เรื่องของกระดาษ : วิธีทำเยื่อเชิงกล

เป็นวิธีการดั้งเดิมสำหรับเปลี่ยนชิ้นไม้ให้เป็นเยื่อกระดาษ  เส้นใยจะถูกแยกจากเนื้อไม้โดยการใช้หินบดบดไม้ซุงที่ลอกเปลือกไม้ออกแล้วเพื่อให้ได้เยื่อบด (Groundwood pulp) ปัจจุบันมีการปรับปรุงวิธีการทำเยื่อเชิงกลโดยการใช้แผ่นโลหะหมุนที่เรียกว่าเครื่องย่อย (Refiners) แทนหินบด ทำให้สามารถผลิตเยื่อกระดาษที่มีความแข็งแรงกว่าเยื่อบดเล็กน้อย

โรงงานผลิตเยื่อเคมีนั้น เกือบจะพึ่งตนเองได้ในเรื่องพลังงานที่ใช้ในการผลิตซึ่งได้มาจากการเผาไม้ ในขณะที่โรงงานผลิตเยื่อเชิงกลต้องการพลังงานไฟฟ้าจำนวนมากจากแหล่งพลังงานภายนอกโรงงาน   แต่ในอีกด้านหนึ่งแล้ว เยื่อกระดาษที่ได้จากการทำเยื่อเชิงกลมีปริมาณสูงกว่าเยื่อที่ได้จากการทำเยื่อเคมีมาก  คือจะได้เยื่อเชิงกลถึงร้อยละ 95 จากวัตถุดิบเนื้อไม้  เปรียบเทียบกับการทำเยื่อคราฟท์ซึ่งได้เยื่อคราฟท์เพียงร้อยละ 45 ถึง 50 ของวัตถุดิบ  ดังนั้นการผลิตเยื่อเชิงกลจึงมีต้นทุนต่ำกว่าการผลิตเยื่อเคมี และสิ้นเปลืองต้นไม้น้อยกว่า

อย่างไรก็ตาม เยื่อเชิงกลมีคุณภาพต่ำกว่าเยื่อเคมี  เนื่องจากหินบดจะบดเซลลูโลสจนฉีกขาด รวมทั้งจะมีลิกนินหลงเหลืออยู่ภายในและรอบๆ เส้นใย   ด้วยเหตุนี้กระดาษซึ่งผลิตจากเยื่อเชิงกลจึงไม่สู้จะทนทาน ฉีกขาดได้ง่าย  ดังนั้น เยื่อกระดาษชนิดนี้ส่วนใหญ่จึงใช้ในการพิมพ์หนังสือพิมพ์  สมุดโทรศัพท์ และผลิตภัณฑ์ที่ไม่ต้องการความแข็งแรงและคุณภาพสูง  ปริมาณลิกนินที่เจือปนอยู่สูงทำให้ผลิตภัณฑ์มีสีเข้มเมื่อโดนแส

ยังมีวิธีการทำเยื่อเชิงกลอีกวิธีหนึ่งซึ่งเรียกว่า การทำเยื่อความร้อน-เชิงกล (Thermo-Mechanical Pulping: TMP) ซึ่งลดปริมาณการใช้พลังงานได้อย่างมีนัยสำคัญ  โดยทำให้ชิ้นไม้สับอ่อนตัวด้วยไอน้ำก่อนที่จะผ่านเข้าไปสู่เครื่องย่อย โดยสามารถนำความร้อนที่ได้จากไอน้ำทำให้เยื่อกระดาษแห้งได้อีกด้วย

ถ้าทำให้ชิ้นไม้สับอิ่มตัวด้วยสารเคมีที่มีกำมะถันเป็นองค์ประกอบก่อนอบไอน้ำจะเรียกว่า การทำเยื่อเคมี-ความร้อนเชิงกล (Chemo-thermo Mechanical Pulping: CTMP) สารเคมีช่วยแยกลิกนินและยางไม้บางส่วนออกจากไม้ได้ ผลลัพธ์ก็คือเยื่อมีความแข็งแรงขึ้น   เยื่อเคมี-ความร้อน เชิงกล สามารถใช้ทดแทนเยื่อเคมีในการผลิตกระดาษที่ไม่ต้องการคุณภาพสูงมากนัก เช่น ผลิตภัณฑ์เพื่อสุขภาพอนามัย  กระดาษเขียนหนังสือ และกระดาษนิตยสารอาบมันหรือสิ่งพิมพ์อื่นๆ   วิธีการทำเยื่อแบบนี้ใช้ได้ทั้งกับไม้เนื้ออ่อนและไม้เนื้อแข็ง  ในขณะที่วิธีการทำเยื่อความร้อน-เชิงกลใช้ได้เฉพาะไม้เนื้ออ่อนเท่านั้น

การทำเยื่อเชิงกลมีข้อด้อยอยู่ที่ต้องใช้พลังงานมาก  โรงงานทำเยื่อเชิงกลและเยื่อเคมี-ความร้อน-เชิงกล มักจะทิ้งสารเคมีในไม้ที่ถูกแยกออกมา  มากกว่าการนำไปเผาเป็นเชื้อเพลิงเหมือนในโรงงานทำเยื่อเคมี   และเนื่องจากมีการใช้กำมะถันในกระบวนการผลิต  จึงมีการปลดปล่อยสารที่เป็นปัญหาออกมาเช่นกัน  ในปัจจุบันปริมาณการใช้กำมะถันยังคงน้อยเกินกว่าที่ธุรกิจระบบบำบัดของเสียในเชิงพาณิชย์จะหันมาให้ความสนใจ

สารประกอบกำมะถันที่เป็นพิษ กรดยางไม้และของเสียจากไม้ที่ปล่อยจากโรงงาน ทำให้การทำเยื่อเคมี-ความร้อน-เชิงกล เป็นวิธีที่เป็นอันตรายต่อสัตว์น้ำ  นอกจากนี้แล้วของเสียดังกล่าวยังย่อยสลายได้ยาก การใช้วิธีการบำบัดทางชีวภาพทั้งชนิดใช้แบคทีเรียที่ต้องการออกซิเจนและไม่ต้องการออกซิเจน (Aerobic และ Anaerobic biological treatment)  ดูเหมือนจะเป็นทางเลือกที่ดีที่สุด

แนวคิดของเสียเหลือศูนย์

เทคโนโลยีนิเวศเป็นแนวคิดที่รวมเอาเทคโนโลยีหรือการผลิตเข้าเป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรธรรมชาติของนิเวศมณฑล  เทคโนโลยีนิเวศคือการย่อยสลายได้โดยชีววิธี และอาจใช้กระบวนการทางชีววิทยาในลักษณะที่สอดคล้องและไม่ย่ำยีธรรมชาติ โดยความช่วยเหลือของวิศวกรรมที่มีประสิทธิภาพ เทคโนโลยีเชิงนิเวศสอดคล้องกับแบบแผนทางสังคมและวัฒนธรรม และรองรับความต้องการของมนุษย์

ของเสียเหลือศูนย์ หมายถึงการกำจัดขยะหรือของเสียให้หมดไปด้วยการเลียนแบบวงจรธรรมชาติซึ่งของเสียเป็นอาหารของสิ่งมีชีวิตอื่นในวงจรนิเวศ  กุนเธอร์ พอลลิ วิศวกรสิ่งแวดล้อมได้นำเอาวิธีการดังกล่าวนี้ไปใช้ในโรงงานผลิตเบียร์ในประเทศฟิจิ แทนซาเนีย จีน และนามิเบีย  โรงงานผลิตเบียร์ทำให้เกิดของเสียจากข้าวบาร์เลย์ซึ่งเป็นไฟเบอร์และมีโปรตีนปะปนอยู่เช่นเดียวกับของเสียที่เป็นของเหลว  เห็ดเจริญเติบโตได้ในไฟเบอร์ซึ่งพบอยู่ในของเสีย และสามารถเก็บผลผลิตได้ 5 ครั้งต่อข้าวบาร์เลย์เหลือทิ้ง 1 กอง รวมถึงสามารถนำไปใช้เพาะเห็ดคุณภาพสูงอย่างเห็ดชิตาเกะได้ด้วย  ผู้ชำนาญการการเพาะเห็ดทั่วโลกเองยังนึกไม่ถึงว่าสามารถเพาะเห็ดด้วยของเสียจากเบียร์ได้  ไม่เพียงเท่านั้นเห็ดยังสามารถเปลี่ยนลิกนินที่อยู่ในของเสียให้เป็นคาร์โบไฮเดรตคุณภาพสูงซึ่งนำไปใช้เลี้ยงฝูงปศุสัตว์ได้

ในของเสียหนึ่งตันจะมีส่วนที่เป็นโปรตีนซึ่งจะผลิตไส้เดือนได้ 287 ปอนด์ ไส้เดือนเหล่านี้ใช้เลี้ยงไก่ในฟาร์มไก่ที่สร้างคู่กับโรงงานผลิตเบียร์ ไก่ในฟาร์มก็จะเป็นอาหารของคนในชุมชนนั้น มูลไก่และปศุสัตว์ที่รวบรวมได้สามารถนำไปหมักเพื่อผลิตก๊าซมีเทน ซึ่งนำไปเป็นเชื้อเพลิงในการผลิตไอน้ำและกระแสไฟฟ้าได้  โรงงานเบียร์ขนาดกำลังผลิต 8 แสนลิตรต่อปีซึ่งเป็นโรงที่ใหญ่ที่สุดแห่งหนึ่งในประเทศจีนใช้ไฟฟ้าที่ผลิตจากก๊าซมีเทนที่ได้จากของเสียจากการเลี้ยงไก่และปศุสัตว์  จากนั้นของเสียที่เป็นของเหลวข้นๆ ซึ่งมีค่าบีโอดีสูงก็จะถูกนำไปทิ้งลงในบ่อเลี้ยงปลาที่มีสวนลอยน้ำสำหรับปลูกดอกไม้ต่างๆ ข้าวไรย์ และมะเขือเทศ ภายใน 24 ชั่วโมงของเหลวข้นๆนี้จะแตกตัวและช่วยผลิตปลา 7 ชนิด

เมื่อนำกฎของวงจรชีวิตในธรรมชาติมาดัดแปลงใช้ก็ทำให้เกิดผลิตผลที่เป็นประโยชน์อย่างมากมาย  โรงงานผลิตเบียร์มีผลผลิตเพิ่มจากเดิม 7 เท่า นอกจากนี้ยังผลิตอาหาร เชื้อเพลิง และปุ๋ยได้มากขึ้น 7 เท่าด้วย น่าสังเกตว่าวิธีการแบบนี้ใช้ได้ดีกับโรงงานผลิตเบียร์ขนาดเล็ก เพราะความจำกัดทางชีวภาพของตัวระบบเอง วงจรการผลิตแบบนี้สร้างงานเพิ่มขึ้นเป็น 4 เท่าของโรงงานผลิตเบียร์ปกติ เพราะต้องใช้แรงงานเพิ่มขึ้นเพื่อดูแลการผลิตอื่นๆ ในระบบที่เกี่ยวข้องกัน ข้อดีอีกข้อก็คือ ทรัพยากรเหล่านั้นได้มาโดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่าย เพราะเป็นของเสียที่ต้องทิ้งอยู่แล้ว  ค่าใช้จ่ายขั้นพื้นฐานถือว่าต่ำเพราะไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายในการขนส่ง เพราะทุกอย่างตั้งอยู่รอบโรงเบียร์  โรงเบียร์จึงมักตั้งอยู่ใกล้กับศูนย์กลางการบริโภค เพื่อนำ เห็ด ไก่ ไข่ไก่ ปลา ที่ผลิดได้ไปขายให้กับชุมชน

นิเวศวิทยาอุตสาหกรรม

นิเวศวิทยาอุตสาหกรรมเป็นแนวคิดที่เกิดจากสถาบันวิชาการ/ ภาคอุตสาหกรรมที่ว่า ของเสียที่เกิดจากบริษัทหนึ่งสามารถเป็นวัตถุดิบของอีกบริษัทหนึ่งได้ถ้าผู้ประกอบการที่เกี่ยวเนื่องอยู่ในบริเวณใกล้เคียงกัน ซึ่งถือว่าเป็นการนำแนวคิดเรื่องประสิทธิภาพเชิงนิเวศมาปฏิบัติโดยใช้พลังงานและวัตถุดิบให้เกิดประโยชน์ที่สุด   มีตัวอย่างการดำเนินการและบทความในเรื่องนี้มากมายเช่น

ตัวอย่าง : เมือง Kalundborg ประเทศเดนมาร์ก

เขตอุตสาหกรรมในเมือง Kalundborg ห่างจากกรุงโคเปนเฮเกนไปทางตะวันตก 80 ไมล์ เป็นตัวอย่างแรกของ “นิเวศวิทยาอุตสาหกรรม”  เขตอุตสาหกรรมนี้รวมอุตสาหกรรมหลายอย่างเข้าไว้ด้วยกัน ได้แก่ โรงกำเนิดไฟฟ้า โรงกลั่นน้ำมัน โรงงานด้านเทคโนโลยีชีวภาพ โรงงานทำแผ่นฝาผนัง ผู้ผลิตกรดกำมะถัน ผู้ผลิตซีเมนต์ การทำเกษตรกรรมและพืชสวนในท้องถิ่น และระบบทำความร้อนของเมือง  โดยโรงกำเนิดไฟฟ้าจะจ่ายกระแสไฟฟ้าไปยังโรงงานผลิตยา โรงกลั่นน้ำมัน และระบบทำความร้อนของเมือง  Gyproc ซึ่งเป็นผู้ผลิตแผ่นฝาผนังจะซื้อก๊าซส่วนเกินและแร่ยิปซัมซึ่งเป็นผลพลอยได้จากกระบวนการขจัดกำมะถันเพื่อทำให้ก๊าซที่ปล่อยออกจากโรงกลั่นน้ำมันสะอาด  นอกจากนั้นขี้เถ้าลอยจากโรงงานผลิตไฟฟ้าก็ถูกนำมาทำซีเมนต์และสร้างถนน โรงงานผลิตไฟฟ้าใช้ความร้อนส่วนเกินในการทำให้น้ำในบ่อเลี้ยงปลาทะเลอุ่น  เกษตรกรแถบนั้นก็จะนำตะกอนดินจากบ่อเลี้ยงปลามาทำปุ๋ย

อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้เป็นเพียงรูปแบบการรีไซเคิลที่มีประสิทธิภาพขึ้นเท่านั้น  แต่ไม่ได้ลดการใช้วัตถุดิบหรือผลิตภัณฑ์ที่มีพิษ