นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐวอชิงตันได้คิดค้นวิธีการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในการทดแทนลิกนินจากต้นสนสำหรับเชื้อเพลิงฟอสซิลในโฟมโพลียูรีเทน ซึ่งเป็นสัญญาถึงอนาคตของผลิตภัณฑ์พลาสติกที่ยั่งยืน
นักวิทยาศาสตร์ที่นำโดยมหาวิทยาลัยแห่งรัฐวอชิงตันประสบความสำเร็จในความก้าวหน้าครั้งสำคัญด้านวัสดุที่ยั่งยืน โดยพัฒนาสารทดแทนสารเคมีที่ได้จากปิโตรเลียมในโฟมโพลียูรีเทนจากพืช ความก้าวหน้าครั้งนี้จะนำไปสู่การพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้นสำหรับใช้กันทั่วไป เช่น ฟองน้ำในครัว เบาะโฟม สารเคลือบ กาว บรรจุภัณฑ์ และฉนวน
วัสดุโพลียูรีเทนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยมีมูลค่าตลาดโลกมากกว่า 75 พันล้านดอลลาร์ในปี 2022 ทีมวิจัยที่นำโดย WSU ได้ใช้ประโยชน์จากลิกนิน ซึ่งเป็นพอลิเมอร์อินทรีย์ที่ซับซ้อนจากต้นสน โดยมาแทนที่สารเคมีจากเชื้อเพลิงฟอสซิล 20% ซึ่งโดยทั่วไปจำเป็นต้องใช้ในการผลิตโฟมเหล่านี้
ที่น่าสังเกตคือ โฟมชีวภาพมีความแข็งแรงและความยืดหยุ่นเทียบเท่ากับโฟมโพลียูรีเทนแบบดั้งเดิม ผลการวิจัยล่าสุดนี้ การตีพิมพ์ ในวารสาร ACS Sustainable Chemistry & Engineering
“เป็นเรื่องใหม่มากในแง่ของวัสดุที่เราสร้างขึ้นและกระบวนการที่เรามี” ผู้เขียนที่ติดต่อได้ Xiao Zhang ศาสตราจารย์จาก Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering แห่ง WSU กล่าวใน ข่าวประชาสัมพันธ์“ลิกนินที่สกัดได้ของเรานำเสนอองค์ประกอบพื้นฐานหมุนเวียนประเภทใหม่สำหรับการพัฒนาผลิตภัณฑ์มูลค่าเพิ่มจากชีวภาพ”
ปัญหาของพลาสติกจากปิโตรเลียม
พลาสติกที่ผลิตจากปิโตรเลียมก่อให้เกิดความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อมที่สำคัญ
วัสดุเหล่านี้อาจใช้เวลานานนับศตวรรษในการย่อยสลายและรีไซเคิลได้ยาก ซึ่งมักส่งผลให้ผลิตภัณฑ์รุ่นที่สองมีคุณภาพต่ำ จางกล่าวว่าอัตราการรีไซเคิลพลาสติกยังคงอยู่ต่ำกว่า 20%
“โดยพื้นฐานแล้ว หากคุณใช้พลาสติกที่ผลิตจากปิโตรเลียม ทางออกที่ดีที่สุดคือการทดแทนด้วยวัสดุจากธรรมชาติ” จางกล่าวเสริม
เหตุใดลิกนินจึงมีความสำคัญ
ลิกนินซึ่งคิดเป็นประมาณร้อยละ 30 ของคาร์บอนจากเชื้อเพลิงที่ไม่ใช่ฟอสซิลของโลก ถือเป็นแหล่งคาร์บอนหมุนเวียนที่พบมากเป็นอันดับสอง
อย่างไรก็ตาม การสกัดลิกนินคุณภาพสูงจากพืชนั้นพิสูจน์แล้วว่าเป็นเรื่องยาก กระบวนการดั้งเดิม เช่น การผลิตกระดาษและการกลั่นชีวภาพ มักปนเปื้อนและเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพของลิกนิน ทำให้มูลค่าของลิกนินลดลง
ดังนั้น ลิกนินส่วนใหญ่จึงถูกเผาเพื่อให้ได้พลังงานหรือนำไปใช้ในผลิตภัณฑ์มูลค่าต่ำ เช่น สารเติมแต่งซีเมนต์หรือสารยึดเกาะอาหารสัตว์
นักวิจัยในการศึกษานี้ใช้ตัวทำละลายชนิดอ่อนโยนซึ่งเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในการสกัดลิกนินคุณภาพสูงจากต้นสน สูตรของตัวทำละลายดังกล่าวมีความเป็นเนื้อเดียวกันและมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่จำเป็นต่อการผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าสูง
เมื่อทำการทดสอบแล้ว โฟมโพลียูรีเทนที่ใช้ลิกนินแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพเชิงกลที่ทัดเทียมกับโฟมทั่วไป
“ผลงานนี้แสดงให้เห็นว่าสูตรลิกนินที่เราเตรียมไว้มีศักยภาพอย่างมากในการผลิตโฟมโพลียูรีเทนแบบยืดหยุ่นที่ทำจากชีวภาพ” จางกล่าวเสริม
เส้นทางไปข้างหน้า
ศักยภาพของโฟมโพลียูรีเทน (PU) แบบยืดหยุ่นที่ทำจากลิกนินได้รับความสนใจจากพันธมิตรในอุตสาหกรรมที่ต้องการเพิ่มประสิทธิภาพและขยายขนาดการผลิต ทีมวิจัยมีแผนที่จะร่วมมือกับพันธมิตรเหล่านี้เพื่อนำนวัตกรรมดังกล่าวออกสู่ตลาด
การพัฒนาโฟมโพลียูรีเทนจากลิกนินถือเป็นก้าวสำคัญสู่การผลิตพลาสติกที่ยั่งยืนมากขึ้น นวัตกรรมนี้สามารถบรรเทาผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากขยะพลาสติกได้อย่างมาก โดยการลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล