รีไซเคิล ‘เศษพลาสติก’ จากยานยนต์ สู่ ‘กราฟีน’ วัสดุสุดล้ำแห่งอนาคต

ต่อลมหายใจ ‘เศษพลาสติก’ จากยานยนต์ สู่ ‘กราฟีน’ วัสดุสุดล้ำแห่งอนาคต

อัปเดตล่าสุด 1 มิ.ย. 2565

ฟอร์ด ร่วมกับคณะวิจัยจาก Rice University เปิดความเป็นไปได้ในการรีไซเคิลเศษพลาสติกจากยานยนต์เป็น ‘กราฟีน’ วัสดุสุดล้ำที่นำไปเพิ่มความทนต่อแรงตึงและการดูดซับเสียงให้กับ PU Foam ด้วยกระบวนการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

กราฟีน (Graphene) คือ ผลึกคาร์บอนที่มีอะตอมเรียงตัวในรูปแบบหกเหลี่ยมรังผึ้ง เป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติความทนทางสูง มีน้ำหนักเบา นำความร้อนและไฟฟ้าได้ดี

เมื่อวันที่ 26 พฤษภาคม 2022 Rice University สหรัฐอเมริกา เปิดเผยงานวิจัยถึงความเป็นไปได้ในการรีไซเคิลเศษพลาสติกจากยานยนต์เป็นกราฟีนด้วยกระบวนการ Flash Joule Heating โดยร่วมกับ Ford Motor Company นำชิ้นส่วนพลาสติกจากยานยนต์ที่หมดอายุการใช้งาน (End of Life Vehicle: ELV) มาทำการทดลอง

คณะวิจัยจาก Rice University ได้เริ่มทำการทดลองให้ความร้อนเศษพลาสติกและยางรถยนต์เก่า เพื่อรีไซเคิลวัสดุเหล่านี้เป็นกราฟีนตั้งแต่ปี 2020 และได้ร่วมกับฟอร์ดในปีเดียวกัน เป้าหมายของความร่วมมือในการวิจัยครั้งนี้ คือ นำกราฟีนที่ได้จากการรีไซเคิลไปใช้ในการเสริมสมรรถนะโพลียูริเทนโฟม (Polyurethane Foam: PU Foam) เพื่อใช้ในยานยนต์

การทดลองได้นำชิ้นส่วนกันชน ปะเก็นฝาสูบ พรม เสื่อ เบาะนั่ง และที่หุ้มประตูจากรถปิคอัพฟอร์ด F-150 ที่หมดอายุการใช้งาน มารีไซเคิล โดยในขั้นแรก ชิ้นส่วนพลาสติกจะถูกนำไปบดเป็นผง จากนั้นจึงผ่านไฟฟ้าแรงต่ำเป็นเวลา 10 - 16 วินาทีเพื่อเผาเป็นถ่าน (Carbonization) ซึ่งพลาสติกราว 30% จะกลายเป็นถ่าน ในขณะที่สารอื่น ๆ อีก 70% จะกลายเป๊นก๊าซ ขี้ผึ้งไฮโดรคาร์บอนสูง และน้ำมัน ซึ่งสามารถนำไปรีไซเคิลต่อได้

พลาสติกที่ถูกเผาเป็นถ่านแล้วจะนำไปผ่านกระบวนการ Flash Joule Heating อีกครั้งด้วยไฟฟ้าแรงสูง เพื่อแปรรูปพลาสติก 85% เป็นกราฟีน และแยกสารเจือปนไฮโดรเจน ออกซิเจน คลอรีน ซิลิคอน และโลหะออก

“กระบวนการ Flash Joule Heating ไม่จำเป็นต้องใช้สารละลายและยังใช้พลังงานต่ำ ทำให้กราฟีนที่ได้เป็นวัสดุที่ผลิตจากกระบวนการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ”

นาย James Tour นักเคมีและหัวหน้าทีมวิจัย แสดงความเห็นว่า หลายปีที่ผ่านมาการแยกพลาสติกเพื่อนำไปรีไซเคิลเป็นปัญหาในอุตสาหกรรมยานยนต์มาอย่างยาวนาน และปัญหานี้ได้ทวีความรุนแรงขึ้นอย่างต่อเนื่องจากมาตรการด้านสิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในยุโรปที่อนุญาตให้ฝังกลบชิ้นส่วนได้ไม่เกิน 5% ของน้ำหนักทั้งหมด ซึ่งเป็นภาระต่อผู้ผลิตยานยนต์เป็นอย่างมาก

โดยทั่วไป รถ SUV หนึ่งคันจะมีพลาสติกเป็นส่วนประกอบเฉลี่ยที่ 350 กิโลกรัม ซึ่งทีมวิจัยประเมินว่า ในช่วง 6 ปีที่ผ่านมา รถยนต์มีชิ้นส่วนที่ผลิตจากพลาสติกเพิ่มขึ้นมากถึง 75% เนื่องจากความต้องการลดน้ำหนักยานยนต์ให้เบาลงเพื่อประหยัดเชื้อเพลิง

นาย Deborah Mielewski ช่างเทคนิคจากฟอร์ด เปิดเผยว่า ที่ผ่านมาพลาสติกส่วนใหญ่ถูกกำจัดด้วยการเผา ในขณะที่ทั่วโลกมีการกำจัดซากรถมากกว่า 27 ล้านคันต่อปี ซึ่งหมายถึงการกำจัดพลาสติกผสมหลายร้อยชนิด ไม่ว่าจะเป็นเรซิ่น พลาสติก ฟิลเลอร์ และอื่น ๆ ในอัตราส่วนที่แตกต่างกันไปตามความต้องการและสเปกของยานยนต์ ซึ่งพลาสติกเหล่านี้ไม่ใช่ชนิดที่สามารถรีไซเคิลได้ด้วยการหลอมและขึ้นรูปใหม่

นาย Alper Kiziltas ผู้เชี่ยวชาญด้านเทคนิคจากฟอร์ด เปิดเผยว่า เมื่อนำกราฟีนที่ได้จากการรีไซเคิลมาเป็นส่วนผสมในการผลิต PU Foam แล้ว พบว่ามีประสิทธิภาพดีกว่าเดิมอย่างมาก ทำให้ PU Foam มี Tensile Strength หรือความทนต่อแรงดึงเพิ่มขึ้น 34% และดูดซับเสียงได้มากขึ้น 25% ด้วยการใช้กราฟีนเป็นส่วนประกอบเพียง 0.1% ของน้ำหนักทั้งหมดเท่านั้น

ฟอร์ดใช้โพลียูรีเทนโฟมมากถึง 60 ปอนด์ โดยตั้งแต่ปี 2018 รถยนต์ฟอร์ดมี PU Foam ที่มีกราฟีนเป็นส่วนผสมประมาณ 2 ปอนด์ หรือราว 0.9 กิโลกรัมต่อคัน โดยนำมาผลิตเป็นชิ้นส่วนประกอบต่าง ๆ ที่อยู่ใต้กระโปรงรถ และในปี 2020 ฟอร์ดได้เพิ่มฝาครอบเครื่องยนต์ที่เสริมสมรรถนะด้วยกราฟีน นาย Kiziltas กล่าวว่า บริษัทคาดว่าจะใช้กราฟีนนี้เสริมสมรรถนะให้พลาสติกในชิ้นส่วนอื่น ๆ เพิ่มเติมอีก