วัสดุใหม่จากสวิส ฝังแบคทีเรียในไฮโดรเจล ดูด CO2 ได้ดีกว่าต้นไม้

นักวิจัยหลายสาขาวิชาจากสถาบันเทคโนโลยีสวิส ซูริค (ETH Zurich) ในประเทศสวิตเซอร์แลนด์ ร่วมกันพัฒนาวัสดุแบบใหม่ โดยนำแบคทีเรียสังเคราะห์แสงที่ชื่อว่า ไซยาโนแบคทีเรีย (Cyanobacteria) มาผสมกับไฮโดรเจล กลายเป็นวัสดุที่สามารถดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) จากอากาศได้มากกว่าต้นไม้ 

วัสดุที่ใหม่นี้เป็นไฮโดรเจลที่อ่อนนุ่ม ประกอบด้วยน้ำและโพลิเมอร์ที่เชื่อมโยงกันเป็นร่างแหซึ่งทีมวิจัยพัฒนาขึ้น ทำให้แสง คาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และสารอาหารผ่านเข้าไปในวัสดุได้ ขณะเดียวกันก็ทำให้เซลล์กระจายตัวได้ทั่วถึงกัน ในไฮโดรเจลนี้ นักวิจัยได้ฝังไซยาโนแบคทีเรียเข้าไปด้วย ซึ่งไซยาโนแบคทีเรียนี้ถูกปรับปรุงขึ้นมาแบบเฉพาะ

โดยการปรับปรุงรูปทรงของโครงสร้างที่พิมพ์ออกมา ทำให้ช่วยเพิ่มพื้นที่ผิว เพิ่มการรับแสง และปรับปรุงการไหลของสารอาหาร ส่งผลให้ไซยาโนแบคทีเรีย สามารถอยู่รอดได้นานและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ทั้งนี้วัสดุใหม่ดังกล่าวนี้สามารถพิมพ์ออกมาแบบ 3 มิติได้

จุดเด่นของวัสดุใหม่นี้คือสามารถดูดซับ CO2 ได้มากกว่าสิ่งมีชีวิตอย่างต้นไม้ เนื่องจากต้นไม้กักเก็บคาร์บอนไดออกไซด์เพื่อการเจริญเติบโต คือดูดซับมาแล้วใช้สร้างชีวมวล (ชีวมวล หรือ Biomass เช่น ใบ ลำต้น เซลล์ ฯลฯ) แต่วัสดุที่นักวิจัยสร้างขึ้นมานี้ยังสามารถกักเก็บในรูปแร่ธาตุคาร์บอเนตแข็ง เช่น ปูนขาว ซึ่งเกิดจากกระบวนการที่ไซยาโนแบคทีเรียสังเคราะห์แสงและเปลี่ยนสภาพแวดล้อมทางเคมีในวัสดุ ทำให้ไฮโดรเจลแข็งตัวขึ้น ส่งผลให้กักเก็บ CO2 ได้มากขึ้นและคงอยู่ได้นานขึ้น 

การทดสอบในห้องปฏิบัติการแสดงให้เห็นว่าวัสดุดังกล่าวจะจับกับ CO2 อย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 400 วัน และแปลงเป็นแร่ธาตุ พบว่าวัสดุ 1 กรัมสามารถกักเก็บ CO2 ได้ประมาณ 26 มิลลิกรัม ซึ่งมากกว่าวิธีการทางชีวภาพอื่น ๆ อย่างมาก รวมถึงมากกว่ากระบวนการทางเคมีที่ใช้กับคอนกรีตรีไซเคิล (Chemical Mineralization of Recycled Concrete) ซึ่งเป็นวิธีดักจับคาร์บอนในระดับอุตสาหกรรม ที่ดักจับได้ประมาณ 7 มิลลิกรัมต่อคอนกรีตรีไซเคิล 1 กรัม

วัสดุมีชีวิตนี้ต้องการเพียงแสงแดด คาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำทะเลเทียม (Artificial Seawater) ที่มีสารอาหารทั่วไปในการเจริญเติบโต สามารถนำไปเป็นวัสดุก่อสร้างได้ และคุณสมบัติเสริมคือการกักเก็บ CO2 ไว้ในอาคารได้โดยตรง ตามการรายงานของมาร์ก ทิบบิตต์ (Mark Tibbitt) ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมโมเลกุลขนาดใหญ่ และเป็นผู้นำการวิจัยครั้งนี้

นักวิจัยมองว่าวัสดุที่พวกเขาสร้างขึ้นมาใหม่นี้ จะเป็นหนึ่งในแนวทางที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม โดยในอนาคต นักวิจัยวางแผนจะทดลองเพื่อตรวจสอบว่าวัสดุนี้สามารถเป็นวัสดุเคลือบผนังอาคาร เพื่อดักจับ CO2 ได้ตลอดอายุการใช้งานของอาคารได้หรือไม่ 

ปัจจุบันมีผู้นำวัสดุนี้ไปทดลองใช้แล้ว คือ แอนเดรีย ชินหลิง (Andrea Shin Ling) นักศึกษาปริญญาเอกจาก ETH หนึ่งในทีมวิจัย ได้นำวัสดุใหม่นี้ไปสร้างเป็นโปรเจ็กต์ชื่อ พิโคแพลงก์โตนิกส์ (Picoplanktonics) จัดแสดงในงานด้านสถาปัตยกรรม Venice Architecture Biennale 2025 ประเทศอิตาลี โดยใช้วัสดุที่ฝังไซยาโนแบคทีเรีย พิมพ์ 3D ออกมาและนำมาประกอบกันให้คล้ายกับต้นไม้ 2 ต้น โดยต้นใหญ่มีความสูงประมาณ 3 เมตร และสามารถจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้มากถึง 18 กิโลกรัมต่อปี ซึ่งเทียบเท่ากับที่ต้นสนอายุ 20 ปีในเขตอบอุ่นสามารถทำได้

นับได้ว่าเป็นอีกหนึ่งงานวิจัยเพื่อสภาพแวดล้อม แม้จะยังต้องมีการพัฒนาและตรวจสอบอีกมาก แต่หากพัฒนาสำเร็จ ก็อาจเป็นอีกหนึ่งทางเลือกที่เป็นมิตรต่อโลก

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications ฉบับวันที่ 23 เมษายน 2025