สวิตเซอร์แลนด์ทำไม้ทนไฟจาก "ขี้เลื่อย" !? เบากว่าไม้อัดซีเมนต์ทนไฟถึง 40%

รอนนี เคอร์สไตเนอร์ (Ronny Kürsteiner) นักวิจัยปริญญาเอก (Doctoral student) และทีมวิจัยจากภาควิชาวิทยาศาสตร์วัสดุไม้ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีแห่งซูริก (ETH Zurich) ในสวิตเซอร์แลนด์ ร่วมกับบริษัทเอ็มปา (Empa) ได้พัฒนาวิธีเปลี่ยนขี้เลื่อยให้เป็นวัสดุคอมโพสิต (Composite material) ที่สามารถทนไฟได้ รีไซเคิลได้และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอีกทั้งยังมีน้ำหนักเบากว่าแผ่นไม้อัดซีเมนต์ ซึ่งเป็นวัสดุกันไฟมาตรฐานที่ใช้ในกลุ่มวัสดุก่อสร้าง

ภาพ: Dan Vivas Glaser / จาก Kürsteiner R et al. Chem Circularity 2026, CC BY 4.0

ความพยายามในการแปรรูปขี้เลื่อย

ขี้เลื่อย (Sawdust) หรือฝุ่นผงไม้ที่เกิดขึ้นจากการเลื่อย ไส หรือขัดไม้ ในปัจจุบันทั่วโลกมีการผลิตขี้เลื่อยหลายล้านตันต่อปี โดยส่วนใหญ่ถูกนำไปเผาเพื่อผลิตพลังงาน ซึ่งจะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่สะสมอยู่ในเนื้อไม้กลับคืนสู่ชั้นบรรยากาศ ซึ่งไม่เป็นผลดีต่อสิ่งแวดล้อม 

สตรูไวต์ (Struvite) คือกุญแจการรีไซเคิลขี้เลื่อย

ก่อนหน้านี้มีความพยายามในการแปรรูปขี้เลื่อยเป็นวัสดุก่อสร้าง เช่น ไม้เทียม โดยใช้ สตรูไวต์ (Struvite) หรือชื่อของสารประกอบเแอมโมเนียมแมกนีเซียมฟอสเฟต (ammonium magnesium phosphate) ที่เป็นผลึกใสไม่มีสี มีคุณสมบัติในการป้องกันไฟเป็นส่วนประกอบ  

ทั้งนี้ เมื่อสตรูไวต์ได้รับความร้อนจะเกิดการสลายตัว ปล่อยไอน้ำและแอมโมเนียออกมา ดูดซับความร้อนจากสภาพแวดล้อมโดยรอบ ทำให้เกิดผลในการระบายความร้อน ก๊าซที่ไม่ติดไฟที่ปล่อยออกมายังไปแทนที่อากาศ ซึ่งเป็นการขัดขวางการลุกลามของไฟเมื่อเกิดเหตุเพลิงไหม้

เมล็ดแตงโมช่วยให้ขี้เลื่อยกลายเป็นไม้เทียมทนไฟได้สำเร็จ

แต่การผสมสตรูไวต์นี้กับขี้เลื่อยทำได้ยาก เนื่องจากสตรูไวต์ที่เกิดขึ้นจากกระบวนการตกผลึกของสารที่เรียกว่านิวเบอร์ไรต์ (Newberyite) จะไม่รวมตัวกับขี้เลื่อย แต่ล่าสุดนักวิจัยจาก ETH ได้ใช้เอนไซม์ (Enzyme) ที่สกัดจากเมล็ดแตงโม เพื่อควบคุมการตกผลึกของสตรูไวต์ขึ้นมา และทำให้ขี้เลื่อยกลายเป็นไม้เทียมที่ทนไฟได้สำเร็จ

โดยทีมวิจัยพบว่า การนำเอนไซม์จากเมล็ดแตงโมมาใช้ในกระบวนการตกผลึก ทำให้เกิดการสร้างผลึกขนาดใหญ่ที่เติมเต็มช่องว่างระหว่างอนุภาคขี้เลื่อยและยึดติดกันได้อย่างแน่นหนาจนกลายเป็นไม้เทียมได้ ซึ่งกระบวนการบีบอัดสร้างไม้เทียมจากขี้เลื่อยที่ผสมสารสตรูไวต์จะใช้เวลาทั้งหมด 2 วัน ก่อนนำออกจากแม่พิมพ์และทำให้แห้งที่อุณหภูมิห้อง 

คุณสมบัติไม้เทียมจากขี้เลื่อย

การทดสอบเบื้องต้นชี้ว่า วัสดุไม้เทียมจากขี้เลื่อยมีความแข็งแรงกว่าเมื่อรับแรงอัดในทิศทางตั้งฉากกับลายไม้เมื่อเทียบกับไม้สนแท้ และเมื่อทดสอบการทนไฟด้วยเครื่องทดสอบการเผาไหม้แบบกรวย (cone calorimeter) พบว่า แผ่นไม้สนจะใช้เวลา 15 วินาที ก่อนที่จะติดไฟ แต่แผ่นไม้เทียมจากขี้เลื่อย ใช้เวลามากกว่าถึง 3 เท่า 

และเมื่อเริ่มติดไฟแล้ว แผ่นไม้เทียมจากขี้เลื่อยจะเกิดชั้นป้องกันที่เกิดจากปฏิกิริยาทางเคมีเมื่อสารประกอบไฮโดรคาร์บอนโดนไฟเผา ทำให้มีชั้นเคลือบที่ป้องกันไม่ให้ไฟลุกลามไปยังแผ่นอื่น ๆ 

จากการประเมินเบื้องต้นพบว่า ไม้เทียมจากขี้เลื่อยอาจมีคุณสมบัติในการป้องกันไฟได้เทียบเท่ากับแผ่นไม้อัดซีเมนต์ทั่วไปที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในงานตกแต่งภายในเพื่อป้องกันไฟ เนื่องจากมีส่วนประกอบของซีเมนต์ถึง 60-70% ซึ่งหากไม้เทียมจากขี้เลื่อยผ่านการทดสอบกันไฟในระดับอุตสาหกรรม จะกลายเป็นวัสดุก่อสร้างทางเลือกที่สำคัญ เพราะไม้เทียมจากขี้เลื่อยมีน้ำหนักเบากว่าไม้อัดซีเมนต์ถึง 40%

ไม้เทียมจากขี้เลื่อยอาจเป็นวัสดุก่อสร้างแห่งอนาคต

นอกจากนี้ กระบวนการแปรรูปขี้เลื่อยที่ใช้สตรูไวต์เป็นส่วนประกอบยังทำให้ไม้เทียมจากขี้เลื่อยรีไซเคิลได้ง่าย เพราะกระบวนการรีไซเคิลนั้นเพียงแค่บดอัดและให้ความร้อน จนขี้เลื่อยเป็นผง ส่วนสารนิวเบอร์ไรต์แยกตัวออกมาและตกตะกอนเป็นผลึก ก่อนนำกลับไปหลอมรวมกับขี้เลื่อยเพื่อสร้างไม้เทียมจากขี้เลื่อยขึ้นมาใหม่อีกครั้ง

หรือหากนำไปใช้งานในภาคเกษตรกรรม ไม้เทียมจากขี้เลื่อยจะกลายเป็นดั่งเครื่องปล่อยปุ๋ยแบบตั้งเวลาได้ เนื่องจากตัวแผ่นไม้เมื่อโดนแสงแดดจะค่อย ๆ ปล่อยก๊าซฟอสฟอรัสที่จำเป็นต่อการเติบโตของพืชในดิน 

และถึงแม้ว่ากระบวนการผลิตสารสตรูไวต์จะมีราคาสูง แต่สตรูไวต์เป็นสารที่พบได้ทั่วไปในโรงบำบัดน้ำเสียของอุตสาหกรรมต่าง ๆ ที่มักเป็นขยะและสิ่งแปลกปลอมที่อุดตันในท่อน้ำของระบบบำบัด ซึ่งถ้าหากสามารถดึงมารีไซเคิลและแปรรูปได้ ต้นทุนของไม้เทียมจากขี้เลื่อยก็จะถูกลงและกลายเป็นหนึ่งในกลไกสำคัญสำหรับเศรษฐกิจหมุนเวียน (Circular economic) ได้ 

ทั้งนี้ งานวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิชาการ Chem Circularity เรียบร้อยแล้วในเดือนมีนาคมที่ผ่านมา