ประโยชน์กับชุมชน-สังคม-ประเด็นร้อน
สารกระจายคราบน้ำมันจากสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ
การรั่วไหลของน้ำมันดิบเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งทั้งในประเทศไทยและต่างประเทศ ส่งผลให้น้ำมันนับแสนๆ ลิตร ลอยขึ้นมาบริเวณพื้นผิวน้ำทะเล ล่าสุดในช่วงเดือนมกราคม พ.ศ. 2565 มีเหตุการณ์การรั่วไหลของน้ำมันดิบบริเวณใต้ชายฝั่ง ที่ท่าเรือมาบตาพุด จังหวัดระยอง ทำให้เกิดการปนเปื้อนของน้ำมันตามแนวชายหาดและทะเลชายฝั่ง บริเวณหาดแม่รำพึงและเกาะเสม็ด จากเหตุการณ์ดังกล่าวได้ส่งผลกระทบทางตรงต่อระบบนิเวศทางทะเลและบริเวณชายฝั่ง รวมถึงผลกระทบต่อการท่องเที่ยวแนวชายฝั่ง แม้ว่าภาครัฐจะได้ใช้ทุ่นลอยเพื่อจำกัดบริเวณที่มีการปนเปื้อนของน้ำมัน และใช้สารกระจายคราบน้ำมัน (Oil dispersant) พ่นบริเวณผิวน้ำ เพื่อช่วยให้น้ำมันแตกตัวเป็นอนุภาคขนาดเล็กและสามารถละลายอยู่ในชั้นน้ำได้ดีขึ้น และปล่อยให้จุลินทรีย์ในธรรมชาติที่มีความสามารถย่อยสลายน้ำมัน จะใช้น้ำมันเป็นแหล่งคาร์บอนและย่อยสลายน้ำมันที่ปนเปื้อนในบริเวณดังกล่าวจนได้ผลิตภัณฑ์เป็นแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ แต่วิธีเหล่านี้ต้องใช้สารกระจายคราบน้ำมันที่ผลิตจากสารลดแรงตึงผิวสังเคราะห์ผสมกับตัวทำละลายที่มีส่วนผสมของปิโตรเลียม จึงอาจก่อให้เกิดความเป็นพิษหรือมลภาวะต่อสิ่งมีชีวิตในทะเลรวมถึงสิ่งแวดล้อม
ภาพที่ 1 รองศาสตราจารย์ ดร.เอกวัล ลือพร้อมชัย (คนกลาง แถวบนสุด) และนิสิตภายใต้หน่วยวิจัยเทคโนโลยีจุลินทรีย์เพื่อการจัดการมลพิษทางทะเล
รองศาสตราจารย์ ดร.เอกวัล ลือพร้อมชัย อาจารย์ประจำภาควิชาจุลชีววิทยา หน่วยวิจัยเทคโนโลยีจุลินทรีย์เพื่อการจัดการมลพิษทางทะเล (ภาพที่ 1) ผู้มีความเชี่ยวชาญทางด้านจุลินทรีย์และผลิตภัณฑ์จุลินทรีย์มาอย่างยาวนาน ในขณะนี้ได้พัฒนาสารกระจายคราบน้ำมันโดยใช้สารลดแรงตึงผิวชีวภาพเป็นส่วนประกอบ (Bio-based dispersant) ซึ่งสารชนิดนี้เป็นผลิตภัณฑ์หนึ่งที่ได้จากจุลินทรีย์ โดยสูตรสารการกระจายคราบน้ำมันทางชีวภาพมุ่งเน้นเพื่อลดการใช้ปิโตรเลียมเป็นองค์ประกอบ และเพิ่มความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
ส่วนประกอบหลักของสารกระจายคราบน้ำมันทางชีวภาพ คือ สารลดแรงตึงผิวทางชีวภาพ (biosurfactant) ชนิดต่าง ๆ สารลดแรงตึงผิวทางชีวภาพแต่ละชนิดมีโครงสร้างหัวที่ชอบน้ำ (polar head) และส่วนหางที่ไม่ชอบน้ำ (non-polar tail) (ภาพที่ 2) โดยส่วนหัวของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพเป็นกลุ่มของโปรตีนหรือน้ำตาล และส่วนหางเป็นกรดไขมัน แม้ว่าสารลดแรงตึงผิวชีวภาพมีโครงสร้างที่แตกต่างจากสารลดแรงตึงผิวสังเคราะห์ แต่อย่างไรก็ตามสารลดแรงตึงผิวชีวภาพยังคงมีคุณสมบัติที่ช่วยละลายไขมันในชั้นน้ำได้ดีเช่นเดียวกับสารลดแรงตึงผิวสังเคราะห์
ภาพที่ 2 โครงสร้างของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ (ก) และการผสมสูตรสารกระจายคราบน้ำมันโดยใช้สารลดแรงตึงผิวชีวภาพ 2 ชนิด (ข)
สำหรับขั้นตอนการผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพจากแบคทีเรีย เริ่มจากการคัดเลือกเชื้อแบคทีเรียที่มีความสามารถผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพและเป็นแบคทีเรียที่ไม่ก่อโรคในมนุษย์ โดยแบคทีเรียอาจคัดเลือกจากสิ่งแวดล้อมตามธรรมชาติ เช่น ดิน น้ำ หรือชายฝั่งทะเล หรือกิจกรรมต่าง ๆ ของมนุษย์ เช่น พื้นที่ที่มีการปนเปื้อนน้ำมันในโรงงานอุตสาหกรรมหรือโรงงานผลิตน้ำมันพืช เป็นต้น จากนั้นนำแบคทีเรียเหล่านั้นมาเลี้ยงเพิ่มจำนวนในอาหารเลี้ยงเชื้อที่มีน้ำมันเป็นแหล่งคาร์บอน โดยแบคทีเรียจะใช้น้ำมันเป็นแหล่งคาร์บอนสำหรับการเจริญเติบโต นอกจากนี้แบคทีเรียจะผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพซึ่งเป็นสารเมแทบอไลต์ทุติยภูมิ (secondary metabolite) เพื่อช่วยเพิ่มการละลายของน้ำมันในชั้นน้ำ ทำให้แบคทีเรียสามารถย่อยสลายน้ำมันและใช้น้ำมันเป็นแหล่งอาหาร จากนั้นทีมวิจัยนำอาหารเลี้ยงเชื้อที่มีสารลดแรงตึงผิวชีวภาพไปสกัดเพื่อให้ได้สารลดแรงตึงผิวชีวภาพในรูปสกัดหยาบ และเตรียมสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ความเข้มข้นต่าง ๆ เพื่อนำไปพัฒนาเป็นสูตรสารกระจายคราบน้ำมันชีวภาพต่อไป (ภาพที่ 3)
ภาพที่ 3 การผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพโดยใช้แบคทีเรีย
ภาพที่ 4 ตัวอย่างสูตรสารกระจายคราบน้ำมันชีวภาพ สูตรที่ 3 (ก) และประสิทธิภาพการแพร่กระจายน้ำมันของสูตรกระจายคราบน้ำมันชีวภาพ สูตรที่ 3 ในน้ำมันเตา (ข) และน้ำมันดิบ (ค)
โดยปัจจุบันทีมวิจัยได้พัฒนาสูตรสารกระจายคราบน้ำมันชีวภาพแบบต่าง ๆ 3 สูตร ที่มีองค์ประกอบต่างกัน นอกจากนี้ยังพบว่า สูตรสารกระจายคราบน้ำมันชีวภาพมีประสิทธิภาพในการแพร่กระจายคราบน้ำมันได้ดีทั้งในน้ำมันดิบ และน้ำมันเตา (ภาพที่ 4)
- สูตรที่ 1 สารลดแรงตึงผิวชีวภาพ ผสมกับ สารลดแรงตึงผิวสังเคราะห์ประจุลบอีก 1 ชนิด ซึ่งจะได้ประสิทธิภาพดี แต่ยังคงเป็นพิษอยู่บ้าง
- สูตรที่ 2 สารลดแรงตึงผิวชีวภาพ ผสมกับ สารลดแรงตึงผิวชีวภาพชนิดใหม่ที่ไม่มีประจุ (non ionic) ที่มีความเป็นพิษลดลง และผลิตในไทย
- สูตรที่ 3 สารลดแรงตึงผิวชีวภาพ 2 ชนิด ผสมกัน จะช่วยเสริมฤทธิ์กันในการทำงาน โดยที่ไม่จำเป็นต้องเติมสารลดแรงตึงผิวสังเคราะห์หรือตัวทำละลายอินทรีย์อื่น ๆ (ภาพที่ 4)
ข้อมูลที่ได้จากการทดลองในระดับห้องปฏิบัติการ พบว่า สูตรสารกระจายคราบน้ำมันชีวภาพที่ผลิตขึ้นมีประสิทธิภาพใกล้เคียงกับสารกระจายคราบน้ำมันที่มีจำหน่ายในปัจจุบัน และช่วยส่งเสริมให้จุลินทรีย์ย่อยสลายคราบน้ำมันได้เร็วขึ้น ส่วนการนำสูตรสารกระจายคราบน้ำมันชีวภาพไปใช้งานในสถานที่จริง จะต้องคำนึงถึงการออกแบบสูตรสารกระจายคราบน้ำมันให้สอดคล้องกับบริเวณหรือลักษณะของแหล่งน้ำที่จะนำไปใช้งาน เช่น น้ำทะเล น้ำจืด และน้ำกร่อย ทั้งนี้หากพื้นที่นั้น ๆ มีส่วนผสมของเกลือ (electrolyte) จะทำให้สารลดแรงตึงผิวชีวภาพมีโครงสร้างการก่อเกิดไมเซลล์ที่เปลี่ยนไป ดังนั้นจึงจำเป็นต้องออกแบบสูตรสารกระจายคราบน้ำมันให้เหมาะกับแหล่งน้ำ เพื่อให้สูตรสารกระจายคราบน้ำมันชีวภาพเกิดประสิทธิภาพสูงสุด
ส่วนการใช้งานสารกระจายคราบน้ำมันชีวภาพสามารถใช้ได้เหมือนกับสารกระจายคราบน้ำมันสังเคราะห์ โดยการพ่นบนผิวน้ำจากเรือหรือเฮลิคอปเตอร์ อย่างไรก็ดีในขณะนี้ยังมีข้อจำกัดในการใช้สารลดแรงตึงผิวชีวภาพ อาทิ สารลดแรงตึงผิวชีวภาพมีอายุการเก็บรักษาที่สั้นกว่าและต้นทุนในการผลิตสูงกว่า ทำให้ยังไม่อาจยกระดับการใช้งานหรือพัฒนาในเชิงการค้าได้ อย่างไรก็ดีสารลดแรงตึงผิวชีวภาพมีความเป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อมน้อยกว่าสารลดแรงตึงผิวสังเคราะห์ ในอนาคตจึงมีแนวทางในการพัฒนาสูตรเพื่อช่วยลดต้นทุนในการผลิต เช่น การปรับสูตรผสม การนำของเสียจากอุตสาหกรรมเกษตรมาใช้เลี้ยงเชื้อแบคทีเรียให้ผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ เป็นต้น ตลอดจนการพัฒนาสารลดแรงตึงผิวชีวภาพไปใช้ในการส่งเสริมแบคทีเรียให้ย่อยสลายขยะพลาสติกได้อีกด้วย
ในขณะนี้ผลิตภัณฑ์ชนิดนี้เหล่านี้ได้มีงานวิจัยรองรับ และพร้อมไปสู่ระดับขยายขนาดแล้ว พร้อมที่จะให้ผู้ลงทุน/ผู้สนใจ มาคุยด้านการร่วมมือและพัฒนาต่อยอด ทั้งนี้ หน่วยงานของภาครัฐและเอกชนที่สนใจสามารถติดต่อขอรายละเอียดเพิ่มเติมได้จาก
รองศาสตราจารย์ ดร.เอกวัล ลือพร้อมชัย
ภาควิชาจุลชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
หน่วยปฏิบัติการวิจัยเทคโนโลยีจุลินทรีย์เพื่อการจัดการมลพิษทางทะเล
โทร 02-2185093
อีเมล Ekawan.L@chula.ac.th
ที่มา
รายการรายการทันโลกวิทยาศาสตร์ ทุกวันเสาร์ 10.00-10.30 น. ทางสถานีวิทยุจุฬาฯ FM101.5
เรื่อง “สารกระจายคราบน้ำมันชีวภาพ” โดย รองศาสตราจารย์ ดร.เอกวัล ลือพร้อมชัย ภาควิชาจุลชีววิทยา
ออกอากาศวันที่ 5 มีนาคม พ.ศ. 2565
เว็บไซต์ https://www.youtube.com/watch?v=XEJUDuRP7ec
เรียบเรียงข้อมูลโดย : รองศาสตราจารย์ ดร.เอกวัล ลือพร้อมชัย ดร. ทิพย์สุดา ทรัพย์สงวน ผศ.ดร.สิทธิพร ภัทรดิลกรัตน์ และ คุณธนัฎฐา สุทธิมาศ งานวิจัยและบริการวิชาการ คณะวิทยาศาสตร์
เอกสารอ้างอิง
Nawavimarn P., Rongsayamanont W., Subsanguan T. and Luepromchai E. (2021) Bio-based dispersants for fuel oil spill remediation based on the hydrophilic-lipophilic deviation (HLD) concept and box-behnken design. Environmental Pollution. 285:117378.
Subsanguan T., Khondee N., Nawavimarn P., Rongsayamanont W., Chen, C.-Y., and Luepromchai E. (2020) Reuse of immobilized Weissella cibaria PN3 for long-term production of both extracellular and cell-bound glycolipid biosurfactants. Frontier Bioengineering and Biotechnology. 8: 751.
Rongsayamanont, W., Soonglerdsongpha, S., Khondee, N., Pinyakong, O., Tongcumpou, C., Sabatini, D. A. and Luepromchai E. (2017). Formulation of crude oil spill dispersants based on the HLD concept and using a lipopeptide biosurfactant. Journal of Hazardous Materials, 334, 168-177.
สิทธิบัตร
ดร. สุวัฒน์ สูงเลิศส่งฟ้า ดร.คมกริช สุทธิพรพาณิชย์ ผศ.ดร.อรฤทัย ภิญญาคง ผศ.ดร.เอกวัล ลือพร้อมชัย (2559) ผลิตภัณฑ์ขจัดคราบน้ำมันปิโตรเลียมที่มีสารลดแรงตึงผิวชีวภาพชนิดลิโพเปปไทด์เป็นองค์ประกอบ เอกสารคำขอสิทธิบัตรการประดิษฐ์เลขที่ 1601001283 วันที่ยื่นคำขอ 7 มีนาคม 2559
**ประชาสัมพันธ์ บริการใหม่!!! จาก งานวิจัยและบริการวิชาการ คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เพื่อเพิ่ม KPI ภาควิชา/CE-RU-STAR**
อาจารย์ที่สนใจสามารถนัดสัมภาษณ์เพื่อให้ข้อมูลข่าว หรือ ส่งข่าวสั้นมาได้ที่ลิ้ง https://forms.gle/7rpAGtXRP2QTCAX79 หรือ สแกน QR code ด้านล่างนี้
สอบถามเพิ่มเติมติดต่อ งานวิจัยและบริการวิชาการ คุณธนัฏฐา สุทธิมาศ โทรศัพท์ 02-2185128