Polymer หรือพลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพ (Biodegradable polymer)

พอลิเมอร์หรือพลาสติกย่อยสบายได้ทางชีวภาพ คือ พอลิเมอร์หรือพลาสติกที่ย่อยสลายได้โดยการทำงานของจุลินทรีย์ เช่น แบคทีเรีย และเชื้อรา ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางเคมีภายใต้สภาวะที่เหมาะสมในช่วงเวลาที่กำหนดอย่างสมบูรณ์ ส่วนที่เหลือหรือตกค้างต้องไม่มีความเป็นพิษ หรือเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท คือ

2.1 พอลิเมอร์ที่ได้จากธรรมชาติ
 พอลิเมอร์ที่ได้จากธรรมชาติไม่ว่าเป็นพืช สัตว์หรือจุลินทรีย์รวมถึงอนุพันธ์ของพอลิเมอร์ชีวภาพเหล่านี้ เช่น ยาง แป้ง เซลลูโลส ไคติน/ไคโตซาน เคซีน และวุ้น โดยมากอยู่ในจำพวกพอลิแซคคาร์ไรด์และโปรตีน ซึ่งพอลิเมอร์ชีวภาพประเภทนี้มักชอบความชื้น

2.2 พอลิเมอร์ที่ได้จากการสังเคราะห์โมโนเมอร์ชีวภาพ
 พอลิเมอร์ที่ได้จากการสังเคราะห์โมโนเมอร์ชีวภาพ เช่น พอลิแลคติก (Polylactic acid; PLA) จากกรดแลคติกที่ได้จากแป้งและพอลิยูรีเธนจากน้ำมันมะพร้าว พอลิไวนิล แอลกอฮอล์ (Polyvinyl alcohol) พอลิคาโพรแลคโทน (Polycaprolactone) พอลิเอทิลีนไกลคอล (Polyethylene glycol) พอลิไฮดรอกซีอัลคาโนเอต (Polyhydroxyl alkanoate) เป็นต้น พอลิเมอร์ดังกล่าวมีสมบัติที่ดีกว่าพอลิเมอร์ที่ได้จากธรรมชาติ เช่น แป้ง และเมื่อนำไปผสมกับแป้งทำให้มีสมบัติทางกลที่ดีและมีความสามารถต้านทานความชื้นได้ดีขึ้น

2.3 พอลิเมอร์ที่สร้างจากจุลินทรีย์หรือแบคทีเรีย
 พอลิเมอร์ที่สร้างจากจุลินทรีย์หรือแบคทีเรียที่ผ่านการตัดแต่งทางพันธุกรรม เช่น เซลลูโลสจากแบคทีเรียและพอลิไฮดรอกซีบิวธิเรต ซึ่งเป็นแหลงลังงานคาร์บอกของแบคทีเรีย

พอลิเมอร์หรือพลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพมีกลไกการย่อยสลายแบ่งเป็น 4 ประเภท คือ

1. การย่อยสลายได้ทางชีวภาพ (Biodegradation) เป็นกระบวนการที่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางเคมีอันเนื่องมาจากกระบวนการย่อยสลายของจุลินทรีย์ สิ่งสำคัญคือ พลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพควรเกิดการย่อยสลายที่สมบูรณ์ สะอาด ไม่เป็นพิษ ภายในสภาวะที่เหมาะสมในช่วงเวลาที่กำหนดอย่างสมบูรณ์ ส่วนที่เหลือหรือตกค้างต้องไม่มีวชความเป็นพิษหรือเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม ได้ผลิตภัณฑ์เป็นสารประกอบขนาดเล็กที่มีความเสถียร และพบได้ทั่งไปในธรรมชาติ เช่น ก๊าซคาร์บอกไดออกไซด์ ก๊าซมีเทน และน้ำ

2. การย่อยสลายทางชีวภาพด้วยการคอมโพสท์ (Composting) เป็นกระบวนการหมักเพื่อให้เกิดการย่อยสลายทางชีวภาพโดยจุลินทรีย์โดยใช้ออกซิเจนภายใต้ภาวะที่มีการควบคุม พลาสติกจะมีการย่อยสลายและเปลี่ยนแปลงไปเป็นสารที่มีลักษณะคล้ายฮิวมัส (Humus) หรือดินดำ นอกจากนี้ยังมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และแร่ธาตุต่างๆ ผลิตภัณฑ์ร่วม ไม่เหลือเศษวัสดุขนาดใหญ่ตกค้างและไม่เป็นพิษ สามารถนำไปใช้ปรับปรุงคุณภาพของดินให้เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตของพืช พลาสติกจะได้ชื่อว่า ย่อยสลายได้โดยคอมโพสท์ (Compostable plastic) นั้น ต้องมีอัตราการย่อยสลายในคอมโพสท์ไม่ช้ากว่าเซลลูโลส ซึ่งเป็นวัสดุมาตรฐานที่ได้รับการยอมรับ

3. การย่อยสลายทางชีวภาพโดยการผ่านปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส (Hydro-biodegradation) เป็นการย่อยสลายขั้น 2 ขั้นตอน โดยผ่านปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสก่อนแล้วจึงเกิดการย่อยสลายทางชีวภาพ

4. การย่อยสลายทางชีวภาพโดยแสง (Photo-biodegradation) เป็นการย่อยสลาย 2 ขั้นตอนโดยผ่านปฏิกิริยาการย่อยสลายโดยแสงก่อนแล้วจึงเกิดการย่อยสลายทางชีวภาพ

ปัจจัยที่กำหนดความช้าเร็วของการย่อยสลายทางชีวภาพ ได้แก่ น้ำหนักและโครงสร้างทางเคมีโมเลกุลของพอลิเมอร์ จุดหลอมตัว (Melting point) ปริมาณความเป็นผลึก (Crystallinity) ชนิดและปริมาณของจุลินทรีย์ อุณหภูมิ ความชื้น ค่าความเป็นกรด-ด่าง และปริมาณสารอาหารในสภาวะแวดล้อม โดยทั่วไปพบว่าพลาสติกที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ จุดหลอมเหลวต่ำ มีความเป็นระเบียบในการจัดเรียงลำดับในโมเลกุลต่ำ หรือมีโครงสร้างโมเลกุลเป็นเส้นตรงจะสามารถย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ได้ดีกว่าพลาสติกที่มีค่าดังกล่าวสูง

ที่มาและความสำคัญของโครงงาน

ปัจจุบัน"พลาสติก"ได้เข้ามามีบทบาทสำคัญในชีวิตประจำวันเป็นอย่างมากซึ่งอยู่ในรูปของผลิตภัณฑ์เพื่อการอุปโภคและบริโภค ได้ผลิตขึ้นมาเพื่อใช้งานกันอย่างมากมายและหลากหลาย เนื่องจากผลิตภัณฑ์จากพลาสติกนั้นมีราคาถูก น้ำหนักเบา ทนต่อความชื้นและสามารถขึ้นรูปได้ง่ายกว่าวัสดุอื่นๆ แต่ผลที่ตามมาคือการกำจัดภายหลังการใช้งานและมักถูกใช้งานเพียงครั้งเดียวแล้วทิ้งกาลายเป็นขยะ ส่งผลให้เกิดขยะเป็นจำนวนมาก ซึ่งส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศและก่อให้เกิดปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมเป็นอย่างมาก ในประเทศไทยขยะส่วนใหญ่มาจากบรรจุภัณฑ์พลาสติกในอุตสาหกรรมอาหาร เช่น ถุงพลาสติก กล่องพลาสติก รวมถึงกล่องโฟมพลาสติกซึ่งเป็นวัสดุที่ย่อยสลายได้ยาก วิธีกำจัดที่เหมาะสมคือการนำมารีไซเคิล แต่พลาสติกทางการแพทย์ กล่องโฟมบรรจุอาหาร หรือถุงขนมรวมถึงพลาสติกที่มีลวดลายสวยงามซึ่งส่วนใหญ่ทำลายด้วยการกลบหรือเผา ซึ่งปัญหาขยะบรรจุภัณฑ์เหล่านี้นับวันยิ่งทวีความรุนแรงมากขึ้น

                “โฟมพลาสติก” เป็นผลิตภัณฑ์ที่ใช้ครั้งเดียวแล้วทิ้งที่ปริมาณการใช้สูง ขยะจากบรรจุภัณฑ์ประเภทนี้นับวันจะยิ่งทวีความรุนแรงเพิ่มมากขึ้น ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมาก ในปัจจุบันประเทศไทยเองนั้นขยะโฟมที่เกิดขึ้นในแต่ละปีมีจำนวนมากขึ้นทุกปี โดยเฉพาะในเมืองหลวง ทำให้ยากต่อการทำลายและคัดแยก ค่าใช้จ่ายในการจัดเก็บก็สูงกว่าขยะมูลฝอยทั่วไป เนื่องจากว่าโฟมเป็นวัสดุสังเคราะห์ที่ย่อยสลายไม่ได้เองตามธรรมชาติหรือย่อยสลายได้ช้ามาก อาจต้องใช้เวลาย่อยสลายยาวนานทั้งช่วงชีวิตของคนคนทีเดียว ทำให้ต้องใช้กระบวนการพิเศษและค่าใช้จ่ายสูงในการย่อยสลายอย่างถูกวิธี ถ้าจะใช้วิธีฝังกลบก็ไม่เป็นการเหมาะสมเท่าที่ควร เพราะโฟมพลาสติกมีขนาดใหญ่ รูพรุนมาก น้ำหนักเบา ทำให้เปลืองเนื้อที่ที่ทำให้เกิดปัญหาในเรื่องพื้นที่ตามมาโดยเฉพาะในเมืองหลวงใหญ่ นอกจากนี้การเผาทำลายยังปล่อยก๊าซซีเอฟซี (CFCs: Chlorofluorocarbons) ที่เป็นตัวทำให้ฟูฟอง ซึ่งเป็นสารที่มีส่วนทำลายโอโซนในชั้นบรรยากาศส่งผลให้โลกร้อนขึ้นเรื่อยๆ ถึงแม้ว่าปัจจุบันไม่ได้ใช้สารซีเอฟซีแต่ใช้ก๊าซบิวเทน (Butane) หรือเพนเทน (Pentane) เป็นตัวทำให้ฟูฟ่อง (Blowing Agent) แทนก็ตาม แต่ก็ยังสร้างปัญหามลพิษและกระบวนกำจัดยังต้องใช้ต้นทุนสูงอยู่ ปัจจุบันได้มีการลดขยะโฟมโดยการนำกลับมีรีไซเคิลใช้ใหม่แต่ก็ยังเป็นเพียงส่วนน้อยเท่านั้น เพราะไม่คุ้มต่อการลงทุน