นักวิจัย มธ.เปิดตัว “TMOFs” ผลึกสังเคราะห์ที่ได้เป็นวัสดุผงนาโนดูดซับแก๊สและสารเคมี ซึ่งซื้อขายในต่างประเทศถึงกิโลกรัมละ 1 ล้านบาท ระบุประยุกต์ใช้งานได้ในหลายอุตสาหกรรม ตั้งแต่ยานยนต์ เชื้อเพลิงชีวภาพ เคมีชีวภาพ การเกษตรและการแพทย์
คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ (มธ.) เปิดตัว “ทีมอฟ (TMOFs)” วัสดุผงนาโนมหัศจรรย์ดูดซับแก๊ส – สารเคมี ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นเป็นครั้งแรกในประเทศไทย โดยเป็นนวัตกรรมที่มีโอกาสนำไปวิจัยต่อยอดเพื่อใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมอย่างหลากหลาย โดยเฉพาะ 4 กลุ่มอุตสาหกรรมเป้าหมายของประเทศไทย ได้แก่ อุตสาหกรรมยานยนต์สมัยใหม่ อุตสาหกรรมเชื้อเพลิงชีวภาพและเคมีชีวภาพ อุตสาหกรรมการเกษตรและเทคโนโลยีชีวภาพ และอุตสาหกรรมการแพทย์ครบวงจร
ทั้งนี้ ในต่างประเทศสารดังกล่าวบางประเภทมีราคาสูงถึงกิโลกรัมละ 1 ล้านบาท โดยในอนาคตหากทีมอฟได้รับการวิจัยต่อยอดจนพร้อมเข้าสู่เชิงพาณิชย์ได้แล้ว คาดว่าจะสามารถลดต้นทุนการนำเข้าได้ราว 30-50 เปอร์เซ็นต์สำหรับผู้สนใจ สามารถสอบถามรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่ คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ศูนย์รังสิต หมายเลขโทรศัพท์ 0-2564-4491 หรือเข้าไปที่ www.sci.tu.ac.th
รองศาสตราจารย์ ปกรณ์ เสริมสุข คณบดีคณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ (มธ.)กล่าวว่า ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาประเทศไทยเผชิญกับภาวะเศรษฐกิจถดถอย ภาครัฐบาลมีการกำหนดทิศทางและมาตรการส่งเสริมการลงทุนสู่กลุ่มอุตสาหกรรมเป้าหมายที่มีศักยภาพในการเติบโต และดึงดูดความสนใจจากนักลงทุนทั่วโลก อาทิ อุตสาหกรรมยานยนต์สมัยใหม่ อุตสาหกรรมเชื้อเพลิงชีวภาพและเคมีชีวภาพ อุตสาหกรรมการแพทย์ครบวงจร เพื่อเป็นการยกระดับความสามารถในการแข่งขันของประเทศไทยในอนาคต
อย่างไรก็ดี การจะเพิ่มศักยภาพและความโดดเด่นของอุตสาหกรรมเหล่านี้ ล้วนต้องใช้องค์ความรู้ด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในการพัฒนาต่อยอดในทุกๆ กระบวนการ ซึ่งภาคการศึกษาเป็นหนึ่งตัวแปรสำคัญในการก้าวข้ามอุปสรรคเหล่านั้นได้ โดยล่าสุดคณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มธ. ได้คิดค้น “TMOFs” วัสดุผงนาโนดูดซับแก๊ส – สารเคมีที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นเป็นครั้งแรกในประเทศไทย ซึ่งสามารถนำไปวิจัยต่อยอดเพื่อประยุกต์ใช้ในหลากหลายอุตสาหกรรม อันจะช่วยเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันของอุตสาหกรรมไทยให้สูงขึ้นตามโมเดล “ไทยแลนด์ 4.0”
ด้าน ผศ.ดร.กิตติพงศ์ ไชยนอก อาจารย์ประจำสาขาวิชาเทคโนโลยีวัสดุและสิ่งทอ คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ (มธ.) ผู้คิดค้นนวัตกรรมวัสดุผงนาโนมหัศจรรย์ “ทีมอฟ” กล่าวว่า Thammasat Metal-Organic Frameworks (TMOFs) เป็นสารประกอบรูปผสมที่เกิดจากการรวมตัวกันระหว่างสารอนินทรีย์ (โลหะ) และสารอินทรีย์ (ลิแกนด์) มีลักษณะทางกายภาพเป็นของแข็งผลึกขนาดเล็กกว่าเกลือแกง มีสีสันที่เปลี่ยนแปลงไปตามสารตั้งต้นที่ใช้ หากส่องด้วยกล้องจุลทรรศน์จะเห็นเป็นผลึกคริสตัลที่มีความวาวสวยงามและมีรูปร่างที่แน่นอน
สำหรับคุณสมบัติพิเศษของสารตัวนี้คือ โครงสร้างที่มีลักษณะเป็นโพรงหรือรูพรุน ทำให้สามารถดูดซับแก๊สหรือโมเลกุลของสารต่างๆ ได้ และยังสามารถคัดแยกโมเลกุลของสารเคมีที่มีขนาดและรูปร่างต่างกันได้ เนื่องจากสารรูปผสมบางชนิดมีโครงสร้างที่ยืดหยุ่นซึ่งสามารถปรับเข้ากับโมเลกุลของสารที่จะถูกดูดซับได้นั่นเอง คุณสมบัติเด่นอีกข้อหนึ่งคือ มีพื้นที่ผิวในการดูดซับสูงมาก เมื่อเทียบกับวัสดุรูพรุนประเภทอื่น เช่น ซีโอไลต์ (Zeolite) และถ่านกัมมันต์ (Activated carbon) โดยปริมาณสาร 1 กรัม มีพื้นที่ในการดูดซับประมาณ 3 ถึง 20 สนามฟุตบอลเรียงต่อกัน และสามารถ ทนความร้อน ได้ถึง 450 องศาเซลเซียส
อีกทั้งสารดังกล่าวยังสามารถปรับให้มีสมบัติอื่นๆ เช่น สมบัติทางแม่เหล็ก หรือ สมบัติการเรืองแสง และสามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้ ด้วยเหตุที่สารรูปผสมประเภทนี้มีความเป็นผลึกสูง ทำให้สามารถทราบโครงสร้างระดับอะตอมได้อย่างถูกต้องโดยการวิเคราะห์ด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอ็กซ์ผ่านผลึกเดี่ยว (Single Crystal X-ray Diffraction) และข้อมูลที่ได้จากเทคนิคดังกล่าวสามารถนำไปใช้ในการออกแบบสารรูปผสมชนิดใหม่ให้มีความจำเพาะเจาะจงต่อการนำไปใช้งาน จากคุณสมบัติอันน่ามหัศจรรย์ TMOFs จึงเป็นนวัตกรรมที่มีโอกาสจะนำไปประยุกต์ใช้ให้เกิดประโยชน์ต่ออุตสาหกรรมอันหลากหลายของประเทศไทย โดยมีตัวอย่างการใช้งานในอุตสาหกรรม ดังนี้
• อุตสาหกรรมยานยนต์สมัยใหม่ TMOFs อาจนำไปประยุกต์ใช้เป็นสารดูดซับแก๊สธรรมชาติที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์ (NGV CNG LPG) แทนถังบรรจุแก๊สความดันสูงที่ใช้อยู่ในปัจจุบันซึ่งมีขนาดใหญ่ น้ำหนักมาก และค่อนข้างอันตรายระหว่างการใช้งาน โดยการที่วัสดุผงนาโน TMOFs มีพื้นที่ผิวในการดูดซับสูงนี้ทำให้สามารถบรรจุแก๊สเชื้อเพลิงได้เพิ่มขึ้น ส่งผลให้รถยนต์เดินทางได้ในระยะทางที่มากขึ้น ตลอดจนสามารถนำไปสู่การย่อส่วนภาชนะสำหรับบรรจุแก๊สเชื้อเพลิงให้มีขนาดเล็กลงได้ในอนาคต ซึ่งจะส่งผลต่อการออกแบบโครงสร้างยานยนต์สมัยใหม่ในภาพรวม
• อุตสาหกรรมเชื้อเพลิงชีวภาพและเคมีชีวภาพ TMOFs อาจนำไปประยุกต์ใช้ในการกระบวนการแยกแก๊สผสมได้ เช่น ไนโตรเจน (N2) คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) รวมไปถึงแก๊สไข่เน่า (H2S) และปรอท (Hg) ซึ่งมีผลต่อการสึกกร่อนของระบบท่อและเครื่องมือต่างๆ อีกทั้งยังสามารถใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการทางเคมีที่มีความจำเพาะสูง
• อุตสาหกรรมการเกษตรและเทคโนโลยีชีวภาพ TMOFs อาจนำไปประยุกต์เพื่อช่วยลดการใช้ปุ๋ยเคมีในการทำการเกษตรได้ โดยทำการดูดซับและกักเก็บไนโตรเจน (N) ฟอสฟอรัส (P) และโพแทสเซียม (K) ซึ่งเป็นสารอาหารสำคัญของพืชเอาไว้ไม่ให้ละลายทิ้งไปกับน้ำฝนหรือการรดน้ำได้ง่าย และอาจช่วยบรรเทาปัญหาดินเค็ม โดยแลกเปลี่ยนประจุกับไอออนของเกลือชนิดต่างๆ ได้
• อุตสาหกรรมการแพทย์ครบวงจร TMOFs อาจนำไปประยุกต์เพื่อช่วยในการนำส่งยาไปยังบริเวณหรืออวัยวะเป้าหมายของผู้ป่วยเพื่อทำการรักษาอย่างเฉพาะเจาะจง ลดผลข้างเคียงต่อส่วนอื่นของร่างกาย หรือทำให้เกิดผลสูงสุดในการรักษาโดยมุ่งเน้นการควบคุมการปลดปล่อยยาในระยะเวลาที่ต้องการ
ผศ.ดร.กิตติพงศ์ กล่าวต่อว่า TMOFs ยังเป็นนวัตกรรมที่มีโอกาสจะนำไปประยุกต์ใช้ประโยชน์อื่นๆ ได้อีกหลายด้าน อาทิ ใช้คงความสดของผักและผลไม้ในการส่งออกด้วยการดูดซับแก๊สเร่งการสุกหรือเอทิลีน (C2H4) ใช้ดูดซับโลหะหนัก เช่น ตะกั่ว (Pb) แคดเมียม (Cd) ทองแดง (Cu) ซึ่งเป็นสารพิษในแหล่งน้ำ ฯลฯ ทั้งนี้จุดเด่นของ TMOFs คือการออกแบบรูพรุนให้มีขนาดตามที่ต้องการ สามารถเพิ่มความยืดหยุ่น และเติมหมู่กลไกเพื่อทำให้สามารถเก็บกักแก๊ส แยกแก๊ส หรือโมเลกุลของสารเคมีขนาดต่างๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
อย่างไรก็ตาม การจะคิดค้นสารรูปผสมดังกล่าวให้มีขนาดของรูพรุนเหมาะสมกับการดูดซับสารสักตัวหนึ่งนั้นทำได้ยากต้องอาศัยเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่มีประสิทธิภาพ รวมทั้งใช้เวลาและค่าใช้จ่ายในการวิจัยสูงซึ่งส่งผลให้สารดังกล่าวที่จำหน่ายในต่างประเทศมีราคาค่อนข้างสูงในปัจจุบันสาร โดยสารบางประเภทมีราคาสูงถึงกิโลกรัมละ 1 ล้านบาท จึงไม่ค่อยมีการนำเข้ามาใช้ในประเทศไทย ทั้งนี้ปัจจุบัน TMOFs พร้อมสู่การพัฒนาร่วมกับหน่วยงานต่างๆ เพื่อการต่อยอดสู่การจำหน่ายเชิงพาณิชย์ และคาดว่าในอนาคตจะสามารถลดต้นทุนการนำเข้าได้ราว 30-50 เปอร์เซ็นต์ ผศ.ดร.กิตติพงศ์ กล่าวสรุป
สำหรับผู้สนใจ สามารถสอบถามรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่ คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ศูนย์รังสิต หมายเลขโทรศัพท์ 0-2564-4491 หรือเข้าไปที่ www.sci.tu.ac.th
