นาโนโอท็อป (Nano OTOP) - ตอนที่ 6

ผู้อ่านบางท่านอาจเคยได้ไปเยี่ยมชมหมู่บ้านถวาย อำเภอสันป่าตอง จังหวัดเชียงใหม่ ซึ่งเป็นศูนย์กลางการจำหน่ายผลิตภัณฑ์ และข้าวของที่ทำจากไม้ ซึ่งปัจจุบันได้รับการปรับปรุงรูปแบบจนกระทั่งได้กลายมาเป็นจุดท่องเที่ยวสมบูรณ์แบบ ที่หมู่บ้านถวายนี่เอง ท่านผู้อ่านสามารถเลือกหาสินค้าที่ถูกใจได้หลากหลาย ทั้งของตกแต่งบ้าน ตกแต่งที่ทำงาน เฟอร์นิเจอร์ รูปภาพ โคมไฟ รวมไปถึงหัตถกรรมที่เป็นเซรามิกส์ ทุกชิ้นถูกทำขึ้นด้วยฝีมืออันปราณีตของชาวบ้าน ด้วยราคาที่ไม่แพงนัก และยังมีบริการนำส่งไปถึงบ้านที่กรุงเทพฯ ในเวลาที่รวดเร็วพร้อมกับราคาที่ถูกอย่างเหลือเชื่ออีกด้วย ฟังดูแล้ว ด้วยจุดขายและเอกลักษณ์อันโดดเด่นของหมู่บ้านถวาย นาโนเทคโนโลยีดูไม่น่าจะเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับหมู่บ้านถวายเลย แต่ในความเป็นจริงประเทศไทยยังมีหมู่บ้านหัตถกรรมอื่นๆ อีกที่ไม่ได้โชคดีอย่างหมู่บ้านถวาย ทำให้การวิจัยและพัฒนาผลิตภัณฑ์ให้มีคุณสมบัติพิเศษยังมีความจำเป็นอยู่


ในช่วง 2-3 ปีมานี้ได้เกิดความตื่นตัวอย่างมากในกลุ่มประเทศยุโรป โดยเฉพาะยุโรปเหนือ ประเทศสหรัฐอเมริกา และแคนาดา ในเรื่องนาโนทคโนโลยีที่เกี่ยวกับไม้ เนื่องจากประเทศเหล่านี้มีทรัพยากรทางด้านป่าไม้เยอะมาก ในปี พ.ศ. 2547 ทางกระทรวงเกษตรของสหรัฐฯ ได้ร่วมกับสมาคมไม้และกระดาษอเมริกัน พร้อมกับกระทรวงพลังงาน จัดทำแผนที่นำทางของนาโนเทคโนโลยีสำหรับป่าไม้ขึ้นมา โดยได้ตีพิมพ์รายงานดังกล่าวออกมาในปีที่แล้ว พร้อมๆ กับประเทศแคนาดา และสหภาพยุโรป นับเป็นความบังเอิญอย่างมาก เมื่อย้อนกลับมาดูในประเทศไทยเองแล้วจะพบว่ามีนักวิจัยที่ทำงานเกี่ยวกับนาโนเทคโนโลยีทางด้านไม้น้อยมาก ทั้งๆ ที่ประเทศของเรามีอุตสาหกรรมที่เกี่ยวกับไม้และกระดาษพอสมควร


ในแผนที่นำทางนาโนเทคโนโลยีเกี่ยวกับไม้ของ 3 มหาอำนาจข้างต้นนั้นได้มองไปที่การใช้นาโนเทคโนโลยีเพื่อพัฒนาคุณภาพของไม้ ได้แก่

• การพัฒนาวัสดุนาโนผสม (nanocomposites) ของไม้กับวัสดุอื่น เช่น ไม้กับพลาสติก ไม้กับดิน ไม้ผสมดินผสมพลาสติก เพื่อนของผู้เขียนท่านหนึ่งชื่อ ดร. เติมศักดิ์ ศรีคิรินทร์ ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล ได้ทำวิจัยวัสดุนาโนผสมระหว่างไม้กับพลาสติกใช้แล้ว เพื่อประดิษฐ์วัสดุที่มีหน้าตาและสัมผัสเหมือนไม้ ซึ่งสามารถนำไปเคลือบผิววัสดุอื่นๆ ได้ ขณะนี้ผู้เขียนทราบมาว่าประเทศจีนเริ่มมีความสนใจในการนำวัสดุประเภทนี้มาใช้ในสิ่งก่อสร้าง ลองคิดดูหากเราสามารถผลิตไม้ที่ใช้กระบวนการเดียวกับการผลิตพลาสติก ตลาดทางด้านนี้จะเป็นอย่างไร

• การพัฒนาความแข็งแรงแก่ไม้ ทำให้ไม้มีความแข็งแรงเพื่อใช้ในงานก่อสร้าง รวมทั้งทนการติดไฟด้วย เช่น การผสมอนุภาคนาโนเคลย์เข้าไปในเนื้อไม้ การเคลือบผิวด้วยสารกันไฟหรือดัดแปลงพื้นผิวในระดับโมเลกุล

• การนำนาโนเทคโนโลยีมาช่วยลดมลพิษที่เกิดจากอุตสาหกรรมกระดาษ และการแปรรูปไม้

• การทำให้ไม้ทนความชื้น หรือ กันชื้น เช่น การเคลือบผิวด้วยการผ่นอนุภาคนาโนผสมพอลิเมอร์กันน้ำลงไปบนผิวไม้ การเปลี่ยนโครงสร้างจุลภาคของเส้นใยไม้ด้วยการอบในสุญญากาศ

• การทำให้ไม้ทนแสง UV และป้องกันปลวกโดยใช้อนุภาคนาโน

• การสร้างผลิตภัณฑ์ใหม่และวัสดุใหม่จากไม้ รวมไปถึงการนำของเสียจากอุตสาหกรรมไม้มาทำผลิตภัณฑ์ใหม่

Nano-forestry - ตอนที่ 3

• อนุภาคนาโนเคลย์ (Nanoclays) หรือ ดินนาโน กำลังได้รับความสนใจเป็นอย่างมากในการนำมาทำวัสดุผสมคอมโพสิต (Nanocomposite) กับวัสดุอื่นๆ เช่น ผสมกับไม้ ผสมกับพลาสติก หรือแม้แต่ผสมกับเซรามิกส์ หรืออาจจะนำไม้มาผสมกับพลาสติกก็ได้ ซึ่งนับเป็นก้าวใหม่ของวัสดุผสมที่เราสามารถทำการวิศวกรรมวัสดุไปถึงระดับนาโนเมตร มหาวิทยาลัยป่าไม้แห่งปักกิ่งและวิทยาลัยป่าไม้แห่งคุนหมิงกำลังขมักเขม้นวิจัยและพัฒนาวัสดุผสมระหว่างไม้กับอนุภาคดิน มหาวิทยาลัยเซี้ยงไฮ้กำลังทำการพัฒนานาโนเซรามิกส์ที่ทำจากไม้ที่เป็นของเหลือทิ้ง มหาวิทยาลัยป่าไม้แห่ฮาบิน ศึกษาวัสดุเคลือบไม้ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น บริษัท Polyone Asia ซึ่งเป็นผู้จัดหาผลิตภัณฑ์ทางด้านพลาสติกรายใหญ่ให้แก่อุตสาหกรรม ได้เปิดตัวผลิตภัณฑ์เม็ดพลาสติกที่เป็นวัสดุผสมระหว่างอนุภาคดินกับพลาสติกที่ชื่อว่า Maxxam LST ที่มีน้ำหนักเบา เหนียว และทนทานต่อแรงอัด จากการตรวจสอบเอกสารอ้างอิงของผู้เขียน ทำให้พบว่าในเวลานี้ ประเทศจีนมีงานวิจัยทางด้านวัสดุผสมระหว่างไม้กับพลาสติกนำหน้าประเทศอื่นๆ ทั้งหมด เป็นไปได้ไหมว่าประเทศจีนกำลังคิดจะปฏิวัติอุตสาหกรรมพลาสติก ด้วยการเปลี่ยนจากต้นน้ำที่เป็นอุตสาหกรรมปิโตรเคมี มาเป็นอุตสาหกรรมป่าไม้ ถ้าเป็นเช่นนั้น ประเทศไทยคงจะลำบากแน่ๆในอนาคต เนื่องจากเรามีอุตสาหกรรมปิโตรเคมีที่ถือว่าเข้มแข็ง แต่อ่อนแอมากๆ ทางด้านวิศวกรรมไม้ ลองนึกดูว่า ผลิตภัณฑ์ไม้ในปัจจุบันที่สร้างจากไม้เป็นแท่งๆ นั้นต่อไปสามารถผลิตได้ง่ายๆ ด้วยการฉีดเข้าไปในแม่แบบเช่นเดียวกับพลาสติก เพื่อนของผู้เขียนท่านหนึ่งคือ ผศ.ดร. เติมศักดิ์ ศรีคิรินทร์ แห่งคณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล ก็กำลังทำการพัฒนาเทคโนโลยีตัวนี้อยู่

• บรรจุภัณฑ์ ในระยะ 2-3 ปีมานี้ ได้เกิดปรากฏการณ์ใหม่ในวงการบรรจุภัณฑ์ เพราะเกิดความต้องการพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ที่เรียกว่า “บรรจุภัณฑ์ฉลาด” (Smart Packaging) อย่างกว้างขวาง โดยผลิตภัณฑ์ฉลาดนอกจากจะมีห่อหุ้ม ยังมีฟังก์ชันหน้าที่เพิ่มเติม เช่น เซ็นเซอร์ตรวจสอบความสด จอแสดงผล หน่วยความจำ และการประมวลผลที่ติดไปกับผลิตภัณฑ์ได้ กรรมวิธีในการเคลือบระดับนาโนก็สามารถนำมาใช้พัฒนาบรรจุภัณฑ์ให้มีคุณสมบัติพิเศษเพิ่มขึ้น เช่น การเคลือบนาโนเคลย์บนผิวใยกระดาษเพื่อให้มีความสามารถในการกันอากาศและความชื้นเข้า-ออกจากหีบห่อ หรือทำให้หีบห่อมีความแข็งแรงเพิ่มขึ้น การเคลือบด้วยนาโนไททาเนียเพื่อให้หีบห่อมีความทนทานต่อการสึกกร่อนจากแสง UV

(ภาพบน - วัสดุผสมพลาสติกกับไม้ ความฉลาดทางวิศวกรรมที่สามารถนำไม้มาขึ้นรูปด้วยวิธีการเดียวกับการขึ้นรูปพลาสติก)

Nano-forestry - ตอนที่ 2

• ไม้ต้านทานปลวก/เชื้อรา อนุภาคนาโนอาจใช้ในการป้องกันเชื้อราหรือปลวกกัดกินไม้ บริษัท Nanophase
Technologies พัฒนาเทคนิคในการอัดอนุภาคนาโนของซิงค์ออกไซด์ และโลหะต่างๆ เข้าไปในเนื้อไม้ ซึ่งนอกจากจะฆ่าเชื้อโรคแล้ว ยังป้องกันแสง UV ด้วย มหาวิทยาลัยมิชิแกนได้จดสิทธิบัตรในการบรรจุยาฆ่าปลวกและเชื้อราเข้าไปในแค็บซูลจิ๋ว ที่ทำจากพอลิเมอร์โดยสามารถควบคุมการปลดปล่อยได้ รวมไปถึงกระบวนการอัดอนุภาคนาโนเหล่านั้นเข้าไปในเนื้อไม้

• ไม้ต้านทาน UV/การผุกร่อน นาโนเทคโนโลยีสามารถนำมาช่วยเคลือบผิวหรือทรีทเนื้อไม้ให้มีคุณสมบัติต้านทานแสง UV รวมไปถึงความชื้น อันเป็นสาเหตุแห่งการผุกร่อนของไม้ บริษัท BASF ของเยอรมันพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่ประกอบด้วย อนุภาคนาโนที่สามารถพ่นแบบสเปรย์ลงไปบนพื้นผิวไม้ โดยมันจะเคลือบผิวและสร้างสภาพไม่ชอบน้ำขึ้นมา มหาวิทยาลัยวิสคอนซิลพัฒนาเทคนิคในการเคลือบผิวไม้ด้วยอนุภาคนาโนและวัสดุอินทรีย์ที่สามารถดูดซับพลังงานจากแสง UV บริษัทในเยอรมันพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่มีอนุภาคนาโนไททาเนียมไดออกไซด์เป็นองค์ประกอบ เพื่อใช้เคลือบผิวไม้ที่มีสีอ่อน ให้ดูสดสวย และไม่ด่างดำ

• ไม้ทนไฟ น่าจะช่วยกระตุ้นตลาดในการใช้ไม้ให้โตขึ้นไปอีก เนื่องจากสมบัติที่ติดไฟง่ายทำให้มันมีขีดจำกัดใน การใช้งานหลายๆ ด้าน ปัจจุบันการทำให้ไม้ทนไฟมักทำโดยการอัดหรือเคลือบสารเคมีต้านทานการติดไฟเข้าไป ซึ่งจะไป ช่วยลดการเกิดปฏิกริยาเคมีในเนื้อไม้เมื่อเกิดความร้อนสูง แต่นักวิจัยกำลังศึกษาการใส่ส่วนผสมของอนุภาคนาโนเคลย์ลงไป เพื่อต้านทานการติดไฟ โดยอาจทำได้โดยการเคลือบผิวหรือการอัดเข้าไปในรูพรุนจิ๋วซึ่งมักจะมีอยู่ในเนื้อไม้

(ภาพบน - นาโนเทคโนโลยีช่วยทำให้ไม้ สามารถทำหน้าที่เป็นวัสดุตกแต่ง Outdoor ได้อย่างสดใส ทนนาน)

Nano-forestry - ตอนที่ 1

ในปี พ.ศ. 2548 หรือประมาณ 2 ปีมาแล้ว ได้เกิดปรากฏการณ์ที่น่าสนใจในวงการอุตสาหกรรมป่าไม้ของโลก นั่นคือ ประเทศมหาอำนาจทางเศรษฐกิจ 3 กลุ่ม ได้แก่ ประเทศสหรัฐอเมริกา ประเทศแคนาดา และ กลุ่มสหภาพยุโรป ต่างก็ริเริ่มจัดทำแผนกลยุทธ์นาโนเทคโนโลยีด้านป่าไม้ขึ้นมาอย่างพร้อมเพรียงกันโดยมิได้นัดหมาย ประเทศทั้งสามกลุ่มนี้ล้วนแล้วแต่มีผลผลิตจากอุตสาหกรรมป่าไม้ในอันดับต้นๆของโลก เฉพาะประเทศสหรัฐอเมริกามีผลิตภัณฑ์ที่ทำจากไม้ 225 ล้านตันต่อปี คิดเป็นมูลค่าสูงถึง 240 พันล้านเหรียญสหรัฐ (เทียบเป็นเงินไทยประมาณ 9 ล้านล้านบาท) และทำให้เกิดการจ้างงานกว่า 1.1 ล้านคน ส่วนในสหภาพยุโรปอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับป่าไม้มีมูลค่ากว่า 150 พันล้านยูโร มีการจ้างงานจำนวน 1.6 ล้านตำแหน่ง ปรากฏการณ์ตื่นตัวในการนำเอาเทคโนโลยีสมัยใหม่อย่างนาโนเทคโนโลยีมาช่วยพัฒนาวัสดุที่แสนจะเก่าแก่อย่างไม้ ไม่น่าจะเป็นเรื่องบังเอิญแต่อย่างใด หากพิจารณาอย่างลึกซึ้ง ก็จะพบว่ามีส่วนเกี่ยวข้องกับเรื่องของปรากฏการณ์โลกร้อนหรือการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลก ซึ่งตอนนี้ได้กลายมาเป็นกระแสอนุรักษ์ที่บูมขึ้นทั่วโลกหลังจากที่อดีตรองประธานาธิบดีสหรัฐได้รับรางวัลออสการ์จากการผลิตภาพยนตร์สารคดีเรื่อง “An Inconvenient Truth” อันมีเนื้อหาที่เปิดเผยหลักฐานที่น่าเชื่อถือว่าโลกของเรากำลังเข้าสู่ยุคแห่งวิกฤตทางด้านภูมิอากาศ

จะว่าไปแล้ว ….ไม้ ….. เป็นวัสดุที่ใช้แล้วสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ (Renewable) โดยการนำกลับมาใช้ใหม่นั้น อาจไม่จำเป็นต้องใช้วิธีรีไซเคิลก็ได้ เพราะถึงแม้มันจะถูกเผาทำลาย หรือย่อยสลายไปแล้ว ก็สามารถนำกลับมาใช้ได้อีกโดยผ่านกระบวนการที่เรียกว่าวัฏจักรคาร์บอน (Carbon Cycle) นั่นคือการปลูกป่าเพื่อดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศกลับมาให้เป็นไม้อีก ไม้จึงเป็นวัสดุที่ช่วยลดการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้ เมื่อเทียบกับปูนซีเมนต์ ที่ปัจจุบันเป็นตัวการในการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สู่บรรยากาศในปริมาณสูงถึง 5-10 เปอร์เซ็นต์ของการปลดปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์จากกิจกรรมทุกอย่างของมนุษย์ ทำให้ปัจจุบันอุตสาหกรรมผลิตซีเมนต์พยายามคิดค้นซีเมนต์แบบใหม่ โดยเฉพาะนาโนซีเมนต์ซึ่งจะช่วยลดการปลดปล่อยคาร์บอนสู่บรรยากาศ สำหรับวัสดุอย่างไม้นั้น นาโนเทคโนโลยีสามารถนำมาใช้ปรับรูปโฉม เพื่อให้มันมีคุณสมบัติที่ดีขึ้น สามารถใช้งานได้กว้างขวางขึ้น เพื่อที่จะได้เข้าไปแทนที่วัสดุอย่างอื่น ไม่ว่าจะเป็น โลหะ พลาสติก เซรามิกส์ ซึ่งใช้พลังงานค่อนข้างมากในการผลิต (การใช้พลังงานมากในการผลิต ย่อมหมายถึงการต้องเผาถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติ หรือน้ำมัน เพื่อนำมาผลิตกระแสไฟฟ้านั่นเอง) การพัฒนาผลิตภัณฑ์จากไม้ให้มีความพิเศษ ด้วยนาโนเทคโนโลยี นอกจากจะทำให้ได้ผลิตภัณฑ์หลากหลายไปใช้งานและช่วยลดการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกแล้ว ยังอาจช่วยให้เกิดความยั่งยืนด้านพลังงานอีกด้วย เพราะพืชเป็นเทคโนโลยีที่เก่าแก่และทรงประสิทธิภาพที่สุดในการดึงพลังงานจากแสงอาฑิตย์มาใช้งาน นาโนเทคโนโลยีอาจจะช่วยในการหาหนทางใหม่ๆ ในการนำเซล์ของพืชมาใช้เก็บเกี่ยวพลังงานจากแสงอาฑิตย์

และนี่คือ …. นาโนวนศาสตร์ …. ศาสตร์ในการนำเอาเทคโนโลยีจิ๋วมาช่วยในการพัฒนาอุตสาหกรรมป่าไม้ ให้กลายเป็นอุตสาหกรรมไฮเทค ซึ่งวันหลังผมจะทยอยนำมาเล่าสู่กันฟังนะครับ ……………

(ภาพบน - ไม้ ... เป็นวัสดุที่มีโครงสร้างซับซ้อนไปจนถึงระดับนาโน (ภาพจาก Robert J. Moon, USDA Forest Products Laboratory))

นาโนวนศาสตร์ (Nano Forestry)

ในปี พ.ศ. 2548 หรือเกือบ 2 ปีมาแล้ว ได้เกิดปรากฏการณ์ที่น่าสนใจในวงการอุตสาหกรรมป่าไม้ของโลก นั่นคือ ประเทศมหาอำนาจทางเศรษฐกิจ 3 กลุ่ม ได้แก่ ประเทศสหรัฐอเมริกา ประเทศแคนาดา และ กลุ่มสหภาพยุโรป ต่างก็ริเริ่มจัดทำแผนกลยุทธ์นาโนเทคโนโลยีด้านป่าไม้ ขึ้นมาอย่างพร้อมเพรียงกันโดยมิได้นัดหมาย ประเทศทั้งสามกลุ่มนี้ล้วนแล้วแต่มีผลผลิตจากอุตสาหกรรมป่าไม้ ในอันดับต้นๆของโลก ปรากฏการณ์ตื่นตัวในการนำเอาเทคโนโลยีสมัยใหม่ อย่างนาโนเทคโนโลยีมาช่วยพัฒนาวัสดุที่แสนจะเก่าแก่อย่างไม้ ไม่น่าจะเป็นเรื่องบังเอิญแต่อย่างใด หากพิจารณาอย่างลึกซึ้ง ก็จะพบว่ามีส่วนเกี่ยวข้องกับเรื่องของปรากฏการณ์โลกร้อน หรือการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลก ซึ่งตอนนี้ได้กลายมาเป็นกระแสอนุรักษ์ที่บูมขึ้นทั่วโลก

ไม้ ….. เป็นวัสดุที่ใช้แล้วสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ (Renewable) โดยการนำกลับมาใช้ใหม่นั้น อาจไม่จำเป็นต้องใช้วิธีรีไซเคิลก็ได้ เพราะถึงแม้มันจะถูกเผาทำลาย หรือย่อยสลายไปแล้ว ก็สามารถนำกลับมาใช้ได้อีกโดยผ่านกระบวนการที่เรียกว่าวัฏจักรคาร์บอน (Carbon Cycle) ดังภาพที่เห็นซ้ายมือ (Click ที่รูปเพื่อขยาย) นั่นคือการปลูกป่าเพื่อดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศกลับมาให้เป็นไม้อีก ไม้จึงเป็นวัสดุที่ช่วยลดการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจก

การพัฒนาผลิตภัณฑ์จากไม้ให้มีความพิเศษ ด้วยนาโนเทคโนโลยี นอกจากจะทำให้ได้ผลิตภัณฑ์หลากหลายไปใช้งาน และช่วยลดการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกแล้ว ยังอาจช่วยให้เกิดความยั่งยืนด้านพลังงานอีกด้วย เพราะพืชเป็นเทคโนโลยีที่เก่าแก่และทรงประสิทธิภาพที่สุด ในการดึงพลังงานจากแสงอาฑิตย์มาใช้งาน นาโนเทคโนโลยีอาจจะช่วยในการหาหนทางใหม่ๆ ในการนำเซล์ของพืชมาใช้เก็บเกี่ยวพลังงานจากแสงอาฑิตย์



อ่านรายละเอียดเพิ่มเติมเรื่อง นาโนวนศาสตร์ ได้ที่ http://nanotech.sc.mahidol.ac.th/nano/NanoForest.pdf