ข้ามไปยังเนื้อหาหลัก
แข็งแรงกว่าคอนกรีตทั่วไปถึง 42%! นักวิทย์คิดค้นคอนกรีตจากอุจจาระมนุษย์
วิทยาศาสตร์

แข็งแรงกว่าคอนกรีตทั่วไปถึง 42%! นักวิทย์คิดค้นคอนกรีตจากอุจจาระมนุษย์

จิราภพ ทวีสูงส่ง12 ก.ย. 698 นาที7 ชั่วโมงที่แล้ว

เลิศไอเดีย เพื่อช่วยแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อมสองอย่างไปพร้อมกัน! งานวิจัยตีพิมพ์ในวารสาร Scientific Reports เผยว่า นักวิทยาศาสตร์คิดค้นส่วนผสม “ปูนซีเมนต์” จากอุจจาระมนุษย์ เมื่อนำไปผสมเป็น “คอนกรีต”

ขนาดตัวอักษร

มีความแข็งแรงมากกว่าคอนกรีตทั่วไปถึง 42%! โดยคอนกรีตนี้จะมีความน่าสนใจอย่างไรตามมาอ่านกันได้เลย

ปัจจุบัน “ปูนซีเมนต์” เกือบทุกโครงการก่อสร้างทั่วโลก จะถูกนำไปใช้ในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง แต่มีปัญหาอยู่ข้อหนึ่ง และเป็นปัญหาใหญ่มาก นั่นก็คือ การผลิตส่วนประกอบหลักอย่างหนึ่งของปูนซีเมนต์นั้น ส่งผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมอยู่ไม่น้อย

เนื่องจากกระบวนการให้ความร้อนและแปรรูปหินปูนเพื่อผลิตปูนซีเมนต์ เป็นหนึ่งในแหล่งปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ที่สำคัญของโลก ดังนั้น จึงเป็นเรื่องที่เข้าใจได้ว่า นักวิทยาศาสตร์จึงพยายามหาวิธีลดปัญหานี้นั่นเอง

biochar ไบโอชาร์จากกากตะกอนอุจจาระก่อน (ซ้าย) และหลังการบดและร่อนเพื่อใช้ในคอนกรีต (Tiwari et al., Sci. Rep. , 2026)

Raghuvesh Tiwari วิศวกรโยธา และเป็นนักวิจัยหลักในครั้งนี้ จาก Manipal University Jaipur ประเทศอินเดีย ได้เปิดเผยว่า ทีมวิจัยอาจค้นพบวิธีแก้ปัญหาอันชาญฉลาด ที่สามารถแก้ปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมได้สองอย่างในคราวเดียว

การผสม “ไบโอชาร์” (ถ่านชีวภาพ โดยเป็นวัสดุคาร์บอนเสถียรที่ได้จากการนำวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรหรือชีวมวล มาผ่านกระบวนการให้ความร้อนในสภาวะที่ไม่มีออกซิเจนหรือมีจำกัด เรียกว่า ไพโรไลซิส “Pyrolysis”) ที่ทำจากกากอุจจาระของมนุษย์ ซึ่งผ่านกระบวนการในโรงบำบัดกากตะกอนอุจจาระลงในปูนซีเมนต์ โดยส่งผลให้คุณสมบัติของคอนกรีตดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด

โดยทั่วไปแล้ว ปูนซีเมนต์มักจะทำจากส่วนผสมไม่กี่อย่างในปริมาณที่กำหนด เช่น ทราย กรวด น้ำ และตัวปูนซีเมนต์เอง (ส่วนใหญ่ทำจากหินปูน) แม้จะเป็นที่น่าเสียดายที่ส่วนผสมนั้นค่อนข้างละเอียดอ่อน เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสัดส่วน หรือการแทนที่ซีเมนต์บางส่วนด้วยวัสดุอื่น อาจทำให้คอนกรีตที่ได้ไม่แข็งแรงและทนทาน และอาจแตกหักง่ายเมื่อรับแรงกดดัน จึงไม่สามารถนำมาใช้เป็นวัสดุก่อสร้างได้อย่างมีประสิทธิภาพ

วัสดุทดแทนซีเมนต์ที่ดูมีแนวโน้มดีขึ้นเรื่อย ๆ ก็คือ “ไบโอชาร์” ซึ่งเป็นวัสดุที่อุดมไปด้วยคาร์บอน ผลิตโดยการให้ความร้อนแก่สารอินทรีย์ในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจน

ความแข็งแรงรับแรงอัดของคอนกรีตที่มีส่วนผสมของไบโอชาร์จากกากตะกอนอุจจาระในสัดส่วนต่างๆ กัน หลังจากบ่ม 28, 56 และ 91 วัน (Tiwari et al., Sci. Rep. , 2026)

ขณะที่ โดยทั่วไปมนุษย์เราแต่ละคนขับถ่ายออกมาในปริมาณมากทีเดียว ประมาณ400 กรัมต่อคนต่อวัน ซึ่งอาจดูไม่มากนักในระดับบุคคล แต่เมื่อมีจำนวนคนหลายล้านคน ปริมาณก็มากมายจนจินตนาการภาพไม่ออก และอย่างไรก็ตาม อุจจาระจำนวนมหาศาลที่ขับถ่ายออกมาทุกวัน ย่อมต้องไปอยู่ที่ไหนสักแห่ง ซึ่งนี่จึงเป็นจุดเริ่มต้นของการเชื่อมโยงเรื่องราวต่าง ๆ เข้าด้วยกัน

ที่ประเทศอินเดีย มีการจัดตั้งโรงงานบำบัดกากตะกอนอุจจาระ เพื่อจัดการกับของเสียจากมนุษย์อย่างปลอดภัย ซึ่งสามารถนำไปแปรรูปเป็น “ไบโอชาร์” ผ่านกระบวนการไพโรไลซิสได้ ดังนั้น ทีมวิจัยจึงคิดว่า ถ้าขี้เลื่อย ไม้ แกลบ และไบโอชาร์อื่น ๆ มีประสิทธิภาพในการทำคอนกรีต แล้วทำไม “อุจจาระมนุษย์” จะใช้ไม่ได้ล่ะ?

เพื่อทดสอบประสิทธิภาพ Tiwari และทีมวิจัยจึงได้นำไบโอชาร์จากกากตะกอนอุจจาระ จากโรงบำบัดน้ำเสียมาทำการทดสอบ โดยในการผลิตไบโอชาร์ จะนำกากตะกอนอุจจาระมาทำให้แห้ง จากนั้นให้ความร้อนในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนต่ำที่อุณหภูมิระหว่าง 350-450 องศาเซลเซียส (662-842 องศาฟาเรนไฮต์) เพื่อให้ได้ไบโอชาร์ จากนั้นจะนำไบโอชาร์มาบดและร่อนให้เป็นผงละเอียด

จากนั้นทีมวิจัย จะใช้ผงนี้แทนซีเมนต์ในปริมาณที่แตกต่างกัน คือ 5, 10 และ 15 เปอร์เซ็นต์ ในคอนกรีตทั่วไป ก่อนนำไปทดสอบความแข็งแรงทนทาน โดยที่น่าเหลือเชื่อก็คือ อุจจาระเพียงเล็กน้อยกลับทำให้คอนกรีตดีขึ้น

ทีมวิจัยได้ทำการวัดการหดตัว ความแข็งแรงในการรับแรงอัด ความแข็งแรงในการรับแรงดัด การดูดซับน้ำ และความพรุนของส่วนผสมต่าง ๆ และนี่คือจุดที่น่าสนใจอย่างแท้จริง เนื่องจากโดยทั่วไปแล้ว คอนกรีตที่แข็งแรงที่สุด มักได้มาจากการใช้ไบโอชาร์จากมูลสัตว์มาแทนที่ซีเมนต์ประมาณ 5 เปอร์เซ็นต์

โดยคอนกรีตที่ทำจากมูลสัตว์ก็มีที่น่าสนใจอีกอย่างหนึ่งก็คือ มันยังคงเพิ่มความแข็งแรงขึ้นอย่างมากในระหว่างการแข็งตัว ทีมวิจัยรายงานว่า หลังจาก 91 วัน ส่วนผสม 5 เปอร์เซ็นต์ มีค่าความแข็งแรงในการรับแรงอัดเพิ่มขึ้นโดยเฉลี่ย 20 เปอร์เซ็นต์ และความแข็งแรงในการรับแรงดัดเพิ่มขึ้น 36 เปอร์เซ็นต์

เมื่อแทนที่ซีเมนต์ด้วยวัสดุอื่น 10 เปอร์เซ็นต์ การเพิ่มขึ้นนั้นยิ่งมากขึ้นไปอีก โดยเพิ่มขึ้น 21 เปอร์เซ็นต์ สำหรับกำลังรับแรงอัด และเพิ่มขึ้นถึง 42 เปอร์เซ็นต์สำหรับกำลังรับแรงดัด

ที่ความเข้มข้น 5 เปอร์เซ็นต์ โดยทั่วไปแล้วจะดูดซับน้ำน้อยกว่าและมีรูพรุนน้อยกว่าคอนกรีตทั่วไป ขณะที่ การหดตัวเมื่อแห้งก็ต่ำกว่าเช่นกัน ส่วนที่ความเข้มข้น 10 เปอร์เซ็นต์ ประสิทธิภาพโดยรวมยังคงเทียบเคียงได้กับคอนกรีตธรรมดา

แต่เมื่อใช้คอนกรีตที่มีการแทนที่ซีเมนต์ 15 เปอร์เซ็นต์ คอนกรีตก็ยังคงแข็งแรง แต่ความแข็งแรงโดยรวมนั้นต่ำกว่าคอนกรีตที่มีการแทนที่ซีเมนต์ 5 และ 10 เปอร์เซ็นต์

ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ โครงสร้างของคอนกรีตจะเปลี่ยนแปลงไปเมื่อปริมาณซีเมนต์ที่ถูกแทนที่ด้วยไบโอชาร์เพิ่มขึ้น จากซ้ายบน ไบโอชาร์ 0, 5, 10 และ 15 เปอร์เซ็นต์ (Tiwari et al., Sci. Rep. , 2026)

สู่ประเด็นชวนสงสัย? แล้วทำไมการเติมอุจจาระลงไปเล็กน้อย จึงทำให้คอนกรีตแข็งแรงขึ้นมากกว่า

ทีมวิจัยคิดว่า มีหลายปัจจัยที่ทำงานร่วมกัน ประการแรก ไบโอชาร์จากอุจจาระมีรูพรุนสูง เต็มไปด้วยโพรงเล็ก ๆ ที่สามารถดูดซับน้ำและค่อย ๆ ปล่อยออกมาเมื่อคอนกรีตแข็งตัว กระบวนการนี้จะเปลี่ยนอนุภาคไบโอชาร์ให้กลายเป็นแหล่งกักเก็บน้ำภายในขนาดเล็ก ทำให้มีน้ำพร้อมสำหรับการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่ทำให้ซีเมนต์แข็งตัวและแข็งแรงขึ้น แต่ก้อนอุจจาระไม่ได้แค่กักเก็บน้ำไว้เฉย ๆ

เนื่องจาก “ไบโอชาร์” มีซิลิกา (Silica) เป็นองค์ประกอบหลัก ซึ่งสามารถทำปฏิกิริยากับสารประกอบที่เกิดขึ้นระหว่างการแข็งตัวของซีเมนต์ เพื่อสร้างแคลเซียมซิลิเกต (Calcium Silicates) เพิ่มเติม ซึ่งเป็นส่วนสำคัญที่ช่วยให้คอนกรีตมีความแข็งแรง

อธิบายให้เข้าใจเห็นภาพง่าย ๆ ก็คือ “ไบโอชาร์” จากอุจจาระมนุษย์มี “สารปอซโซลานิก” (Pozzolanic วัสดุที่มีส่วนประกอบของซิลิกาหรือซิลิโกอะลูมิเนียม ซึ่งไม่มีคุณสมบัติในการยึดประสานด้วยตัวเองเมื่อผสมน้ำ แต่เมื่อนำมาบดให้ละเอียดและอยู่ในที่มีความชื้น จะทำปฏิกิริยาทางเคมีกับแคลเซียมไฮดรอกไซด์ที่ได้จากกระบวนการไฮเดรชันของปูนซีเมนต์ กลายเป็นสารประกอบที่มีคุณสมบัติช่วยยึดประสานและเพิ่มความแข็งแรง) ซึ่งเป็นกลุ่มปฏิกิริยาเคมีเดียวกันกับที่ถูกนำมาใช้ประโยชน์อย่างมากในคอนกรีตสมัยโรมันโบราณ เพียงแต่ใช้อุจจาระมนุษย์แทนวัสดุภูเขาไฟที่ชาวโรมันใช้

ผลการศึกษาครั้งนี้พบว่า อนุภาคไบโอชาร์ละเอียดสามารถเติมเต็มช่องว่างในคอนกรีต และปรับปรุงวิธีการจัดเรียงตัวและการยึดเกาะของส่วนผสมต่าง ๆ ได้ดียิ่งขึ้น โดยทีมวิจัยสามารถมองเห็นผลลัพธ์ได้จริงภายใต้กล้องจุลทรรศน์ คอนกรีตที่มีส่วนผสมของไบโอชาร์ 5 เปอร์เซ็นต์ มีโครงสร้างที่หนาแน่นและยึดเกาะกันแน่นกว่าคอนกรีตทั่วไป

แต่เมื่อถึงระดับ 15 เปอร์เซ็นต์ โครงสร้างนั้นก็เริ่มเสื่อมสภาพ โดยมีรูพรุน รอยแตก และบริเวณที่ยึดติดกันไม่แน่นปรากฏมากขึ้น อย่างไรก็ตาม ทีมวิจัยระบุว่า จำเป็นต้องมีการศึกษาเพิ่มเติม เพื่อประเมินประสิทธิภาพของคอนกรีตนี้ภายใต้สภาวะจริง เช่น วัฏจักรการแข็งตัวและการละลาย ความเค็ม และอุณหภูมิที่สูงจัด

นอกจากนี้ ยังมีปัญหาการสะสมของโลหะหนัก ซึ่งเป็นปัญหาที่พบได้ทั่วไป ในกากตะกอนจากระบบบำบัดน้ำเสีย การกักเก็บโลหะหนักที่เป็นอันตรายไว้ในคอนกรีตอาจเป็นข้อดี แต่ยังไม่ทราบแน่ชัดว่า จะสามารถกักเก็บไว้ได้ดีแค่ไหน หรือว่าจะรั่วไหลออกมาเมื่อเวลาผ่านไปหรือไม่

นี่ถือเป็นอีกหนึ่งไอเดียที่น่าสนใจ ในการแทนที่ซีเมนต์ในคอนกรีตเพียงบางส่วน ด้วยวัสดุที่ทำจากของเสียที่มนุษย์สร้างขึ้นในปริมาณมหาศาล เพื่อหาทางช่วยแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อมได้สองอย่างพร้อมกัน


อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS


ที่มาข้อมูล: Scientific Reports


“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

บทความที่เกี่ยวข้อง

เพิ่มมูลค่าพลาสติก! นักวิจัยเปลี่ยน PVC รีไซเคิลยาก เป็นน้ำมันหล่อลื่นอุตสาหกรรมวิทยาศาสตร์

เพิ่มมูลค่าพลาสติก! นักวิจัยเปลี่ยน PVC รีไซเคิลยาก เป็นน้ำมันหล่อลื่นอุตสาหกรรม

นักวิทยาศาสตร์เปลี่ยน “พลาสติก PVC” ซึ่งเป็นวัสดุที่รีไซเคิลยากชนิดหนึ่งให้กลายเป็น “น้ำมันหล่อลื่นอุตสาหกรรม” คุณภาพสูง ช่วยลดปริมาณขยะพิษสะสม และสร้างมูลค่าเพิ่มให้กับขยะพลาสติกอย่างยั่งยืน

05 ก.ย. 69|05 ก.ย. 69
อ่านต่อ →
นักวิทย์รู้ได้ไง? ว่า “ไดโนเสาร์” มีหน้าตาเป็นแบบไหนวิทยาศาสตร์

นักวิทย์รู้ได้ไง? ว่า “ไดโนเสาร์” มีหน้าตาเป็นแบบไหน

เคยสงสัยไหม? ในเมื่อสิ่งที่พบเจอมีเพียงเพียงกระดูกไดโนเสาร์ซึ่งกลายเป็นฟอสซิล แล้วเราจะรู้ได้อย่างไรว่ารูปร่างหน้าตาภายนอกของไดโนเสาร์เป็นอย่างไร Thai PBS Sci & Tech พาไปหาคำตอบ

04 ก.ย. 69|04 ก.ย. 69
อ่านต่อ →
วิกฤตนักวิจัยไทย! เมื่อความทุ่มเทสวนทางกับรายได้ จนบุคคลากรภาควิจัยเริ่มขาดแคลนวิทยาศาสตร์

วิกฤตนักวิจัยไทย! เมื่อความทุ่มเทสวนทางกับรายได้ จนบุคคลากรภาควิจัยเริ่มขาดแคลน

ในขณะที่หลายประเทศทั่วโลกกำลังเร่งขับเคลื่อนเศรษฐกิจด้วยนวัตกรรมและเทคโนโลยีขั้นสูง ประเทศไทยกลับกำลังเผชิญหน้ากับภัยเงียบที่กัดเซาะรากฐานการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์อย่างรุนแรง นั่นคือภาวะสมองไหล

04 ก.ย. 69|04 ก.ย. 69
อ่านต่อ →