เส้นใยกัญชง นวัตกรรมโบราณที่ต่อยอดสู่ชิ้นส่วนยานยนต์น้ำหนักเบาในอนาคต

ภาพจำของกัญชง – กัญชา คือสารเสพติดที่ผู้คนนิยมนำไปสูบ หรือการสกัดสารสำคัญเพื่อทำเป็นยา แต่หากรู้หรือไม่ว่าเส้นใยกัญชา-เส้นใยกัญชง สามารถทำเป็นผลิตภัณฑ์ทางเลือกใหม่ของการสร้างวัสดุน้ำหนักเบาที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ขณะเดียวกันยังมีความเหนียว ทนทานไม่แพ้ใครอีกด้วย

ซึ่งนวัตกรรมดังกล่าว มีมานานกว่าพันปีแล้วในฐานะเป็นเส้นใยสำหรับการผลิตผ้า และด้วยการพัฒนาทางเทคโนโลยีและเคมีภัณฑ์ ทำให้นักวิจัยและผู้พัฒนาสามารถต่อยอดคุณสมบัติของเส้นใยกัญชงได้อย่างน่ามหัศจรรย์

รู้จักกับ HEMP

เส้นใยกัญชง (Cannabis sativa) หรือที่รู้จักกันในนามของเส้นใยเฮ็มพ์ (HEMP) ซึ่งเป็นเส้นใยจากลำต้นที่มีเซลลูโลสในปริมาณสูง แม้จะเป็นพืชที่อยู่ในสกุลเดียวกับกัญชา แต่ยางกัญชงจะเหนียวน้อยกว่ากัญชา และต่อมน้ำมันที่น้อยกว่า จึงเป็นพืชที่ให้ประโยชน์ในด้านสิ่งทอเป็นหลัก

เส้นใยกัญชง มีคุณสมบัติทางกลของเส้นใยที่น่าสนใจ ด้วยตัวเส้นใยมีความแข็งแรงตามยาวมากถึง 550-1110 MPa และยังเรียงสม่ำเสมอ น้ำหนักเบา ดูดซับความชื้นโดยรอบได้ดี

ประกอบกับต้นกัญชงเติบโตรวดเร็ว สามารถเก็บเกี่ยวได้ต่อเนื่องประมาณ 3-4 ครั้งต่อปี อีกทั้งกัญชงทนต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศ และต้องการน้ำในปริมาณที่น้อย จึงให้ผลผลิตที่สูงมาก ลงทุนต่ำ และการสร้างขยะจากการเก็บเกี่ยวหรือแปรรูปที่ต่ำเช่นกัน

สิ่งที่น่าสนใจไม่แพ้กันก็คือ ในปัจจุบันมีกรรมวิธีในการคัดสรรและพัฒนาสายพันธุ์เพื่อให้ได้เส้นใยที่แข็งแรง ดียิ่งขึ้น และมีปริมาณสาร Tetrahydrocannabinol (THC) ที่ต่ำกว่าเดิม เพื่อไม่ให้ส่งผลกระทบต่อการผลิต และการใช้งาน จึงสร้างความมั่นใจในการใช้งานในวงกว้างได้

เส้นใยกัญชง (เฮ็มพ์) กับการประยุกต์ในอุตสาหกรรมยานยนต์

หนึ่งในความท้าทายที่สำคัญก็คือ การนำเส้นใยกัญชงมาพัฒนาต่อยอดเป็นวัสดุคอมโพสิทจากธรรมชาติ Natural-Fibre Composites (NFC) ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม สามารถกำจัดได้โดยไม่ก่อให้เกิดมลพิษ น้ำหนักเบา ทนทานสูง และมีศักยภาพที่จะทดแทนเส้นใยสังเคราะห์ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า

ซึ่งคุณสมบัติของวัสดุ NFC ที่ใช้เส้นใยกัญชงเป็นวัสดุหลัก (Hemp-based) มีทั้งนำมาขึ้นรูปแบบเส้นใยซ้อนโดยไม่ผ่านกระบวนการถักทอ เรียกว่า non-woven ซึ่งสามารถผลิตเป็นชิ้นส่วนที่เน้นผิวสัมผัสที่นุ่มนวล อาทิ ฝ้าเพดาน แผ่นรองห้องสัมภาระท้าย แผ่นกันความร้อนฝากระโปรงหน้า ไปจนถึงฉนวนกันความร้อน

รวมถึงการนำเส้นใยแบบถักทอ มาเคลือบเรซิ่นเพิ่มความแข็งแรง หรือใช้ร่วมกับวัสดุอื่น ๆ ในการขึ้นรูป เช่น คาร์บอนไฟเบอร์ เพื่อทดแทนชิ้นส่วนรถที่ใช้ไฟเบอร์กลาสได้ อาทิ มีความแข็งกว่าห้าเท่า ทนทานกว่าพลาสติกทั่วไปถึง 3.5 เท่า โดยที่ยังคงความเหนียวและยืดหยุ่นไม่แพ้กัน

รถยนต์จากผลิตภัณฑ์การเกษตร และเส้นใยกัญชงจาก Ford (ภาพประกอบจาก financialexpress.com)

ซึ่งมีข้อพิสูจน์จากเฮนรี่ ฟอร์ด ที่ได้สร้างรถยนต์จากวัสดุธรรมชาติ อาทิ ถั่วเหลือง ข้าวโพดด ฟาง ไปจนถึงเส้นใยกัญชงคันแรกขึ้นในปี 1941 ในชื่อ Soybean Car Prototype และทดสอบความแข็งแรงโดยใช้ขวานจาม ผลลัพธ์คือไม่บุบสลายเมื่อเทียบกับวัสดุเหล็ก

มีน้ำหนักที่เบากว่าพลาสติก ทนไฟ ทนความร้อน และสามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพโดยที่ไม่ปล่อยสารพิษอย่าง BPA ออกสู่สิ่งแวดล้อม

จึงเป็นความท้าทายของผู้ผลิตชิ้นส่วนยานยนต์ที่จะพัฒนาชิ้นส่วนรถยนต์จากเส้นใยกัญชงที่มีคุณภาพเทียบเท่าชิ้นส่วนรถยนต์รายการต่าง ๆ ในปัจจุบัน และสามารถผลิตได้ในจำนวนมาก ๆ ในราคาที่ไม่แพง ซึ่งผู้ผลิตหลายรายก็เริ่มวิจัย และพัฒนากันมาบ้างแล้ว

Bruce Dietzen กับรถสปอร์ตคู่ใจที่ตัวถังผลิตจากเส้นใยกัญชง-กัญชา (ภาพประกอบจาก autoevolution.com)

หนึ่งในนั้นเมื่อปี 2017 ที่ผ่านมา Bruce Dietzen อดีตผู้บริหารของ Dell ได้สร้างรถสปอร์ตเปิดประทุนขุมพลังไฟฟ้าสไตล์เรโทรจากเส้นใยกัญชงน้ำหนักประมาณ 100 ปอนด์ โดยเฉพาะการผลิตตัวถัง และชิ้นส่วนภายใน เพื่อศึกษาแนวทางการผลิตรถจากกัญชา – กัญชง ในฐานะวัสดุทางเลือกในอนาคต

แม้จะยังมีข้อถกเถียงทางด้านการก่อมลพิษจากสารเคมีที่ใช้ขึ้นรูป เช่น เรซิ่น หรือการเคลือบสารกันเชื้อรา รวมถึงผลกระทบต่อสุขภาพและสิ่งแวดล้อมทั้งจากกระบวนการผลิต และการกำจัดอยู่ก็ตาม ซึ่งในเวลานี้ ผู้ผลิตสารเคมีสำหรับกระบวนการเคลือบพยายามหาวัตถุดิบจากธรรมชาติ อาทิ ยางไม้ แป้ง หรือแม้แต่พลาสติกชีวภาพอย่าง Polylactic acid (PLA) และ Polyhydroxy Butyrate (PHB) เพื่อการผลิตชิ้นส่วนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และย่อยสลายได้โดยไม่เกิดผลกระทบต่อระบบนิเวศน์ในระยะยาว

และข้อด้อยที่สำคัญ วัสดุ NFC มีความไวต่อความชื้นจนสามารถทำให้เส้นใยบวม เป็นแหล่งกำเนิดเชื้อรา และการยึดติดกับกาวหรือสารเคลือบที่ด้อยกว่า จึงทำให้การใช้งานในอุตสาหกรรมยานยนต์จึงจำกัดไว้เฉพาะชิ้นส่วนตกแต่งภายในรถยนต์เท่านั้น

นักวิจัยไทยเริ่มเดินหน้าพัฒนาวัสดุ NFC จากใยกัญชง

hemp composite — วัสดุ NFC จากเส้นใยกัญชง (ภาพประกอบจาก Thossapol T.)

ในเวลานี้ ทางกองพัฒนาธุรกิจวิทยาศาสตร์บริการ กรมวิทยาศาสตร์บริการ กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัย และนวัตกรรม กับบริษัท เอเชีย กังนัม จำกัด ได้ร่วมกันวิจัยและพัฒนาการนำเส้นใยกัญชง Hemp Prepreg มาผลิตเป็นวัสดุคอมโพสิทน้ำหนักเบา สำหรับการผลิตชิ้นส่วนยายนต์ โดยได้มีการผลิตชิ้นส่วนต้นแบบทั้งจากการผสมระหว่างเส้นใยกัญชงกับไฟเบอร์กลาส ที่มีน้ำหนักเบา ผิวเงางาม, เส้นใยกัญชงซ้อนสองชั้นเพิ่มความแข็งแรง แต่ยืดหยุ่นน้อยกว่า และเส้นใยกัญชงที่รองด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ ที่มีความยืดหยุ่นสูงกว่า และเบากว่า

โดยตั้งเป้าในการพัฒนาวัสดุ NFC จากใยกัญชง ทั้งแบบ non-woven และแบบผ้าทอกัญชงเคลือบ เพื่อให้ผู้ประกอบการที่สนใจสามารถนำองค์ความรู้ไปพัฒนาต่อยอดเพื่อผลิตชิ้นส่วนยานยนต์ และเฟอร์นิเจอร์ในอนาคต

ทิศทางของในอนาคตหลังปลดล็อกกัญชง – กัญชาจากสารเสพติด

หลังจากที่รัฐบาลไทยได้ประกาศปลดล็อกกัญชง – กัญชาจากสารเสพติด และสามารถแปรรูปผลิตภัณฑ์จากพืชประเภทนี้ จึงเปิดโอกาให้สามารถนำกระบวนการผลิตและพัฒนาเส้นใยกัญชงสามารถทำได้อย่างเต็มที่ ซึ่งบริษัทผู้ผลิตผ้า สิ่งทอ และเครื่องแต่งกายหลายราย เตรียมนำเสนอผลิตภัณฑ์จากเส้นใยนี้มาผลิตเป็นสินค้าได้อย่างแพร่หลาย

รวมถึงซับพลายเออร์ผู้ผลิตชิ้นส่วนรถยนต์ จะสามารถนำวัสดุจากเส้นใยกัญชงไปเป็นทางเลือกใหม่สำหรับผลิตชิ้นส่วนที่หลากหลายขึ้น ตั้งแต่ผ้าหุ้มเบาะหรือแผงประตู ชิ้นส่วนทดแทนพลาสติกสำหรับภายใน ไปจนถึงชิ้นส่วนตกแต่งภายนอกที่ทดแทนไฟเบอร์กลาสในอนาคต และอาจจะเปิดให้ผู้ผลิตจากต่างประเทศสามารถเข้ามาทำตลาดในไทยได้

แต่ใช่ว่าจะสามารถทำตลาดในระดับอินเตอร์ได้อย่างเต็มที่ เนื่องจากในบางประเทศที่มาตรการควบคุมสิ่งเสพติดยังเข้มงวด การนำผลิตภัณฑ์จากอดีตยาเสพติดไปจำหน่ายในบางประเทศต้องผ่านขั้นตอนการตรวจสอบและการรับรองที่ซับซ้อน ใช้เวลานาน หรือแม้แต่ห้ามนำเข้าโดยเด็ดขาด จึงส่งผลให้การนำผลิตภัณฑ์ดังกล่าวไปจำหน่ายได้ในเฉพาะบางประเทศ หรือบางรัฐเท่านั้น

เป้าหมายที่สำคัญของการใช้วัสดุ NFC จากเส้นใยกัญชง เพื่อให้ตัวรถมีน้ำหนักลดลง 30% ลดต้นทุนการผลิตรถยนต์ 20% ลดการปล่อย CO2 จากกระบวนการการผลิต มีราคาที่ถูกลง และสามารถกำจัดได้โดยไม่ส่งผลเสียต่อสิ่งแวดล้อม และสุขภาพของผู้กำจัด แม้จะยังมีอุปสรรคนานับประการ แต่คาดว่าในอนาคตจะมีการพัฒนาองค์ประกอบอื่น ๆ ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ให้คุณสมบัติที่ครบถ้วนสู้วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ได้สูสี และมีราคาถูก อันจะเป็นจิ๊กซอว์มาเติมเต็มวัสดุและชิ้นส่วนรถที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมที่สมบูรณ์แบบ เช่น เรซิ่นธรรมชาติ

เวลาเท่านั้นที่จะเป็นเครื่องพิสูจน์

เครดิตข้อมูลและภาพประกอบจาก