Biodegradable Electronic คืออะไร ? จะเป็นอย่างไรหากขยะอิเล็กทรอนิกส์ย่อยสลายได้เองตามธรรมชาติ ?

Biodegradable Electronic คืออะไร ? จะเป็นอย่างไรหากขยะอิเล็กทรอนิกส์ย่อยสลายได้เองตามธรรมชาติ ?

ในช่วงไม่กี่ 10 ปี ที่ผ่านมา เทคโนโลยีนั้นเติบโตอย่างรวดเร็วมาก ๆ เราทุกคนต่างพึ่งพาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในแทบทุกด้านของชีวิตประจำวัน ใกล้ตัวที่สุดก็โทรศัพท์มือถือ ไปจนถึงคอมพิวเตอร์ แต่สิ่งที่หลายคนมองอาจยังมองข้ามอยู่ ก็คือปัญหา ขยะอิเล็กทรอนิกส์ (E-Waste) ที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และยากต่อการจัดการ  เพราะว่าวัสดุหลายชนิดที่อยู่ในอุปกรณ์เหล่านั้นไม่สามารถย่อยสลายได้ตามธรรมชาตินั่นเอง

แต่ถ้าเกิดว่า อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เราใช้นั้น งานสามารถย่อยสลายได้เองเมื่อหมดอายุการใช้งานได้ โลกของเราจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร ? แนวคิดนี้ไม่ได้อยู่ในจินตนาการ หรือหน้ากระดาษอีกต่อไป เพราะ “Biodegradable Electronic” หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ย่อยสลายได้ ในตอนนี้กำลังกลายเป็นเทคโนโลยีที่น่าจับตามอง ดังนั้น ในบทความนี้จะพาทุกคนไปรู้จักกับคำว่า "Biodegradable Electronic (ไบโอดีเกรดเอเบิล อิเล็กทรอนิกส์)" ว่ามันคืออะไร ?, มีการทำงานอย่างไร ?, ประโยชน์ และอื่น ๆ ถ้าพร้อมแล้วเรามาเริ่มกันเลย ...

ปัญหาของ ขยะอิเล็กทรอนิกส์ ในปัจจุบัน (The Problem of Electronic Waste Today)

ทุกวันนี้เราใช้ชีวิตรายล้อมไปด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มากมายที่ใช้อำนวยความสะดวกให้ชีวิตเราง่ายขึ้น แต่เบื้องหลังความสะดวกสบายเหล่านี้ มีอีกด้านหนึ่งที่น่ากังวลไม่แพ้กัน นั่นก็คือ “ขยะอิเล็กทรอนิกส์” หรือ E-Waste ที่กำลังเพิ่มจำนวนขึ้นอย่างรวดเร็วทั่วโลก และเราเคยพูดถึงกันไปแล้วในบทความที่ผ่าน ๆ มา

ภาพจาก : https://www.genevaenvironmentnetwork.org/resources/updates/the-growing-environmental-risks-of-E-Waste/

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เหล่านี้ส่วนใหญ่ผลิตจากวัสดุที่ไม่สามารถย่อยสลายได้ตามธรรมชาติ เมื่อต้องถูกกำจัดก็ไม่สามารถจัดการกับวัสดุเหล่านี้ได้เหมือนกับเศษอาหาร ทำให้ขยะอิเล็กทรอนิกส์ตกค้างสะสมอยู่ในหลุมฝังกลบ หรือที่แย่กว่านั้นก็อาจถูกทิ้งแบบผิดวิธี

ถึงแม้จะมีระบบรีไซเคิลเข้ามาช่วยจัดการ แต่ในความเป็นจริง การรีไซเคิลอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ซับซ้อนกว่าที่เราคิดมาก เพราะวัสดุแต่ละชิ้นถูกผสมรวมกันจากวัสดุหลายแบบ การแยกออกมาต้องใช้ทั้งแรงงาน, เทคโนโลยี, เวลา และต้นทุนที่สูงมาก ส่งผลให้มีเพียงส่วนน้อยเท่านั้นที่ถูกนำกลับมารีไซเคิล จริง ๆ

ภาพจาก : https://edition.cnn.com/2013/05/30/world/asia/china-electronic-waste-E-Waste/index.html

ท้ายที่สุด ผลกระทบไม่ใช่แค่เพียงกองขยะที่เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ แต่ยังรวมไปถึงมลพิษจากสารเคมีที่รั่วไหล ได้แก่ ตะกั่ว, ปรอท และแคดเมียม ซึ่งปนเปื้อนไปยังดิน แหล่งน้ำ และเข้าสู่ห่วงโซ่อาหารได้ในที่สุดทั้งหมดนี้สะท้อนชัดว่า ระบบที่เรามีอยู่ตอนนี้ยังไม่สามารถรับมือกับปัญหาขยะอิเล็กทรอนิกส์ได้ดีพอ และนี่ก็คือเหตุผลที่โลกกำลังมองหาเทคโนโลยีใหม่ ๆ ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากกว่าเดิม

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ย่อยสลายได้คือ อะไร ? (What is Biodegradable Electronic ?)

จากที่เราได้เห็นปัญหากันไปแล้ว จึงเป็นเหตุให้เกิด Biodegradable Electronic หรือ "อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ย่อยสลายได้" ก็คือเทคโนโลยีที่ถูกออกแบบมาให้หายไปเองได้ตามธรรมชาติเมื่อหมดหน้าที่ใช้งาน ไม่ต้องทิ้งไว้เป็นขยะให้สิ่งแวดล้อมจัดการ โดยต่างจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบทั่วไป ที่ผลิตจากพลาสติก และโลหะ ที่ใช้เวลานานหลายร้อยปีกว่าจะย่อยสลาย แต่ Biodegradable Electronic ใช้วัสดุจากธรรมชาติ เช่น กระดาษ, เซลลูโลส, พอลิเมอร์ชนิดอินทรีย์, หรือโปรตีนจากไหม ซึ่งมาจากธรรมชาติ และสามารถแตกตัวได้เองโดยไม่ทิ้งสารพิษไว้

ภาพจาก : https://www.endoacustica.com/blogen/2012/10/25/biodegradable-electronics/

จุดเด่นของเทคโนโลยีนี้คือ เมื่อใช้งานเสร็จแล้ว ตัวอุปกรณ์จะค่อย ๆ ย่อยสลาย ตัวอย่างเช่น อาจจะละลายเมื่อเจอความชื้น หรือแตกตัวไปเมื่อครบอายุการใช้งาน เหมาะกับการใช้งานที่ไม่ถาวรนัก

ในปัจจุบันก็มีการทดลองใช้งานจริงมาแล้ว ซึ่งเป็นการนำเอาอุปกรณ์ไฟฟ้าฝังในร่างกายสัตว์ทดลอง และมันก็สามารถละลายหายไปได้เองหลังการใช้งาน และยังมีวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ทำจากกระดาษพับได้ ซึ่งเหมาะกับการใช้งานแบบครั้งเดียวแล้วทิ้งไปอย่างปลอดภัย

ภาพจาก : https://www.advancedsciencenews.com/printed-paper-electronics/

องค์ประกอบของ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ย่อยสลายได้ (The Components of Biodegradable Electronic Devices)

1. วัสดุพื้นฐานที่ย่อยสลายได้ (Biodegradable Substrates)

วัสดุรองรับ หรือแผ่นฐานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ถือเป็นโครงสร้างหลักซึ่งจะเป็นพื้นผิวสำหรับติดตั้งวงจรต่าง ๆ วัสดุที่นิยมใช้ใน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ย่อยสลายได้ (Biodegradable Electronic) ซึ่งก็มักมาจากธรรมชาติ นอกจากจะย่อยสลายได้ง่ายแล้ว ยังมีคุณสมบัติที่ ยืดหยุ่น, น้ำหนักเบา และปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อมอีกด้วย

2. วัสดุนำไฟฟ้าที่ไม่เป็นพิษ (Eco-Friendly Conductive Materials)

ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป วัสดุนำไฟฟ้ามักใช้โลหะซึ่งไม่สามารถย่อยสลายได้เอง แต่ใน Biodegradable Electronic นักวิจัยได้พัฒนาทางเลือกใหม่อย่างเช่น คาร์บอนนาโนทิวบ์ หรือพอลิเมอร์ชนิดพิเศษที่สามารถนำไฟฟ้าได้ และย่อยสลายได้ในเวลาเดียวกัน โดยวัสดุเหล่านี้ไม่เพียงแต่ทำหน้าที่นำไฟฟ้าได้เหมือนโลหะเท่านั้น แต่ยังลดการทิ้งสารเคมีตกค้างลงสู่ธรรมชาติได้เช่นกัน

ภาพจาก : https://www.mdpi.com/2311-5629/10/3/69#

3. เซมิคอนดักเตอร์แบบย่อยสลายได้ (Degradable Semiconductors)

เซมิคอนดักเตอร์ หรือสารกึ่งตัวนำ ถือเป็นหัวใจของการทำงานในระบบอิเล็กทรอนิกส์ และเป็นหนึ่งในส่วนที่พัฒนายาก ท้าทายมากที่สุดใน Biodegradable Electronic นักพัฒนาหันมาใช้วัสดุอย่างออกไซด์ของสังกะสี (Zinc Oxide) หรือแมกนีเซียม (Mg) ซึ่งเป็นวัสดุที่สามารถสลายตัวได้ในสภาพแวดล้อมธรรมชาติ และยังมีสมรรถนะการทำงานที่ใกล้เคียงกับสารกึ่งตัวนำอย่าง ซิลิคอน ที่ใช้อยู่นั้นเอง

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ย่อยสลายได้ ทำงานอย่างไร ? (How does Biodegradable Electronic work ?)

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ย่อยสลายได้ (Biodegradable Electronic) ได้ถูกออกแบบมาให้สามารถย่อยสลายได้เองในสภาพแวดล้อมธรรมชาติ ซึ่งการทำงานของเทคโนโลยีนี้ไม่ได้อยู่ที่การเปลี่ยนฟังก์ชันการทำงานใด ๆ ของอุปกรณ์ แต่เปลี่ยนที่ "วัสดุที่ใช้ผลิต" แทน โดยทั่วไป อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบทั่วไป จะประกอบด้วยส่วนประกอบต่าง ๆ ที่ทำจากพลาสติกแข็ง, โลหะ และสารเคมีต่าง ๆ ซึ่งเป็นสาเหตุหลักของปัญหาขยะอิเล็กทรอนิกส์ เพราะวัสดุเหล่านี้ใช้เวลาหลายร้อยปีในการย่อยสลาย

ภาพจาก : https://resources.pcb.cadence.com/blog/2021-the-advantages-and-challenges-of-biodegradable-electronic-components

ในทางกลับกัน Biodegradable Electronic จะเลือกใช้วัสดุที่มาจากธรรมชาติ และสามารถแตกตัวได้อย่างปลอดภัย กระบวนการทำงานของอุปกรณ์เหล่านี้เริ่มต้นเหมือนอุปกรณ์ทั่วไป ซึ่งสามารถนำส่งไฟฟ้า, ส่งสัญญาณ หรือทำหน้าที่ต่าง ๆ ได้ตามปกติ แต่สิ่งที่แตกต่างคือ "หลังใช้งาน" เมื่ออุปกรณ์ถูกทิ้งไป มันจะไม่กลายเป็นขยะถาวร วัสดุทั้งหมดจะเริ่มย่อยสลาย เปลี่ยนไปเป็นองค์ประกอบทางธรรมชาติ เช่น คาร์บอนไดออกไซด์, น้ำ และสารอินทรีย์อื่น ๆ ที่ไม่เป็นพิษ นั่นเอง

ตัวอย่างเช่น แผงวงจรที่ทำจากเซลลูโลสเคลือบด้วยหมึกนำไฟฟ้า เมื่อโดนน้ำ และอุณหภูมิที่สูง วัสดุเหล่านี้จะค่อย ๆ แตกโครงสร้างออก และสลายกลายเป็นเศษชีวภาพ ที่ดินสามารถดูดซับเข้าไปได้โดยไม่มีสารตกค้างใด ๆ

ประโยชน์ของ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ย่อยสลายได้ (Benefits of Biodegradable Electronic)

1. ลดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม

ขยะอิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่สามารถย่อยสลายได้เมื่อสะสมมากขึ้น ก็จะก่อให้เกิดมลพิษ ทั้งในดิน, น้ำ และอากาศ แต่สำหรับ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ย่อยสลายได้ (Biodegradable Electronic) เมื่อหมดอายุการใช้งาน วัสดุที่ใช้จะสลายตัวเองได้อย่างปลอดภัยไม่ปล่อยสารพิษตกค้าง ซึ่งช่วยลดการปนเปื้อนในธรรมชาติได้นั่นเอง

ภาพจาก : https://www.greenit.co.in/impacts-of-E-Waste-on-the-environment.html

2. ลดความเสี่ยงด้านสุขภาพ

ขยะอิเล็กทรอนิกส์มักมีสารอันตราย โดยเฉพาะ ตะกั่ว, ปรอท และแคดเมียม ซึ่งหากมนุษย์สัมผัส หรือได้รับสารเหล่านี้สะสมในร่างกาย ก็อาจเกิดผลกระทบรุนแรง เกิดความผิดปกติทางระบบประสาท ทางเดินหายใจ และอื่น ๆ อีกมาก แต่เมื่อหันมาใช้วัสดุย่อยสลายได้ ความเสี่ยงจากการสัมผัสสารพิษเหล่านี้ก็ลดลง ส่งผลให้สิ่งแวดล้อม และสุขภาพของมนุษย์ปลอดภัยยิ่งขึ้น

ภาพจาก : https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/lead-poisoning-and-health

3. ส่งเสริมการผลิตที่ยั่งยืน

การพัฒนา Biodegradable Electronic ผลักดันให้ภาคอุตสาหกรรมหันมาใช้ทรัพยากรหมุนเวียนมากขึ้น ไม่ว่าจะเป็นการใช้พลังงานอย่างคุ้มค่า หรือลดของเสียจากกระบวนการผลิต ถือเป็นการปรับตัวของภาคเทคโนโลยีสู่แนวทางที่เป็นมิตรกับโลกมากกว่าเดิม

4. สนับสนุนเศรษฐกิจหมุนเวียน

Biodegradable Electronic มีบทบาทสำคัญในแนวคิดเศรษฐกิจหมุนเวียน (Circular Economy) ซึ่งเน้นการใช้ทรัพยากรให้คุ้มค่าสูงสุด และส่งคืนสู่ระบบธรรมชาติเมื่อหมดประโยชน์ อุปกรณ์ที่ย่อยสลายได้สามารถกลายเป็นวัตถุดิบทางชีวภาพที่นำไปใช้ในการผลิตใหม่ได้อีกครั้ง กลายเป็นวงจรที่ต่อเนื่อง และไม่ทิ้งของเสียให้สิ่งแวดล้อมต้องรับภาระ

ความท้าทายในการพัฒนา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ย่อยสลายได้ (Challenges in Developing Biodegradable Electronic)

1. ประสิทธิภาพ และความทนทาน

หนึ่งในความท้าทายที่สำคัญที่สุดคือ เรื่องของคุณภาพการใช้งาน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ย่อยสลายได้ (Biodegradable Electronic) จะยังไม่สามารถเทียบเท่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปได้ ในด้านของความคงทน , อายุการใช้งาน หรือความเสถียรของสัญญาณ ในตอนนี้นักวิจัยยังคงพยายามพัฒนาวัสดุให้สามารถใช้งานได้ยาวนาน และทนต่อสภาพแวดล้อม ในขณะที่จะต้องคงคุณสมบัติในการย่อยสลายไว้

ภาพจาก : https://spectrum.ieee.org/biodegradable-electronics

2. ต้นทุนการผลิต และการขยายกำลังการผลิต

การผลิต Biodegradable Electronic ในปัจจุบันยังมีต้นทุนที่ค่อนข้างสูง เมื่อเทียบกับอุปกรณ์ทั่วไปที่มีสายการผลิตขนาดใหญ่ และระบบที่พัฒนาเต็มที่แล้ว การทำให้มีราคาจับต้องได้นั้นยังเป็นสิ่งที่ท้าทาย ซึ่งต้องอาศัยการวิจัยอย่างต่อเนื่อง และแรงสนับสนุนจากตลาด

3. ความเข้าใจ และการยอมรับจากผู้บริโภค

แม้เทคโนโลยีจะก้าวล้ำแค่ไหน หากผู้ใช้ไม่เข้าใจ หรือไม่เห็นความสำคัญ ก็ยากที่จะเกิดการใช้งานจริง Biodegradable Electronic ยังเป็นเรื่องใหม่สำหรับผู้บริโภคจำนวนมาก จึงจำเป็นต้องมีการสื่อสารที่ชัดเจนเกี่ยวกับประโยชน์, ความปลอดภัย และผลกระทบต่อโลก เพื่อให้เกิดความเชื่อมั่น และยอมรับในที่สุด

ตัวอย่างการใช้งานจริงของ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ย่อยสลายได้ (Real-World Applications of Biodegradable Electronic)

ถึงแม้ว่า อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ย่อยสลายได้ (Biodegradable Electronic) จะยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา แต่ปัจจุบันก็เริ่มเห็นเทคโนโลยีหลายประเภทที่มีแนวโน้มใช้งานได้จริงในเชิงพาณิชย์ ซึ่งเทคโนโลยีที่น่าสนใจมีดังนี้

1. Polyamide Films

เป็นฟิล์ม Polyamide แบบใหม่ที่มีความบาง, ยืดหยุ่น และโปร่งใส ช่วยให้สามารถผลิต Circuit board หรือ หน้าจอสัมผัสแบบพับได้ (Foldable Electronics) ที่ย่อยสลายได้เมื่อหมดอายุการใช้งาน อีกทั้ง ยังสามารถลดการใช้กาว Epoxy หรืออะคริลิกแบบเดิมในการผลิต แผ่นปริ๊นท์ (PCB) ได้อีกด้วย

2. Water-Soluble Devices

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบละลายน้ำได้ หรือที่เรียกว่า Transient Electronics ถูกออกแบบให้ทำงานในระยะเวลาที่กำหนด จากนั้นจะสลายตัวเป็นสารที่ไม่เป็นพิษ เช่น Silicic Acid เหมาะกับการนำไปใช้งานชั่วคราว เช่น Environmental Sensors สำหรับตรวจวัดค่าต่าง ๆ ในพื้นที่นั้น ๆ ชั่วคราว และที่น่าสนใจคือ Medical Implants ฝังในตัวผู้ป่วยเพื่อติดตาม และจะสลายไปเมื่อถึงเวลาที่สมควร

3. Field-Effect Transistors & Ring Oscillators

นักวิจัยสามารถสร้าง Field-Effect Transistors (ทรานซิสเตอร์ชนิดควบคุมด้วยไฟฟ้า) และ Ring Oscillators (วงจรกำเนิดความถี่) จากวัสดุอย่างซิลิกอนไดออกไซด์ (Silicon Dioxide) และทังสเตน (Tungsten) ซึ่งมีจุดเด่นที่สามารถควบคุมอัตราการสลายตัวได้อย่างแม่นยำ เหมาะกับอุปกรณ์ที่ต้องการควบคุม "ช่วงเวลาชีวิต" ของอุปกรณ์นั้น ๆ อย่างชัดเจน อาจนำไปใช้ในภารกิจชั่วคราวทางทหาร หรือภาควิจัย นั่นเอง

4. Biodegradable Silk Electronics

โปรตีนจากไหม (Silk Protein) ถูกนำมาใช้ห่อหุ้มวงจรที่บาง ๆ ที่สามารถย่อยสลายได้ภายในร่างกายมนุษย์ ตัวอย่างเช่น การใช้งานเซนเซอร์ชนิดฝังใต้ผิวหนัง (Bioresorbable Sensors) ไม่ต้องผ่าตัดเอาออกเมื่อหมดหน้าที่

5. Optical Waveguides

เทคโนโลยีนี้ใช้วัสดุไหมพอลิเมอร์ (Silk Polymer) สร้างเป็นช่องทางนำแสง (Waveguide) เพื่อส่งผ่าน และตรวจจับข้อมูลทางแสง เช่น นำไปพัฒนาเป็นเซนเซอร์ตรวจเชื้อโรคที่สามารถฝังในผัก หรือผลไม้โดยตรง (Edible Optical Sensors) เมื่อผู้บริโภคกินเข้าไป ตัวเซนเซอร์ก็จะสลายได้อย่างปลอดภัย ไม่ทิ้งสารตกค้างไว้นั่นเอง

อนาคตของ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ย่อยสลายได้ (Future of Biodegradable Electronic)

เทคโนโลยีอย่าง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ย่อยสลายได้ (Biodegradable Electronic) กำลังถูกจับตามองว่าอาจเป็นหนึ่งในคำตอบสำคัญของอนาคต เทคโนโลยีนี้เปิดประตูสู่ความเป็นไปได้ใหม่ ๆ  ไม่ว่าจะเป็นอุปกรณ์ที่ทำงานชั่วคราวแล้วสลายหายไปเองโดยไม่ต้องจัดการซ้ำ หรือการพัฒนาเซนเซอร์ที่สามารถฝังในร่างกายหรือสิ่งแวดล้อม แล้วสลายตัวได้อย่างปลอดภัย การนำ Biodegradable Electronic ไปใช้ ล้วนสะท้อนภาพของเทคโนโลยีที่ทำงานร่วมกับธรรมชาติ ไม่ใช่ทำลายมัน

แม้จะยังมีข้อจำกัดในเรื่องต้นทุน, ประสิทธิภาพ และความเข้าใจของผู้บริโภค แต่ทิศทางของเทคโนโลยีนี้กำลังเดินหน้าไปในทางที่ดีขึ้นอย่างต่อเนื่อง ด้วยพลังของการวิจัย และการพัฒนาวัสดุ ที่สำคัญคือ การตื่นตัวของสังคมที่ต้องการทางเลือกใหม่ สุดท้ายแล้ว Biodegradable Electronic ก็อาจไม่ได้เป็นเพียงนวัตกรรมชั่วคราว แต่กลายเป็น "มาตรฐานใหม่" ของเทคโนโลยีในโลกอนาคตก็เป็นได้