สะสมองค์ความรู้กว่า 20 ปี สู่การพัฒนาชีวภัณฑ์ ‘จุลินทรีย์ขจัดคราบน้ำมัน’ หวังแก้ปัญหามลพิษสิ่งแวดล้อมอย่างยั่งยืน...
2-3 ปีที่ผ่านมา เราจะเห็นข่าว ‘น้ำมันรั่ว’ ลงทะเลอยู่บ่อยครั้ง จนสร้างความกังวลใจให้หลายฝ่าย ว่าจะส่งผลกระทบต่อสภาพแวดล้อมอย่างไรบ้าง
ทีมข่าวเฉพาะกิจไทยรัฐออนไลน์ ขอยกตัวอย่างเหตุการณ์ เมื่อวันที่ 3 กันยายน 2566 บริเวณตอนใต้เกาะสีชัง จ.ชลบุรี เกิดเหตุน้ำมันรั่วกลางทะเล เนื่องจากท่อรับส่งน้ำมันดิบของบริษัท ไทยออยล์ จำกัด (มหาชน) แตกรั่ว ส่งผลให้น้ำมันดิบชนิด ARAB Light Crude ไหลลงสู่ทะเลปริมาณถึง 45,000 ลิตร!!!
ปัญหาสิ่งแวดล้อมลักษณะนี้ ‘รศ.ดร.อรฤทัย ภิญญาคง’ อาจารย์ประจำภาควิชาจุลชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ได้รับรู้เรื่องราวมาตลอดชีวิตการทำงาน วันหนึ่งจึงคิดอยากวิจัยและพัฒนา ผลิตภัณฑ์ชีวภาพด้วยเทคโนโลยีสะอาด โดยหวังว่าผลงานชิ้นนี้จะช่วยเยียวยาผลกระทบที่อาจเกิดกับสิ่งนี้ได้บ้าง
จากความมุ่งมั่นไม่ลดละ ในที่สุด… อาจารย์และทีมวิจัยก็สามารถสร้างสรรค์ นวัตกรรมชีวภาพเพื่อขจัดคราบน้ำมันปนเปื้อนในทะเล ได้สำเร็จ เรื่องราว ‘นวัตกรรม’ นี้ จะเป็นอย่างไร เราไปดูกันได้เลย!!!
...
ปัญหาคราบน้ำมัน จุดเริ่มต้น ‘จุลินทรีย์กินน้ำมัน’ :
ในฐานะ ‘นักจุลชีววิทยาสิ่งแวดล้อม’ ที่ทำงานเกี่ยวกับ การย่อยสลายมลพิษในสิ่งแวดล้อมมาโดยตลอด ทำให้ รศ.ดร.อรฤทัย ได้เห็นปัญหาการปนเปื้อนของ ‘น้ำมันและปิโตรเลียม’ ในสิ่งแวดล้อมอยู่บ่อยครั้ง ทั้งที่เป็นข่าวและไม่เป็นข่าว ซึ่งเหตุการณ์เหล่านี้ ล้วนแต่จะสร้างผลกระทบที่ไม่ดีต่อสิ่งแวดล้อม เศรษฐกิจ สุขภาพ
“คนทั่วไปมักจะรู้ข่าวเมื่อ ‘คราบน้ำมัน’ เข้าสู่ชายฝั่ง ทั้งที่ความเป็นจริงแล้ว มันเกิดขึ้นเป็นประจำ เพียงแต่ว่าจะมากหรือน้อย เป็นข่าวหรือไม่เป็นข่าว อีกอย่างคือ คราบน้ำมันไม่ได้เกิดจากการรั่วไหลเพียงอย่างเดียว แต่ยังมาจากการกระทำอื่นๆ เช่น การเดินทาง การขุดเจาะ”
คราวนี้แหละ! เมื่อเกิดเหตุการณ์คราบน้ำมันปนเปื้อนในสิ่งแวดล้อม การแก้ปัญหาอันดับแรก จะใช้วิธีการทางกายภาพ และทางเคมี เช่น พ่นสารกระจายคาบน้ำมัน หลังจากนั้นจะเข้าสู่กระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพ แต่!!! การย่อยสลายทางชีวภาพ มักจะเกิดขึ้นช้าและไม่ทันการณ์
รศ.ดร.อรฤทัย จึงเริ่มตั้งข้อสังเกตว่า น้ำมันมีหลายองค์ประกอบ บางครั้งที่รั่วไหล จะเหลือส่วนที่ย่อยสลายได้ยาก ดังนั้น ถ้าปล่อยให้ย่อยสลายตามธรรมชาติ กว่าจะหายไปก็คงเกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม จึงคิดว่า “ถ้าสามารถเร่งกระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพได้ ก็น่าจะทำให้สภาพแวดล้อมฟื้นฟูได้เร็วขึ้น และลดผลกระทบต่อระบบนิเวศหรือสิ่งมีชีวิตก็จะน้อยลงด้วย”
การค้นหา ‘จุลินทรีย์’ จากธรรมชาติ เพื่อใช้วิจัย :
ในแวดวงวิทยาศาสตร์ ต่างรู้กันว่า ‘จุลินทรีย์’ สามารถใช้น้ำมันเป็นแหล่งอาหารและแหล่งพลังงานได้ แต่หากต้องการเร่ง ‘กระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพ’ ให้เร็วและมีประสิทธิภาพ จุลินทรีย์ที่ใช้ก็ต้องมีประสิทธิภาพ และจำนวนที่มากพอ
อย่างไรก็ดี นั่นก็ไม่ใช่เรื่องที่ง่าย เพราะ หากต้องการเพิ่มจำนวนจุลินทรีย์ จะต้องศึกษา วิเคราะห์ผล จนกว่าจะพัฒนาให้อยูในรูปชีวภัณฑ์ หรือผลิตภัณฑ์ เพื่อให้พร้อมใช้ และยืดอายุการเก็บรักษา
...
“แล้วหาจุลินทรีย์เหล่านั้นมาจากที่ใด” ทีมข่าวฯ สอบถาม
อาจารย์บอกว่า มีกระบวนการคัดกรองจุลินทรีย์ที่นำมาจากธรรมชาติ เช่น บริเวณที่เคยมีการรั่วไหลของน้ำมัน ในพื้นที่จราจร หรือแม้กระทั่งแหล่งที่มีความหลากหลายทางชีวภาพสูง เช่น ดินตะกอนจากป่าชายเลน
“นอกจากนี้ ยังมีตัวอย่างที่ได้จากฟองน้ำทะเล เนื่องจากฟองน้ำเป็นสิ่งมีชีวิตในทะเล ที่รับอาหารโดยผ่านระบบการกรอง ในตัวฟองน้ำจะมีจุลินทรีย์เยอะมาก กระบวนการกรองน้ำทะเลเข้าไป อาจจะทำให้มีสารมลพิษในทะเลสะสมอยู่ ฉะนั้น จุลินทรีย์ที่อยู่ในฟองน้ำก็อาจจะช่วยย่อยสลายน้ำมันได้ หรือที่เคยไปเก็บตัวอย่างที่แอนตาร์กติก ก็ได้จุลินทรีย์ที่ย่อยสลายได้กลับมาวิจัยด้วยเช่นกัน”
จุลินทรีย์ที่นำมาขจัดน้ำมัน :
รศ.ดร.อรฤทัย เล่าต่อว่า เมื่อเก็บตัวอย่างจากธรรมชาติเหล่านั้นมาแล้ว จะเข้าสู่การคัดกรองเพื่อแยกจุลินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพ เรียกว่ากระบวนการ Enrichment
...
“กระบวนการนี้คือ ค่อยๆ ให้จุลินทรีย์มาเจอกับน้ำมันในสภาวะห้องปฏิบัติการ เราจะค่อยๆ คัดเลือกตัวที่มีประสิทธิภาพดี แล้วศึกษากลไกกระบวนการว่ามันจะย่อยสลายอย่างไร”
แต่หากจะให้เอ่ยชื่อ จุลินทรีย์ หรือ แบคทีเรีย ที่นำมาใช้ทั้งหมด รศ.ดร.อรฤทัย คงจะพูดให้ฟังไม่ไหว จึงขอยกตัวอย่างบางตัว ที่มีความโดดเด่น มานำเสนอให้ทุกท่านได้รู้จักกัน
"โดยจุลินทรีย์ที่พบนั้นมี หลายกลุ่ม ตัวอย่างที่เด่นๆ และเป็นพระเอกในการย่อยสลายน้ำมัน เช่น กลุ่ม Actinomyces และ กลุ่ม Sphingomonas เป็นต้น"
จุลินทรีย์ ย่อยสลายน้ำมันได้อย่างไร :
นักจุลชีววิทยาสิ่งแวดล้อมบอกว่า น้ำมันมีองค์ประกอบหลายส่วน เช่น อะลิฟาติก (Aliphatic), อะโรเมติก (Aromatic) และการจะย่อยสลายน้ำมันก็มีหลายขั้นตอน ดังนั้น ในกระบวนการย่อย ไม่ได้ใช้จุลินทรีย์ชนิดเดียว แต่ใช้หลายกลุ่มมารวมกัน
...
อย่างไรก็ตาม ใน ‘น้ำมัน’ ก็ยังคงมีสารพิษ ถ้าจุลินทรีย์กินมากไป ก็ย่อมเป็นพิษต่อตัวมันเอง เพราะฉะนั้นจึงมีการเพิ่ม ‘แบคทีเรีย’ บางชนิดจากการรวมกลุ่มที่หลากหลาย เข้าไปคอยช่วยเหลือ
แบคทีเรียจะเข้าไปเสริมกำลังทัพช่วยจุลินทรีย์ เช่น แบคทีเรียกลุ่ม Bacillus จะมีตัวที่ผลิตสารชีวภาพได้ดีและทนต่อน้ำมัน หรือบางตัวจะผลิตฟิล์มชีวภาพช่วยป้องกัน บางตัวผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ ช่วยให้น้ำมันที่ละลายน้ำได้ยาก ให้สามารถละลายได้ แล้วจุลินทรีย์จะไปย่อยสลายน้ำมันต่อนั่นเอง
รศ.ดร.อรฤทัย บอกว่า กระบวนการย่อยนั้น จะย่อยจากโครงสร้างใหญ่ๆ ที่ซับซ้อน ค่อยๆ แตกออก ตัดทีละกิ่งก้าน เป้าหมายปลายทางคือย่อยได้จนหมด แล้วเกิดเป็นเซลล์จุลินทรีย์ขึ้นมา
“เป้าหมายจริงๆ จะย่อยโดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนของ Aliphatic saturated compounds แล้วก็ส่วนที่เป็นมลพิษสูงในน้ำมันปิโตรเลียม คือ Polycyclic aromatic hydrocarbon (โพลีไซคลิก อะโรมาติก ไฮโดรคาร์บอน) หรือ PAHs พวกนี้เป็นไฮโดรคาร์บอน มี คาร์บอน กับ ไฮโดรเจน เป็นองค์ประกอบ แบคทีเรียจะย่อยสลายโดยการแตกพันธะ แล้วจะใช้คาร์บอนเป็นแหล่งพลังงานของเซลล์”
การทดลอง และข้อจำกัดของผลิตภัณฑ์ :
รศ.ดร.อรฤทัย เผยกับทีมข่าวฯ ว่า ยังไม่ได้นำตัวผลิตภัณฑ์ไปใช้ในเหตุการณ์น้ำมันรั่วจริงๆ แต่ที่ผ่านมามีการทดลองพิสูจน์ในระดับห้องปฏิบัติการแล้ว ผลปรากฏออกมาว่า จุลินทรีย์สามารถช่วยขจัดน้ำมันได้ ผลงานชิ้นโบว์แดงนี้ ได้รับการตีพิมพ์เป็นวารสารวิชาการระดับนานาชาติ ซึ่งเป็นข้อพิสูจน์ได้ว่า ผลวิจัยนี้ได้รับการยอมรับแล้ว
“นอกจากในห้องปฏิบัติการ ยังได้ลองนำไปใช้ในโรงงานอุตสาหกรรม ซึ่งมีการปนเปื้อนในน้ำเสีย โดยพิสูจน์แล้วว่าผลิตภัณฑ์นั้นใช้ได้ อย่างไรก็ตามประสิทธิภาพการใช้ ก็ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ ของแต่ละพื้นที่”
แม้ว่าชีวภัณฑ์นี้ จะดูสมบูรณ์แบบ และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมขนาดไหนก็ตาม แต่ก็ถือว่ายังมีข้อจำกัดบางอย่าง ที่ทีมวิจัยต้องคิดพัฒนากันต่อไป
อาจารย์อรฤทัย ให้ข้อมูลว่า หากเกิดเหตุการณ์น้ำมันไหลรั่วจำนวนมาก จะไม่สามารถเริ่มต้นด้วยวิธีทางชีวภาพได้ เพราะต้องใช้เวลาเวลานาน และอาจจะทนสภาพความเป็นสูงไม่ไหว อย่างไรก็ตาม ผลิตภัณฑ์นี้ ยังสามารถนำไปใช้เสริม กับวิธีขจัดคราบน้ำมันปนเปื้อนอื่นๆ เพื่อให้เกิดผลกระทบต่อสภาพแวดล้อมน้อยที่สุด
การต่อยอดองค์ความรู้ สู่การกำจัดมลพิษที่หลากหลาย :
รศ.ดร.อรฤทัย ระบุว่า ปัจจุบันนี้ได้พัฒนาชีวภัณฑ์ออกมาหลายรูปแบบ เช่น ‘แบคทีเรียสูตรน้ำ’ จะนำไปใช้พ่นบำบัดทราย หรือดินที่มีการปนเปื้อนของสารมลพิษ หรือจะเป็น ‘แบคทีเรียตรึงในวัสดุดูดซับ’ โดยการให้วัสดุที่เราทำการคัดเลือกมาใช้ ดูดซับน้ำมันเข้ามา และแบคทีเรียที่เกาะอยู่บนวัสดุนี้ก็จะช่วยย่อยน้ำมันต่อไป
“อย่างไรก็ตาม ขณะนี้เรายังไม่ได้ผลิตเยอะ ตอนนี้ทำงานในฐานะนักวิจัย แต่เรารู้วิธีผลิต และมีองค์ความรู้ที่ได้จากการศึกษา มีสิทธิบัตรพร้อมที่จะแลกเปลี่ยนเทคโนโลยี ในลำดับต่อไปต้องรอดูว่า จะมีผู้สนใจพัฒนา หรือต่อยอดสู่ Mega Project ในอนาคตหรือไม่”
แม้ตอนนี้ความสำเร็จจะมาสู่ รศ.ดร.อรฤทัย และทีมวิจัยทุกคนแล้ว แต่นี่เป็นเพียงก้าวแรกของความรู้ ทีมงานยังคงที่จะก้าวต่อไปและพัฒนาอย่างไม่หยุดยิ่ง
นักจุลชีววิทยาสิ่งแวดล้อม กล่าวว่า ตอนนี้ได้เริ่มวิจัยค้นหาแบคทีเรียตัวใหม่ๆ เพื่อนำความแตกต่างมารวมกัน เพิ่มประสิทธิภาพมากขึ้น และหวังว่าจะช่วยย่อยมลพิษได้หลากหลายขึ้น
“เราได้องค์ความรู้มาพอสมควรแล้ว แต่ก็จะศึกษาและขยายผลต่อไป จะพยายามหาข้อมูลใหม่ๆ จากธรรมชาติ เพราะรู้สึกว่านอกจากน้ำมันแล้ว ก็น่าจะประยุกต์องค์ความรู้ที่มีอยู่ ไปช่วยในการคัดแยกหรือย่อยสลายมลพิษอื่นๆ ได้อีก
ซึ่งตอนนี้เราสนใจพลาสติก เพราะพลาสติกมีปิโตรเลียมเป็นองค์ประกอบพื้นฐาน เพราะฉะนั้นจุลินทรีย์บางตัว ก็อาจจะย่อยองค์ประกอบเหล่านี้ในพลาสติกได้”
การทำงานตลอด 20 ปี และก้าวต่อไปสู่ความยั่งยืน :
ความสำเร็จ ไม่มีคำว่าง่าย เช่นเดียวกับงานวิจัยครั้งนี้ ที่ รศ.ดร.อรฤทัย ภิญญาคง และทีมงานฯ ได้ใช้เวลาวิจัย และทยอยสะสมองค์ความรู้ร่วมกว่า 20 ปี
“ที่ผ่านมาเราได้รับการสนับสนุนจากภาครัฐและภาคเอกชน ทั้งระดับประเทศและระดับนานาชาติ เลือกทำตรงนี้ เพราะมองถึงความยั่งยืนของการแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อม
เรามองว่าการใช้วิธีทางชีวภาพ ใช้ประโยชน์จากความหลากหลายทางชีวภาพ โดยเฉพาะประเทศในแถบของเรา จะช่วยเสริมและต่อยอดเรื่องความยั่งยืน เพราะจะลดมลพิษได้ดีกว่าการใช้สารเคมี หรือการใช้ทางกายภาพ ซึ่งอาจจะหลงเหลือมลพิษ และอาจจะเกิดผลกระทบอื่นข้างเคียง แต่เทคโนโลยีชีวภาพจะเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากกว่า ไม่ต่อยอดการเกิดมลพิษอีกด้วย”
นอกจากนั้น ผลิตภัณฑ์บางตัว เช่น จุลินทรีย์อัดเม็ด ยังนำวัสดุเหลือทิ้งจากการเกษตร และภาคอุตสาหกรรมมาใช้เป็นสารตั้งต้นได้ด้วย นั่นแสดงให้เห็นว่า เป็นการนำขยะมาผลิตจุลินทรีย์ที่เป็นประโยชน์ เพื่อไปกำจัดมลพิษ
รศ.ดร.อรฤทัย ภิญญาคง จึงมองว่า นี่เป็นการส่งเสริมรูปแบบการพัฒนาอย่างยั่งยืน สอดคล้องกับเป้าประสงค์ของ UN และสอดคล้องกับประเทศไทยที่มุ่งเป้าไปที่การพัฒนาเศรษฐกิจด้วยเศรษฐกิจทางชีวภาพ
ถือเป็นอีกหนึ่งเรื่องราวน่าสนใจ ของวงการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีไทย เราต้องมาดูกันว่า ในอนาคต ทีมวิจัยนี้จะพัฒนาผลิตภัณฑ์ใดออกมาอีกหรือไม่ แต่นี่ก็ถือเป็นจุดเริ่มต้นที่ดีสู่ ‘ความยั่งยืน’
อ่านบทความที่น่าสนใจ :