นาโนเซลลูโลส พอลิเมอร์ชีวภาพมากประโยชน์
เซลลูโลส (cellulose) คือ เส้นใยพอลิเมอร์ทางธรรมชาติที่เกิดจากการเชื่อมต่อกันของกลูโคส เป็นวัสดุที่พบได้ในผนังเซลล์ของพืช สาหร่าย และในแบคทีเรียบางประเภท เซลลูโลสเป็นองค์ประกอบสำคัญของชีวมวลกลุ่มลิกโนเซลลูโลส (lignocellulosic biomass) โดยพืชแต่ละชนิดจะมีปริมาณเซลลูโลสที่ต่างกัน เช่น กลุ่มพืชเส้นใย (ฝ้าย ปอ ป่าน ฯลฯ) มีเซลลูโลสเป็นองค์ประกอบกว่า 90% ไม้เนื้ออ่อน-เนื้อแข็ง มีเซลลูโลสประมาณ 50-70% ในขณะที่กลุ่มของเหลือทิ้งทางการเกษตร (กากชานอ้อย ใบสับปะรด ฟางข้าว ผักตบชวา ฯลฯ) จะมีปริมาณเซลลูโลสต่ำกว่ากลุ่มเส้นใยและไม้ ในช่วง 30 – 40% เซลลูโลสมีคุณสมบัติย่อยสลายได้เองตามธรรมชาติ (biodegradable) เซลลูโลสตามธรรมชาติจะเกาะตัวกันขนาดใหญ่ระดับมิลลิเมตรจนถึงไมโครเมตร (microfibril) และมีความแข็งแรงพอประมาณ ตัวอย่างเช่น เส้นใยในผลิตภัณฑ์กระดาษ แต่ถ้าถูกเปลี่ยนให้เป็นเส้นใยนาโน (nanocellulose) จะมีคุณสมบัติที่ดีขึ้นหลายประการ เช่น นาโนเซลลูโลสมีค่าโมดูลัสซึ่งแสดงถึงความแข็งแรงเชิงกล (mechanical strength) มากกว่าเส้นใยของกระดาษเป็นร้อยเท่า ทั้งยังมีสมบัติการป้องกันการซึมผ่านของก๊าซ (gas barrier) ที่ดีขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งก๊าซออกซิเจน และไอน้ำ เป็นต้น […]
CCUS เทคโนโลยีกำจัดคาร์บอน สู่ทางรอดของประเทศไทย?
สวัสดีปีใหม่ 2567 ผู้อ่านทุกท่าน ปีเก่าผ่านไปปีใหม่เข้ามาพร้อมกับความท้าทายโจทย์ใหญ่โจทย์เดิม คือ สภาวะโลกร้อน ที่ทำให้เกิดสภาพอากาศแปรปรวน อันส่งผลกระทบต่อชีวิตมนุษย์และระบบนิเวศของโลก สภาวะโลกร้อนนี้มีสาเหตุหลักมาจากกิจกรรมของมนุษย์ที่เพิ่มปริมาณก๊าซเรือนกระจกในบรรยากาศ โดยก๊าซเรือนกระจกหลักก็คือคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ที่มาจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงปิโตรเลียมนั่นเอง ในปัจจุบัน ประเทศไทยปลดปล่อยก๊าซ CO2 สู่ชั้นบรรยากาศกว่า 300 ล้านตันต่อปี ภาคป่าไม้ในประเทศไทยสามารถดูด CO2 กลับได้ประมาณ 90 ล้านตันต่อปี พื้นที่ปลูกป่าในประเทศไทยนั้นไม่เพียงพอที่จะดักจับ CO2 ทั้งหมดไว้ได้ เพื่อที่จะบรรลุเป้าหมายความเป็นกลางทางคาร์บอน ใน พ.ศ. 2593 (ค.ศ. 2050) นอกจากพวกเราทุกคนจะต้องปฏิวัติกระบวนการใช้ทรัพยากรในทุกภาคส่วนแล้ว อุตสาหกรรมไทยเองก็จะต้องหา solution ทางเทคโนโลยีใหม่ๆ เพื่อช่วยลดการปลดปล่อย CO2 ให้มากที่สุด เป็นที่ยอมรับกันว่า เทคโนโลยีการดักจับ ใช้ประโยชน์ และกักเก็บคาร์บอน (Carbon Capture Utilization and Storage: CCUS) เป็นอีกหนึ่งเทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพในการกำจัด CO2 ซึ่งมีความสำคัญต่อการบรรลุเป้าหมายความเป็นกลางทางคาร์บอน หรือ carbon neutrality […]
ผลิตภัณฑ์ PVC ปลอดภัย ด้วยพลาสติไซเซอร์ชีวภาพ
พูดถึง PVC สิ่งแรกทีทุกคนคงนึกถึง คงจะเป็นท่อน้ำสีฟ้า แต่จริงๆ แล้ว PVC หรือ polyvinyl chloride เป็นพลาสติกที่ใช้มากที่สุดอันดับ 3 ของโลก (รองจาก PE; polyethylene และ PP; polypropylene) และใช้ทำผลิตภัณฑ์ได้หลากหลาย ไม่ว่าจะเป็น เสื่อน้ำมัน ยางขอบประตูรถยนต์ บัตรเครดิต ฟิล์มห่อพัสดุและอาหาร ของเล่นเด็ก และถุงน้ำเกลือที่ใช้ในโรงพยาบาล เป็นต้น โดยปกติแล้ว พลาสติก PVC จะมีความแข็งแรงและยืดหยุ่นน้อย (ดังเช่น ท่อน้ำ) แต่สามารถนำมาปรับปรุงคุณสมบัติให้มีความยืดหยุ่นสูงได้ ด้วยการเติมสิ่งที่เรียกว่า “พลาสติไซเซอร์” หรือ สารเติมแต่งพลาสติกลงไป สารพลาสติไซเซอร์เหล่านี้จะเข้าไปแทรกอยู่ในเนื้อของ PVC ทำให้โมเลกุลของ PVC ซึ่งปกติจะเกาะตัวกันเหนียวแน่น คลายตัวออกจากกัน ซึ่งทำให้เนื้อพลาสติกยืดหยุ่นได้ดีขึ้น ขณะที่ต้นทุนการผลิตไม่สูงขึ้นมากนัก โดย PVC ที่มีความนิ่มมาก เช่น ยางลบ อาจมีพลาสติไซเซอร์ปนอยู่ถึง 40-60% อย่างไรก็ตาม […]
CARBANO เทคโนโลยีผลิตถ่านกัมมันต์ประสิทธิภาพสูงจากวัสดุคาร์บอน
ประเทศไทยขึ้นชื่อว่าเป็นประเทศแห่งอุตสาหกรรมเกษตรและมีวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรที่มากมายหลายหลาก การนำวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรมาแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์มูลค่าสูงจึงเป็นหนึ่งในแนวคิดสำคัญที่จะช่วยเพิ่มรายได้ให้กับอุตสาหกรรมเกษตรของประเทศไทย หนึ่งในผลิตภัณฑ์มูลค่าสูงที่สามารถผลิตได้จากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร คือ ถ่านกัมมันต์ (activated carbon) ซึ่งเป็นถ่านที่มีรูพรุนปริมาณมาก สามารถนำไปใช้ดูดซับและกำจัดสิ่งปนเปื้อนเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่สะอาดเหมาะกับการนำไปใช้อุปโภคและบริโภคในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมปิโตรเคมี อุตสาหกรรมพลังงาน อุตสาหกรรมยา อุตสาหกรรมอาหารและน้ำดื่ม เป็นต้น ในปี พ.ศ. 2562 ประเทศไทยมีมูลค่าการส่งออกถ่านกัมมันต์มากกว่า 880 ล้านบาท และนำเข้ากว่า 2,000 ล้านบาท จาก จีน อินโดนีเซีย ศรีลังกา สหรัฐ ญี่ปุ่น และเยอรมัน โดยในประเทศไทยมีผู้ผลิตและนำเข้ารายใหญ่ ได้แก่ Jacobi group, Cabot, Silcarbon, Kuraray, Donau Carbon, และ Kureha เป็นต้น อย่างไรก็ตาม ถ่านกัมมันต์ที่ผลิตในประเทศไทยโดยทั่วไปก็ยังมีข้อจำกัดหลายประการ ไม่ว่าจะเป็นการมีรูพรุนขนาดเล็ก ในช่วง 2 – 5 นาโนเมตร ทำให้ไม่สามารถกรองอนุภาคสีและสารอินทรีย์ขนาดใหญ่ได้ และพื้นผิวของถ่านกัมมันต์ทั่วไปมักจะมีเฉพาะหมู่ฟังก์ชัน –OH ทำให้มีข้อจำกัดในการดูดซับสารอย่างจำเพาะ […]
รางวัลโนเบล สาขาเคมี 2023 ผู้ปลูกควอนตัมดอทส์ เมล็ดพันธุ์แห่งวงการนาโนเทคโนโลยี
รางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2023 ได้มอบรางวัลให้กับการค้นพบและการพัฒนาควอนตัมดอทส์(Quantum Dots, QTDs) หรือ “จุดควอนตัม” ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีขนาดเล็กมากในระดับ 1-10 นาโนเมตร ทุกคนที่ศึกษาวิชาเคมีคงจะทราบว่าสมบัติของธาตุนั้นขึ้นอยู่กับจำนวนอิเล็กตรอนที่มีอยู่ อย่างไรก็ตามเมื่ออนุภาคมีขนาดเล็กมากจนถึงระดับนาโนจะเกิดปรากฏการณ์ควอนตัมขึ้น จึงทำให้อนุภาคควอนดัมดอทส์เกิดสมบัติพิเศษที่ต่างจากอนุภาคขนาดใหญ่ทั่วไป ซึ่งสมบัติที่น่าทึ่งและโดดเด่นของควอนตัมดอทส์ นำไปสู่การประยุกต์ใช้ในเทคโนโลยีต่างๆ มากมาย เช่น เป็นตัวกำเนิดแสงจากในจอโทรทัศน์และหลอดไฟ QLED และยังสามารถช่วยให้ศัลยแพทย์มองเห็นเนื้องอกขนาดเล็กและผ่าตัดได้แม่นยำจากภายในร่างกายผู้ป่วย เป็นต้น Alexei I. Ekimov ผู้ไขความลึกลับของกระจกสี หนึ่งในปรากฏการณ์ควอนตัมที่มีมาช้านานนั้นมาจากวงการเป่าแก้ว ช่างเป่าแก้วทุกคนทราบดีว่า เมื่อเจือโลหะลงไปในแก้วด้วยปริมาณที่ต่างกัน จะสามารถผลิตแก้วที่มีสีต่างกันได้ ปรากฏการณ์นี้ทำให้นักฟิสิกส์อย่าง Alexei I. Ekimov สนใจเป็นอย่างมาก เพราะมันดูไม่มีเหตุผลเอาซะเลย หากคุณวาดภาพด้วยสีแดงจากแคดเมียม มันก็จะต้องเป็นสีแดงสีเดิมเสมอ เว้นแต่คุณจะผสมเม็ดสีอื่นเข้าไป แล้วสารชนิดเดียวกันจะทำให้แก้วมีสีต่างกันได้อย่างไร? ในสมัยที่ Alexei Ekimov ทำวิทยานิพนธ์ในระดับปริญญาเอกเกี่ยวกับวัสดุกึ่งตัวนำ (semiconductor) ซึ่งเป็นส่วนประกอบที่สำคัญในไมโครอิเล็กทรอนิกส์ เขาได้ใช้แสงเป็นเครื่องมือสำคัญในการวิเคราะห์และประเมินคุณภาพของวัสดุ เนื่องจากสมบัติการดูดกลืนแสง (absorption) สามารถบ่งบอกองค์ประกอบและคุณภาพความเป็นผลึกของวัสดุได้ Ekimov จึงได้นำเทคนิคเดียวกันนี้มาใช้วิเคราะห์กระจกสี เขาเลือกผลิตแก้วที่ย้อมสีด้วยคอปเปอร์คลอไรด์ (CuCl) และให้ความร้อนแก้วในช่วงอุณหภูมิระหว่าง 500°C […]
ChatGPT: ปฏิวัติวงการวิจัยด้วยพลังของ AI?
ณ วินาทีนี้ คงไม่มีใครในโลกเทคโนโลยี ไม่รู้จัก ChatGPT generative AI model อันเลื่องชื่อ ที่มีความสามารถในการสื่อสารกับมนุษย์อย่างเป็นธรรมชาติ ในบทความนี้ ทีม Nanoinformatics and Artificial Intelligence (NAI) Research Team จากกลุ่มวิจัย NCAS ของพวกเราจะขอมานำเสนอวิธีการใช้ ChatGPT ข้อจำกัดของมันในการนำมาใช้ช่วยเขียนและอ่านงานวิจัย จะเป็นอย่างไร ตามอ่านได้เลย ก่อนที่เราจะพูดถึง ChatGPT จะขอเกริ่นเกี่ยวกับโมเดลทางภาษาขนาดใหญ่ (Large Language Models, LLMs) ที่สามารถสร้างรูปแบบสนทนาและข้อมูลได้คล้ายกับมนุษย์เสียก่อน โดยทั่วไป LLMs ทำงานผ่านการเรียนรู้เชิงลึก (deep learning) ซึ่งสร้างขึ้นด้วยโครงข่ายประสาทเทียมจำนวนหลายล้านพารามิเตอร์ที่ได้รับการฝึกสอนด้วยฐานข้อมูลขนาดใหญ่ [1] LLMs ที่เป็นที่นิยมและรู้จักใช้กันอย่างแพร่หลาย ได้แก่ BERT ของ google, AlexaTM (Teacher Models) ของ Amazon และแน่นอน GPT หรือ […]
รู้จักกับ “ลิกนิน” สารธรรมชาติที่แสนจะไม่ธรรมดา
ลิกนิน (Lignin) เป็นพอลิเมอร์ธรรมชาติ ที่สามารถพบได้ในพืชทั่วไปสูงถึง 30% ทำหน้าที่เปรียบเสมือนกาวประสานช่วยยึดโครงสร้างพืชให้มีความแข็งแรง นอกจากนี้ยังช่วยลดการระเหยของน้ำ และช่วยป้องกันการถูกทำลายของเนื้อเยื่อจากจุลินทรีย์ได้อีกด้วย ลิกนินมีโครงสร้างแบบอะโรมาติก (Aromatic structures) ประกอบด้วยมอนอเมอร์ 3 ชนิด ได้แก่ coniferyl, sinapyl และ p-coumaryl alcohols ที่เชื่อมต่อกันจนทำให้เกิดโมเลกุลชีวภาพขนาดใหญ่ที่ซับซ้อน และมีคุณสมบัติที่โดดเด่นหลายประการ เช่น สามารถป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) ชะลอการเกิดอนุมูลอิสระ (Antioxidant) ยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อจุลินทรีย์ (Antimicrobial) และมีเสถียรภาพทางความร้อน (Thermal stability) ด้วยเหตุนี้ลิกนินจึงเป็นสารชีวภาพทางเลือกเพื่อทดแทนการใช้สารเคมีที่ผลิตจากผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม และยังเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ในภาคอุตสาหกรรม ลิกนินสามารถพบได้ในน้ำดำ หรือ “Black liquor” ซึ่งเป็นของเสียจากขั้นตอนการผลิตเยื่อกระดาษ นอกจากนี้ลิกนินยังเป็นผลพลอยได้จากกระบวนการผลิตไบโอเอทานอลรุ่นที่ 2 (2G ethanol) ซึ่งใช้วัตถุดิบจำพวกชีวมวลลิกโนเซลลูโลสมาหมักแทนการใช้น้ำตาลอีกด้วย ปริมาณการผลิตลิกนินทั่วโลกมีแนวโน้มเฉลี่ยเพิ่มสูงขึ้นโดยเฉลี่ย 5.6% ต่อปี และคาดว่าจะมีมูลค่าตลาดถึง 1,162 ดอลลาร์สหรัฐในปี 2028 [1] แต่ในปัจจุบันมีลิกนินเพียงแค่ 5% […]
Biorefinery series: สารหล่อลื่นชีวภาพจากน้ำมันพืช
สารหล่อลื่นชีวภาพ (bio-lubricant) เป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์จากอุตสาหกรรม Biorefinery ที่กำลังเป็นที่ต้องการมากขึ้นในอุตสาหกรรม ในบทความตอนที่ 5 ของ Biorefinery series นี้ เราจะขอเล่าเกร็ดความรู้เพื่อแนะนำให้ผู้อ่านรู้จักกับ “สารหล่อลื่นชีวภาพ” กัน สารหล่อลื่น (lubricant) คือสารลดแรงเสียดทาน และลดความร้อนระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุที่ต้องเสียดสีกันจึงเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในเครื่องจักรกลและเครื่องยนต์ เพราะจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้งานและลดการสึกกร่อนของเครื่องจักร คุณสมบัติสำคัญของสารหล่อลื่นคือ ความหนืดที่เหมาะสม จุดวาบไฟ (flash point) ที่สูงกว่าอุณหภูมิในการใช้งานเพื่อความปลอดภัย จุดไหลเท (pour point) ที่ต่ำกว่าอุณหภูมิในการใช้งานเพื่อป้องกันการเป็นไข และคุณสมบัติที่ต่อต้านออกซิเดชันซึ่งจะยืดอายุการใช้งานของเครื่องจักรกล ในปัจจุบัน สารหล่อลื่นที่ใช้ในอุตสาหกรรมกว่า 95% เป็นปิโตรเคมีภัณฑ์ ทั้งในกลุ่มอุตสาหกรรมยานยนต์ที่ครองตลาดกว่าครึ่ง เช่น น้ำมันเครื่องยนต์ น้ำมันเกียร์ และกลุ่มอุตสาหกรรมหนักอื่นๆ ที่ใช้น้ำมันและจาระบีในการหล่อลื่นอุปกรณ์และเครื่องจักรต่างๆ ในภาคการผลิตตั้งแต่ขนาดเล็กไปจนถึงขนาดใหญ่ สารหล่อลื่นเหล่านี้ผลิตได้จากการกลั่นน้ำมันดิบโดยตรง หรือผ่านการสังเคราะห์ขึ้นด้วยกระบวนการทางปิโตรเคมี กลุ่มผลิตภัณฑ์สารหล่อลื่นเป็นที่ต้องการใช้งานในประเทศไทยมากถึง 600 ล้านลิตรในปี 2018 คิดเป็นมูลค่าสูงถึง 6 หมื่นล้านบาท [1] ซึ่งเทียบเท่ากับ 0.37% ของมูลค่า GDP […]
Biorefinery series: น้ำมันเชื้อเพลิงอากาศยานชีวภาพจากน้ำมันปาล์ม
น้ำมันปาล์มเป็นน้ำมันพืชที่ได้จากผลของต้นปาล์มน้ำมันซึ่งเป็นพืชเศรษฐกิจที่หมุนเวียนได้ น้ำมันปาล์มนั้นสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้อย่างหลากหลาย ตั้งแต่นำมาใช้ได้โดยตรงเพื่อการปรุงอาหาร นำมาผลิตเป็นผลิตภัณฑ์เครื่องสำอาง หรือนำมาใช้เป็นสารตั้งต้นในอุตสาหกรรมโอลีโอเคมี (oleochemical industry) เช่น ผลิตสารหล่อลื่นชีวภาพ (biolubricant) ผลิตน้ำมันเชื้อเพลิงดีเซลชีวภาพ (bio-hydrogenated diesel) ไปจนถึงการผลิตน้ำมันเชื้อเพลิงอากาศยานชีวภาพ (Biojet, sustainable aviation fuel, SAF) น้ำมันปาล์มสามารถใช้เป็นสารตั้งต้นในอุตสาหกรรมโอลีโอเคมีเพื่อผลิตน้ำมันเชื้อเพลิงชีวภาพได้เพราะมีองค์ประกอบเป็นกรดไขมันที่มีไฮโดรคาร์บอนสายโซ่ยาวอยู่ในช่วง C16-C18 กว่าร้อยละ 80 ซึ่งใกล้เคียงกับน้ำมันเชื้อเพลิง หนึ่งในกรดไขมันที่เป็นองค์ประกอบสำคัญของน้ำมันปาล์มคือ กรดโอเลอิก (oleic acid) ซึ่งมีสูตรเคมี C18H34O2 (มีสัดส่วน H:C คือ ~2:1 และ C:O คือ 9:1) การมีออกซิเจนอยู่ในโครงสร้างนี้ถือเป็นผลเสียในเชิงพลังงาน เมื่อนำมาเผาไหม้เป็นเชื้อเพลิงจะมีค่าความร้อนจำเพาะต่ำ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของน้ำมันปาล์ม เราจึงควรกำจัดออกซิเจนออกจากโมเลกุลของน้ำมันก่อน โดยดำเนินการผ่านกระบวนการบำบัดที่ใช้ไฮโดรเจน (hydrotreating) เข้าไปช่วยในการดึงออกซิเจนให้ออกมาในรูปของ น้ำ (H2O) คาร์บอนมอนออกไซด์ (CO) หรือคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ผ่านปฏิกิริยาคู่ขนานย่อยๆ ได้แก่ ไฮโดรดีออกซิจิเนชั่น (hydrodeoxygenation), […]