ถ่านชีวภาพ เป็นวัสดุที่อุดมด้วยคาร์บอนผลิตจากการให้ความร้อนมวลชีวภาพ (biomass) โดยไม่ใช้ออกซิเจน หรือใช้น้อยมากในการเผาไหม้ เรียกกระบวนการนี้ว่า ไพโรไลซิส (pyrolysis) จะได้ก๊าซผสมไฮโดรคาร์บอน ของเหลวคล้ายน้ำมัน กรดอะซิติก อะซิโตน เมทานอล และของแข็งคาร์บอน ซึ่งเรียกว่า ถ่านชีวภาพ (Biochar)
วัสดุที่นำมาใช้ในการผลิต ถ่านชีวภาพ ได้มาจากวัตถุดิบอินทรีย์ที่ได้โดยตรงจากสิ่งมีชีวิต เช่น พืช หรือโดยอ้อมจากของเสียที่เหลือใช้จากอุตสาหกรรมการเกษตรชุมชน ซึ่งถ่านชีวภาพที่ได้สามารถเพิ่มปริมาณธาตุอาหารในดินได้ สามารถปรับปรุงสมบัติทางเคมีของดิน เช่น ปรับสภาพความเป็นกรด ดูดยึดธาตุอาหารในดิน เพิ่มความหลากหลายทางชีวภาพของจุลินทรีย์ในดินโดยเป็นแหล่งที่อยู่ และทางด้านฟิสิกส์หรือกายภาพ เพิ่มการดูดยึดน้ำในดิน ทำให้ดินร่วนซุย ช่วยเพิ่มการเจริญเติบโตและเพิ่มธาตุอาหาร
ADVERTISEMENT
ถ่านชีวภาพมีความแตกต่างจากถ่านทั่วไป (charcoal) ในแง่ของจุดมุ่งหมายของการนำมาใช้ประโยชน์ ถ่านทั่วไปจะหมายถึง ถ่านที่ใช้เป็นเชื้อเพลิง ขณะที่ถ่านชีวภาพ คือ ถ่านที่ใช้ประโยชน์เพื่อการกักเก็บคาร์บอนลงดินและปรับปรุงบำรุงดิน
ผักทีเติบโตจากดินปลูกที่มีส่วนผสมของถ่านชีวภาพ
ผลของถ่านชีวภาพต่อดินและพืช
1 เพิ่มประสิทธิภาพการผลิตพืช ช่วยส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืช เสริมความแข็งแรงให้กับพืช ช่วยในการกักเก็บธาตุอาหารและค่อย ๆ ปลดปล่อยธาตุอาหารให้กับพืช
ADVERTISEMENT
2 ลดการไถพรวน ป้องกันการไหลบ่าของน้ำและชะละลายปุ๋ย หากเป็นดินเหนียว ช่วยทำให้ดินร่วนซุยเมื่อไถทำให้ดินไม่ติดผาน หากเป็นดินทราย ช่วยกักเก็บน้ำและธาตุอาหาร ทำให้ดินจับตัวกันเป็นเม็ดดิน
3 ลดการชะล้างพังทะลายของดิน ส่งผลให้ดินจับตัวเป็นเม็ดดิน กักเก็บน้ำได้ดี ทำให้ลดการพังทะลายหน้าดินได้
4 ลดการใส่ปุ๋ยในพืช ถ่านชีวภาพมีปริมาณธาตุอาหาร และช่วยกักเก็บธาตุอาหาร และค่อย ๆ ปลดปล่อยออกมา อีกทั้งใส่เพียง 1 ครั้ง ถ่านชีวภาพอยู่ได้เป็น 10 ปี เนื่องจากย่อยสลายช้า จึงสะสมธาตุอาหารลดการใส่ปุ๋ยได้
ผลของถ่านชีวภาพต่อการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจก
ADVERTISEMENT
ถ่านชีวภาพช่วยลดการปลดปล่อย NO2 จากดินในการผลิตพืช ยับยั้งการปลดปล่อยมีเทน และ CO2 ดินมีการสะสมคาร์บอนมากขึ้น ทั้งยังช่วยในการลดปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศ เนื่องจากคาร์บอนจะถูกตรึงเข้ามาที่ต้นพืชและเปลียนรูปให้อยู่ในรูปถ่านชีวภาพก่อนจะถูกใส่ลงสู่ดิน (soil carbon sequestration) แต่การย่อยสลายชีวมวลในรูปสารอินทรียวัตถุที่ไถกลบลงสู่ดิน คาร์บอนจะถูกปลดปล่อยสู่บรรยากาศโดยการย่อยสลายของจุลินทรีย์ในดิน ในขณะที่ถ่านชีวภาพจะคงสภาพอยู่คงที่ (stable) ซึ่งจากการย่อยสลายโดยธรรมชาติเป็นเวลา 5 ถึง 10 ปี และปริมาณคาร์บอนที่ได้ขึ้นกับชนิดของมวลชีวภาพ
ผลของถ่านชีวภาพต่อคุณภาพของน้ำ
ดูดซับฟอสเฟตได้ดี ลดการชะล้างของไนโตรเจนและฟอสฟอรัส
คุณสมบัติถ่านชีวภาพต่อการปรับปรุงบำรุงดิน
สมบัติทางกายภาพของดิน ได้แก่ ถ่านชีวภาพมีรูพรุนมาก ส่งผลต่อการสะสมธาตุอาหาร น้ำและเป็นที่อยู่ของจุลินทรีย์ทำให้ดินร่วนซุย โดยเฉพาะเมื่อใส่ลงในดินเหนียว เกิดช่องว่างขนาดเล็กจะช่วยกักเก็บน้ำ ทำให้ดินมีความชุ่มชื้นช่วยเพิ่มความเป็นประโยชน์ของน้ำในดินและ ช่วยให้ดินจับตัวกันเป็นก้อน เกิดเป็นเม็ดดินได้ โดยเฉพาะดินทราย
โครงสร้างภายในของถ่านชีวภาพจากเปลือกทุเรียนเมื่อส่องด้วย SEM
โครงสร้างภายในของถ่านชีวภาพจากเปลือกเสาวรสเมื่อส่องด้วย SEM
สมบัติทางเคมีของดิน
ถ่านชีวภาพมีคุณสมบัติเป็นด่าง เมื่อใส่ลงในดินกรดหรือดินเปรี้ยว จะช่วยลดระดับวามเป็นกรดของดินช่วยในการแลกเปลี่ยนประจุบวกในดิน (CEC) จะดูดยึดธาตุอาหารที่เป็นประจุบวก เช่น K+ Ca2+ และ Mg2+ เป็นต้น ส่งผลให้พืชมีการเจริญเติบโตทางด้านผลผลิตและคุณภาพที่ดี ทั้งยังเพิ่มปริมาณธาตุอาหารในดิน (ขึ้นกับชนิดของวัสดุที่นำมาทำถ่านชีวภาพ) โดยเฉพาะไนโตรเจน ที่เกิดจากจุลินทรีย์ เช่น เชื้ออะโซโตแบคเตอร์ เชื้อราไมคอร์ไรซา และเชื้อไรโซเบียม เนื่องจากจุลินทรีย์จะเข้าไปอยู่ในรูพรุนของถ่านและช่วยในการตรึงธาตุอาหารในดิน
ทั้งนี้ถ่านชีวภาพยังลดการสะสมไนเตรทในพืช ส่งผลดีต่อการบริโภค พบว่าการใช้ถ่านชีวภาพสามารถลดการสะสมไนเตรทได้ถึง 2 เท่า และลดการสะสมโลหะหนักในดินอีกด้วย
เตาเผาถ่านชีวภาพจากถัง 200 และ 100 ลิตร
เป็นเตาที่ผลิตจากถัง 200 ลิตร และถัง 100 ลิตร เป็นเตาแบบตั้ง กระบวนการเผาแบบอบไล่ความชื้นออก โดยวัสดุที่ต้องการทำถ่านชีวภาพจะไม่สัมผัสกับไฟโดยตรง มีขั้นตอนดังนี้
ใช้ท่อใยหินขนาด 6 นิ้ว เป็นป่อง
ใช้ถัง 100 ลิตร ใส่วัสดุที่ต้องการทำถ่านชีวภาพ
ใช้ถัง 200 ลิตร เป็นถังใบนอก ใช้บรรจุเชิงเพลิง ใส่ในช่องว่างระหว่างถัง 2 ใบ
ระยะเวลาในการเผาขึ้นกับวัสดุ ให้สังเกตจากควันที่ขึ้นบนป่อง ถ้าควันสแสดงว่าถ่านเริ่มสุก และให้จับป่องว่าอุ่น ๆ สามารถเปิดเตาได้ เทถ่านชีวภาพออกแล้วนำน้ำมารดได้ หรือรอให้เตาหายร้อนแล้วเปิดเตาก็ได้ จากการศึกษาพบว่า เตาชนิดนี้ใช้ระยะเวลาในการเผาถ่านชีวภาพ 2 – 3 ชั่วโมง