ไบโอคาร์บอนหรือถ่านชีวภาพ (Biocarbon)

พลังงานจากธรรมชาติของเราในทุกวันนี้มีปริมาณลดน้อยลงมากเนื่องมาจากพฤติกรรมการอุปโภคบริโภคของมนุษย์ ซึ่งนอกจากจะเป็นการเพิ่มบริมาณคาร์บอนให้กับบรรยากาศ ทำให้เกิดภาวะโลกร้อนแล้ว ยังนำไปสู่ภาวะขาดสมดุลของธรรมชาติอีกด้วย ไบโอคาร์บอนหรือถ่านชีวภาพ (Biocarbon) คือ รูปแบบหนึ่งของผลผลิตที่ได้จากชีวมวลหรือวัสดุเหลือใช้จากการเกษตรที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย ซึ่งในอดีตพบว่าชุมชนพื้นเมืองในแถบลุ่มน้ำอะเมซอนของทวีปอเมริกาใต้มีการนำไบโอคาร์บอนนี้มาใช้เป็นเวลาหลายพันปีมาแล้ว โดยใช้เศษพืชจากพื้นที่เพาะปลูกและมูลสัตว์มาเผาให้กลายเป็นถ่านชีวภาพ นอกจากนี้ ยังมีการพบการใช้ไบโอคาร์บอนนี้ในแหล่งเกษตรกรรมหลายพื้นที่ของอเมริกา ยุโรป และเอเชีย อีกทั้งมีงานวิจัยจำนวนมากที่เกี่ยวกับการผลิตและการประยุกต์ใช้งานไบโอคาร์บอนในแง่ต่าง ๆ อีกมากมาย

ไบโอคาร์บอนหรือถ่านชีวภาพ คืออะไร

ไบโอคาร์บอนหรือถ่านชีวภาพ คือ วัสดุที่อุดมด้วยคาร์บอน ผลิตจากชีวมวล สารอินทรีย์ที่ย่อยสลายได้จากธรรมชาติ หรือวัสดุเหลือใช้จากการเกษตร เช่น ใบไม้ กิ่งไม้ หญ้า ฟางข้าว เหง้ามันสำปะหลัง ซังและต้นข้าวโพด มูลสัตว์ กากตะกอนของเสีย เป็นต้น โดยนำมาผ่านกระบวนการเผาไหม้ที่มีการควบคุมอุณหภูมิหรือจำกัดอากาศให้เข้าไปในกระบวนการเผาไหม้น้อยที่สุด ซึ่งกระบวนการเผาไหม้นี้เรียกว่าการแยกสลายด้วยความร้อนในสภาวะที่ไม่มีออกซิเจนหรือมีออกซิเจนน้อยมาก หรือ กระบวนการไพโรไลซิส ซึ่งมีอยู่ 2 วิธีคือ การแยกสลายด้วยความร้อนแบบช้า (Slow Pyrolysis) ซึ่งเป็นการแยกสลายสารอินทรีย์แบบช้า ๆ ใช้ระยะเวลาหลายชั่วโมง ใช้อุณหภูมิระหว่าง 350-600 องศาเซลเซียส และแบบเร็ว (Fast Pyrolysis) คือ การแยกสลายสารอินทรีย์แบบเร็ว ซึ่งจะใช้ระยะเวลาในการเผาไหม้เป็นวินาที ใช้อุณหภูมิในการเผาตั้งแต่ 500-1,000 องศาเซลเซียส โดยผลผลิตที่ได้จากกระบวนการนี้จะประกอบด้วยส่วนที่เป็นน้ำมัน (Bio-Oil) ส่วนที่เป็นแก๊ส (Bio-Gas) และส่วนที่เป็นถ่านชีวภาพ (Biochar)

คุณสมบัติของไบโอคาร์บอนหรือถ่านชีวภาพ

คุณสมบัติและองค์ประกอบพื้นฐานของไบโอคาร์บอนหรือถ่านชีวภาพ ได้แก่ วัสดุที่เป็นสารอินทรีย์ที่มีองค์ประกอบของคาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน ซัลเฟอร์ และมีขี้เถ้าโดยน้ำหนักสูงกว่าถ่านชนิดอื่น ๆ มีสถานะเป็นประจุลบ สลายตัวได้ช้า มีอายุการใช้งานยาวนาน และไม่เกิดการแปรสภาพเป็นคาร์บอนไดออกไซด์เนื่องจากไม่ได้ผ่านการสัมผัสกับออกซิเจนขณะให้ความร้อน นอกจากนี้ ไบโอคาร์บอนยังมีคุณสมบัติที่สำคัญคือมีพื้นที่ผิวภายในมาก โดยมีค่าประมาณ 10-400 ตารางเมตรต่อกรัม แต่คุณสมบัติและองค์ประกอบจะเปลี่ยนแปลงไปตามชนิดของชีวมวลและปัจจัยที่เกี่ยวข้องในกระบวนการไพโรไลซิสในการผลิตถ่านชีวภาพ เช่น อุปกรณ์ อุณหภูมิ และระยะเวลา เป็นต้น

การใช้ประโยชน์จากไบโอคาร์บอนหรือถ่านชีวภาพ

ชีวมวลที่นำมาผลิตไบโอคาร์บอน เช่น เศษไม้ หรือเศษวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรต่าง ๆ เมื่อผ่านกระบวนการไพโรไลซิสแบบช้านั้น จะได้ผลิตภัณฑ์หลักเป็นถ่านชีวภาพ ซึ่งมีประโยชน์หลายประการ เช่น

• ใช้ผลิตพลังงานทดแทนเพื่อภาคการขนส่งและภาคอุตสาหกรรม
• ช่วยในการปรับปรุงเนื้อดินที่มีความแข็งดานให้ร่วนซุยและสามารถอุ้มน้ำได้มากขึ้น
• ปรับสภาพความเป็นกรด-ด่างของเนื้อดินให้มีสภาพเป็นกลาง สามารถกักเก็บธาตุอาหาร และความชื้นได้มากขึ้น
• ช่วยกำจัดกลิ่นไม่พึงประสงค์ ดูดซับแก๊ส สารเคมี โลหะหนัก น้ำมันปิโตรเลียม และดูดความขึ้น
• นำไปใช้เป็นปุ๋ยในการทำเกษตร
• บำบัดน้ำเสียหรือแหล่งน้ำที่มีการปนเปื้อนโลหะหนักและสารเคมี
• ใช้ในการผลิตไบโอดีเซล
• ใช้เป็นส่วนผสมอิฐและปูนซีเมนต์เพื่อช่วยลดน้ำหนัก

ความแตกต่างระหว่าง ถ่านชีวภาพ (Biochar) และถ่าน (Char)

ไบโอคาร์บอนหรือถ่านชีวภาพ (Biochar) มีความหมายแตกต่างจากถ่านทั่วไป (Char) ในแง่ของจุดมุ่งหมายของการนำไปใช้ประโยชน์ คือ เมื่อกล่าวถึงถ่านจะหมายถึงถ่านทั่วไปที่ใช้เป็นเชื้อเพลิง ในขณะที่ถ่านชีวภาพคือถ่านที่นำไปใช้ประโยชน์เพื่อกักเก็บคาร์บอนลงดินและปรับปรุงดิน ทั้งนี้ ถ่านที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงกรองน้ำหรือดับกลิ่นจะผ่านกระบวนการที่ใช้อุณหภูมิสูงกว่า 700 องศาเซลเซียส ขณะที่ถ่านชีวภาพจะเน้นที่การผลิตใช้พลังงานสะอาด ไม่ใช้สารเคมี ส่วนใหญ่มักใช้กับการเผาบำรุงดินเกษตรอินทรีย์ เพื่อปรับปรุงคุณภาพดิน ใช้อุณหภูมิต่ำกว่า คือ 400 องศาขึ้นไป แต่ไม่เกิน 700 องศา ทำให้ถ่านชีวภาพมีสารที่เป็นประโยชน์กับพืช มีอาหารของกลุ่มสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก สามารถกักเก็บคาร์บอนลงในดิน ช่วยปรับปรุงสภาพทางกายภาพของดิน เนื่องจากคุณสมบัติของถ่านชีวภาพมีลักษณะเป็นเม็ดละเอียด มีความพรุนสูง และเป็นของแข็งที่มีความคงตัว

ความแตกต่างระหว่างถ่านชีวภาพและปุ๋ยหมัก

ไบโอคาร์บอนหรือถ่านชีวภาพมีลักษณะเป็นรูโพรง เมื่อนำถ่านชีวภาพมาผสมกับปุ๋ยหมักหรือปุ๋ยคอกจะเป็นการเพิ่มรูโพรงในปุ๋ย โดยรูโพรงนี้จะช่วยเก็บธาตุอาหารจากปุ๋ยและเป็นที่อยู่ของจุลินทรีย์ จึงช่วยในการระบายอากาศ การซึมน้ำ การอุ้มน้ำ การดูดยึดธาตุอาหาร ลดความเป็นกรดของดิน นอกจากนี้ยังช่วยเพิ่มคุณภาพของปุ๋ยให้สูงขึ้น ช่วยปลดปล่อยธาตุอาหารให้แก่พืชได้นาน อีกทั้งยังมีงานวิจัยที่สนับสนุนว่าช่วยลดระยะเวลาในการหมักและลดการปลดปล่อยไนโตรเจน ทำให้ปุ๋ยหมักที่ผสมถ่านชีวภาพจะมีปริมาณไนโตรเจนมากกว่า ช่วยให้ลดปริมาณการใช้ปุ๋ย ลดต้นทุน เพิ่มรายได้ เพิ่มผลผลิตได้อย่างมีเสถียรภาพ