว่ามีสารแขวนลอยชนิดใดอยู่บ้าง ค่า pH เท่าไหร่  ด้านชีววิทยา  ในการศึกษาการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย Acetobacter xylinum ว่าสามารถเติบโตในสภาวะแบบใด ใช้เวลานานเท่าไหร่ในการสร้างเส้นใย    ด้านฟิสิกส์  ในการทดสอบค่าทนต่อแรงดึง (Tensile strength) และค่าทนต่อแรงฉีกขาด (Tear strength) ด้วยเครื่อง Tensile testing machine  ด้านคณิตศาสตร์  คือ หาค่าเฉลี่ยของสารแขวนลอย ค่าทนต่อแรงดึง (Tensile strength) และค่าทนต่อแรงฉีกขาด (Tear strength) ค่า SPSS   และด้านเทคโนโลยี คือ การพัฒนาและแปรรูปผลิตภัณฑ์ให้มีคุณสมบัติที่ใกล้เคียงกับพลาสติก” 

นายปัณณวัฒน์  เพียรจัด  เล่าว่า  ในการดำเนินงาน พบปัญหาหลายอย่าง  เช่น การทดลองส่วนใหญ่ต้องใช้เวลานานในการสังเกตผลการทดลอง ทำให้งานพัฒนาไปได้ช้า แต่เราก็มีวิธีการแก้ไขคือการออกแบบการทดลอง ให้มีความเหมาะสมกับระยะเวลาที่มีอยู่  แต่ทุกๆครั้งที่เจอปัญหา เราก็สามารถแก้ไขและฟันฝ่าปัญหาเหล่านั้นไปได้ด้วยดี

“จากการที่เราได้ไปศึกษาที่ชุมชน พวกเราได้รับการต้อนรับจากชาวบ้านเป็นอย่างดี ซึ่งสร้างความประทับใจให้พวกเรามาก และประทับเพื่อนๆ ที่ทำโครงงานด้วยกัน  เนื่องจากช่วยกันทำงานให้ความร่วมมือเป็นอย่างดี  ได้ประสบการณ์ในหลายด้าน ทั้งด้านวิชาการ คือ ได้ความรู้ด้านเคมี ชีวะ ฟิสิกส์ คณิต เทคโนโลยี นำไปประยุกต์ใช้ในบทเรียนได้  ด้านสังคม คือ ได้อยู่ร่วมกันกับเพื่อนในทีม มีความสามัคคี มีทักษะการทำงานเป็นกลุ่ม เรียนรู้ที่จะพูดคุยกับกรรมการ ด้านสิ่งแวดล้อม คือ การสนใจและศึกษาสิ่งแวดล้อมใกล้ตัวในชุมชน”

นางสาวณัฏฐณิชา ใจรังษี  เล่าว่า ในการทำโครงงานย่อมมีอุปสรรคในการในงาน เช่น เรื่องการจัดแบ่งเวลา และเรื่องต่าง ๆ  และถึงแม้การทดลองจะไม่เป็นอย่างที่คาดคะเนไว้  แต่พวกเราก็ไม่ยอมแพ้   ใช้ความพยายามในการฟันฝ่าอุปสรรค ก่อให้เกิดความสำเร็จในการทำโครงงาน จึงอยากจะบอกน้องๆ ที่สนใจทำโครงงานว่า  ถึงแม้การทำงานจะประสบปัญหามากมาย  แต่ถ้าเราใช้ความพยายามในการแก้ปัญหา ก็จะสามารถผ่านอุปสรรคนั้นไปได้อย่างแน่นอน

“ในการเรียนในห้องเรียนวิทยาศาสตร์  พวกเราถูกกระตุ้นให้คิด และสนใจสิ่งแวดล้อม ส่งผลเกิดการเชื่อมโยงความคิดไปสู่งสิ่งแวดล้อมใกล้ตัว  นั่นคือชุมชนของเรา  ทำให้เราอยากจะแก้ปัญหาในชุมชน และเมื่อเราแก้ปัญหานั้นแล้วทำให้เรารู้ว่า ปัญหาใกล้ตัวในชุมชนนั้น  วิทยาศาสตร์สามารถแก้ไขได้”

หลังจากนี้พวกเขาจะเป็นผู้แทนประเทศไทย ไปเข้าร่วมประกวดในเวทีระดับนานาชาติ Stockholm Junior Water Prize (SJWP) ที่กรุงสต๊อคโฮม ประเทศสวีเดน  นอกจากนั้น พวกเขายังกล่าวเป็นเสียงเดียวกันว่า เป้าหมายในอนาคตอยากเป็นนักวิจัยด้านสิ่งแวดล้อม เพื่อที่จะสามารถแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อม ไม่ว่าจะระดับท้องถิ่น หรือปัญหาระดับโลก  

ทั้งนี้ ขอเชิญชวนนักเรียนระดับมัธยมศึกษาปีที่ 1 -5 ทั่วประเทศ ส่งผลงานศึกษาวิจัยนวัตกรรมด้านการอนุรักษ์ทรัพยากรน้ำ เข้าร่วมประกวดโครงการยุวชนไทยร่วมใจรักษ์น้ำ”  (Thai Tap Junior Water Prize) ปี 2557  ชิงเงินรางวัลกว่า 400,000 บาท พร้อมโล่ เกียรติบัตร  และผู้ชนะเลิศจะได้รับการพิจารณาในการเป็นผู้แทนประเทศไทย เข้าร่วมประกวดในระดับนานาชาติ Stockholm Junior Water Prize (SJWP)  2015  ที่กรุงสต๊อคโฮม ประเทศสวีเดน  

ผู้สนใจสามารถส่งใบสมัครตั้งแต่บัดนี้ จนถึงวันที่  15 มีนาคม 2557  ดูรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่เว็บไซต์ : http://www.thaitap.com Facebook :  Thai Tap Junior Water Prize   หรือสอบถามเพิ่มเติมที่ โทร. 02-811-7526 , 02-811-7528 , 02-811-8369