ถ่านชีวภาพ กักเก็บคาร์บอนลงดิน

ถ่านชีวภาพ หรือ 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)

Biochar เป็นถ่านที่เกิดจากการเผาไหม้แบบควบคุมปริมาณออกซิเจนที่อุณหภูมิต่ำ biochar ต่างกับ Activated carbon (ถ่านกัมมัน) ที่ activated carbon เผาที่อุณหภูมิสูง แต่ biochar เผาที่อุณหภูมิต่ำถ่าน biochar เป็นถ่านที่เกิดจากกระบวนการ pyrolysis ของไฮโดรคาร์บอน เช่น ไม้ มูลสัตว์ หรือพลาสติก) แต่ถ่าน biochar ไม่ได้ใช้เพื่อเป็นเชื้อเพลิง แต่ใช้ดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศกระบวนการ pyrolysis ใช้ความร้อนยิ่งยวด ทำลายพันธะทางเคมีของคาร์บอนไดออกไซด์ ปลดปล่อยอะตอมของออกซิเจนออกมาหล่อเลี้ยงไฟ ส่วนคาร์บอน ถูกไม้จับไว้ ถ่าน biochar จึง ดำ-เปราะ-เบา ซึ่งเป็นลักษณะของคาร์บอนที่มีความบริสุทธิ์สูง คาร์บอนไดออกไซด์ จึงถูกดักจับจากอากาศมาเก็บไว้ในรูปคาร์บอนในถ่าน เมื่อคาร์บอนไดออกไซด์หายไปจากบรรยากาศ จึงเป็นการลดก๊าซเรือนกระจกชาวอเมซอนใช้ถ่าน biochar ปรับปรุงดิน เปลี่ยนดินเลว เนื่องจาก biochar เป็นรูปของคาร์บอนเกือบบริสุทธิ์ จึงทนทานต่อการย่อยสลายตามธรรมชาติ และเนื่องจากมันไม่ค่อยย่อยสลายเอง ตัว biochar จึงเก็บรักษาความชุ่มชื้นเอาไว้ในดิน ลดการที่ดินปล่อยปล่อยก๊าซไนตรัสออกไซด์ N2O และมีเทน CH4 ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจก นอกจากนี้การมีปริมาณคาร์บอนในดินมากขึ้น ก็จะยิ่งเพิ่มสารอินทรีย์ในดิน พลิกฟื้นดินที่ตายแล้ว ให้กลับมาเป็นดินที่มีชีวิตอีกครั้งหนึ่ง ด้วยความเป็นถ่าน biochar จึงดูดสีดูดกลิ่นจากน้ำในดิน ทำให้น้ำมีคุณภาพที่ดีขึ้น

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 (Lehmann et al.,2006)

ประโยชน์ของถ่านชีวภาพ สามารถสรุปได้ 4 ประการหลักดังนี้

1. ช่วยบรรเทาการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ เนื่องจากถ่านชีวภาพสามารถลดคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศในระยะยาวได้ด้วยการกักเก็บคาร์บอนในดิน
2. ช่วยปรับปรุงดินและผลผลิตทางการเกษตร เนื่องจากเมื่อนำถ่านชีวภาพลงดิน ลักษณะความเป็นรูพรุนของถ่านชีวภาพจะช่วยกักเก็บน้ำและอาหารในดิน และเป็นที่อยู่ให้กับจุลินทรีย์สำหรับทำกิจกรรมเพื่อสร้างอาหารให้ดิน เมื่อดินอุดมสมบูรณ์จะส่งผลให้ผลผลิตทางการเกษตรเพิ่มขึ้น
3. ช่วยผลิตพลังงานทดแทน เนื่องจากกระบวนการผลิตถ่านชีวภาพจากมวลชีวภาพด้วยการแยกสลายด้วยความร้อนจะให้พลังงานชีวภาพที่สามารถใช้เป็นพลังงานทดแทนเพื่อการขนส่งและในระบบอุตสาหกรรมได้
4. ช่วยในกระบวนการจัดการของเสียประเภทอินทรีย์วัตถุได้ เนื่องจากเทคโนโลยีไบโอชาร์มีศักยภาพในการกำจัดของเสียที่ทำให้สิ่งแวดล้อมเป็นมิตรได้

การผลิตถ่านชีวภาพสำหรับใช้เพื่อปรับปรุงความสมบูรณ์ของดิน เริ่มมาอย่างน้อย 2500 ปีที่แล้ว ในบริเวณที่ราบลุ่มอะเมซอน โดยคนพื้นเมืองชาวอินเดียในแถบนั้นได้ผลิตถ่านแล้วใส่ลงในแปลงดินขนาด 1-80 เฮกตาร์ เรียกบริเวณนี้ว่า เทอรา เปรตา (Terra Preta) ซึ่งเป็นคำที่มาจากภาษาโปตุเกส แปลว่าดินสีดำ ปัจจุบันยังมีความอุดมสมบูรณ์อยู่แม้ว่าจะไม่ได้ใช้ปุ๋ยเคมีเลยก็ตาม และพื้นที่นี้เป็นพื้นที่ในโลกที่เป็นที่รู้กันดีว่าเป็นดินที่มีความอุดมสมบูรณ์ (Biocharinfo, 2009) ในปี 2001 ได้มีการเผยแพร่ผลงานวิจัยเกี่ยวกับดินสีดำนี้

จากรูป คือหน้าตัดชั้นดินลึก 1 เมตร เปรียบเทียบระหว่าง

(1) ดินในลุ่มน้ำอะเมซอน เป็นดินที่มีความอุดมสมบูรณ์ต่ำ

(2) ดินใน Terra Preta ดินที่มีความอุดมสมบูรณ์สูง

ที่มา: คัดลอกจาก อรสา สุกสว่าง. 2552. เทคโนโลยีถ่านชีวภาพ: วิธีแก้ปัญหาโลกร้อน ดิน และความยากจนในภาคเกษตรกรรม. การประชุมวิชาการเรื่อง สภาวะโลกร้อน: ความหลากหลายทางชีวภาพและการใช้ประโยชน์อย่างยั่งยืน, 5-6 พฤศจิกายน 2552 ณ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์วิทยาเขตกำแพงแสน