กำจัดน้ำมันปนเปื้อน ด้วยโพลิเมอร์เคลือบจุลินทรีย์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.)

​“จุลินทรีย์กำจัดน้ำมัน” คือสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก ที่มีความพิเศษคือ “กินน้ำมันได้” ทำให้นอกจากจะนิยมใช้กับการกำจัดคราบน้ำมันที่รั่วไหลลงทะเลและแหล่งน้ำแล้ว ยังมีการนำมาใช้กับการกำจัดน้ำมันที่ปนเปื้อนมากับน้ำทิ้ง ในกระบวนการผลิตของโรงงานอุตสาหกรรม แต่เนื่องจากรูปแบบการใช้งานส่วนใหญ่จะเป็นการเทผงจุลินทรีย์ลงไปบนผิวหน้าน้ำในบ่อบำบัด แล้วปล่อยทิ้งไว้จนกว่าปริมาณน้ำมันที่เจือปนจะอยู่ในเกณฑ์ที่กฎหมายกำหนด จึงจะปล่อยน้ำที่มีจุลินทรีย์เจือปนอยู่ออกสู่ภายนอก ซึ่งแม้ว่าจุลินทรีย์เหล่านี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าไม่มีอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมและสิ่งมีชีวิต แต่เป็น ต้นทุนค่า “จุลินทรีย์” ที่โรงงานต้องจ่ายทุกครั้งที่ต้องมีการบำบัดน้ำ ไม่สามารถนำจุลินทรีย์ที่โปรย (หรือเท) ลงไปในการบำบัดครั้งก่อนกลับมาใช้ใหม่ได้ ทำให้วิธีการกำจัดคราบน้ำมันในการบำบัดน้ำของโรงงานอุตสาหกรรมยังอยู่ในวงจำกัด

จึงเป็นที่มาของ โครงงานประดิษฐ์ “POD Economy ผลิตภัณฑ์โพลิเมอร์ ย่อยสลายน้ำมันด้วยจุลินทรีย์ชีวภาพ” ของ 4 นักศึกษาปริญญาตรี ชั้นปีที่ 3 ภาควิชาจุลชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) ประกอบด้วย คุณนิศารัตน์ หวังเจริญมณี (ฟ้า), คุณชุดาวัลภ์ สมหวัง (เบบี้มายด์), คุณณิพภิชฌนันท์ เงินเพิ่มทรัพย์ (หมิง) และคุณวิจิตรา ใจแก้ว (นิว) ที่ได้รับรางวัลเหรียญทองระดับอุดมศึกษา กลุ่มพลังงาน วัสดุและเคมีชีวภาพ ในโครงการ Thailand New Gen Inventor Award : I-New Gen Award 2024 จัดโดยสำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.)

คุณนิศารัตน์หรือน้องฟ้า กล่าวว่า หากเปรียบการบำบัดน้ำเสียเหมือนการชงกาแฟ การใช้จุลินทรีย์แบบผงคือ การใช้กาแฟผงที่ชงกับน้ำร้อนแล้วหมดไป แต่ตัวโพลิเมอร์ย่อยสลายน้ำมันด้วยจุลินทรีย์ชีวภาพ หรือ POD Economy (Polymer for Oil Degradation) ของเรา เปรียบเหมือนกาแฟในซองกระดาษที่ชงใหม่ได้ โดยงานที่เราทำคือ การหาวิธีการทำให้จุลินทรีย์มีการยึดเกาะกับโพลิเมอร์ให้ได้

“จากการศึกษาเชื้อจุลินทรีย์ในธรรมชาติของรุ่นพี่ปริญญาเอกในภาควิชา ที่สามารถค้นพบจุลินทรีย์สายพันธุ์ธรรมชาติ ตัวที่คุณสมบัติเด่นด้านการกำจัดน้ำมัน กับการที่ตนเองและเพื่อนเคยใช้เทคนิคอิมโมบิไลเซชัน (Immobilization) เพื่อตรึงจุลินทรีย์บนผิววัสดุสังเคราะห์ พวกเราจึงเกิดไอเดียว่า หากสามารถทำให้จุลินทรีย์ชนิดนี้ดำรงชีวิตอยู่บนพื้นผิวของวัสดุลอยน้ำ ที่มีพื้นที่ผิวต่อปริมาตรสูงได้ ก็จะทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ในการบำบัดน้ำมันในน้ำ ที่มีคุณสมบัติเด่นที่สำคัญคือ ‘สามารถใช้ซ้ำได้หลายครั้ง’”

คุณชุดาวัลภ์หรือน้องเบบี้มายด์ เสริมว่า สำหรับวัสดุที่ใช้ เราเลือกเป็น “โพลิเมอร์” เพราะเป็นวัสดุยึดเกาะที่ในมีผลิตและจำหน่ายในท้องตลาดอยู่แล้วหลายชนิดหลายรูปแบบให้เราเลือก ซึ่งแนวทางของเราคือ เลือกโพลิเมอร์ที่มีพื้นที่ผิวในสัดส่วนที่สูง และมีผิวหน้าที่มีรอยพรุนและรอยหยักที่เหมาะกับการยึดเกาะของจุลินทรีย์

ในแง่ของการพัฒนาผลิตภัณฑ์ในห้องทดลองนั้น คุณวิจิตราหรือน้องนิว กล่าวว่า นอกเหนือจากการพัฒนาเทคนิคที่จะตรึงจุลินทรีย์ชนิดนี้กับวัสดุโพลิเมอร์ที่เราเลือกให้ได้แล้ว ยังมีการใช้เทคนิคหลายอย่างที่ทำให้เปลี่ยนเป็นจุลินทรีย์ที่ย่อยน้ำมันได้อย่างมีประสิทธิภาพ “ในสภาพธรรมชาติ จุลินทรีย์ชนิดนี้จะเหมือนกับจุลินทรีย์ชนิดอื่น คือเลือกบริโภคน้ำตาลเป็นหลัก และจะยอมกินน้ำมันก็ต่อเมื่อภาวะที่ไม่มีอาหารหลัก ซึ่งงานของเราคือ หาสภาวะที่จะทำให้จุลินทรีย์สายพันธุ์นี้เปลี่ยนมากินน้ำมันเป็นอาหารหลักได้ นอกจากนี้ยังเสริมด้วยการใส่จุลินทรีย์อีกชนิดหนึ่งเข้าไปเป็นตัวรอง โดยจุลินทรีย์ตัวที่สองนี้จะปล่อยสารชนิดหนึ่งที่จะไปทำให้โมเลกุลของน้ำมันมีขนาดเล็กลง ทำให้จุลินทรีย์หลักของเรากินน้ำมันได้มากขึ้นและเร็วขึ้น”

คุณณิพภิชฌนันท์หรือน้องหมิง ให้ข้อมูลเกี่ยวกับประสิทธิภาพในการกำจัดน้ำมันว่า “ตัว POD ที่มีการตรึงจุลินทรีย์ไว้บนผิวในการทดลองของเรา จะทำงานได้ดีที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งทำให้เหมาะกับการนำมาใช้ในประเทศเมืองร้อนอย่างเมืองไทย โดยจากการคำนวณประสิทธิภาพการย่อยน้ำมัน เราพบว่า POD 5 ชิ้น (น้ำหนักประมาณ 1.5 กรัม) จะสามารถย่อยสลายน้ำมันได้ 1-2 มิลลิลิตร ในเวลา 3 วัน และยังพบอีกว่า ชิ้น POD ที่นำไปกำจัดน้ำมัน จะมีปริมาณจุลินทรีย์มากขึ้น ซึ่งนั่นอาจเป็นอีกสาเหตุหนึ่งที่ทำให้ประสิทธิภาพในการกำจัดน้ำมันของการนำ POD มาใช้ซ้ำในครั้งที่ 2 และ 3 ยังใกล้เคียงกับการใช้ในครั้งแรก” และทั้งหมดนี้ นอกจากจะทำให้โครงงานที่ใช้เวลาทำเพียง 6 เดือน ชิ้นนี้คว้ารางวัลเหรียญทอง จากโครงการ Thailand New Gen Inventor Award : I-New Gen Award 2024 ของสำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.) แล้ว ยังนำไปสู่การยื่นจดอนุสิทธิบัตรการค้นพบครั้งนี้อีกด้วย

“จากการสืบค้นเกี่ยวกับเทคนิคการกำจัดน้ำมันด้วยจุลินทรีย์ในปัจจุบัน ยังไม่มีผลิตภัณฑ์ที่ใช้เทคนิคการนำจุลินทรีย์มาติดบนผิวโพลิเมอร์ออกวางจำหน่าย หรือผลิตเพื่อการใช้งานในภาคอุตสาหกรรม เราจึงมีการยื่นขอจดอนุสิทธิบัตรเกี่ยวกับกระบวนการเลี้ยงให้จุลินทรีย์เลือกที่จะกินน้ำมันเป็นหลัก ขณะเดียวกันเรารู้แล้วว่า สามารถใช้จุลินทรีย์ 2 ชนิดนี้ ในการกำจัดน้ำมันในน้ำได้ ตัวเองก็อยากจะศึกษาต่อในระดับปริญญาโท เพื่อระบุตำแหน่งของยีนที่ทำหน้าที่ดังกล่าว” น้องฟ้า กล่าว

ผศ.ดร.นุจริน จงรุจา อาจารย์ภาควิชาจุลชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ มจธ. ในฐานะอาจารย์ที่ปรึกษากล่าวว่า เบื้องหลังของโครงงานประกวดชิ้นนี้ คือการนำองค์ความรู้จากการค้นคว้าวิจัยของกลุ่มวิจัยของภาควิชาจุลชีววิทยา ที่ประกอบด้วย ทีมอาจารย์และนักศึกษาตั้งแต่ระดับปริญญาตรี ปริญญาโทและปริญญาเอก มาเป็นฐานคิดในการพัฒนาเป็นโครงงานให้นักศึกษาได้ทำ ซึ่งช่วยให้เขามีทักษะการค้นคว้าวิจัยและการทำงานเป็นทีม “ในฐานะอาจารย์ เราพยายามผลักดันให้เด็กแสดงศักยภาพออกมา เพราะเราเชื่อว่าเขาทำได้ และพร้อมกันนั้นต้องทำงานเป็นทีมได้ด้วย คือนอกจากแต่ละคนจะต้องสามารถพึ่งพาตัวเองได้ ศึกษาด้วยตัวเองได้ การยินดีที่ได้ช่วยคนอื่นก็เป็นสิ่งสำคัญ และหากช่วยเหลือกัน งานยากแต่ไหนก็จะผ่านไปได้”