ไบโอชาร์ ถ่านชีวภาพเพื่อการเกษตร

สาระสำคัญ

ถ่านไบโอชาร์ (Biochar) เป็นคาร์บอนที่มีความบริสุทธิ์สูง ได้จากกระบวนการแยกสลายด้วยความร้อน เฉลี่ย 500-700 องศาเซลเซียส โดยไม่ใช้ออกซิเจน (Pirolysis) คุณสมบัติของถ่านไบโอชาร์ คือมีรูพรุนเป็นจำนวนมากเป็นที่อยู่อาศัยของเหล่าจุลินทรีย์ เมื่อใส่ลงไปในดินจะช่วยการระบายอากาศ ทำหน้าที่ดูดยึดธาตุอาหารมากักเก็บไว้แล้วค่อยๆ ปล่อยธาตุอาหารให้แก่พืช ลดความเป็นกรดของดิน จึงทำให้พืชที่ปลูกด้วยถ่านไบโอชาร์เป็นส่วนผสมมีการเจริญเติบโตเร็วกว่าการเพาะปลูกโดยทั่วไป

ความหมาย ความสำคัญ และประโยชน์ของไบโอชาร์

ไบโอชาร์ (Biochar) คือ วัสดุที่อุดมด้วยคาร์บอน ผลิตจากการให้ความร้อนมวลชีวภาพ (biomass) โดยไม่ใช้ออกซิเจนหรือใช้น้อยมาก เรียกกระบวนการนี้ว่าการแยกสลายด้วยความร้อน (pyrolysis) ซึ่งมีสองวิธีหลักๆ คือการแยกสลายอย่างเร็วและอย่างช้า การผลิตไบโอชาร์ด้วยวิธีการแยกสลายอย่างช้าที่อุณหภูมิเฉลี่ย 500 องศาเซลเซียส จะได้ผลผลิตของไบโอชาร์มากกว่า 50% แต่จะใช้เวลาเป็นชั่วโมง ซึ่งต่างจากวิธีการแยกสลายอย่างเร็วที่อุณหภูมิเฉลี่ย 700 องศาเซลเซียส ซึ่งใช้เวลาเป็นวินาที ผลผลิตที่ได้จะเป็นน้ำมันชีวภาพ (bio-oil) 60% แก๊สสังเคราะห์ (syngas) ได้แก่ H2, CO และ CH4 รวมกัน 20% และ ไบโอชาร์ 20% (Winsley, 2007; Zafar,2009)

ถ่านชีวภาพ (Biochar) มีความหมายแตกต่างจากถ่านทั่วไป (Charcoal) ตรงจุดมุ่งหมายของการใช้ประโยชน์ คือเมื่อกล่าวถึง Charcoal จะหมายถึงถ่านที่ใช้เป็นเชื้อเพลิง ขณะที่ Biochar คือถ่านที่ใช้ประโยชน์เพื่อกักเก็บคาร์บอนลงดินและปรับปรุงดิน (Ricks,2007) การกักเก็บคาร์บอนในดินด้วยการแยกสลายมวลชีวภาพด้วยความร้อนจะได้คาร์บอนถึง 50% ของคาร์บอนที่มีอยู่ในมวลชีวภาพ คาร์บอนที่ได้จากการเผามวลชีวภาพจะเหลือเพียง 3% และจากการย่อยสลายโดยธรรมชาติหลังจาก 5-10 ปี จะได้คาร์บอนน้อยกว่า 20% ปริมาณของคาร์บอนที่ได้จะขึ้นกับชนิดของมวลชีวภาพ สำหรับอุณหภูมิจะมีผลน้อยมากถ้าอยู่ระหว่าง 350-500 องศาเซลเซียส

กระบวนการแยกสลายด้วยความร้อน (Pirolysis)

ไพโรไลซิส (Pyrolysis)

ไพโรไลซีส (Pyrolysis) คือกระบวนการกลั่นสลาย (Destructive distillation) ในที่ที่ไม่มีออกซิเจน ผลผลิตของการไพโรไลซิสจะประกอบด้วย ของแข็ง ของเหลว และแก๊ส โดยของแข็งที่ได้ก็คือคาร์บอน ของเหลวก็คือเอ็ททีลีน และแก๊ส คือ มีเทน ทั้งหมดจะเป็นเชื้อเพลิงที่สามารถนำไปใช้ได้ต่อไป กระบวนการไพโรไลซิสที่แท้จริงจะต้องป้อนความร้อนให้สารอินทรีย์หรือสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่ป้อนเข้าสู่ระบบที่ไม่มีแก๊สออกซิเจน การประยุกต์ใช้กระบวนการไพโรไลซิสก็คือ กระบวนการแก๊สซิฟิเคชัน (Gasification) ซึ่งเป็นการป้อนออกซิเจนจำนวนจำกัดเข้าสู่ระบบ ออกซิเจนที่ป้อนเข้าอาจเป็นออกซิเจนบริสุทธิ์หรืออากาศ กระบวนการเติมออกซิเจนจะช่วยให้ระบบสามารถผลิตความร้อนได้พอที่จะทำให้ระบบเดินได้ด้วยตัวเองอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากปฏิกิริยาในการเติมออกซิเจนจะเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน ส่วนปฏิกิริยาในการลดออกซิเจนจะเป็นปฏิกิริยารับความร้อน ซึ่งจะขึ้นอยู่กับปริมาณความร้อนหรือออกซิเจนที่ป้อนเข้า ตัวแปรสำคัญ 2 ตัวในระบบ ไพโรไลซิสคืออุณหภูมิของการไพโรไลซ์ และอัตราความเร็วในการทำให้เชื้อเพลิงมีอุณหภูมิถึงระดับไพโรไลซ์ที่ต้องการ การเลือกของตัวแปรด้านระดับอุณหภูมิและอัตราความเร็วของการให้ความร้อนจะเป็นตัวกำหนดลักษณะผลผลิตที่ได้ ระบบไพโรไลซิสที่ใช้อุณหภูมิสูงและอัตราการเพิ่มอุณหภูมิช้า ผลผลิตที่ได้ส่วนใหญ่จะเป็นแก๊ส ส่วนระบบที่ใช้อุณหภูมิต่ำและการเพิ่มอุณหภูมิช้า ผลผลิตที่ได้ส่วนใหญ่จะเป็นของแข็ง (ถ่าน) เทคนิคในการควบคุมอุณหภูมิของระบบทำได้ไม่ยาก แต่เทคนิคในการควบคุมอัตราความเร็วในการให้ความร้อนยังถือว่าเป็นเรื่องที่ทำได้ค่อนข้างยาก ไพโรไลซิส (และแก๊สซิฟิเคชัน) มีข้อดีในการกำจัดขยะมูลฝอยทางทฤษฎีหลายประการ โดยเฉพาะมีผลดีทางสิ่งแวดล้อมมากเนื่องจาก เกิดมลพิษน้อย และผลผลิตได้เป็นเชื้อเพลิงที่ใช้ประโยชน์ได้หลายชนิด ด้วยเหตุนี้จึงดูเหมือนว่า การประยุกต์ใช้ระบบไพโรไลซิสกับขยะมูลฝอยแห้งน่าจะเป็นวิธีการที่เหมาะสมมาก การสร้างเครื่องจักรที่มีระบบร่วมกันทั้งไพโรไลซิสและแก๊ส-ซิฟิเคชั่นจะช่วยให้ระบบมีความเสถียรมากขึ้น และยังเป็นการใช้พลังงานหมุนเวียนในตัวเองโดยไม่ต้องพึ่งพลังงานจากภายนอกอีกด้วย โดยสรุป กระบวนไพโรไลซีสมีจุดดีหลายประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกระบวนการแก๊สซิฟิเคชันสามารถผลิตก๊าซเชื้อเพลิงที่มีคุณค่าและมูลค่าสูง ข้อได้เปรียบของระบบแก๊สซิฟิเค-ชัน คือระบบสามารถสนองข้อกำหนดด้านอากาศเสียของการเผาขยะ ตลอดจนมาตรฐานเรื่องไดอ๊อกซินได้เป็นอย่างดี