Creative Knowledge

« Back to Result | List

สาหร่ายเปลี่ยนโลก – ขุมทรัพยากรใหม่ที่เราปลูกได้

บทความนี้อยู่ในหมวด “วัสดุล้ำยุค” โดย Material ConneXion® Bangkok

วงการวิจัยกำลังให้ความสนใจกับการเพาะเลี้ยงสาหร่ายที่ขึ้นตามทะเลสาบและชายทะเล ซึ่งอาจตอบโจทย์เรื่องแหล่งทรัพยากรที่กำลังร่อยหรอไปเรื่อยๆ อย่างน้ำมัน และวิกฤติการณ์อาหารโลกที่มีแนวโน้มขาดแคลนเนื่องจากจำนวนประชากรที่เพิ่มขึ้นอย่างทวีคูณ  สาหร่ายบางชนิดสามารถขยายพันธุ์ได้อย่างง่ายดาย แถมยังอุดมไปด้วยคุณค่าอาหาร  บางชนิดยังสามารถผลิตน้ำมันที่มีคุณภาพใกล้เคียงกับน้ำมันปิโตรเลียม การเพาะพันธุ์สาหร่ายเหล่านี้จะให้ผลตอบแทนต่อหน่วยของพื้นที่ปลูกในอัตราที่สูงเมื่อเทียบกับพืชที่ขึ้นบนดิน และอีกหนึ่งข้อดีที่มองข้ามไม่ได้ก็คือคุณสมบัติการสังเคราะห์แสงที่มีส่วนช่วยลดภาวะโลกร้อน โครงการที่คิดค้นพัฒนาสาหร่ายให้กลายเป็นแหล่งทรัพยากรธรรมชาติโดยสถาบันวิจัยและบริษัทในญี่ปุ่นกำลังเป็นที่น่าจับตามองในขณะนี้

teca131125.jpg 
รูปซ้ายบน: สาหร่าย Spirulina เป็นอาหารเสริมและสารย้อมสีฟ้าตามธรรมชาติที่ทั่วโลกนิยมใช้ (ที่มา: DIC Corporation)
รูปกลางบน: สาหร่าย Enomoto Algae สายพันธุ์ที่พัฒนาจาก Botryococcus สามารถขยายพันธุ์ในอัตราที่รวดเร็ว (ที่มา: IHI NeoG Algae LLC)
รูปขวาบน: สาหร่าย Pseudochoricystis Ellipsoidea สามารถผลิตน้ำมันที่มีคุณภาพใกล้เคียงกับน้ำมันความหนาแน่นต่ำ (light oil) ด้วยกระบวนการสังเคราะห์แสง (ที่มา: DENSO Corporation)
รูปซ้ายล่าง: Euglena สามารถเคลื่อนที่ไปมาได้เหมือนสัตว์ (ที่มา: euglena Co., Ltd.)
รูปขวาล่าง: Aurantiochytrium สังเคราะห์แสงไม่ได้ แต่มีคุณสมบัติเด่นตรงที่สามารถขยายพันธุ์ในอัตราที่รวดเร็ว ด้วยการบริโภคอินทรียสาร (ที่มา: University of Tsukuba)


Spirulina – อาหารแห่งอนาคต
ในปี 1981 กลุ่มผู้ผลิตสารเคมีในญี่ปุ่นได้ร่วมมือกันเพาะเลี้ยง “Spirulina” สาหร่ายขนาดเล็ก ในทะเลทรายของรัฐแคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา ซึ่งเป็นพื้นที่ที่ถูกแสงแดดแผดเผาอยู่ตลอด พวกเขาสามารถผลิตสาหร่ายที่กินได้นี้ ได้มากถึง 500 ตันต่อปีจากบ่อเพาะเลี้ยงกลางแจ้งที่ใหญ่ที่สุดในโลก ซึ่งมีพื้นที่ทั้งหมดรวม 180,000 ตารางเมตร และหากนับรวมกับพื้นที่เพาะเลี้ยงที่ตั้งอยู่ในเกาะไห่หนาน (ไหหลำ) ประเทศจีนตั้งแต่ปี 1997 (ซึ่งมีพื้นที่ทั้งหมด 100,000 ตารางเมตร) เท่ากับว่าผู้ผลิตกลุ่มนี้สามารถปลูกสาหร่ายชนิดนี้ได้ถึง 850 ตันต่อปี จึงถือเป็นผู้จำหน่ายรายใหญ่ที่สุดในโลก และส่งผลผลิตให้กับประเทศต่างๆ ถึง 30 ประเทศ

tecb131125.jpg 
บ่อเพาะเลี้ยง Spirulina ในรัฐแคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา (ที่มา: DIC Corporation)

ส่วนใหญ่เราใช้ Spirulina ที่มีสารย้อมสีฟ้าตามธรรมชาติในหมากฝรั่งและไอศกรีม และใช้รับประทานเป็นอาหารเสริมในรูปแบบยาเม็ด Spirulina นั้นมีฉายาว่า “อาหารแห่งอนาคต” เนื่องจากประกอบไปด้วยสารอาหารที่มีประโยชน์กว่า 50 ชนิด อาทิ วิตามิน เกลือแร่ และกรดอะมิโน ในขณะเดียวกัน ยังช่วยลดก๊าซเรือนกระจกได้อีกด้วย สาหร่ายชนิดนี้มีวิวัฒนาการอยู่บนโลกมากว่า 3 พันล้านปี และสันนิษฐานว่าผลิตออกซิเจนขึ้นบนโลกเป็นครั้งแรก นอกจากนี้ Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) เห็นคุณค่าของพลังการสังเคราะห์แสงของ Spirulina จึงได้ทำการวิจัยและพัฒนาเพื่อนำไปใช้ในระบบฟอกอากาศของสถานีอวกาศ

ใช้สาหร่ายเป็นน้ำมันเชื้อเพลิงเครื่องบิน
คาดกันว่าบนโลกนี้มีสาหร่ายประมาณสามแสนถึงสิบล้านสายพันธุ์ บางสายพันธุ์มีคลอโรพลาสต์ขนาดตั้งแต่หลายไมครอนไปจนถึงหลายสิบไมครอนอยู่ในเซลล์ที่สามารถสังเคราะห์แสงได้เหมือนพืช บางสายพันธุ์สามารถเคลื่อนที่ไปมาได้เหมือนสัตว์ สายพันธุ์ที่นักวิจัยให้ความสนใจเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ คือ “Euglena” สาหร่ายขนาดเล็กที่มีคุณสมบัติทั้งสองอย่างนี้รวมอยู่ในตัว และยังสามารถผลิตน้ำมันเป็นวัตถุดิบได้ ในปี 2005 บริษัทร่วมทุนด้านชีวภาพจาก University of Tokyo สามารถเพาะพันธุ์ Euglena ปริมาณมากในพื้นที่กลางแจ้งได้สำเร็จเป็นรายแรกของโลก บริษัทนี้ผลิต Euglena ในลักษณะอาหารเสริมที่มีสารอาหารทั้งหมด 59 ชนิด พร้อมตั้งเป้าพัฒนาและผลิตเป็นเชื้อเพลิงเครื่องบินไอพ่นเพื่อวางขายเชิงพาณิชย์ในปี 2018

powder.JPGfarm vehicle.JPG 
รูปซ้าย: ผง Euglena ที่ปลูกในเกาะอิชิงากิในจังหวัดโอกินาวา (ที่มา: euglena Co., Ltd.)
รูปขวา: รถบรรทุกของ Euglena Farm ซึ่งวิ่งด้วยน้ำมันดีเซลผสมกับน้ำมันที่สกัดจาก Euglena (ที่มา: euglena Co., Ltd.)


น้ำมันที่กลั่นออกมาจาก Euglena มีความคล้ายคลึงกับน้ำมันที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงของเครื่องบินมาก เพราะมีความหนาแน่นต่ำและคุณภาพสูง ข้อดีที่สำคัญในแง่การผลิตปริมาณมากคือ Euglena ไม่มีผนังเซลล์เหมือนอย่างสาหร่ายชนิดอื่น จึงทำให้ง่ายต่อการสกัดน้ำมันออกมา

พลังงานใหม่จากน้ำเสียในครัวเรือน
อีกไม่นาน เราจะได้เห็นโครงการรีไซเคิลที่เลี้ยงสาหร่ายขนาดเล็กในโรงงานบำบัดน้ำเสีย เพื่อผลิตน้ำมันไปใช้ในเตาเผา ในปี 2012 เมืองเซนได ประเทศญี่ปุ่น ได้ผนึกกำลังกับ University of Tsukuba และ Tohoku University ร่วมกันทำโครงการที่ใช้สาหร่ายสองชนิด คือสาหร่าย “Aurantiochytrium” ซึ่งไม่สามารถสร้างอาหารเองได้ แต่สามารถผลิตสารไฮโดรคาร์บอน หรือน้ำมันได้ โดยมีแผนจะสร้างโรงงานนำร่องกลางแจ้งในแหล่งบำบัดน้ำเสียของเมืองเซนไดในปี 2015 และจะเริ่มดำเนินโครงการในปีถัดไป

laboratory.JPG 
ห้องปฏิบัติการทดลองสำหรับเพาะเชื้อ Botryococcus Braunii (ที่มา: เมืองเซนได)

Aurantiochytrium ไม่สามารถสังเคราะห์แสงได้ แต่สามารถดูดซึมอินทรียสารจากกากของเสีย เพื่อเปลี่ยนให้เป็นน้ำมันได้ อีกทั้งยังขยายพันธุ์ด้วยการแบ่งเซลล์ภายใน 2-4 ชั่วโมง ซึ่งเป็นอัตราการขยายพันธุ์ที่รวดเร็วกว่าสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ที่สามารถสังเคราะห์แสงได้หลายเท่า สาหร่ายอีกชนิดหนึ่งคือ “Botryococcus braunii” ซึ่งสามารถผลิตน้ำมันได้จากการสังเคราะห์แสง โดยใช้อนินทรียสารอย่างไนโตรเจนและฟอสเฟตที่คงเหลืออยู่ในน้ำเสียหลังบำบัดแล้ว นอกจากนี้ยังใช้ความร้อนและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เตาเผาปล่อยออกมาได้อย่างมีประสิทธิภาพ กลไกเหล่านี้ประกอบกันเป็นระบบรีไซเคิลที่สามารถผลิตพลังงานใหม่ได้จากน้ำเสียในครัวเรือน

เชื้อเพลิงชีวภาพที่ใช้ได้จริง


tank.JPGignited.JPG     
รูปซ้าย: การทดลองที่ใช้บ่อเพาะเลี้ยงขนาด 350 ตารางเมตร (ที่มา: DENSO Corporation)
รูปขวา: “Enomoto Algae” สายพันธุ์ที่พัฒนาจาก Botryococcus นำมาตากแห้งและจุดไฟ (ที่มา: IHI NeoG Algae LLC)


ผู้ผลิตอะไหล่รถยนต์ชั้นนำรายหนึ่งกำลังพัฒนาระบบรีไซเคิลในโรงงาน โดยเลี้ยงสาหร่ายให้ดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มาใช้ในกระบวนการสังเคราะห์แสงเพื่อผลิตน้ำมัน ผู้ผลิตรายนี้ตั้งเป้าผลิตสาหร่าย Pseudochoricystis ellipsoidea ในปริมาณมาก เนื่องจากสามารถผลิตน้ำมันที่มีคุณภาพใกล้เคียงกับน้ำมันที่มีความหนาแน่นต่ำ (light oil) ด้วยกระบวนการสังเคราะห์แสง อีกทั้งยังพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ซึ่งใช้คลื่นไมโครเวฟจากเตาอบไมโครเวฟในการกลั่นน้ำมันให้กลายเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพ

โจทย์สำคัญของการขายเชื้อเพลิงชีวภาพในเชิงพาณิชย์ คือ การลดต้นทุนการผลิต หนึ่งในวิธีที่ดีที่สุดในการพัฒนาประสิทธิภาพของการผลิตสาหร่ายคือการสร้างสายพันธุ์ให้มีคุณภาพดียิ่งขึ้น บริษัทด้านชีวภาพที่ร่วมทุนกับผู้ผลิตเครื่องจักรกลหนักรายใหญ่ของญี่ปุ่น วางแผนจะขาย “Enomoto algae” ซึ่งเป็นสายพันธุ์ที่พัฒนาจาก Botryococcus ที่แพร่พันธุ์เร็วกว่าสายพันธุ์เดิมถึงหนึ่งพันเท่า ถึงแม้ว่าความหนาแน่นของสาหร่ายจะเพิ่มขึ้น แต่ก็ไม่ทำให้ปริมาณการผลิตลดน้อยลง แถมยังทนทานต่อแบคทีเรียที่ไม่มีประโยชน์ จึงสามารถนำไปเพาะเลี้ยงกลางแจ้งได้ ซึ่งอาจส่งผลให้ต้นทุนอุปกรณ์ลดลงอย่างเห็นได้ชัด

เชื้อเพลิงชีวภาพจากสาหร่ายเหมือนจะเป็นเพียงความฝันลมๆ แล้งๆ เมื่อไม่กี่ปีก่อนหน้านี้ แต่ในปัจจุบันมีงานวิจัยที่นำสาหร่ายมาใช้ประโยชน์ได้อย่างมหาศาลและจะเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ ในอนาคตอย่างแน่นอน

อ้างอิง: แปลจากบทความ “Grow Algae & Change the World” จากเว็บไซต์ http://web-japan.org   

« Back to Result

  • Published Date: 2014-10-01
  • Resource: www.tcdc.co.th