ฉนวนอาคารได้กลายเป็นหัวข้อที่สำคัญมากขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ฉนวนภายนอกที่ดีจะช่วยลดต้นทุนการทำความร้อน ซึ่งหมายความว่าการปล่อย CO₂ ลดลง ปัจจุบัน วัสดุฉนวนธรรมชาติที่ยั่งยืนมีอยู่แล้วสำหรับการตกแต่งภายในอาคาร แต่ความยั่งยืนนอกจากจะหมายความว่า วัสดุควรเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและผลิตจากวัตถุดิบหมุนเวียน ซึ่งต้องเป็นฉนวนที่กันความร้อนและป้องกันอัคคีภัยที่ดีได้ ยังต้องรีไซเคิลได้ง่ายเมื่อหมดอายุการใช้งาน
ประวัติของวัสดุฉนวนความร้อนนั้นไม่นานเท่ากับวัสดุอื่นๆ แต่ความจำเป็นของฉนวนนั้นมีความเก่าแก่พอๆ กับกิจกรรมในอาคาร คนก่อนประวัติศาสตร์สร้างที่พักพิงเพื่อป้องกันตนเองจากสภาพอากาศ โดยเดิมใช้วัสดุอินทรีย์และต่อมาก็ใช้วัสดุทดแทนที่ทนทานกว่าในภายหลัง อย่างไรก็ตาม ผู้คนไม่เพียงแต่ใช้วัสดุที่พบในธรรมชาติเท่านั้น แต่ยังค้นพบวัสดุอื่นๆ ที่เหมาะสำหรับใช้เป็นฉนวนอีกด้วย
การแปรรูปวัสดุอินทรีย์ทำให้เกิดแผ่นฉนวนแผ่นแรกในศตวรรษที่ 19 ขณะเดียวกันก็มีการพัฒนาวัสดุประดิษฐ์เพิ่มมากขึ้นได้แก่ rock wool ,fibreglass , foam glass, hollow bricks ,perlite และ plastic foams (โฟมพลาสติก) โดยเฉพาะการปรากฏตัวของโฟมพลาสติกทำให้เกิดการปฏิวัติครั้งใหญ่ แม้ว่าการผลิตพลาสติกเป็นที่รู้จักกันดีในศตวรรษที่ 19 แต่โฟมพลาสติกชนิดแรกก็ยังไม่ถูกผลิตจนถึงปี 1941 ทุกวันนี้วัสดุฉนวนที่นิยมใช้มากที่สุดที่ผลิตด้วยวัสดุธรรมชาติเพียงเล็กน้อยเท่านั้น คือ โฟมพลาสติกและแร่ใยหิน (mineral wool)
วัสดุอินทรีย์เป็นวัสดุแรกที่ใช้สร้างที่พักพิงสำหรับผู้คน เพื่อป้องกันตนเองจากสภาพอากาศเลวร้ายและช่วยให้พวกเขาอบอุ่น
ในขณะที่โลกยังคงต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ อุตสาหกรรมการก่อสร้างกำลังพิจารณาวัสดุที่ใช้อีกครั้ง และงานวิจัยใหม่กำลังระบุแนวทางใหม่ที่มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่น้อยลง โดยกลุ่มวิจัยที่มหาวิทยาลัย Göttingen ที่ได้ทำการวิจัยกระบวนการผลิตสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ทำจาก ป๊อปคอร์นที่มีความยั่งยืน และมีประสิทธิภาพมาอย่างยาวนาน ได้ตกลงในข้อตกลงใบอนุญาตกับกลุ่ม Bachl สำหรับการนำมาใช้ในกระบวนการเชิงพาณิชย์และผลิตภัณฑ์สำหรับฉนวนอาคาร
ทั้งนี้ ตลาดถูกครอบงำโดยวัสดุฉนวนทั่วไปที่ทำจากพลาสติกหรือเส้นใยแร่ ซึ่งมีส่วนแบ่งตลาดประมาณ 90% ส่วนใหญ่ใช้เป็นฉนวนภายนอก แต่ฉนวนภายนอกที่เป็นพลาสติกสามารถแทนที่ด้วยวัสดุที่ยั่งยืนได้หรือไม่ ในกรณีนี้ กลุ่มวิจัยที่คณะ Forest Sciences and Forest Ecology – Chemie und Verfahrenstechnik von Verbundwerkstoffen (เคมีและวิศวกรรมกระบวนการของวัสดุผสม) ที่มหาวิทยาลัย Göttingen ประสบความสำเร็จในการพัฒนากระบวนการใหม่ของวัสดุที่ยั่งยืนในอนาคต
จากประสบการณ์หลายปีในด้านวัตถุดิบหมุนเวียน ทางกลุ่มได้จัดการพัฒนากระบวนการผลิตแผงฉนวนที่ทำจากป๊อปคอร์น " ป่น " (granulated) ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นฉนวนความร้อนที่ดีเยี่ยมและป้องกันไฟได้ดี ข้อได้เปรียบที่ยอดเยี่ยมของวัสดุที่เป็นเม็ดละเอียดนี้คือมันเป็นวัสดุจากพืช เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม และเป็นทางเลือกที่ยั่งยืนสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ได้จากปิโตรเลียมที่ใช้ในอุตสาหกรรมในปัจจุบัน
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Göttingen ประเทศเยอรมนีใช้ข้าวโพดคั่วเพื่อพัฒนาบรรจุภัณฑ์ที่ย่อยสลายได้ซึ่งจำลองประสิทธิภาพของโพลีสไตรีน (PS)
โดยนำไปบดและอบไอน้ำ ข้าวโพดจะมีศักยภาพในการสร้างวัสดุที่เบาและเติมอากาศได้ซึ่งมีคุณสมบัติคล้ายกับ PS
และโครงการนี้อาจนำไปสู่การเปลี่ยนบรรจุภัณฑ์ PS ที่ย่อยสลายได้ 100 เปอร์เซ็นต์
ศาสตราจารย์ Alireza Kharazipour หัวหน้ากลุ่มวิจัยกล่าวว่า กระบวนการใหม่ซึ่งอิงกับอุตสาหกรรมพลาสติกนี้ ช่วยให้สามารถผลิตแผ่นฉนวนที่คุ้มทุน
ในระดับอุตสาหกรรมได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านฉนวนสำหรับการก่อสร้าง และยังทำให้มั่นใจได้ว่าวัสดุฉนวนจากธรรมชาติจะไม่ได้เป็นแค่ผลิตภัณฑ์เฉพาะกลุ่มอีกต่อไป นอกจากนี้ ผลิตภัณฑ์ป๊อปคอร์นใหม่ยังมีคุณสมบัติไม่ซับน้ำ ซึ่งเปิดโอกาสมากขึ้นสำหรับการใช้งานจริงและยืดอายุการใช้งาน
Michael Küblbeck กรรมการผู้จัดการกลุ่มของ Bachl ซึ่งเป็นพันธมิตรด้านการออกใบอนุญาตเฉพาะกลุ่ม กล่าวเสริมว่า " เรารู้สึกยินดีเป็นอย่างยิ่งที่ได้เปิดตัวผลิตภัณฑ์ฉนวนที่เป็นนวัตกรรมใหม่โดยใช้ข้าวโพดคั่วสู่ตลาดร่วมกับมหาวิทยาลัย Göttingen นับเป็นอีกก้าวที่สำคัญของเราในยุทธศาสตร์การพัฒนาสู่การเป็นแบบบูรณาการ และฉนวนข้าวโพดคั่วจะช่วยเติมเต็มช่วงคุณภาพของเราได้อย่างลงตัว รวมถึงวิธีการที่เราสามารถตอบสนองได้อย่างแม่นยำมากยิ่งขึ้น กับความต้องการที่แตกต่างกันของตลาดและลูกค้าของเรา "
สำหรับวิธีการที่ใช้ในการผลิตฉนวนจากข้าวโพดคั่วมีความคล้ายคลึงกับกระบวนการสำหรับผลิตภัณฑ์ PS โดยทีมงานของ Kharazipour จะนำเมล็ดข้าวโพดไปหั่นเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยด้วยกลไกที่เรียกว่า " maize scrap " จนเป็นข้าวโพดบด จากนั้นนำข้าวโพดที่บดแล้วไปทำ popcorn เพื่อให้ขยายตัวเป็นข้าวโพดคั่วบดละเอียดโดยใช้กระบวนการแรงดันไอน้ำ
กล่องใส่ขวดไวน์ทำจากป๊อปคอร์น Cr. Carolin Pertsch
ผลิตภัณฑ์ที่ได้จะมีน้ำหนักเบาเป็นพิเศษ เนื่องจากเม็ดข้าวโพดคั่วจะเต็มไปด้วยอากาศเหมือนรวงผึ้ง และเมื่อเมล็ดข้าวโพดบดขยายตัวเป็นข้าวโพดคั่ว ปริมาณจะเพิ่มขึ้น 15 - 20% (เมล็ดข้าวโพดคั่วบดละเอียดหนึ่งลูกบาศก์เมตรจะมีน้ำหนักประมาณ 65 กก.) โดยนี่จะเป็นผลพลอยได้ในอุตสาหกรรมข้าวโพด จากข้าวโพดหักที่สามารถนำมาใช้เป็นผลิตภัณฑ์นี้ได้
Dr. Kharazipour กล่าวว่า กระบวนการใหม่นี้จะใช้เทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นในอุตสาหกรรมพลาสติก ทำให้สามารถผลิตชิ้นส่วนขึ้นรูปได้หลากหลาย และหากพิจารณาเรื่องบรรจุภัณฑ์ จะช่วยให้มั่นใจว่าผลิตภัณฑ์ได้รับการขนส่งอย่างปลอดภัยและลดของเสีย ที่สำคัญวัสดุที่ใช้สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพในภายหลัง
อย่างไรก็ตาม ทีมงานต้องเผชิญกับความท้าทายทางเทคนิคหลายประการในการบรรลุขั้นตอนการพัฒนาในปัจจุบัน โดยเฉพาะอันตรายจากความชื้นทำให้บรรจุภัณฑ์สลายตัวที่ถือเป็นความท้าทายหลัก ซึ่งตอนนี้แก้ปัญหาด้วยการปกปิดพื้นผิวผ่านกระบวนการเคลือบที่เรียกว่า "coating process" ทั้งเพื่อเพิ่มคุณสมบัติด้านความสวยงามและทางกายภาพด้วย
และเนื่องจากคุณสมบัติทนไฟของวัสดุที่ทำจากป๊อปคอร์น ผู้ผลิตพลาสติกหลายรายจึงได้ยื่นคำขอรับสิทธิบัตรสำหรับแผ่นเกล็ดเพื่อใช้เป็นฉนวนป้องกันผนังภายในและภายนอกของบ้าน ตรงกันข้ามกับวัสดุฉนวนที่ทำจากโฟมซึ่งเผาไหม้อย่างดุเดือดที่อุณหภูมิระหว่าง 600 - 900 องศาในห้องเผาไหม้ ด้วยค่าแลมบ์ดาที่ต่ำกว่า 0.040 ฉนวนป๊อปคอร์นจึงให้การถ่ายเทความร้อนน้อยกว่าโฟม ยิ่งกว่านั้นด้วยคุณสมบัติดูดซับเสียง จึงเป็นฉนวนกันเสียงที่สมบูรณ์แบบสำหรับโรงภาพยนตร์และสตูดิโอ แม้เศษข้าวโพดคั่วที่เหลือจะจบลงด้วยขยะอินทรีย์ แต่ก็สามารถนำไปแปรรูปใหม่เป็นแผ่นฉนวนได้อีกครั้ง
ทีมของ Dr. Kharazipour ได้พัฒนาผลิตภัณฑ์ประมาณ 40 รายการ ซึ่งประกอบด้วยข้าวโพดคั่วบด 100 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งใช้โปรตีนเป็นสารยึดเกาะ
ทั้งนี้ กว่า 40 ปีที่ ศาสตราจารย์ Alireza Kharazipour สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอกในหัวข้อสารยึดเกาะตามธรรมชาติ (natural binders) นับตั้งแต่สำเร็จการศึกษา เขาได้ทุ่มเทการศึกษาและการวิจัยส่วนใหญ่เพื่อค้นหาแนวทางแก้ไขปัญหามลพิษทางบกของโลก โดยทำงานกับวัตถุดิบหมุนเวียนเป็นหลัก ผลงานของเขาได้รับการตีพิมพ์สิ่งพิมพ์จำนวนมากในวารสารนานาชาติ ซึ่งขณะนี้มีสิทธิบัตรมากกว่า 100 ฉบับทั่วโลก และแนวคิดในการใช้วัสดุที่เป็นนวัตกรรมจากทรัพยากรหมุนเวียนก็มีต้นกำเนิดมาจากเขา
กล่าวคือ เมื่อสิบกว่าปีที่แล้ว เขาไม่ประสบความสำเร็จในการวิจัยหาวัสดุเพื่อทดแทนพอลิสไตรีน (PS) ในเย็นวันหนึ่งเขาไปดูหนังกับภรรยาของเขาที่เมือง Göttingen ประเทศเยอรมนี และซื้อป๊อปคอร์นที่อร่อยและบางเบามากิน สิ่งนี้เป็นแรงบันดาลใจให้เขาลองผลิตเม็ดข้าวโพดคั่วที่บางเบาราวขนนก หลังจากทำการทดลองที่ห้องปฏิบัติการที่มหาวิทยาลัย ทั้งหมดก็กลายเป็นประวัติศาสตร์
ห้องทดลองของ Dr. Kharazipour อยู่ที่สถาบัน Büsgen ที่มหาวิทยาลัย Georg August ในเมือง Göttingen ประเทศเยอรมนี ตั้งแต่ปี 2008 การวิจัยที่นำโดย Prof. Dr Kharazipour กลุ่ม Chemistry and Process Engineering of Composite Materials ได้ทำงานด้านวัตถุดิบหมุนเวียนที่นี่ ในที่สุดก็ประสบความสำเร็จในการพัฒนาผลิตภัณฑ์สามมิติแบบพอดีตัวซึ่งทำจากเม็ดข้าวโพดคั่วบดละเอียดเป็นอย่างแรก
หมู่บ้านยุคหิน Skara Brae (Orkney Island, Scotland) ค.ศ. 3100-2500 ก่อนคริสตศักราช
การสร้างบ้านใต้ดินของพวกเขาล้วนทำมาจากหิน และได้รับการสนับสนุนที่ดียิ่งขึ้นจากการเติมช่องว่างระหว่างผนังกับพื้นด้วยฉนวนธรรมชาติ
(ขอขอบคุณที่มาของข้อมูลทั้งหมดและขออนุญาตนำมา)
วัสดุฉนวนกันความร้อนในอนาคตด้วยป๊อปคอร์น
ทั้งนี้ ตลาดถูกครอบงำโดยวัสดุฉนวนทั่วไปที่ทำจากพลาสติกหรือเส้นใยแร่ ซึ่งมีส่วนแบ่งตลาดประมาณ 90% ส่วนใหญ่ใช้เป็นฉนวนภายนอก แต่ฉนวนภายนอกที่เป็นพลาสติกสามารถแทนที่ด้วยวัสดุที่ยั่งยืนได้หรือไม่ ในกรณีนี้ กลุ่มวิจัยที่คณะ Forest Sciences and Forest Ecology – Chemie und Verfahrenstechnik von Verbundwerkstoffen (เคมีและวิศวกรรมกระบวนการของวัสดุผสม) ที่มหาวิทยาลัย Göttingen ประสบความสำเร็จในการพัฒนากระบวนการใหม่ของวัสดุที่ยั่งยืนในอนาคต
จากประสบการณ์หลายปีในด้านวัตถุดิบหมุนเวียน ทางกลุ่มได้จัดการพัฒนากระบวนการผลิตแผงฉนวนที่ทำจากป๊อปคอร์น " ป่น " (granulated) ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นฉนวนความร้อนที่ดีเยี่ยมและป้องกันไฟได้ดี ข้อได้เปรียบที่ยอดเยี่ยมของวัสดุที่เป็นเม็ดละเอียดนี้คือมันเป็นวัสดุจากพืช เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม และเป็นทางเลือกที่ยั่งยืนสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ได้จากปิโตรเลียมที่ใช้ในอุตสาหกรรมในปัจจุบัน
ในระดับอุตสาหกรรมได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านฉนวนสำหรับการก่อสร้าง และยังทำให้มั่นใจได้ว่าวัสดุฉนวนจากธรรมชาติจะไม่ได้เป็นแค่ผลิตภัณฑ์เฉพาะกลุ่มอีกต่อไป นอกจากนี้ ผลิตภัณฑ์ป๊อปคอร์นใหม่ยังมีคุณสมบัติไม่ซับน้ำ ซึ่งเปิดโอกาสมากขึ้นสำหรับการใช้งานจริงและยืดอายุการใช้งาน
Michael Küblbeck กรรมการผู้จัดการกลุ่มของ Bachl ซึ่งเป็นพันธมิตรด้านการออกใบอนุญาตเฉพาะกลุ่ม กล่าวเสริมว่า " เรารู้สึกยินดีเป็นอย่างยิ่งที่ได้เปิดตัวผลิตภัณฑ์ฉนวนที่เป็นนวัตกรรมใหม่โดยใช้ข้าวโพดคั่วสู่ตลาดร่วมกับมหาวิทยาลัย Göttingen นับเป็นอีกก้าวที่สำคัญของเราในยุทธศาสตร์การพัฒนาสู่การเป็นแบบบูรณาการ และฉนวนข้าวโพดคั่วจะช่วยเติมเต็มช่วงคุณภาพของเราได้อย่างลงตัว รวมถึงวิธีการที่เราสามารถตอบสนองได้อย่างแม่นยำมากยิ่งขึ้น กับความต้องการที่แตกต่างกันของตลาดและลูกค้าของเรา "
สำหรับวิธีการที่ใช้ในการผลิตฉนวนจากข้าวโพดคั่วมีความคล้ายคลึงกับกระบวนการสำหรับผลิตภัณฑ์ PS โดยทีมงานของ Kharazipour จะนำเมล็ดข้าวโพดไปหั่นเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยด้วยกลไกที่เรียกว่า " maize scrap " จนเป็นข้าวโพดบด จากนั้นนำข้าวโพดที่บดแล้วไปทำ popcorn เพื่อให้ขยายตัวเป็นข้าวโพดคั่วบดละเอียดโดยใช้กระบวนการแรงดันไอน้ำ
Dr. Kharazipour กล่าวว่า กระบวนการใหม่นี้จะใช้เทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นในอุตสาหกรรมพลาสติก ทำให้สามารถผลิตชิ้นส่วนขึ้นรูปได้หลากหลาย และหากพิจารณาเรื่องบรรจุภัณฑ์ จะช่วยให้มั่นใจว่าผลิตภัณฑ์ได้รับการขนส่งอย่างปลอดภัยและลดของเสีย ที่สำคัญวัสดุที่ใช้สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพในภายหลัง
อย่างไรก็ตาม ทีมงานต้องเผชิญกับความท้าทายทางเทคนิคหลายประการในการบรรลุขั้นตอนการพัฒนาในปัจจุบัน โดยเฉพาะอันตรายจากความชื้นทำให้บรรจุภัณฑ์สลายตัวที่ถือเป็นความท้าทายหลัก ซึ่งตอนนี้แก้ปัญหาด้วยการปกปิดพื้นผิวผ่านกระบวนการเคลือบที่เรียกว่า "coating process" ทั้งเพื่อเพิ่มคุณสมบัติด้านความสวยงามและทางกายภาพด้วย
และเนื่องจากคุณสมบัติทนไฟของวัสดุที่ทำจากป๊อปคอร์น ผู้ผลิตพลาสติกหลายรายจึงได้ยื่นคำขอรับสิทธิบัตรสำหรับแผ่นเกล็ดเพื่อใช้เป็นฉนวนป้องกันผนังภายในและภายนอกของบ้าน ตรงกันข้ามกับวัสดุฉนวนที่ทำจากโฟมซึ่งเผาไหม้อย่างดุเดือดที่อุณหภูมิระหว่าง 600 - 900 องศาในห้องเผาไหม้ ด้วยค่าแลมบ์ดาที่ต่ำกว่า 0.040 ฉนวนป๊อปคอร์นจึงให้การถ่ายเทความร้อนน้อยกว่าโฟม ยิ่งกว่านั้นด้วยคุณสมบัติดูดซับเสียง จึงเป็นฉนวนกันเสียงที่สมบูรณ์แบบสำหรับโรงภาพยนตร์และสตูดิโอ แม้เศษข้าวโพดคั่วที่เหลือจะจบลงด้วยขยะอินทรีย์ แต่ก็สามารถนำไปแปรรูปใหม่เป็นแผ่นฉนวนได้อีกครั้ง
ทั้งนี้ กว่า 40 ปีที่ ศาสตราจารย์ Alireza Kharazipour สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอกในหัวข้อสารยึดเกาะตามธรรมชาติ (natural binders) นับตั้งแต่สำเร็จการศึกษา เขาได้ทุ่มเทการศึกษาและการวิจัยส่วนใหญ่เพื่อค้นหาแนวทางแก้ไขปัญหามลพิษทางบกของโลก โดยทำงานกับวัตถุดิบหมุนเวียนเป็นหลัก ผลงานของเขาได้รับการตีพิมพ์สิ่งพิมพ์จำนวนมากในวารสารนานาชาติ ซึ่งขณะนี้มีสิทธิบัตรมากกว่า 100 ฉบับทั่วโลก และแนวคิดในการใช้วัสดุที่เป็นนวัตกรรมจากทรัพยากรหมุนเวียนก็มีต้นกำเนิดมาจากเขา
กล่าวคือ เมื่อสิบกว่าปีที่แล้ว เขาไม่ประสบความสำเร็จในการวิจัยหาวัสดุเพื่อทดแทนพอลิสไตรีน (PS) ในเย็นวันหนึ่งเขาไปดูหนังกับภรรยาของเขาที่เมือง Göttingen ประเทศเยอรมนี และซื้อป๊อปคอร์นที่อร่อยและบางเบามากิน สิ่งนี้เป็นแรงบันดาลใจให้เขาลองผลิตเม็ดข้าวโพดคั่วที่บางเบาราวขนนก หลังจากทำการทดลองที่ห้องปฏิบัติการที่มหาวิทยาลัย ทั้งหมดก็กลายเป็นประวัติศาสตร์
ห้องทดลองของ Dr. Kharazipour อยู่ที่สถาบัน Büsgen ที่มหาวิทยาลัย Georg August ในเมือง Göttingen ประเทศเยอรมนี ตั้งแต่ปี 2008 การวิจัยที่นำโดย Prof. Dr Kharazipour กลุ่ม Chemistry and Process Engineering of Composite Materials ได้ทำงานด้านวัตถุดิบหมุนเวียนที่นี่ ในที่สุดก็ประสบความสำเร็จในการพัฒนาผลิตภัณฑ์สามมิติแบบพอดีตัวซึ่งทำจากเม็ดข้าวโพดคั่วบดละเอียดเป็นอย่างแรก