สถานการณ์อุตสาหกรรม

 

 

ปัจจุบันเราปลูกป่า ซึ่งครอบคลุมพื้นที่มหาศาล เพื่อทดแทนป่าไม้ที่เคยถูกทำลายไปได้สำเร็จ และหันมายึดหลักความยั่งยืน ซึ่งส่งผลให้มีป่าไม้เป็นจำนวนมากในเขตยุโรปและอเมริกาเหนือ ไม่เพียงแค่นั้น พืชผลหลายชนิดก็ให้ผลผลิตได้มากขึ้น เพราะเราได้พัฒนาวิธีการเพาะปลูกให้มีประสิทธิภาพกว่าแต่ก่อน ในบางกรณีเราใช้การดัดแปลงพันธุกรรมเข้ามาช่วย นอกจากนี้ เรายังได้เริ่มใช้กระบวนการเลี้ยงเชื้อแบคทีเรีย เพื่อประโยชน์ในการผลิตปริมาณมาก

 

เราเริ่มมองเห็นคุณค่าของการเกิดขึ้นได้เองตามธรรมชาติ ที่มีทั้งความหลากหลาย และความไม่สมบูรณ์ อีกทั้งไม่ว่าจะอยู่ในยุคไหน เราก็ชอบ “ความแท้จริง” ของวัสดุจากธรรมชาติ แต่ปัญหาที่ยังคงท้าทายก็คือ การที่โลกตะวันตกพึ่งพาเชื้อเพลิงจากซากดึกดำบรรพ์ (Fossil Fuel) ที่มีราคาถูกมากเกินไป จนก่อให้เกิดผลกระทบตามมา เหตุที่พลังงานมีต้นทุนต่ำนั้น เป็นเพราะว่า เราสามารถขุดวัตถุดิบที่นำมาสังเคราะห์เป็นวัสดุ เพื่อนำไปสังเคราะห์และผลิตออกมาเป็นสินค้าได้อย่างง่ายดาย ทำให้เราใช้วัสดุจากธรรมชาติมากกว่าที่มี วัสดุ Grown หรือวัสดุที่ปลูกในธรรมชาตินั้น แทบจะสู้วัสดุสังเคราะห์ไม่ได้เลย เพราะวัสดุสังเคราะห์ เช่น พลาสติก ผลิตมาจากน้ำมันซึ่งผ่านการเก็บสะสมมาเป็นเวลาหลายแสนปี จนกลายเป็นแหล่งพลังงานสูง ที่มีการทับถมของวัสดุต่างๆ ในระดับเข้มข้น แต่ยิ่งค้นหาแหล่งเชื้อเพลิงต้นทุนต่ำนี้ลึกลงไปเท่าไหร่ ความจริงก็ยิ่งกระจ่างออกมา ให้เรารู้ว่าเชื้อเพลิงชนิดนี้มีจำนวนจำกัด และยิ่งเราผลิตวัสดุจากแหล่งพลังงานทดแทนได้เร็วขึ้นเท่าไหร่ เราก็จะสามารถสร้างโลก เพื่อให้ลูกหลานของเราอยู่ได้อย่างสะดวกสบายมากขึ้นเท่านั้น

 

ศักยภาพการนำไปใช้ประโยชน์ของวัสดุ Grown ที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งก็คือ การนำไปใช้เป็นพลังงาน ซึ่งเป็นสิ่งที่โลกต้องการเป็นอย่างมาก ถือเป็นอีกทางเลือกหนึ่ง นอกเหนือไปจากเชื้อเพลิงจากซากดึกดำบรรพ์ที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนี้ แต่พลังงานชีวภาพก็เหมือนกับแหล่งพลังงานอื่นๆ ในแง่ของความเสี่ยงด้านสิ่งแวดล้อม ซึ่งต้องมีมาตรการรองรับ ถ้าเราไม่มีการวางแผนบริหารจัดการอย่างระมัดระวัง ก็อาจเกิดการเก็บเกี่ยวชีวมวล (Biomass) มาใช้เป็นแหล่งพลังงานในอัตราที่ไม่ยั่งยืน และทำลายระบบนิเวศ โดยปล่อยมลภาวะทางอากาศที่เป็นอันตรายต่อมนุษย์ ทั้งยังใช้น้ำมากเกินไป และปล่อยก๊าซเรือนกระจกออกสู่ชั้นบรรยากาศได้อีกด้วย แต่พลังงานชีวมวลชนิดที่เป็นประโยชน์ก็มีหลายประเภท เช่น พืชที่ไม่ไปแย่งพื้นที่เพาะปลูกของพืชที่เป็นอาหาร เศษเหลือจากพืช เช่น ฟางข้าวหรือซังข้าวโพด เศษเหลือจากไม้ที่ตัดมาโดยใช้วิธีการที่ยั่งยืน และขยะจากพื้นที่อยู่อาศัย และอุตสาหกรรมที่ได้รับการบำบัดแล้ว

 

 

ทั้งนี้หมายความว่า ระบบพลังงานชีวมวลจะต้องมีขนาดที่เล็กกว่า และกระจายตัวมากกว่าเชื้อเพลิงจากซากดึกดำบรรพ์ เพราะว่าการรวบรวม และผลิตพลังงานชีวภาพในปริมาณมากได้อย่างยั่งยืนในที่เดียว เป็นเรื่องยาก ซึ่งเป็นการเปิดโอกาสให้ชุมชนท้องถิ่นในชนบทออกแบบระบบพลังงานที่พึ่งพาตนเอง ยั่งยืน และสามารถปรับเปลี่ยนให้เข้ากับความต้องการของแต่ละท้องถิ่นได้

 

ในปี 2013 พลังงานจากแหล่งวัตถุดิบหมุนเวียนและชีวมวล เช่น ไม้ ของเหลว และอื่นๆ ที่ผลิตในสหรัฐอเมริกา มีปริมาณสูงถึง 3.76 Quadrillion Btu เมื่อเทียบกับที่ผลิตได้จากลม 1.6 แสงอาทิตย์ 0.3 และไฟฟ้าพลังน้ำ 2.6  ปริมาณ Btu ที่ผลิตได้ทั้งหมดในปี 2013 เท่ากับ 8.4 Quadrillion ซึ่งคิดเป็นเพียง 11.2% ของพลังงานที่สหรัฐอเมริกาผลิตได้ทั้งหมด (United States Energy Information Administration)

 

ในปี 2011 มีการผลิตเอทานอลเกือบ 14 พันล้านแกลลอน คิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 10% ของการใช้น้ำมันทั้งหมด ซึ่งการผลิตเอทานอลส่วนใหญ่ มีวัตถุดิบมาจากข้าวโพด ส่วนการผลิตไบโอดีเซลนั้น มาจากน้ำมันถั่วเหลือง  (ข้อมูลจาก Center for Climate and Energy Solutions)

 

อาจจะดูเหมือนว่าเราผลิตชีวมวลได้มาก แต่คงเป็นไปไม่ได้ ที่เราจะใช้ชีวมวลเป็นแหล่งพลังงานเพียงแหล่งเดียวสำหรับคนทั้งโลก เพราะเราคงจะต้องปลูกต้นไม้ ใบหญ้า และพืชพรรณอื่นๆ บนดาวอื่นๆ อีก แต่ถ้าเราแค่จะผลิตพลาสติกในปริมาณที่มนุษย์ใช้อยู่ในตอนนี้ โดยใช้พลังงานทดแทน พื้นที่ที่เราต้องใช้มีขนาดแค่เพียงรัฐขนาดกลางของสหรัฐอเมริกาเท่านั้น ซึ่งมีความเป็นไปได้ในทางปฏิบัติสูงมาก นอกจากนี้ เรากำลังเปลี่ยนผ่านไปสู่สังคมที่สามารถผลิตพลาสติกได้จากชีวมวล โดยไม่รบกวนแหล่งอาหาร (เช่น ข้าวโพด และอ้อย เป็นต้น) หรือแย่งพื้นที่เพาะปลูกของพืชที่ใช้เป็นอาหาร ฉะนั้นการสร้างเศรษฐกิจที่มีแต่วัสดุฐานชีวภาพทั้งหมดนั้นเป็นความท้าทายที่มนุษย์เอาชนะได้อย่างแน่นอน

 

    

พลาสติกชีวภาพ (Bioplastic) ที่เป็นที่รู้จักและใช้กันมากที่สุดคือ พลาสติกที่ผลิตจากพืชผลเพาะปลูก ซึ่งสามารถเปลี่ยนเป็นน้ำตาลได้ เช่น ข้าวโพด และอ้อย พลาสติกชีวภาพ “รุ่นแรก” นี้ ประกอบไปด้วย PLA, Bio-polyethylene และ Bio-polypropylene รวมไปถึงพลาสติกตระกูล PHA เป็นต้น ซึ่งส่วนใหญ่นำไปใช้ผลิตเป็นบรรจุภัณฑ์ แต่เนื่องจากมีความกังวลในการใช้พืชที่เป็นอาหารมาผลิตพลาสติก จึงทำให้เกิดพลาสติกชีวภาพ “รุ่นที่สอง” ซึ่งผลิตจากพืชผลอุตสาหกรรมที่ไม่ใช่อาหาร เช่น น้ำมันละหุ่ง และแหล่งผลิตผลพลอยได้ ที่มาจากขยะเกษตรกรรมและการแปรรูปอาหาร เช่น แป้ง และลิกนิน  อย่างไรก็ตาม พลาสติกชีวภาพ “รุ่นที่สาม” จะมีศักยภาพมากที่สุด โดยผลิตจากแหล่งวัตถุดิบหมุนเวียน อย่างเช่น สาหร่าย โดยใช้กระบวนการทางอุตสาหกรรมซึ่งเลียนแบบกระบวนการทางธรรมชาติ ช่วยให้เราสามารถผลิตวัสดุทดแทน โดยไม่ไปรบกวนการผลิตอาหารสำหรับคนทั้งโลก นอกเหนือจากพลาสติกรุ่นที่สามแล้ว เรายังมีศักยภาพในการผลิตพลาสติกจากคาร์บอนที่มาจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งมีบางบริษัท เช่น บริษัท Bayer ได้ร่วมมือกับบริษัทผู้ผลิตพลังงาน RWE ที่จะผลิตออกมาในปี 2015 แม้การผลิตวัสดุทดแทนให้มีประสิทธิภาพและราคาถูก เทียบเท่ากับการผลิตจากน้ำมันนั้น อาจไม่ใช่เรื่องง่าย แต่ก็มีความเป็นไปได้และสามารถปฏิบัติได้จริง

      

 

อย่างไรก็ตาม ความท้าทายที่สำคัญอย่างหนึ่งของการผลิตพลาสติกชีวภาพและเชื้อเพลิงชีวภาพ ให้มีประสิทธิภาพและคุ้มค่าต่อการลงทุนก็คือ ระดับพลังงานและความหนาแน่นของวัสดุที่อยู่ในระดับต่ำ แม้แต่ชีวมวลที่มีความหนาแน่นมาก เช่น ไม้ ยังมีสัดส่วนน้ำต่อน้ำหนักถึง 50% หมายความว่า เราไม่สามารถใช้รถบรรทุกขนส่งวัสดุชีวมวลที่ยังไม่ได้แปรรูป เพื่อนำไปผลิตเป็นเชื้อเพลิงหรือพลาสติกได้ไกลเกิน 50 - 100 ไมล์ โดยที่ยังคุ้มทุน ดังนั้นโรงงานผลิตไฟฟ้าและผู้ผลิตโพลิเมอร์ จะต้องตั้งอยู่ใกล้กับแหล่งกำเนิดเท่านั้น

 

นอกเหนือจากความท้าทาย ในการแทนที่การผลิตพลาสติกจากเชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ด้วยแหล่งพลังงานหมุนเวียนแล้ว ในปัจจุบันเรามีวัสดุและผลิตภัณฑ์ ที่ผลิตจากพืชผลที่เก็บเกี่ยวได้มากมาย เช่น ผ้าจากเส้นใยธรรมชาติ ผลิตภัณฑ์ไม้ที่ใช้ในการก่อสร้างและผลิตภัณฑ์ที่ทำจากกระดาษ สารเคมีพื้นฐานหลายชนิดที่ใช้เป็นสารเติมแต่ง หรือสารเพิ่มความสามารถในการผลิตวัสดุสังเคราะห์

 

ปัจจุบัน เราเริ่มตระหนักถึงการใช้เส้นใยธรรมชาติในการผลิตผ้ามากขึ้น ทั้งเส้นใยจากกัญชง ป่านปอ ลินิน นุ่น มิลค์วีด และอื่นๆ ซึ่งจะช่วยทำให้เข้าใจว่า ฝ้ายไม่ได้เป็นแหล่งเส้นใย “ธรรมชาติ” เพียงแหล่งเดียวเท่านั้น  พืชทางเลือกหลายชนิดก็สามารถปลูก เก็บเกี่ยว และนำมาแปรรูปได้เช่นเดียวกัน โดยใช้ทรัพยากรและพลังงานในปริมาณน้อย ซึ่งจะช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น

 

เป็นที่ทราบกันดีว่า ไม้ไผ่มีประโยชน์ใช้สอยมากมายนับไม่ถ้วน สามารถนำมาทำเป็นโครงจักรยาน จานชาม หรือปูพื้นไม้เนื้อแข็งก็ได้ แต่ “ผ้าจากไม้ไผ่” กลับได้รับความนิยมแค่ช่วงระยะเวลาสั้นๆ ว่าเป็นทางเลือกที่ยั่งยืนแทนการใช้วัสดุสังเคราะห์  ซึ่งไม่น่าแปลกใจ เพราะแค่ชื่อก็ฟังแปร่งหูแล้ว จริงๆ แล้วไม้ไผ่สามารถนำมาทำเป็นผ้าได้จริง โดยใช้เซลลูโลสของต้นไผ่ ที่ผ่านกระบวนการย่อยสลาย ให้เป็นสารละลายด้วยวิธีทางอุตสาหกรรมซึ่งใช้สารเคมีปริมาณมาก แล้วนำไปปั่นเป็นเส้นใยเรยอน (Rayon) วัสดุเซลลูโลสส่วนใหญ่ สามารถนำมาแปรรูปเป็นเรยอนได้ โดยผ่านกระบวนการปั่นเปียก ที่นิยมมากคือเยื่อไม้และเศษฝ้าย

 

วัสดุคอมโพสิต (Composite Materials) จากเส้นใยธรรมชาติถูกพัฒนาขึ้นมาก ทั้งในด้านนวัตกรรมและการนำไปใช้ แผงวงจรภายในรถยนต์หลายส่วนผลิตขึ้น โดยการกดอัดเส้นใยธรรมชาติด้วยน้ำยาประสาน แล้วขึ้นรูปทรงต่างๆ หากพูดถึงประสิทธิภาพและความแข็งแรงแล้ว ใยป่านได้รับความนิยมมากกว่าเส้นใยธรรมชาติชนิดอื่นๆ เนื่องจากมีสัดส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนัก (Strength to Weight) และสัดส่วนความแข็งแรงต่อปริมาตร (Strength to Volume) เทียบเท่าได้กับเส้นใยแก้ว และบางครั้งก็มีแรงหน่วงที่เหนือกว่าเส้นใยแก้วและคาร์บอนด้วยซ้ำ ส่วนเส้นใยจากกัญชง ปอกระเจา ปอแก้ว และไม้ เมื่อผสมกับสารเติมแต่งก็จะสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้หลายอย่าง นอกจากนี้ เรซินชีวภาพ ซึ่งก็คือ “กาว” ยังสามารถใช้ร่วมกับเส้นใยเพื่อให้ประสิทธิภาพที่เหนือกว่า และยังทำให้เปียกเพื่อช่วยในการประสานเส้นใย และเพิ่มความแข็งแกร่ง (Stiffness) ที่ใกล้เคียงกับอีพ็อกซีและโพลีเอสเตอร์ในคอมโพสิตแก้วและคาร์บอนประสิทธิภาพสูง ตัวอย่างเช่น น้ำยาประสาน Acrodur จากบริษัท BASF สามารถนำมาใช้เป็นตัวประสานสำหรับผลิตเก้าอี้จากใยกัญชงได้สำเร็จ โดย Werner Asslinger ซึ่งการวางตำแหน่งเส้นใยให้ได้ประโยชน์สูงสุด ต้องใช้ความชำนาญอย่างมาก ทำให้นวัตกรรมในด้านนี้จำกัดอยู่เฉพาะในวงการสินค้าที่เน้นประสิทธิภาพการทำงาน เช่น อุตสาหกรรมอวกาศ อุปกรณ์กีฬา และยานยนต์ระดับไฮเอนด์

  

 

 

วัสดุธรรมชาติทุกชนิดล้วนมีโครงสร้าง “นาโน” ในรูปแบบของเซลล์ เราสามารถควบคุมวัสดุได้ในระดับนาโน เพื่อปรับเปลี่ยนคุณสมบัติได้ตามที่ต้องการ ไม่ว่าจะเป็น Nanocellulose หรือที่เรียกกันว่า Cellulose Nanofibers (CNF) Microfibrillated Cellulose (MFC) Nanocrystalline Cellulose (NCC) หรือ Bacterial Nanocellulose วัสดุธรรมชาติรูปแบบใหม่เหล่านี้ มีศักยภาพในการนำไปใช้เป็นแอโรเจล ซึ่งเป็นโฟมที่มีความหนาแน่นในระดับต่ำมาก หรือใช้เป็นสารเพิ่มความแข็งแรงให้กับกระดาษและแผ่นบอร์ด หรือเป็นคอมโพสิตที่ใช้เพิ่มความแข็งแกร่งให้กับพลาสติก หรือสารที่ใช้ในยาและเภสัชภัณฑ์ต่างๆ  

 

 

เรายังคงใช้ไม้เป็นวัสดุสำหรับการก่อสร้างอย่างต่อเนื่อง เห็นได้จากเทรนด์ล่าสุดในการสร้างโครงสร้างไม้หลายชั้น หรือ “ตึกระฟ้าทำจากไม้” เช่น อาคาร WIDC ในรัฐบริติชโคลัมเบีย ซึ่งใช้การออกแบบจำลองจากคอมพิวเตอร์ที่ทันสมัย เพื่อคิดค้นวิธีการก่อสร้างให้สามารถใช้ประโยชน์จากไม้ได้อย่างเต็มที่

 

จากบทความนี้ รวมทั้งกรณีศีกษาต่างๆ และข้อมูลจากวัสดุอื่นๆ เราสรุปได้ว่า เพื่อให้การปฏิวัติวิธีการผลิตของโลกสำเร็จผล เราจำเป็นต้องใช้ “Big Chemistry” และ “Big Agriculture” เข้ามาช่วย แม้ว่าการค้นพบที่ยิ่งใหญ่มักจะเกิดจากการที่คนๆ หนึ่งนำความคิดสร้างสรรค์ของตน ไปก่อตั้งเป็นบริษัทเพื่อสร้างสิ่งนั้นให้เกิดขึ้นจริง แต่เพื่อนำความคิดนั้นเข้าสู่กระบวนการผลิตจำนวนมากๆ ดูท่าว่าจะต้องมาจากบริษัทข้ามชาติยักษ์ใหญ่ที่มีความสามารถในการผลิตในปริมาณมหาศาล ซึ่งมีแนวโน้มว่าจะต้องมีการต่อต้านจากผู้คนในท้องถิ่น สาเหตุที่ต้องเป็นบริษัทข้ามชาติยักษ์ใหญ่ ก็เพราะว่าหากเราจะผลิตอาหารและสินค้าสำหรับคนเจ็ดพันล้านคนบนโลกนี้ให้เพียงพอ เราต้องพึ่งพาองค์กรที่มีโครงสร้างรองรับการผลิตในปริมาณมาก เพื่อให้สามารถพัฒนาจากระดับรากหญ้าไปสู่ระดับโลกได้สำเร็จ ดังนั้นเราจึงต้องการทั้งนวัตกรรมจากผู้ประกอบการและบริษัทข้ามชาติ รวมไปถึงเงินอุดหนุนและนโยบายทางภาษีจากรัฐบาล ที่จะผลักดันให้นวัตกรรมนี้เป็นจริงได้ด้วยต้นทุนที่ต่ำ และสามารถเข้าถึงได้ในระดับกว้าง ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นในการแข่งขันกับวัสดุสังเคราะห์ในปัจจุบัน