คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาฯ วิจัยจุลินทรีย์กินน้ำมัน พัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์ชีวภาพเพื่อขจัดคราบน้ำมันปนเปื้อนในทะเล พร้อมต่อยอดสู่การผลิตในระดับอุตสาหกรรมเพื่อความยั่งยืนของระบบนิเวศ
อุบัติการณ์น้ำมันดิบรั่วไหลจากท่อขนส่งน้ำมันใต้ทะเลในพื้นที่จังหวัดระยอง เมื่อต้นปี 2565 ทีผ่านมา เป็นอีกหนึ่งเหตุการณ์ที่สร้างความเสียหายให้กับระบบนิเวศทางทะเลอย่างมหาศาล และยังส่งผลกระทบต่อเนื่องไปถึงภาคเศรษฐกิจและการท่องเที่ยวด้วย แม้หน่วยงานต่างๆ จะพยายามขจัดคราบน้ำมันที่กระจายทั่วผิวน้ำทะเลและตามบริเวณชายฝั่ง แต่ก็ยังคงมีมลพิษที่ตกค้างหลงเหลืออยู่ ซึ่งจะส่งผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมและสัตว์ทะเลในระยะยาว
หนึ่งในแนวทางขจัดปัญหาสารมลพิษตกค้าง คือจุลินทรีย์กินน้ำมัน ผลงานวิจัยและพัฒนาผลิตภัณฑ์ชีวภาพด้วยเทคโนโลยีสะอาด โดยศูนย์เชี่ยวชาญเฉพาะทางเทคโนโลยีจุลินทรีย์เพื่อการบบัดมลพิษทางทะเล ภาควิชาจุลชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ภายใต้การดูแลของ รองศาสตราจารย์ ดร.อรฤทัย ภิญญาคง จึงได้วิจัยและพัฒนานวัตกรรมชีวภาพเพื่อขจัดคราบน้ำมันปนเปื้อนในทะเล โดยมุ่งให้เกิดการผลิตในเชิงพาณิชย์เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีจำนวนเพียงพอต่อการใช้งาน หากเกิดเหตุการณ์เช่นนี้อีกในอนาคต
จุดกำเนิดแนวคิดผลิตภัณฑ์ชีวภาพ ขจัดคราบน้ำมันปนเปื้อนในทะเล
ในฐานะนักจุลชีววิทยาสิ่งแวดล้อม รศ.ดร.อรฤทัย สนใจเรื่องการปนเปื้อนจากน้ำมันและปิโตรเลียม และได้ทำงานเกี่ยวกับการย่อยสลายมลพิษในสิ่งแวดล้อม ซึ่งที่ผ่านมา มีอุบัติการณ์น้ำมันรั่วไหลในทะเลอยู่บ่อยครั้ง ทั้งที่เป็นข่าวและไม่ได้เป็นข่าว
"โดยปกติแล้ว การจัดการปัญหาคราบน้ำมันจะใช้วิธีการทางกายภาพก่อนเป็นอันดับแรก เช่น ใช้ทุ่นกักน้ำมันแล้วขจัดคราบน้ำมันออกจากพื้นที่ หรือพ่นสารกระจายคราบน้ำมัน แต่ไม่ว่าจะใช้วิธีการใด หลังจากนั้นก็จะเกิดกระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพ แต่ข้อจำกัดของกระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพก็คือเกิดได้ช้าและไม่ทันการณ์ ดังนั้น หากเราสามารถเร่งกระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพหลังการบำบัดทางกายภาพเสร็จแล้ว ก็น่าจะสามารถช่วยฟื้นฟูสภาพแวดล้อม ลดผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศให้น้อยลง"
เมื่อโจทย์สำคัญอยู่ที่กระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพ ผู้มีองค์ความรู้เกี่ยวกับจุลินทรีย์อย่าง รศ.ดร.อรฤทัย จึงไม่พลาดที่จะคิดถึง "จุลินทรีย์กินน้ำมัน" ที่มีคุณสมบัติสามารถย่อยสลายมลพิษในน้ำมันที่ตกค้างในสิ่งแวดล้อม รวมถึงสารที่เป็นพิษในน้ำมันอื่นๆ
ประเทศไทย แหล่งจุลินทรีย์คุณภาพและหลากหลาย
การจะเร่งกระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพให้เกิดเร็วขึ้นจะต้องใช้จุลินทรีย์กินน้ำมันที่มีประสิทธิภาพและมีปริมาณที่มากพอ ทั้งนี้ รศ.ดร.อรฤทัย อธิบายว่าในสิ่งแวดล้อมมีจุลินทรีย์อาศัยอยู่แล้ว แต่อาจจะมีปริมาณไม่มากพอหรือไม่มีประสิทธิภาพ การจะเพิ่มจุลินทรีย์ให้ได้นั้น จะต้องมีการพัฒนาให้เป็นชีวภัณฑ์ หรือเป็นผลิตภัณฑ์ขึ้นมาก่อน เพื่อให้สามารถนำไปใช้งานในสภาพแวดล้อมนั้นๆ ได้ดี เก็บรักษาในระยะยาวได้ โดยยังคงประสิทธิภาพและปริมาณเอาไว้ได้เหมือนเดิม
"ประเทศไทยถือเป็นพื้นที่มีความหลากหลายทางชีวภาพสูง ในทะเลหรือพื้นที่ต่างๆ เป็นแหล่งทรัพยากรที่ดีของจุลินทรีย์ที่มีคุณสมบัติในการย่อยสลายมลพิษและน้ำมันปิโตรเลียมประเภทต่างๆ การทำงานของเราจึงเริ่มต้นจากการค้นหาจุลินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพจากหลายๆ แหล่ง กระทั่งต่อยอดพัฒนาออกมาเป็นผลิตภัณฑ์"
รศ.ดร.อรฤทัย อธิบายเพิ่มเติมว่า ในต่างประเทศจะมีเกณฑ์ที่เกี่ยวกับการขนส่งน้ำมัน คือจะต้องมีผลิตภัณฑ์สำหรับใช้ในการขจัดคราบน้ำมัน ติดอยู่บนเรือเสมอ เพื่อใช้ในกรณีที่เกิดการรั่วไหลของน้ำมัน แต่ในประเทศไทย ผลิตภัณฑ์ดังกล่าวในท้องตลาดมีจำหน่ายอยู่เพียงยี่ห้อเดียว เมื่อเทียบกับต่างประเทศที่มีตัวเลือกหลากหลาย และหากจะนำผลิตภัณฑ์ที่ผลิตขึ้นในต่างประเทศมาใช้กับสภาพแวดล้อมที่มีความเฉพาะของประเทศไทย ก็อาจจะไม่ได้ประสิทธิภาพสูงสุดเช่นกัน
"จุลินทรีย์ที่เราใช้ก็เป็นจุลินทรีย์ที่เราคัดเลือกมาจากธรรมชาติ ซึ่งจะใช้ขั้นตอนเฉพาะทางในการคัดเลือก โดยจุลินทรีย์เหล่านี้จะมีแหล่งอาหารคือสารมลพิษต่างๆ ซึ่งสารมลพิษเหล่านี้อาจจะเป็นอันตรายต่อมนุษย์และสัตว์ แต่จุลินทรีย์พวกนี้มีเอนไซม์ที่สามารถย่อยสารมลพิษเหล่านั้นและนำไปใช้เป็นแหล่งพลังงานโดยที่ไม่เป็นพิษกับตัวมันได้ รวมถึงจุลินทรีย์ที่ช่วยในการปกป้องจุลินทรีย์ด้วยกัน เช่น จุลินทรีย์ที่สร้างฟิล์มชีวภาพ (biofilm) หรือจุลินทรีย์ที่สร้างสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ (bio-surfactant) เพื่อทำให้จุลินทรีย์สามารถเข้าถึงมลพิษได้ง่ายขึ้น"
โดยส่วนใหญ่ เราจะพบจุลินทรีย์เหล่านี้ได้ตามแหล่งที่เคยมีการปนเปื้อนมลพิษนั้นๆ หรือในพื้นที่ที่มีความหลากหลายทางชีวภาพสูง ยกตัวอย่างเช่น ตะกอนจากทะเล ตะกอนจากป่าชายเลน น้ำหรือดินที่ปนเปื้อนปิโตรเลียมไฮโดรคาร์บอน เป็นอาทิ
"หน้าที่ของเราก็คือ การหาสภาวะที่เหมาะสม ออกแบบและหาอาหารเลี้ยงเชื้อ หาวิธีการที่จะคัดแยกจุลินทรีย์ดังกล่าวออกมาจากธรรมชาติและมาเพิ่มจำนวน และศึกษาประสิทธิภาพและกลไกในการย่อยสลาย โดยใช้วิธีการที่หลากหลาย เช่น วิธีทางชีวโมเลกุล และทางสรีรวิทยา เพื่อให้มั่นใจได้ว่าจุลินทรีย์ที่แยกมาได้นั้นไม่เป็นจุลินทรีย์ก่อโรค มีความปลอดภัยต่อผู้ใช้งาน และเมื่อจุลินทรีย์ย่อยสลายสารมลพิษต่างๆ มันจะไม่นำไปสู่การตกค้างของสารมลพิษหรือก่อให้เกิดมลพิษที่รุนแรงกว่าเดิม คือต้องศึกษาตั้งแต่ต้นน้ำ ทดสอบประสิทธิภาพและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม จนนำไปสู่ผลิตภัณฑ์พร้อมใช้ในที่สุด" รศ.ดร.อรฤทัย กล่าว
ผลิตภัณฑ์ชีวภาพหลายรูปแบบเพื่อการใช้งานที่แตกต่าง
หลังจากที่ได้จุลินทรีย์ที่มีความสามารถในการย่อยสารพิษ หรือที่เรียกกันง่ายๆ ว่าจุลินทรีย์กินน้ำมัน ขั้นตอนต่อไปก็คือการพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่มีความพร้อมสำหรับการใช้งาน โดยปัจจุบันผลิตภัณฑ์ที่ได้จากห้องปฏิบัติการมีอยู่ 3 รูปแบบหลักๆ คือ
- ผลิตภัณฑ์จุลินทรีย์พร้อมใช้แบบสูตรน้ำ
มีการนำจุลินทรีย์มาเตรียมในรูปแขวนลอย (suspension) ในสารที่คัดเลือก ซึ่งจะช่วยให้ผลิตภัณฑ์มีอายุการใช้งานยาวขึ้น และนำไปใช้ได้สะดวก เช่น นำไปใช้พ่นบำบัดทรายหรือดินที่มีการปนเปื้อนของสารมลพิษ
- ผลิตภัณฑ์จุลินทรีย์อัดเม็ด
เป็นการนำจุลินทรีย์ที่คัดแยกได้ไปผสมกับวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรและสารปกป้องเซลล์ สามารถนำไปบำบัดดินหรือทรายที่มีการปนเปื้อนได้ และหากสามารถเพิ่มรูพรุนในดินด้วยแล้ว จะมีส่วนช่วยให้การย่อยสลายมีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นด้วย
- ผลิตภัณฑ์จุลินทรีย์ที่ตรึงบนวัสดุดูดซับ
ผลิตภัณฑ์ชนิดนี้เหมาะสำหรับการบำบัดน้ำที่มีการปนเปื้อน เช่น ผลิตภัณฑ์จุลินทรีย์ตรึงบนวัสดุซับน้ำมัน โดยวัสดุซับน้ำมันทำหน้าที่ดูดซับและกักเก็บน้ำมันที่เป็นอาหารของจุลินทรีย์ ทำให้จุลินทรีย์สามารถนำน้ำมันเหล่านั้นมากำจัดได้มีประสิทธิภาพ ผลิตภัณฑ์ชนิดนี้มีการขายกันอย่างแพร่หลายในต่างประเทศ
แม้ผลิตภัณฑ์ชีวภาพดังกล่าวจะช่วยให้เกิดการย่อยสลายอย่างสมบูรณ์และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม แต่ก็ยังมีข้อจำกัดในการใช้งาน
"หากมีปริมาณการรั่วไหลของน้ำมันจำนวนมาก จะไม่สามารถเริ่มด้วยวิธีการทางชีวภาพได้ เนื่องจากต้องใช้ระยะเวลานานและอาจไม่ทนต่อความเป็นพิษสูง แต่ผลิตภัณฑ์เหล่านี้สามารถนำไปใช้เสริมกับวิธีการขจัดคราบน้ำมันปนเปื้อนอื่นๆ เพื่อให้เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยที่สุด"
ต่อยอดงานวิจัยสู่การผลิตเชิงอุตสาหกรรม
รศ.ดร.อรฤทัย กล่าวว่า ผลิตภัณฑ์ที่ใช้แก้ปัญหาหรือขจัดคราบน้ำมันปนเปื้อนในทะเลที่มีจำหน่ายในท้องตลาดนั้น ไม่เพียงมีน้อยผลิตภัณฑ์ หากยังมีราคาค่อนข้างสูงด้วย
"เรื่องราคาก็เป็นโจทย์หนึ่งในงานวิจัยเช่นกัน คือจะทำอย่างไรที่จะลดต้นทุนให้ได้มากที่สุด โดยต้นทุนของการผลิตส่วนใหญ่มาจากอาหารเลี้ยงเชื้อ ซึ่งทางคณะวิจัยก็มีการทดลองนำเอาวัสดุเหลือทิ้งจากอุตสาหกรรมและการเกษตร ที่มีคาร์บอนเป็นแหล่งพลังงานของจุลินทรีย์กินน้ำมัน นำมาใช้เพื่อลดต้นทุน"
ปัจจุบัน สิ่งที่คณะวิจัยผลิตขึ้นมานั้นยังเป็นเพียงผลิตภัณฑ์ต้นแบบในระดับห้องปฏิบัติการ แต่มีบางตัวที่ต่อยอดขยายขนาดของการผลิตในระดับโรงงานแล้ว แต่ก็ยังผลิตไม่เพียงพอที่จะนำไปใช้ในปฏิบัติการจริง โดยเฉพาะหากเกิดการั่วไหลน้ำมันในปริมาณมาก ทั้งนี้ ผลิตภัณฑ์ที่ได้บางส่วน ยังถูกนำไปใช้ในการทดสอบภาคสนาม รวมถึง นำไปใช้ในกระบวนบำบัดน้ำเสียจากโรงงาน และกระบวนการการย่อยสลายทางชีวภาพให้ทางโรงกลั่น และสถานีบริการน้ำมัน ของบริษัทผู้สนับสนุนงานวิจัย เป็นต้น
"แนวคิดของเราคือการพัฒนาผลิตภัณฑ์หลากหลายรูปแบบ เพื่อสร้างจุลินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพ ทดสอบการขยายขนาดการผลิต และทดสอบการขจัดคราบน้ำมันและการย่อยสลายในระดับภาคสนามเบื้องต้น หากมีผู้ที่สนใจนำไปต่อยอดการผลิตเพื่อใช้งานจริง เราก็จะถ่ายทอดเทคโนโลยีให้ได้เพื่อการผลิตในสเกลใหญ่ขึ้น" รศ.ดร.อรฤทัย กล่าว
งานวิจัยชิ้นนี้ได้รับการตอบรับและสนับสนุนอย่างกว้างขวางทั้งจากภาครัฐและเอกชน ได้แก่ สำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ (วช.) องค์การส่งเสริมวิชาการแห่งประเทศญี่ปุ่น (Japan Society for the Promotion of Science, JSPS) สำนักงานพัฒนาเศรษฐกิจจากฐานชีวภาพ (องค์การมหาชน) (BEDO) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัย และนวัตกรรม (อว.) ศูนย์ความเป็นเลิศด้านการจัดการสารและของเสียอันตราย จุฬาฯ บริษัท ปตท. จำกัด (มหาชน) บริษัท ไทยออยล์ จำกัด ทุนวิจัย ลอรีอัล ประเทศไทย เพื่อสตรีในงานวิทยาศาสตร์ และทุนสนับสนุนจากจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย โดยเฉพาะอย่างยิ่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ที่ให้ความสำคัญกับ BCG Economy หรือ เศรษฐกิจชีวภาพ เศรษฐกิจหมุนเวียน และเศรษฐกิจสีเขียว (Bio-Circular-Green Economy) อันเป็นแนวทางการพัฒนาที่สอดรับกับเป้าหมายการพัฒนาที่ยั่งยืน (SDGs) ของสหประชาชาติ
หากผลิตภัณฑ์ชีวภาพเพื่อแก้ปัญหาและขจัดคราบน้ำมันปนเปื้อนในทะเลของคณะวิทยาศาสตร์ จุฬาฯ จะสามารถพัฒนาขึ้นไปสู่การผลิตและการใช้จริงในเชิงพาณิชย์ได้ ก็จะเป็นผลิตภัณฑ์ที่เป็น BCG Economy และใช้เทคโนโลยีที่สะอาดอย่างแท้จริง ซึ่งทางคณะผู้วิจัย ก็พร้อมที่จะถ่ายทอดเทคโนโลยีให้กับนักลงทุนและผู้ที่สนใจ มาร่วมมือและพัฒนาต่อยอดในอนาคต