วารสารสิ่งแวดล้อม ปีที่ 16 เล่มที่ 2 15

บทความ¨จุฑากานต์ บุญม ี*

* นิสิตปริญญาเอก สหสาขาวิชาวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

พลาสติก เป็นสารประกอบที่มนุษย์สร้างขึ้น โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อช่วยอำานวยความสะดวกในชีวิตประจำาวัน ภายในระยะเวลามากกว่าครึ่งศตวรรษที่ผ่านมาพบว่าพลาสติกสังเคราะห์ ได้ถูกนำามาใช้ทดแทนวัสดุธรรมชาติในทั่วทุกที่ของโลก ส่งผลให้ในปัจจุบันพลาสติกสังเคราะห์ จัดเป็นสารประกอบหนึ่งที่มีความสำาคัญต่อมนุษย์เป็นอย่างมาก ในขณะเดียวกันนั้นมนุษย์ก็ได้มี การพัฒนาคุณสมบัติของพลาสติกอย่างต่อเนื่อง ยกตัวอย่างเช่น พัฒนาด้านความคงทนและ อายุการใช้งานของพลาสติกเพื่อตอบสนองความต้องการในการอุปโภคพลาสติกที่เพิ่มมากขึ้น ในปัจจุบัน

วารสารสิ่งแวดล้อม ปีที่ 16 เล่มที่ 216

คำาว่าพลาสติกนั้นมาจากภาษากรีกว่า “Plastikos” ซึ่งมีความหมายว่า สามารถขึ้นรูปในรูปร่างต่างๆ ได้ โดยพลาสติกที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันสังเคราะห์ได้จากทั้งวัตถุดิบที่เป็นสารประกอบอินทรีย์และสารประกอบ อนินทรีย์ เช่น คาร์บอน ซิลิกอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน และคลอไรด์ เป็นต้น พลาสติกสังเคราะห์ถูกนำามาใช้ในประโยชน์ด้านต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งคือการ นำามาผลิตเป็นบรรจุภัณฑ์ของอาหาร ยารักษาโรค เครื่องสำาอางค์ สารเคมี แทนที่การใช้กระดาษหรือเซลลูโลสที่ได้จากพืชเนื่องจากพลาสติกสังเคราะห์มีคุณสมบัติพิเศษที่ดีกว่า(1)

พลาสติกสังเคราะห์มีคุณสมบัติทางโครงสร้างพิเศษที่เรียกว่า High Molecular Weight คือในหนึ่งโมเลกุลมีจำานวน อะตอมมากกว่าสารชนิดอื่นมากมาย จึงทำาให้มีคุณสมบัติที่ดีในหลายด้านพร้อมกันไป เช่น คุณสมบัติทางกายภาพ เช่น มี ความแข็งแรง เหนียว ยืดหยุ่น ทนต่อการศึกกร่อน ทนน้ำา ทนความร้อน และ คุณสมบัติทางเคมี เช่น ทนกรด ทนด่าง ทนทานต่อการกัดกร่อนด้วยสารเคมีหลายชนิด(2) นอกจากนั้นยังทนทานต่อการย่อยสลายด้วยจุลินทรีย์ทางธรรมชาติอีกด้วยเนือ่งจากพลาสตกิสงัเคราะหจ์ะตอ่ตา้นการเกาะตดิของจลุนิทรยี ์โดยจลุนิทรยีใ์นธรรมชาตไิมส่ามารถทีจ่ะสรา้งเอนไซมช์นดิใหม่ขึ้นมาเพื่อย่อยสลายพลาสติก สังเคราะห์ได้

จากความต้องการในการใช้พลาสติกที่เพิ่มมากขึ้นรวมกับคุณสมบัติที่มีความคงทนมากและไม่สามารถถูกย่อยสลาย ทางชีวภาพได้ ส่งผลให้เกิดการสะสมของขยะพลาสติกเป็นจำานวนมากและหากต้องการกำาจัดขยะพลาสติกเหล่านี้ด้วยวิธีการ เผาก็จะส่งผลให้เกิดการแพร่กระจายของมลพิษไปในอากาศ ดังนั้นจึงได้มีการคิดค้นผลิตพลาสติกรูปแบบใหม่ที่มีคุณสมบัติ แตกต่างไปจากพลาสติกสังเคราะห์ ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อลดปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมตามที่กล่าวมาข้างต้น โดยพลาสติกรูปแบบ ใหม่ที่กล่าวถึงนั้นมีชื่อเรียกว่า พลาสติกชีวภาพ หรือ พลาสติกที่ถูกย่อยสลายได้ทางชีวภาพ หรือ “Biodegradable plastic”

ตามข้อกำาหนด ISO 472:1988 พลาสติกที่ถูกย่อยสลายได้ทางชีวภาพ หมายถึง พลาสติกที่ได้รับการออกแบบมา เพื่อรองรับการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางเคมีบางประการภายใต้สภาพแวดล้อมที่กำาหนด โดยการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทาง เคมีนั้นเป็นผลมาจากกิจกรรมของจุลินทรีย์ตามธรรมชาติ

ตามข้อกำาหนด ASTM D20.96 กล่าวว่า พลาสติกที่ถูกย่อยสลายได้ คือ พลาสติกที่สามารถถูกตัดพันธะของสาย โพลิเมอร์ได้ผ่านทางปฏิกริยาเคมี ชีวภาพ และกายภาพ ภายใต้สภาวะที่ส่งเสริมให้เกิดการย่อยสลายโครงสร้างของพลาสติก(3)

ภาพพลาสติกที่ถูกย่อยสลายได้ทางชีวภาพ

ที่มา : http://www.theinnovationdiaries.com/998/the-truth-about-biodegradable-plastic/(4)

พลาสติกที่ถูกย่อยสลายได้ทางชีวภาพถูกจำาแนกออกเป็น 4 ประเภทโดยใช้หลักเกณฑ์การจำาแนกจากกระบวนการสังเคราะห์และแหล่งของวัตถุดิบที่นำามาใช้ในกระบวนการผลิตที่แตกต่างกัน ดังนี้

วารสารสิ่งแวดล้อม ปีที่ 16 เล่มที่ 2 17

1. โพลิเมอร์ที่ได้มาจากวัตถุดิบที่เป็นมวลชีวภาพ (biomass) ได้แก่ วัตถุดิบที่เป็นพอลิแซคคาไรด์ ที่ได้จากแป้ง ข้าวสาลี แป้งมันฝรั่ง แป้งข้าวโพด หรือ วัตถุดิบที่เป็นผลิตภัณฑ์ลิกโนเซลลูโลส เช่น ฟาง ไม้ เป็นต้น นอกจากนั้นยังรวมไปถึงวัตถุดิบในกลุ่มของไคโตซานและไคติน ซึ่งเมื่อนำามาละลายในกรดอินทรีย์จะมีลักษณะเป็นสารละลายเหนียวใสคล้ายวุ้นและสามารถนำามาขึ้นรูปเป็นพลาสติกได้ หรือวัตถุดิบในกลุ่มคอลลาเจนและเจลาตินที่สกัดได้จากโปรตีนพืชและสัตว์ก็สามารถนำามาขึ้นรูปเป็นพลาสติกได้เช่นกัน 2. โพลิเมอร์ที่ได้มาจากการผลิตจากจุลินทรีย์ ได้แก่โพลิเมอร์ในกลุ่ม PHAs เช่น Poly(hydroxybutyrate) (PHB) และ Poly(hydroxybutyrate cohydroxyvalerate) (PHBV) เป็นต้น(5)

3. โพลิเมอร์ที่สังเคราะห์ขึ้นจากกระบวนการทางเคมี ที่ใช้วัตถุดิบที่เป็นโมโนเมอร์ที่ได้จากผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร เช่น ข้าวโพด มันสำาปะหลัง อ้อย เป็นต้น โดยเมื่อผ่านกระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพแล้วจะเปลี่ยนแป้งที่ได้จากวัตถุดิบไปเป็นน้ำาตาลและเปลี่ยนน้ำาตาลไปเป็นโมโนเมอร์ ซึ่งก็คือ กรดแลคติก (Lactic acid) และนำากรดแลคติกที่ได้มาต่อเชื่อมเป็นโพลิเมอร์สายยาว ซึ่งโพลิเมอร์ประเภทนี้คือ Poly(lactic acid) (PLA)(6)

4. โพลิเมอร์ที่สังเคราะห์ขึ้นจากโมโนเมอร์หรือโพลิเมอร์จากอุตสาหกรรมปิโตรเคมี ซึ่งแบ่งออกเป็น 2 กลุ่มหลัก คือ กลุ่มที่มีโครงสร้างเป็นโซ่สายตรง เช่น Poly(butylene succinate) (PBS) ที่ได้จากโมโนเมอร์คือกรดซัคซินิคและ 1,4 –บิวเทนไดออล และ กลุ่มที่มีโครงสร้างเป็นวงอะโรมาติก เช่น Poly(butylene adipate/terephthalate) (PBAT) เป็นต้น(6)

จากการจำาแนกประเภทตามที่กล่าวมาข้างต้นจะสังเกตเห็นได้ว่าพลาสติกที่ถูกย่อยสลายได้ทางชีวภาพเฉพาะประเภท ที่ 4 เท่านั้นที่ไม่ได้สังเคราะห์ขึ้นจากวัตถุดิบที่เป็นทรัพยากรธรรมชาติที่สามารถสร้างทดแทนใหม่ได้ หรือที่เรียกว่า “Renewable resources” แต่ทั้ง 4 ประเภท สามารถถูกย่อยสลายได้ภายใต้กระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพหรือที่เรียกว่า “Biodegradation” กระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพ เป็นกระบวนการย่อยสลายที่เกิดขึ้นจากกิจกรรมของจุลินทรีย์ เช่น แบคทีเรีย รา ยีสต์ แอคติโนมัยซิส เป็นต้น ดังนั้นกระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพจึงนำาไปสู่การหมุนเวียนของคาร์บอน และหากมีการย่อยสลายต่อไปได้อย่างสมบูรณ์ จะได้ผลผลิตสุดท้ายเป็น ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำา สารอนินทรีย์ และ มวลชีวภาพ

กระบวนการย่อยสลายพลาสติกชีวภาพ เริ่มจากการทำางานร่วมกันของจุลินทรีย์และปัจจัยภายนอกที่ส่งผลให้ พลาสติกชีวภาพแตกออกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย ขั้นตอนนี้เรียกว่า “Biodeterioration” หลังจากนั้นจุลินทรีย์จะปล่อยเอนไซม ์ออกมานอกเซลล์เพื่อย่อยสายโพลิเมอร์ของพลาสติกชีวภาพ ขั้นตอนนี้เรียกว่า “Depolymerisation” กลายเป็นโมเลกุล เล็กๆ ซึ่งโมเลกุลที่เกิดขึ้นจากการย่อยสลายเหล่านี้จะถูกซึมผ่านเข้าไปในเซลล์ของจุลินทรีย์ผ่านทางเยื่อหุ้มเซลล์และส่งเข้า สู่กระบวนการสันดาปเพื่อนำาไปใช้ในการสร้างพลังงานและมวลชีวภาพ ขั้นตอนนี้เรียกว่า “Assimilation”(7)

ภาพแสดงกระบวนการย่อยสลายพลาสติกชีวภาพ

ที่มา : http://www.npc-se.co.th/npc_date/npc_previews.asp?id_head=11&id_sub=36&id=429(8)

วารสารสิ่งแวดล้อม ปีที่ 16 เล่มที่ 218

ดังนั้นจึงกล่าวได้ว่าพลาสติกที่ถูกย่อยสลายได้ทางชีวภาพจะถูกย่อยสลายได้ภายในระยะเวลาที่เร็วหรือช้าขึ้นอยู่กับ

ปัจจัยหลายประการ ทั้งปัจจัยภายนอกและปัจจัยด้านคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพของพลาสติกแต่ละประเภท ยกตัวอย่าง

เช่น หากมีการนำาพลาสติกที่ถูกย่อยสลายได้ทางชีวภาพไปฝังดินหรือทิ้งลงไปในระบบฝังกลบขยะ ปัจจัยภายนอกที่จะส่งผล

ต่ออัตราการย่อยสลายพลาสติกชีวภาพ ได้แก่ อุณหภูมิ ความชื้นหรือปริมาณน้ำาในดิน การถ่ายเทอากาศในดิน ปริมาณธาตุ

อาหารในดินที่จะมีส่วนช่วยส่งเสริมการเจริญของจุลินทรีย์ ค่าความเป็นกรดเป็นด่างของดินบริเวณนั้น ลักษณะของเนื้อดิน

รวมไปถึงชนิดของจุลินทรีย์ในดิน ส่วนปัจจัยด้านคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพที่แตกต่างกันไปในพลาสติกแต่ละประเภท

ก็ส่งผลต่ออัตราการย่อยสลายพลาสติกชีวภาพ เช่นกัน ยกตัวอย่างเช่น พลาสติกชีวภาพที่มีน้ำาหนักโมเลกุล (Molecular

weight) ของสายโพลิเมอร์ที่แตกต่างกันก็จะใช้เวลาในการย่อยสลายแตกต่างกันไปด้วย(1) ถึงแม้ว่าอัตราการย่อยสลายของ

พลาสติกชีวภาพ จะถูกควบคุมโดยปัจจัยมากมาย แต่พลาสติกกลุ่มนี้ก็มีแนวโน้มที่จะย่อยสลายได้ภายในระยะเวลาที่รวดเร็ว

เมื่อเปรียบเที่ยบกับพลาสติกสังเคราะห์ที่ย่อยสลายได้ยากมากโดยอาจจะใช้ระยะเวลายาวนานนับร้อยปีในการย่อยสลาย

หรือพลาสติกสังเคราะห์บางชนิดที่ไม่สามารถูกย่อยสลายได้เลย ดังนั้นจึงกล่าวได้ว่าพลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพเป็น

พลาสติกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เนื่องจากไม่ก่อให้เกิดการสะสมของขยะพลาสติก รวมถึงวัตถุดิบที่นำามาใช้ผลิตพลาสติก

กลุ่มนี้ส่วนมากเป็นวัตถุดิบจากธรรมชาติ เช่น ข้าวโพด มันฝรั่ง ข้าวสาลี สามารถดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้น

บรรยากาศมาใช้ในกระบวนการสังเคราะห์แสง จึงเป็นตัวช่วยลดปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ส่วนหนึ่งซึ่งเป็นผลดีต่อ

โลกของเรา

ในปัจุบันมีการนำาพลาสติกชีวภาพมาใช้ประโยชน์ในหลากหลายด้าน โดยมุ่งไปที่ประโยชน์ 3 ด้านหลักด้วยกัน คือ

นำามาใช้ประโยชน์ทางด้านการแพทย์ ทางด้านการเกษตร และทางด้านบรรจุภัณฑ์

ประโยชน์ทางด้านการแพทย์ เช่น นำามาใช้ในการผลิตรากฟันเทียม ผลิตวัสดุทางการแพทย์ที่มำามาใช้กับดวงตา

ผลิตไหมเทียมเพื่อนำามาใช้ในการผ่าตัด ผลิตแคปซูลยาที่ควบคุมการปล่อยตัวยาได้อย่างช้าๆในระยะเวลาที่ต้องการให้มีการ

ออกฤทธิ์ ในบางประเทศมีการนำาเอาพลาสติกชีวภาพมาใช้เป็นวัสดุในการตรึงกระดูกซึ่งพบว่ามีความยืดหยุ่นกว่าการใช้โลหะ

ในการตรึงกระดูก นอกจากนั้นยังมีการพัฒนาพลาสติกชีวภาพเพื่อนำามาใช้ในการผลิตผิวหนังเทียม เช่นในกลุ่มของคลอลาเจน

และ ไคติน เป็นต้น เพื่อนำามาใช้ในการตกแต่งบาดแผลที่เกิดจากไฟไหม้

ประโยชน์ทางด้านการเกษตร เช่น นำาเอาพลาสติกชีวภาพมาใช้เป็นวัสดุคลุมดิน หรือเอามาใช้ในการคลุมผลผลิต

ทางการเกษตรแทนที่การใช้พลาสติกสังเคราะห์ซึ่งจะช่วยลดขั้นตอนและค่าใช้จ่ายในการเก็บและกำาจัดวัสดุคลุมดินภายหลัง

การเพาะปลูก และมีการนำาเอาพลาสติกชีวภาพมาใช้เป็นตัวควบคุมการปลดปล่อยสารอาหารให้กับพืช บางประเทศมีความ

สนใจในการนำาเอาพลาสติกชีวภาพมาใช้เป็นตัวปรับปรุงคุณภาพของดิน (soil conditioner) ร่วมกับวัสดุที่สามารถย่อยสลาย

ได้ตามธรรมชาติชนิดอื่นๆ นอกจากนั้นยังมีการศึกษาการใช้พลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพมาผลิตเป็นภาชนะปลูกพืชโดย

มีวัตถุประสงค์เพื่อให้เกิดการย่อยสลายและเป็นอาหารให้กับพืชในระหว่างการเพาะปลูกด้วย

ในปัจจุบันถุงพลาสติกและฟิล์มพลาสติกที่ผลิตจากพลาสติกสังเคราะห์ ก่อให้เกิดปัญหาด้านขยะเพิ่มขึ้นมาก

เนื่องจากภายหลังการใช้งานมีการนำากลับมาใช้ใหม่น้อยมาก รวมถึงขั้นตอนแยกพลาสติกออกจากขยะอื่นทำาได้ยาก และมีค่า

ใช้จ่ายสูง ดังนั้นจึงมีการพัฒนาพลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพมาใช้ประโยชน์ทางด้านบรรจุภัณฑ์ โดยนำามาผลิตถุงใส่ของ

และถุงใส่ขยะเพื่อลดขั้นตอนและระยะเวลาในการคัดแยกขยะ(3)

วารสารสิ่งแวดล้อม ปีที่ 16 เล่มที่ 2 19

อ้างอิง(1) Shah, A. A., Hasan, F., Hameed, A., and Ahmed, S. 2008. Biological degradation of plastics: A com prehensive review. Biotechnology Advances. 246–265.(2) โพลิเมอร์ ( Polymers ) [ออนไลน์].[อ้างถึงวันที่ 22 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2555] : เข้าถึงได้จาก http://www.industrial. cmru.ac.th/Civil/wechsawan/materials/ch08/ch08.htm.(3) Chandra, R., and RENU R.1998. Biodegradable polymers. Prog. Polym. Sci.. 1273–1335.(4) The Truth About Biodegradable Plastic[ออนไลน์].[อ้างถึงวันที่ 14 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2555] :เข้าถึงได้จาก http://www.theinnovationdiaries.com/998/the-truth-about-biodegradable-plastic/.(5) Vieira, M., Gurgel, A., Mariana, A., S., Lucielen, O.,S., and Marisa, M., B.2011. Natural-based plasticizers and biopolymer films: A review. European Polymer Journal. 254–263.(6) ประมวลสารสนเทศพร้อมใช้พลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพ (Biodegradable plastics) [ออนไลน์].[อ้างถึง วันที่ 22 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2555] : เข้าถึงได้จาก http://siweb.dss.go.th/repack/fulltext/IR12.pdf.(7) Lucus, P., Bienaime, C., Belloy. C., Queneudec, M., Silvestre, F., and Nava-saucedo, J. 2008. Polymer biodegradation: Mechanisms and estimation techniques. Chemosphere. 429-442.(8) พลาสติกชีวภาพ (Bioplastic) [ออนไลน์].[อ้างถึงวันที่ 14 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2555] : เข้าถึงได้จาก http://www. npc-se.co.th/npc_date/npc_previews.asp?id_head=11&id_sub=36&id=429.