ถ่านชีวภาพ หรือ ไบโอชาร์ (Biochar) คือ วัสดุที่อุดมไปด้วยคาร์บอน เกิดจากการนำชีวมวล เช่น เศษไม้ กิ่งไม้ เปลือกผลไม้ หรือเศษวัสดุทางการเกษตรอื่นๆ มาเผาในสภาวะที่ไม่มีออกซิเจน (ไพโรไลซิส) ที่อุณหภูมิเกิน 300 องศาเซลเซียส จนได้เป็นถ่านที่มีลักษณะเป็นรูพรุนสูง

ถ่านชีวภาพ หรือ ไบโอชาร์ (Biochar) คือวัสดุที่อุดมด้วยคาร์บอน ผลิตจากชีวมวล หรือสารอินทรีย์ที่ย่อยสลายได้จากธรรมชาติ หรือวัสดุเหลือใช้จากการเกษตร เช่น ใบไม้ กิ่งไม้ หญ้า ฟางข้าว เหง้ามันสําปะหลัง ซังและต้นข้าวโพด มูลสัตว์ กากตะกอนของเสีย เป็นต้น แม้กระทั่งมูลสัตว์นำมาผ่านกระบวนการเผาไหม้ที่มีการควบคุม อุณหภูมิและอากาศหรือจำกัดอากาศให้เข้าไปเผาไหม้น้อยที่สุดซึ่งกระบวนการเผาไหม้นี้ เรียกว่า “การแยกสลายด้วยความร้อนหรือกระบวนการไพโรไลซิส” ในสภาวะที่ไม่มีออกซิเจนหรือมีออกซิเจนน้อยมาก ซึ่งมีสองวิธีหลัก ๆ คือ

การแยกสลายด้วยความร้อนอย่างช้า (Slow Pyrolysis) อุณหภูมิเฉลี่ยประมาณ 300-600 องศาเซลเซียส  แต่จะใช้เวลาเป็นชั่วโมง หากใช้อุณหภูมิเฉลี่ยในการเผาไหม้ประมาณ 500 องศาเซลเซียส จะได้ผลผลิตของถ่านชีวภาพมากกว่า 20-50% ที่เหลือเป็นแก๊สที่จุดติดไฟได้และมีของเหลวบางส่วนที่ควบแน่นได้

การแยกสลายด้วยความร้อนอย่างเร็ว (Fast Pyrolysis) อุณหภูมิเฉลี่ยประมาณ 700 องศาเซลเซียส ใช้เวลาเป็นวินาที ผลผลิตที่ได้จะเป็นน้ำมันชีวภาพ (Bio-oil) ส่วนใหญ่ และที่เหลือได้แก๊สสังเคราะห์ (Syngas) และถ่านชีวภาพ (Biochar) 

ถ่านชีวภาพได้จากการเผาแบบไพโรไลซิส (pyrolysis) คือ การอบอินทรียวัตถุ (ไม้) ในสภาพที่ไม่มีออกซิเจน (หรือมีน้อยมาก) เพื่อเปลี่ยนไม้ที่มีคาร์บอนสูง ให้เป็นถ่านที่เป็นของแข็ง และขณะเดียวกัน ก็จะได้ของเหลว (เรียกว่าไบโอออยล์ bio-oil) และก๊าซ (เรียกว่า ซินก๊าซ syngas) ซึ่งมีเทคนิควิธีการเผาได้หลายแบบ ทั้งที่ใช้อุปกรณ์ที่ง่ายๆ จนถึงซับซ้อน และไม่ใช้อุปกรณ์อะไรเป็นพิเศษ

อ่า... สนใจเรื่อง การทำถ่านชีวภาพ เองเลยใช่ไหมครับ? ที่นครศรีธรรมราชบ้านเราก็มีหลายท่านที่ทำถ่านชีวภาพใช้เองนะครับ เป็นวิธีที่ดีในการจัดการวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตร แถมยังได้วัสดุปรับปรุงดินที่มีประโยชน์มากเลยครับ

หลักการพื้นฐานของการทำถ่านชีวภาพ:

การทำถ่านชีวภาพคือการนำวัสดุชีวมวล (Biomass) มาเผาในสภาพที่มีออกซิเจนจำกัด หรือแทบไม่มีเลย กระบวนการนี้เรียกว่า ไพโรไลซิส (Pyrolysis) ความร้อนจะทำให้สารอินทรีย์ในชีวมวลสลายตัว กลายเป็นก๊าซ น้ำมัน และของแข็งที่อุดมไปด้วยคาร์บอน ซึ่งก็คือถ่านชีวภาพที่เราต้องการครับ

วัสดุชีวมวลที่นิยมนำมาทำถ่านชีวภาพ:

* เศษไม้ กิ่งไม้ ใบไม้

* ซังข้าวโพด ฟางข้าว

* แกลบ

* ชานอ้อย

* เปลือกผลไม้ต่างๆ

* มูลสัตว์แห้ง (ใช้ได้ แต่ต้องระวังเรื่องกลิ่นและเชื้อโรค)

วิธีการทำถ่านชีวภาพแบบง่ายๆ (เตาเผาแบบง่าย):

วิธีนี้เป็นวิธีที่ทำได้ง่าย ต้นทุนต่ำ เหมาะสำหรับการทำในครัวเรือนหรือระดับชุมชนขนาดเล็ก แต่ประสิทธิภาพอาจไม่สูงเท่าเตาที่ซับซ้อนกว่า

อุปกรณ์:

* ถังน้ำมันเก่าขนาด 200 ลิตร (แบบที่ตัดฝาออกแล้ว) หรือภาชนะทนความร้อนอื่นๆ

* ปล่องไฟ (อาจทำจากท่อเหล็ก หรือไม่ใช้ก็ได้ แต่มีปล่องจะช่วยให้การเผาไหม้ดีขึ้นและลดควัน)

* วัสดุชีวมวลที่จะนำมาเผา

* เชื้อเพลิงสำหรับจุดไฟ (เช่น เศษไม้เล็กๆ กระดาษ)

* น้ำ หรือทราย (สำหรับดับไฟ)

* เสียม หรือพลั่ว

ขั้นตอนการทำ:

1.  เตรียมวัสดุ: นำวัสดุชีวมวลมาตัดหรือหั่นให้มีขนาดใกล้เคียงกัน เพื่อให้การเผาไหม้สม่ำเสมอ และบรรจุลงในถังให้แน่นพอสมควร แต่ไม่แน่นจนเกินไปให้อากาศไหลเวียนได้บ้าง

2.  จุดไฟ: ก่อไฟด้วยเชื้อเพลิงที่เตรียมไว้บริเวณด้านบนของวัสดุในถัง หรืออาจเจาะรูด้านข้างถังใกล้ก้นแล้วจุดไฟจากด้านล่างก็ได้

3.  ควบคุมการเผาไหม้: สังเกตควันที่ออกมาในช่วงแรกจะมีสีขาวหรือเทา ซึ่งหมายถึงความชื้นกำลังระเหย เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ควันจะเริ่มเปลี่ยนเป็นสีเหลืองและเข้มขึ้น แสดงว่าเกิดการเผาไหม้และเกิดก๊าซต่างๆ

4.  ลดปริมาณออกซิเจน: เมื่อควันเริ่มเปลี่ยนเป็นสีเทาอ่อนๆ หรือสีฟ้า แสดงว่าวัสดุเริ่มกลายเป็นถ่าน ให้ทำการลดปริมาณออกซิเจน โดยการหาฝามาปิดปากถังให้สนิท (อาจมีรูเล็กน้อยให้อากาศระบายได้บ้าง) หรือใช้ดินเหนียว หรือทราย ปิดทับด้านบน เพื่อจำกัดอากาศไม่ให้เข้าไปมากเกินไป

5.  สังเกต: คอยสังเกตสีของควัน หากควันน้อยลงและมีสีฟ้าอ่อนๆ แสดงว่ากระบวนการไพโรไลซิสกำลังดำเนินไป

6.  ดับไฟ: เมื่อสังเกตว่าไม่มีควันออกมามากนัก หรือมีเพียงควันสีฟ้าอ่อนๆ และได้ระยะเวลาพอสมควร (ขึ้นอยู่กับปริมาณและชนิดของวัสดุ) ให้ทำการดับไฟโดยการเทน้ำลงไป หรือกลบด้วยทรายให้มิดชิด เพื่อป้องกันการเกิดขี้เถ้า

7.  รอให้เย็น: ทิ้งไว้จนถ่านชีวภาพเย็นสนิท ก่อนนำออกมาใช้งาน

ข้อควรระวังในการทำถ่านชีวภาพแบบง่าย:

 - ควัน: การเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์จะก่อให้เกิดควันจำนวนมาก ซึ่งเป็นอันตรายต่อสุขภาพและสิ่งแวดล้อม ควรเลือกทำในที่โล่งแจ้ง ห่างจากบ้านเรือน และมีลมพัดถ่ายเทได้สะดวก

 - ความปลอดภัย: ระมัดระวังความร้อนและเปลวไฟขณะทำการเผา

 - ประสิทธิภาพ: วิธีนี้อาจได้ถ่านชีวภาพที่มีคุณภาพไม่สม่ำเสมอ และอาจมีขี้เถ้าปะปนอยู่บ้าง

การทำถ่านชีวภาพด้วยเตาที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น:

ปัจจุบันมีการพัฒนาเตาเผาถ่านชีวภาพที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น เช่น เตาแบบสองห้องเผา (Two-Chamber Reactor) หรือเตาแบบต่อเนื่อง (Continuous Pyrolysis Reactor) ซึ่งสามารถควบคุมอุณหภูมิและปริมาณออกซิเจนได้ดีกว่า ทำให้ได้ถ่านชีวภาพที่มีคุณภาพสูงขึ้น ลดควัน และสามารถเก็บก๊าซที่เกิดขึ้นไปใช้ประโยชน์อื่นๆ ได้

ปัจจัยสำคัญในการทำถ่านชีวภาพ:

 - อุณหภูมิ: อุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับการไพโรไลซิสโดยทั่วไปจะอยู่ที่ 400-700 องศาเซลเซียส

 - ระยะเวลา: ระยะเวลาในการเผาไหม้มีผลต่อคุณภาพของถ่านชีวภาพ

 - อัตราการให้ความร้อน: การให้ความร้อนที่เหมาะสมจะช่วยให้การไพโรไลซิสเกิดขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพ

 - ชนิดของวัสดุชีวมวล: วัสดุแต่ละชนิดจะให้ผลผลิตและคุณภาพของถ่านชีวภาพที่แตกต่างกัน

ถ่านชีวภาพ มีความหมายต่างจากถ่านทั่วไป (charcoal) ตรงจุดมุ่งหมายการใช้ประโยชน์ คือถ่านทั่วไปจะหมายถึงถ่านที่ใช้เป็นเชื้อเพลิง ขณะที่ไบโอชาร์คือถ่านที่ใช้ประโยชน์เพื่อกักเก็บคาร์บอนลงในดินและปรับปรุงสภาพทางกายภาพของดิน เนื่องจากคุณสมบัติของถ่านชีวภาพ คือมีรูพรุนตามธรรมชาติเมื่อใส่ลงในดินจะช่วยการระบายอากาศ การซึมน้ำ การอุ้มน้ำ ดูดยึดธาตุอาหาร เป็นที่อยู่ของจุลินทรีย์ ลดความเป็นกรดของดิน นอกจากนี้ ยังช่วยเพิ่มคุณภาพของปุ๋ยให้สูงขึ้น ทำให้ประหยัดการใช้ปุ๋ย ลดต้นทุน เพิ่มรายได้ เพิ่มผลผลิต เป็นเทคโนโลยีที่สามารถพัฒนาได้ตั้งแต่ระดับเกษตรกร ครัวเรือน ชุมชนและองค์ส่วนท้องถิ่น

คุณสมบัติรองลงมาก็คือ ถ่านมีสภาพที่เป็นด่างเล็กน้อย จึงช่วยลดสภาพความเป็นกรดของดินลงได้บางส่วน นอกจากนี้ ถ่านชีวภาพมีธาตุไนโตรเจน (ที่เป็นประโยชน์กับพืช) รวมทั้งน่าจะมีค่าความสามารถในการแลกเปลี่ยนประจุบวก (ทำให้เก็บกักธาตุอาหารได้มาก)

ในการผสมถ่านที่ผลิตจากเศษวัสดุเหลือใช้ลงไปในดิน ท่านยังได้มีบทบาทในการช่วยลดภาวะโลกร้อนเนื่องจากถ่านชีวภาพเป็นคาร์บอน มีความทนทานต่อการย่อยสลายโดยจุลินทรีย์และสูญหายไปจากดินได้ยาก ดังนั้นจึงสะสมอยู่ในดิน เป็นการเพิ่มคาร์บอนให้แก่ดินแทนที่จะเผากลายเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สู่บรรยากาศอันเป็นตัวการหนึ่งของภาวะโลกร้อน

ถ่านชีวภาพไม่ใช่ปุ๋ย แต่ลักษณะถ่านที่เป็นรูโพรงเมื่อนำถ่านมาผสมกับปุ๋ยหมักหรือปุ๋ยคอก รูโพรงนี้เมื่ออยู่ในดินจะช่วยเก็บธาตุอาหารจากปุ๋ย และเป็นที่อยู่ของจุลินทรีย์ ช่วยปลดปล่อยธาตุอาหารให้แก่พืชได้นาน ซึ่งจะช่วยให้ลดปริมาณการใช้ปุ๋ยลงได้

ถ่านชีวภาพหรือไบโอชาร์นั้นได้รับการพิจารณาจากนักวิทยาศาสตร์ทั้งหลายให้เป็นเสมือนทองสีดำของชาวเกษตรกรรม ด้วยคุณสมบัติที่มีสารคาร์บอนสูงและมีรูพรุนตามธรรมชาติช่วยให้ไบโอชาร์สามารถอุ้มน้ำและธาตุต่างๆรวมถึงการป้องกัน จุลินทรีย์ที่อยู่ในดิน อีกทั้งยังเป็นการเพิ่มการย่อยสลายและแยกก๊าซคาร์บอนได- ออกไซด์เอาไว้ในดิน ในขณะที่ไบโอชาร์ทำหน้าที่เสมือนกับอ่างคาร์บอนธรรมชาติ ไบโอชาร์ช่วยในการทำความสะอาดอากาศได้ 2 ทาง คือ การป้องกันการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ของสารชีวภาพขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ และการช่วยให้พืชดูดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ อย่างช้าๆในขณะที่พืชสังเคราะห์แสง

วิธีการใช้ถ่านชีวภาพในการเกษตร:

การใช้ถ่านชีวภาพให้ได้ประโยชน์สูงสุดนั้นมีหลายวิธี ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์และลักษณะของดินและพืชที่เราปลูกครับ หลักๆ แล้วมีดังนี้ :

1. ปรับปรุงดินโดยตรง:

- หว่านลงดิน: วิธีที่ง่ายที่สุดคือการนำถ่านชีวภาพที่บดละเอียดแล้วหว่านให้ทั่วแปลงปลูก ก่อนการไถพรวนหรือเตรียมดิน จากนั้นก็ไถกลบเพื่อให้ถ่านชีวภาพคลุกเคล้ากับดิน

+ ปริมาณ: โดยทั่วไปแนะนำให้ใช้ในอัตรา 0.5 - 2 ตันต่อไร่ หรือประมาณ 500 กรัม - 2 กิโลกรัมต่อตารางเมตร แต่ปริมาณที่เหมาะสมอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับชนิดของดิน (ดินทรายอาจต้องการมากกว่าดินเหนียว) และปัญหาของดิน (ดินเสื่อมโทรมอาจต้องการมากขึ้น)

- ผสมกับดินปลูก: สำหรับการปลูกในกระถางหรือแปลงขนาดเล็ก สามารถผสมถ่านชีวภาพกับดินปลูกในอัตราส่วน 5-20% โดยปริมาตร

- รองก้นหลุม: ในการปลูกพืชเป็นหลุม สามารถใส่ถ่านชีวภาพประมาณ 1-2 กำมือ รองก้นหลุมก่อนลงต้นกล้า เพื่อช่วยให้รากเจริญเติบโตได้ดีและเพิ่มความชื้น

2. ใช้ร่วมกับปุ๋ย:

- ผสมกับปุ๋ยหมัก: การผสมถ่านชีวภาพลงในกองปุ๋ยหมักจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของปุ๋ยหมัก โดยถ่านชีวภาพจะช่วยดูดซับธาตุอาหารที่สูญเสียไปในกระบวนการหมัก และเป็นที่อยู่ของจุลินทรีย์ที่เป็นประโยชน์ เมื่อนำไปใช้ก็จะปลดปล่อยธาตุอาหารอย่างช้าๆ

- คลุกเคล้ากับปุ๋ยเคมีหรือปุ๋ยอินทรีย์: การคลุกเคล้าถ่านชีวภาพกับปุ๋ยก่อนหว่าน จะช่วยให้ปุ๋ยถูกปลดปล่อยอย่างช้าๆ ลดการชะล้าง และเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้ปุ๋ย

3. ใช้ในการผลิตน้ำหมักชีวภาพ:

การเติมถ่านชีวภาพลงในถังหมักน้ำหมักชีวภาพ จะช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวให้จุลินทรีย์เกาะอาศัยและทำงานได้ดีขึ้น นอกจากนี้ยังช่วยดูดซับกลิ่นไม่พึงประสงค์

 

 4. ใช้ในการปลูกพืชไร้ดิน (Hydroponics หรือ Aquaponics):

- ถ่านชีวภาพสามารถใช้เป็นส่วนผสมในวัสดุปลูกไร้ดิน เพื่อช่วยในการระบายอากาศ รักษาความชื้น และเป็นที่อยู่ของจุลินทรีย์

ผลต่อดินและการผลิตพืช

+ เพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตพืช

+ ลดการไถพรวน ป้องกันการไหลบ่าของ

+ น้ำและชะล้างของปุ๋ย

+ ลดการชะล้างพังทลายของดิน

+ ลดการใส่ปุ๋ยในพืช

ผลต่อการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจก

- ลดการปลดปล่อย NO2 จากดินในการผลิตพืช

- ยับยั้งการปลดปล่อยมีเทน และ CO2

- ดินมีการสะสมคาร์บอนมากขึ้น

ผลต่อคุณภาพน้ำ

+ ดูดซับฟอสเฟตได้ดี

+ ลดการชะล้างของไนโตรเจนและฟอสฟอรัส

สมบัติทางกายภาพของดิน

- ถ่านชีวภาพมีรูพรุนมาก ส่งผลต่อการสะสมธาตุอาหาร และเป็นที่อยู่ของจุลินทรีย์

- ทำให้ดินร่วนซุย โดยเฉพาะเมื่อใส่ลงในดินเหนียว

- ช่องว่างขนาดเล็กจะช่วยอุ้มน้ำ ทำให้ดินมีความชุ่มชื้น

- ช่วยเพิ่มความเป็นประโยชน์ของน้ำในดิน

- ช่วยให้ดินจับตัวกันเป็นก้อน เกิดเป็นเม็ดดินได้

สมบัติทางเคมีของดิน

+ ถ่านชีวภาพมีคุณสมบัติเป็นด่าง เมื่อใส่ลงในดินกรดหรือดินเปรี้ยว จะช่วยลดระดับความเป็นกรดของดิน

+ ช่วยในการแลกเปลี่ยนประจุบวกในดิน (CEC) จะดูดยึดธาตุอาหารที่เป็นประจุบวก เช่น K+ Ca2+ และ Mg2+ เป็นต้น

+ เพิ่มปริมาณธาตุอาหารในดิน โดยเฉพาะไนโตรเจนที่เกิดจากจุลินทรีย์ เช่น เชื้ออโซโตแบคเตอร์ เชื้อราไมคอไรซา และเชื้อไรโซเบียม เป็นต้น

+ ลดการสะสมไนเตรทในพืช ส่งผลดีต่อการบริโภค

ความแตกต่างระหว่าง ถ่านชีวภาพ (biochar) และถ่าน (char) ถ่านที่ใช้เป็นเชื้อเพลิง กรองน้ำ ดับกลิ่น ใช้อุณหภูมิสูงกว่า 700 องศาเซลเซียส ขณะที่ถ่านชีวภาพใช้อุณหภูมิต่ำกว่า ทำให้ถ่านชีวภาพมีสารที่เป็นประโยชน์กับพืช  มีอาหารของกลุ่มสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก สามารถกักเก็บคาร์บอนลงในดินและช่วยปรับปรุงสภาพทางกายภาพของดินและมีสมบัติอีกหลายอย่างที่ทำให้ถ่านชีวภาพถูกนำมาใช้ในหลายด้าน

ความแตกต่างระหว่างถ่านชีวภาพและปุ๋ยหมัก ถ่านชีวภาพมีลักษณะเป็นรูโพรง เมื่อนำถ่านมาผสมกับปุ๋ยหมัก หรือปุ๋ยคอก รูโพรงนี้เมื่ออยู่ในดินจะช่วยเก็บธาตุอาหารจากปุ๋ย และเป็นที่อยู่ของจุลินทรีย์ ช่วยปลดปล่อยธาตุอาหารให้แก่พืชได้นาน อีกทั้งยังมีงานวิจัยที่สนับสนุนว่าทำให้ลดระยะเวลาในการหมักและลดการปลดปล่อยไนโตรเจน ทำให้ปุ๋ยหมักที่ผสมถ่านชีวภาพจะมีปริมาณไนโตรเจนมากกว่า ช่วยให้ลดปริมาณการใช้ปุ๋ยลงได้