‘จอห์น สเตนเฮาส์’ นักประดิษฐ์ผู้ช่วยให้เราไม่สำลักฝุ่น

มลพิษฝุ่น PM2.5 ในภาคเหนือที่กำลังสร้างผลกระทบวงกว้างต่อประชาชนในหลายจังหวัด ไม่เพียงแค่กระทบต่อสุขภาพของคนไทยในแถบภาคเหนือเท่านั้น แต่ยังกระทบต่อประชาชนในชาติเพื่อนบ้านของไทยด้วย เพราะไม่กี่วันก่อนสื่อท้องถิ่นในลาวอย่าง เวียงจันทน์ไทมส์ ได้รายงานข่าวเตือนค่าฝุ่นละออง PM2.5 ในหลายแขวงทั่วทั้งประเทศ 
 
สื่อลาวระบุว่า จากการตรวจวัคค่าคุณภาพอากาศหลายพื้นที่ทั้วประเทศเมื่อ 27 มีนาคม คุณภาพอากาศทั่วประเทศอยู่ในระดับพิษที่เป็นอันตรายต่อประชาชน ความเข้มข้นของ PM2.5 ในเวียงจันทน์เพิ่มขึ้นเป็น 71 ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ของอากาศ ซึ่งสูงกว่าค่าเฉลี่ยคุณภาพอากาศที่องค์การอนามัยโลกกำหนดไว้  
 
เช่นเดียวกับแขวงบอลิคำไซ แขวงอุดมไซ หลวงพระบาง แขวงหลวงน้ำทา แขวงบ่อแก้ว และเชียงขวาง ที่ล้วนมีระดับค่าฝุ่น PM2.5 เฉลี่ยในรอบ 24 ชั่วโมงระดับที่สูงจนเป็นอันตรายต่อสุขภาพ โดยปัจจัยหลักของการเกิดฝุ่นดังกล่าวมาจากกิจกรรมการเผาแพ้วถางพื้นที่การเกษตร ตามด้วยการเผาขยะในท้องถิ่น 
 
สอดคล้องกับข้อมูลภาพถ่ายดาวเทียมมจาก FIRMS หรือ Fire Information for Resource Management System หน่วยงานเก็บข้อมูลจุดความร้อนโดยเครือข่ายดาวเทียมนาซาพบว่า ในรอบ 24 ชั่วโมง มีจุดฮอตสปอตขึ้นเป็นจำนวนมากจากบริเวณประเทศเพื่อนบ้านของไทยทั้งในลาวและเมียนมา ประกอบกับกระแสลมที่พัด พาฝุ่นละอองเข้ามายังภาคเหนือไทย ทำให้บริเวณจังหวัดทางภาคเหนือไทยและแขวงตอนเหนือในลาว ต่างได้รับผลกระทบจากฝุ่นพิษในระดับที่เป็นอันตรายไปตามๆกัน  
 
เมื่อเผชิญกับมลพิษสิ่งที่หลายครอบครัวพอจะทำได้คือการ หาซื้อหน้ากากชนิด N95 ที่มีความละเอียดในการกรองอนุภาคขนาดเล็กได้ดี มาใช้เมื่อมีเหตุจำเป็นต้องออกไปข้างนอก ขณะที่หลายคนใช้เครื่องฟอกอากาศติดตั้งไว้ในบ้านจำนวนหลายเครื่อง เพื่อหวังช่วงกรองอากาศพิษจากภาคนอก 
 
พูดถึงเครื่องฟอกอากาศโดยเฉพาะรูปแบบการใช้แผ่นกรองอากาศเพื่อกรองอนุภาคสกปรกในอากาศ ถูกคิดค้นโดยนักเคมีชาวสกอตต์แลนด์ที่ชื่อ จอห์น สเตนเฮาส์ (John Stenhouse) นักประดิษฐ์ที่แม้ชื่อจะเป็นที่รู้จักในวงกว้าง แต่ผลงานของเขาได้สร้างผลกระทบที่ยั่งยืนต่อทั้งโลกมาจนถึงปัจจุบัน ที่ช่วยปูทางสู่การพัฒนาเครื่องฟอกอากาศสมัยใหม่ที่เราใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน 

• คาร์บอนซับสารพิษ

จอห์น สเตนเฮาส์ เป็นชาวสกอตต์โดยกำเนิด เขาเกิดที่เมืองกลาสโกว์ ในปี 1809 จบการ ศึกษาด้านเคมีจากมหาวิทยาลัยกลาสโกว์ สเตนเฮาส์เกิดมาในครอบครัวที่บิดาเป็นเจ้าของธุรกิจโรงงานพิมพ์ลายผ้า นั่นทำให้พื้นฐานเขาอยู่ในครอบครัวที่ค่อนข้างมีฐานะ 

ชีวิตช่วงแรกของสเตนเฮาส์ใช้ชีวิตอย่างมั่งคั่งจากมรดกทางธุรกิจที่บิดาเขาทิ้งไว้ อย่างไรก็ตาม ในปี ค.ศ. 1850 หลังประสบปัญหาทางเศรษฐกิจ สเตนเฮาส์ได้ขายกิจการพร้อมเริ่มหันเหความสนใจเป็นอาจารย์มหาวิทยาลัยหลายแห่งในสกอตต์แลนด์ แต่เขาก็ยังไม่ทิ้งความเป็นนักเคมีและนักประดิษฐ์ ในช่วงเวลานั้นสเตนเฮาส์มุ่งความสนใจในการคิดค้นเคมีอินทรีย์ โดยเฉพาะผลิตภัณฑ์เคมีจากพืช เพื่อใช้ในอุตสาหกรรมย้อมสี และการฟอกหนังที่เป็นประโยชน์สำหรับธุรกิจ ทั้งยังได้รับการจดสิทธิบัตรมากมาย 
 
ในเวลานั้น สเตนเฮาส์ให้ความสนใจกับมลพิษทางอากาศเป็นพิเศษ เพราะช่วงเวลาดังกล่าวการปฏิวัติอุตสาหกรรมในอังกฤษกำลังสู่จุดสูงสุด หลายเมืองใหญ่ในสหราชอาณาจักรมีโรงงานเกิดขึ้นมากมายอย่างไรการควบคุม ซึ่งตามมาด้วยควันพิษจากอุตสาหกรรมในหลายเมือง ซึ่งปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์จำนวนมากสู่อากาศ ก๊าซนี้ไม่เพียงเป็นอันตรายต่อสุขภาพของผู้คนเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดกลิ่นเหม็นอบอวลไปทั่วทั้งเมืองอีกด้วย 
 
สเตนเฮาส์ สังเกตว่าคนงานไม่น้อยที่ประสบปัญหาสุขภาพหลายอย่าง รวมถึงปัญหาเกี่ยวกับระบบทางเดินหายใจและสภาพผิว ซึ่งสาเหตุมาจากควันพิษและอนุภาคในอากาศ เพื่อแก้ไขปัญหานี้ สเตนเฮาส์เริ่มทดลองกับสารประกอบทางเคมีต่างๆ เพื่อดูว่าจะสามารถหาวิธีทำให้ก๊าซและกลิ่นที่เป็นอันตรายถูกกรองอนุภาคอย่างเป็นกลางได้หรือไม่ ในที่สุดเขาก็พัฒนาวิธีการโดยใช้ถ่านกัมมันต์ ซึ่งเขาพบว่ามีประสิทธิภาพสูงในการดูดซับก๊าซและกลิ่นจากอากาศ  
 
สเตนเฮาส์ค้นพบว่าถ่านกัมมันต์ หรือถ่านคาร์บอน (Carbon Charcoal) ซึ่งเป็นถ่านไม้ที่ถูกเผาไม้ในกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรมที่ถูกใช้ในการเผาไหม้เพื่อสร้างความร้อนให้เครื่องจักรไอน้ำ ในถ่านเหล่านี้จะมีรูพรุนขนาดเล็กจำนวนมากระหว่างอะตอมของคาร์บอนนับล้าน รูพรุนเหล่านี้มีพื้นที่ผิวที่กว้างมาก ซึ่งรูขนาดเล็กเหล่านี้จะมีคุณสมบัติดูดซับและดักจับก๊าซและสิ่งสกปรกต่างๆ เช่น สารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs) กลิ่น และก๊าซ  

เขาจึงเริ่มทดลองด้วยการบรรจุถ่านกัมมันต์เหล่านี้ลงในหลอดทรงกรวยที่มีผ้าขาวบางกรองในอีกชั้นหนึ่ง แล้วเริ่มต้นทดลองกรองสิ่งสกปรกจากแหล่งน้ำใกล้โรงงานจนพบว่าน้ำที่ถูกบีบอัดผ่านชั้นกรองเหล่านี้สามารถกรองอนุภาคสกปรกได้ในจำนวนมาก สิ่งสกปรกและกลิ่นจะถูกดูดซับและติดอยู่ในรูขุมขนเล็กๆ ของถ่าน ปล่อยให้น้ำที่บริสุทธิ์ไหลออกทางปลายอีกด้านหนึ่งของท่อ 
 
จอห์น สเตนเฮาส์ ได้ใช้วิธีเดียวกันนี้มากใช้ในรูปแบบการกรองเดียวกัน ด้วยการสร้างชุดกรองอากาศจากถ่านคาร์บอนที่เรียกว่า เครื่องมือของสเตนเฮาส์ (stenhouse apparatus) ที่เป็นลักษณะหน้ากากกันแก๊สพิษ ซึ่งมีการต่อท่ออากาศสำหรับหายใจ โดยมีพัดลมที่ดึงอากาศผ่านชั้นสำลี พร้อมไส้กรองที่ทำถ่านกัมมันต์และวัสดุอินทรีย์หลายชนิดที่ผ่านการชุบสารเคมีเพื่อเพิ่มคุณสมบัติในการดูดซับ 
 
สเตนเฮาส์ได้ใช้วีธีนี้ต่อยอดพัฒนาหน้ากากที่ขนาดเล็กลงมีลักษณะคล้ายกับหน้ากาก N95 ในยุคปัจจุบัน  ด้านนอกของหน้ากากทำจากไม้ ส่วนตัวกรองของหน้ากากทำจากผงถ่าน และถูกยึดไว้ระหว่างชั้นลวดตาข่ายรูปโดม 2 ชั้น เพื่อให้สามารถปิดจมูกและปากของผู้ใช้ สเตนเฮาส์พบว่าหน้ากากรูปแบบนี้มีคุณสมบัติสามารถดูดซับก๊าซแอมโมเนีย ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ และคาร์บอนไดออกไซด์ได้อย่างดี หน้ากากนี้ถูกนำเสนอในงานประชุมวิชาการราชวิทยาลัยวิทยาศาสตร์แห่งเครือจักรภพในปี 1854 ซึ่งแม้เขาจะไม่ได้จดลิขสิทธิ์ในสิ่งประดิษฐ์ดังกล่าวแต่ต้นแบบของหน้ากากนั้นถูกใช้อย่างแพร่หลายในเวลาต่อมา โดยเฉพาะระบบกรองอากาศในโรงงานอุตสาหกรรมและคนงานที่ทำงานในโรงงานช่วงต้นยุคคริตศวรรษที่ 19 

• บรรพบุรุษ N95 และเครื่องฟอกอากาศ 

ตามที่ผู้เขียนระบุว่า จอห์น สเตนเฮาส์ เป็นนักเคมีที่มีผลงานคิดค้นสารเคมีหลากชนิดสำหรับใช้ในอุตสาหกรรม แต่ผลงานสร้างชื่อของเขาคือการประดิษฐ์ไส้กรองจากคาร์บอนที่มีคุณสมบัติดูดซับสารและกลิ่นได้ดี แม้จะมีผลงานสร้างชื่อให้แก่วงการวิทยาศาสตร์มากมาย แต่ช่วงบั้นปลายชีวิตของเขาค่อนข้างน่าเศร้า สเตนเฮาส์ป่วยด้วยโรคประจำตัวจนเป็นอัมพาตบางส่วนกระทั่งเขาเสียชีวิตเมื่อ 31 ธันวาคม 1880  
 
ผลงานของสเตนเฮาส์ได้รับการต่อยอดโดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษที่ชื่อ จอห์น ทินดาลล์ (John Tyndall) ได้นำหน้ากากของสเตนเฮาส์เป็นต้นแบบ ในการเพิ่มตัวกรองสำลีที่ผ่านการชุบปูนขาว กลีเซอรีน นำมาประดิษฐ์เป็น 'หน้ากากช่วยหายใจของพนักงานดับเพลิง' ซึ่งเป็นเครื่องดูดควันที่กรองควันและก๊าซจากอากาศในปี 1871  และถูกนำจัดแสดงครั้งแรกในงานประชุมของราชวิทยาลัย (Royal Society) ในลอนดอนเมื่อปี 1874 
 
มรดกของสเตนเฮาส์ยังคงอยู่แม้เขาจะเสียชีวิตไปแล้ว โดยในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1 ซึ่งเป็นครั้งแรกของสงครามยุคใหม่ที่บรรดากองทัพ นำอาวุธเคมี และอาวุธหนักเข้าห้ำหั่นกัน แนวคิดหน้ากากของสเตนเฮาส์จึงได้รับนำมาต่อยอดในการผลิตไส้กรองอากาศสำหรับใช้ในกองทัพที่ราคาไม่แพง โดยยังคงใช้ตัวกรองจากถ่านคาร์บอน มาผสมกับมเรซินและพัฒนาต่อไปโดยใช้อนุภาคละเอียดของใยแก้วที่สามารถกำจัดฝุ่นละอองได้ การออกแบบตัวกรองช่วยให้ผู้ใส่ยังคงสามารถหายใจได้ 
 
สำหรับหน้ากากแบบ N95 ที่เราใช้ในปัจจุบัน แม้จะทราบกันดีว่าถูกพัฒนาโดยนาย ปีเตอร์ ไช่ (Peter Tsai) นักประดิษฐ์และนักวัสดุศาสตร์ชาวอเมริกัน-ไต้หวัน ที่แม้แผ่นกรองจะถูกพัฒนาให้มีความละเอียดในระดับที่สามารถกรองอนุภาคได้เล็กกว่า 0.01 ไมครอน แต่ครั้งนึงในการให้สัมภาษณ์ของไช่ เขากล่าวว่ารูปแบบดีไซน์ของต้นแบบ N95 ที่เขาประดิษฐ์ ก็มาจากหน้ากากที่มีการใช้ในช่วงยุคปฏิวัติอุตสาหกรรมในอังกฤษ 
 
แนวคิดการใช้แผ่นฟอกอากาศของสเตนเฮาส์ นับเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านของการฟอกอากาศ ทุกวันนี้ เครื่องฟอกอากาศกลายเป็นส่วนสำคัญในชีวิตของหลายๆ คน โดยเฉพาะผู้ที่เป็นโรคภูมิแพ้หรือปัญหาเกี่ยวกับระบบทางเดินหายใจ แม้ว่าเครื่องฟอกอากาศสมัยใหม่จะใช้เทคโนโลยีขั้นสูงกว่าการออกแบบดั้งเดิมที่สเตนเฮาส์เคยออกแบบ แต่หลักการพื้นฐานของการใช้ถ่านกัมมันต์เพื่อกำจัดก๊าซและกลิ่นที่เป็นอันตรายออกจากอากาศยังคงเหมือนเดิม