MU-SDGs Case Study
การพัฒนากระบวนการผลิตพลาสติกชีวภาพจากน้ำทิ้งจากกระบวนการย่อยสลายไร้อากาศโดยสาหร่ายขนาดเล็ก
Development of bioplastic production from anaerobic digestion effluent by microalgal
แหล่งทุน
กองทุนส่งเสริม ววน. (MU.FF.2566)
ปีที่เริ่มดำเนินการ
2566 - 2568
ส่วนงานหลัก
คณะสิ่งแวดล้อมและทรัพยากรศาสตร์
ส่วนงานร่วม
คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยขอนแก่น
ผู้ดำเนินการหลัก
รศ.ดร.สุรีย์วัลย์ สิทธิจันดา
ผู้ดำเนินการร่วม
ศาสตราจารย์ ดร. อลิศรา เรืองแสง
ผศ.ดร. เพ็ญศรี ปลั่งกลางคำอธิบาย
นวัตกรรมแปรรูปน้ำเสียจากอุตสาหกรรมให้เป็นพลาสติกชีวภาพที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม โดยใช้สาหร่ายไทยสองสายพันธุ์ที่ทนทานต่อสภาวะรุนแรง สามารถผลิตพลาสติกชีวภาพได้สูงถึง 6.35% พร้อมผลิตภัณฑ์พลอยได้มูลค่าสูง ตอบโจทย์การพัฒนาที่ยั่งยืน
เนื้อหา MU-SDGs Case Study
ความสำคัญ วัตถุประสงค์โครงการ
ปัญหาขยะพลาสติกทวีความรุนแรงขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยการผลิตพลาสติกทั่วโลกเพิ่มจาก 204 ล้านตันในปี 2002 เป็น 299 ล้านตันในปี 2013 สำหรับประเทศไทยมีขยะพลาสติกประมาณ 2 ล้านตันต่อปี แต่รีไซเคิลได้เพียง 25% สถานการณ์ยิ่งรุนแรงขึ้นในช่วง COVID-19 จากการใช้บริการเดลิเวอรี่และการสั่งซื้อออนไลน์ที่เพิ่มขึ้น ทำให้มีขยะพลาสติกในกรุงเทพฯ สูงถึง 3,440 ตันต่อวัน โดยรีไซเคิลได้เพียง 19% พลาสติกชีวภาพ PHB จึงเป็นทางเลือกที่น่าสนใจเนื่องจากมีคุณสมบัติใกล้เคียงกับพลาสติกทั่วไปและย่อยสลายได้ทางชีวภาพ สามารถผลิตได้จากจุลินทรีย์และสาหร่าย
จากองค์ความรู้ของทีมวิจัยที่ได้คัดแยกสาหร่าย 2 สายพันธุ์จากบ่อเลี้ยงปลาในจังหวัดนครราชสีมา ได้แก่ Coelastrella sp. KKU-P1 และ Acutodesmus sp. KKU-P2 ซึ่งมีคุณสมบัติทนต่อคาร์บอนไดออกไซด์ได้สูง (10-20%) และทนอุณหภูมิสูง อีกทั้งสามารถใช้แหล่งคาร์บอนได้หลากหลายรวมถึงน้ำหมักเหลือทิ้งจากกระบวนการผลิตไฮโดรเจน และเพื่อต่อยอดองค์ความรู้ของทีมวิจัยงานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการผลิตพลาสติกชีวภาพจากน้ำทิ้งกระบวนการย่อยสลายไร้อากาศโดยใช้สาหร่ายทั้งสองสายพันธุ์ เริ่มตั้งแต่การศึกษาสภาวะแวดล้อมที่เหมาะสมในการผลิต และทำการขยายขนาดการผลิตในถังปฏิกรณ์ชีวภาพขนาด 5 ลิตร ซึ่งผลการวิจัยนี้จะเป็นงานวิจัยชิ้นแรกๆ ที่ศึกษาการสะสมของพลาสติกชีวภาพใน Coelastrella sp. KKU-P1 จากน้ำหมักเหลือทิ้ง และสามารถใช้เป็นแนวทางในการผลิตระดับอุตสาหกรรมต่อไปในอนาคต
การดำเนินการ
1. การศึกษาผลของความเข้มข้นของน้ำหมักเหลือทิ้งจากกระบวนการผลิตไฮโดรเจนและค่า pH ที่เหมาะสมต่อการผลิต PHB
2. การศึกษาผลของสูตรอาหารและระยะเวลาการให้แสงต่อการผลิต PHB
3. การขยายขนาดการผลิต PHB ในถังปฏิกรณ์ชีวภาพขนาด 5 ลิตร
ผลการดำเนินงาน
1. ผลของความเข้มข้นของน้ำหมักเหลือทิ้งจากกระบวนการผลิตไฮโดรเจนและค่า pH ที่เหมาะสม คือ ค่าความเข้มข้นของน้ำหมักที่ 10% และ ค่า pH เท่ากับ 6.5
2. ผลการศึกษาสูตรอาหารและระยะเวลาให้แสง พบว่า
- KKU-P1 เจริญเติบโตดีที่สุดในอาหาร NP-limited BBM ให้แสง 24 ชั่วโมง และผลิต PHB สูงสุดในสูตรอาหาร NP-limited BBM ไม่ให้แสง
- KKU-P2 เจริญเติบโตดีที่สุดในอาหาร N-limited BBM ให้แสง 24 ชั่วโมง และผลิต PHB สูงสุดในอาหาร NP-limited BBM ไม่ให้แสง
3. ผลการผลิต PHB ในถังปฏิกรณ์ชีวภาพขยายขนาดพบว่า
- KKU-P1 สามารถผลิต PHB ได้สูงถึง 4.57% และผลิตโปรตีน คาร์โบไฮเดรต และไขมันได้เท่ากับ 29.37% 24.76% และ 13.21% ตามลำดับ
- KKU-P2 สามารถผลิต PHB ได้สูงถึง 6.35 % และผลิตโปรตีน คาร์โบไฮเดรต และไขมันได้เท่ากับ 31.53% 16.16% และ 4.77% ตามลำดับ
การนำไปใช้ประโยชน์
ด้านวิชาการ: นำผลจากงานวิจัยไปพัฒนาต่อยอดขอทุนวิจัยและได้รับสนับสนุนภายใต้โครงการ "การพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพและชีวเคมีภัณฑ์จากชีวมวลและวัสดุเหลือทิ้งจากอุตสาหกรรมอ้อยและน้ำตาลภายใต้แนวทางเศรษฐกิจชีวภาพ-เศรษฐกิจหมุนเวียน-เศรษฐกิจสีเขียว" ซึ่งได้รับการสนับสนุนจาก วช. และ สวทช. ภายใต้ทุนส่งเสริมกลุ่มวิจัยศักยภาพสูง ประจำปี 2567 โดยมี ศ.ดร.อลิศรา เรืองแสง เป็นหัวหน้าโครงการ และ รศ.ดร.สุรีย์วัลย์ สิทธิจันดา เป็นผู้ร่วมวิจัย
มีผลงานตีพิมพ์
Thepsuthammart, K., Imai, T., Plangklang, P., Sittijunda, S., Reungsang, A. Two-step polyhydroxybutyrate production from hydrogenic effluent by freshwater microalgae Coelastrella sp. KKU-P1 and Acutodesmus sp. KKU-P2 under mixotrophic cultivation. Heliyon. 2024. 10: e37261
ปัญหาขยะพลาสติกทวีความรุนแรงขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยการผลิตพลาสติกทั่วโลกเพิ่มจาก 204 ล้านตันในปี 2002 เป็น 299 ล้านตันในปี 2013 สำหรับประเทศไทยมีขยะพลาสติกประมาณ 2 ล้านตันต่อปี แต่รีไซเคิลได้เพียง 25% สถานการณ์ยิ่งรุนแรงขึ้นในช่วง COVID-19 จากการใช้บริการเดลิเวอรี่และการสั่งซื้อออนไลน์ที่เพิ่มขึ้น ทำให้มีขยะพลาสติกในกรุงเทพฯ สูงถึง 3,440 ตันต่อวัน โดยรีไซเคิลได้เพียง 19% พลาสติกชีวภาพ PHB จึงเป็นทางเลือกที่น่าสนใจเนื่องจากมีคุณสมบัติใกล้เคียงกับพลาสติกทั่วไปและย่อยสลายได้ทางชีวภาพ สามารถผลิตได้จากจุลินทรีย์และสาหร่าย
จากองค์ความรู้ของทีมวิจัยที่ได้คัดแยกสาหร่าย 2 สายพันธุ์จากบ่อเลี้ยงปลาในจังหวัดนครราชสีมา ได้แก่ Coelastrella sp. KKU-P1 และ Acutodesmus sp. KKU-P2 ซึ่งมีคุณสมบัติทนต่อคาร์บอนไดออกไซด์ได้สูง (10-20%) และทนอุณหภูมิสูง อีกทั้งสามารถใช้แหล่งคาร์บอนได้หลากหลายรวมถึงน้ำหมักเหลือทิ้งจากกระบวนการผลิตไฮโดรเจน และเพื่อต่อยอดองค์ความรู้ของทีมวิจัยงานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการผลิตพลาสติกชีวภาพจากน้ำทิ้งกระบวนการย่อยสลายไร้อากาศโดยใช้สาหร่ายทั้งสองสายพันธุ์ เริ่มตั้งแต่การศึกษาสภาวะแวดล้อมที่เหมาะสมในการผลิต และทำการขยายขนาดการผลิตในถังปฏิกรณ์ชีวภาพขนาด 5 ลิตร ซึ่งผลการวิจัยนี้จะเป็นงานวิจัยชิ้นแรกๆ ที่ศึกษาการสะสมของพลาสติกชีวภาพใน Coelastrella sp. KKU-P1 จากน้ำหมักเหลือทิ้ง และสามารถใช้เป็นแนวทางในการผลิตระดับอุตสาหกรรมต่อไปในอนาคต
การดำเนินการ
1. การศึกษาผลของความเข้มข้นของน้ำหมักเหลือทิ้งจากกระบวนการผลิตไฮโดรเจนและค่า pH ที่เหมาะสมต่อการผลิต PHB
2. การศึกษาผลของสูตรอาหารและระยะเวลาการให้แสงต่อการผลิต PHB
3. การขยายขนาดการผลิต PHB ในถังปฏิกรณ์ชีวภาพขนาด 5 ลิตร
ผลการดำเนินงาน
1. ผลของความเข้มข้นของน้ำหมักเหลือทิ้งจากกระบวนการผลิตไฮโดรเจนและค่า pH ที่เหมาะสม คือ ค่าความเข้มข้นของน้ำหมักที่ 10% และ ค่า pH เท่ากับ 6.5
2. ผลการศึกษาสูตรอาหารและระยะเวลาให้แสง พบว่า
- KKU-P1 เจริญเติบโตดีที่สุดในอาหาร NP-limited BBM ให้แสง 24 ชั่วโมง และผลิต PHB สูงสุดในสูตรอาหาร NP-limited BBM ไม่ให้แสง
- KKU-P2 เจริญเติบโตดีที่สุดในอาหาร N-limited BBM ให้แสง 24 ชั่วโมง และผลิต PHB สูงสุดในอาหาร NP-limited BBM ไม่ให้แสง
3. ผลการผลิต PHB ในถังปฏิกรณ์ชีวภาพขยายขนาดพบว่า
- KKU-P1 สามารถผลิต PHB ได้สูงถึง 4.57% และผลิตโปรตีน คาร์โบไฮเดรต และไขมันได้เท่ากับ 29.37% 24.76% และ 13.21% ตามลำดับ
- KKU-P2 สามารถผลิต PHB ได้สูงถึง 6.35 % และผลิตโปรตีน คาร์โบไฮเดรต และไขมันได้เท่ากับ 31.53% 16.16% และ 4.77% ตามลำดับ
การนำไปใช้ประโยชน์
ด้านวิชาการ: นำผลจากงานวิจัยไปพัฒนาต่อยอดขอทุนวิจัยและได้รับสนับสนุนภายใต้โครงการ "การพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพและชีวเคมีภัณฑ์จากชีวมวลและวัสดุเหลือทิ้งจากอุตสาหกรรมอ้อยและน้ำตาลภายใต้แนวทางเศรษฐกิจชีวภาพ-เศรษฐกิจหมุนเวียน-เศรษฐกิจสีเขียว" ซึ่งได้รับการสนับสนุนจาก วช. และ สวทช. ภายใต้ทุนส่งเสริมกลุ่มวิจัยศักยภาพสูง ประจำปี 2567 โดยมี ศ.ดร.อลิศรา เรืองแสง เป็นหัวหน้าโครงการ และ รศ.ดร.สุรีย์วัลย์ สิทธิจันดา เป็นผู้ร่วมวิจัย
มีผลงานตีพิมพ์
Thepsuthammart, K., Imai, T., Plangklang, P., Sittijunda, S., Reungsang, A. Two-step polyhydroxybutyrate production from hydrogenic effluent by freshwater microalgae Coelastrella sp. KKU-P1 and Acutodesmus sp. KKU-P2 under mixotrophic cultivation. Heliyon. 2024. 10: e37261
ความแตกต่าง หรือมีเอกลักษณ์ที่ต่างจากโครงการอื่น
- เป็นงานวิจัยชิ้นแรกที่ศึกษาการผลิตพลาสติกชีวภาพจาก Coelastrella KKU-P1 ซึ่งเป็นสายพันธุ์ที่คัดแยกได้จากแหล่งธรรมชาติในประเทศไทยและมีคุณสมบัติพิเศษคือทนต่อ CO2 สูง (10-20%) และทนอุณหภูมิสูง นอกจากนี้ยังมีการบูรณาการการบำบัดน้ำเสียเข้ากับการผลิตผลิตภัณฑ์มูลค่าสูง โดยใช้น้ำหมักเหลือทิ้งจากกระบวนการผลิตไฮโดรเจนเป็นวัตถุดิบตั้งต้น ซึ่งแตกต่างจากงานวิจัยอื่นที่มักใช้อาหารเลี้ยงเชื้อสังเคราะห์
- กระบวนการผลิตที่พัฒนาขึ้นนี้ไม่เพียงได้พลาสติกชีวภาพเป็นผลิตภัณฑ์หลัก แต่ยังได้ผลิตภัณฑ์พลอยได้ที่มีมูลค่าทางเศรษฐกิจ ได้แก่ โปรตีน คาร์โบไฮเดรต และไขมัน อีกทั้งยังเป็นกระบวนการผลิตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเนื่องจากช่วยลดการปล่อย CO2 ผ่านการใช้สาหร่ายในกระบวนการผลิต สอดคล้องกับแนวคิด BCG Economy ในการพัฒนาอย่างยั่งยืน
ผลกระทบในระดับชุมชน ประเทศ ระดับโลก
ระดับชุมชนและประเทศ: งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นศักยภาพในการใช้น้ำเสียที่มีกรดอินทรีย์เป็นวัตถุดิบสำหรับการผลิตพลาสติกชีวภาพ ซึ่งช่วยแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อมพร้อมกับสร้างมูลค่าเพิ่มให้กับของเสียอุตสาหกรรม องค์ความรู้และเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับน้ำเสียจากอุตสาหกรรมอื่นๆ และเป็นพื้นฐานสำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรมชีวภาพที่เหมาะสมกับบริบทของประเทศไทย ซึ่งจะช่วยเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันของประเทศด้านเทคโนโลยีชีวภาพ
SDGs หลัก
SDG 12 - การผลิตและการบริโภคที่ยั่งยืน (Responsible Consumption and Production)
SDGs อื่น ๆ ที่สอดคล้อง
SDG 9 - อุตสาหกรรม นวัตกรรม และโครงสร้างพื้นฐาน (Industry, Innovation and Infrastructure)
SDG 13 - การรับมือการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (Climate Action)
SDG 13 - การรับมือการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (Climate Action)
Key Message
บ่งชี้ศักยภาพในการใช้สาหร่ายสายพันธุ์ไทยผลิตพลาสติกชีวภาพจากน้ำเสียอุตสาหกรรม ตอบโจทย์การพัฒนาที่ยั่งยืนด้วยการสร้างผลิตภัณฑ์มูลค่าสูงควบคู่กับการจัดการของเสีย
Links ข้อมูลเพิ่มเติม
สอดคล้องกับยุทธศาสตร์มหาวิทยาลัย
ยุทธศาสตร์ 1 Global Research and Innovation
Partners/Stakeholders
อุตสาหกรรมพลาสติกชีวภาพ
คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยขอนแก่น
ตัวชี้วัด THE Impact Ranking
12.2.5
