เตาผลิตถ่านชีวภาพ

ถ่านชีวภาพ เป็นการนำมวลชีวภาพ ซึ่งเป็นวัสดุเหลือใช้หรือเหลือทิ้งจากกิจกรรมภาคการเกษตรมาแยกสลายด้วยความร้อนแทนการเผาทิ้ง เพื่อแยกคาร์บอนจากมวลชีวภาพมาอยู่ในรูปของถ่านชีวภาพ เมื่อใส่ถ่านชีวภาพลงในดิน จะสามารถกักเก็บคาร์บอนซึ่งมีสภาพเสถียรให้อยู่ในดินได้เป็นระยะเวลานาน นอกจากนั้นถ่านชีวภาพยังช่วยปรับปรุงดินให้ดีขึ้นเพื่อเพิ่มผลผลิตทางการเกษตร ลดการใช้ปุ๋ยเคมี ทำให้มีโอกาสเพิ่มรายได้มากขึ้น

การผลิตถ่านชีวภาพซึ่งเป็นการเผาเศษไม้และเศษของเหลือทิ้งจากกิจกรรมการเกษตรกรรม ในเตาควบคุมอุณหภูมิเป็นหนึ่งเทคโนโลยีที่จะสามารถลดปัญหาการทำลายทรัพยากร ธรรมชาติและสิ่งแวดล้อมได้ ตามทฤษฎีและวิธีปฏิบัติที่เป็นที่รู้จักกันโดยทั่วไป

โครงการผลิตถ่านชีวภาพไบโอซาร์ เพื่อการปรับปรุงบำรุงดินที่เสื่อมโทรมให้สามารถใช้เพื่อการเพาะปลูกพืชได้ว่าเป็นการนำคาร์บอนมาฝังดิน แทนการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ขึ้นสู่บรรยากาศ

คาร์บอนที่มีมากส่วนใหญ่เป็นวัสดุอินทรีย์สาร เช่น ต้นไม้ ซึ่งเมื่อมีการสังเคราะห์แสง ปริมาณคาร์บอนในต้นไม้จะมีปริมาณ 50% ของน้ำหนักต้นไม้นั้น ๆ และเมื่อตายจะย่อยสลายเองตามธรรมชาติ หรือการเผาทิ้งก็จะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สู่ชั้นบรรยากาศ ทำให้เกิดก๊าซเรือนกระจกไม้และเศษวัสดุเหลือใช้ในการเกษตรกรรมสามารถนำมาผลิตเป็นถ่านชีวภาพได้ เช่นเศษไม้ที่ต้องตัดทิ้งหรือแต่งกิ่ง เศษเหลือทิ้งจากการเก็บผลผลิตแล้ว เช่น ข้าวโพด, ซังข้าว, แกลบ, ไม้ล้มลุก มูลสัตว์ต่าง ๆ เช่น มูลวัว, หมู, ไก่ วัสดุทั้งหมดที่จะนำมาใช้ทำถ่านชีวภาพและเป็นเชื้อเพลิงที่ดีจะต้องตากให้แห้งที่สุด เพราะวัสดุธรรมชาติมีความชื้นมากเมื่อเผาก็จะเกิดควันมาก ก่อให้เกิดปัญหาด้านมลพิษทางอากาศได้เช่นกัน

การทำเตาผลิตถ่านชีวภาพ แบบถังเหล็ก 2 ชั้น
ส่วนประกอบหลักๆ ของเตามีดังต่อไปนี้

1. ถังเหล็กใช้แล้ว 2 ขนาด (ในการทําอาจใช้ถังใช้แล้วก็ได้) สามารถหาซื้อได้ตามร้านขายถังใช้แล้ว หรืออาจใช้ถังเหล็กขนาด 200 ลิตรได้ ขนาดของถังขึ้นอยู่กับความเหมาะสม ทั้งนี้ถังเล็กเมื่อนํามาซ้อนในถังใหญ่ จะต้องมีช่องว่างระหว่างถังประมาณ 10 ซม. และสูงน้อยกว่า ถังใหญ่ ประมาณ 10-15 ซม.
   1.1 จากรูป ถังใหญ่ คือ ถัง 1 ขนาดความสูง 87 ซม. เส้นผ่าศูนย์กลาง 58 ซม.เจาะรูรอบก้นถัง ขนาดแต่ละรูกว้าง 3 ซม. ระยะห่าง 10 ซม.
   1.2 จากรูป ถังเล็ก คือ ถัง 2 ขนาดความสูง 55 ซม. เส้นผ่าศูนย์กลาง 38 ซม.เจาะรูรอบปากถัง ขนาดแต่ละรูกว้าง 3 ซม. ระยะห่าง 13 ซม.
2. ฝาปิดถังที่ 1 เจาะรูตรงกลางกว้าง 2 นิ้ว ทําขอบให้สูง 3 ซม. ขึ้นเพื่อใช้ต่อและล็อกปล่องคัน
3. ท่อเหล็ก ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางกลาง 2 นิ้ว ยาว 2 เมตร (ปล่องควัน)
4. ฐานรองถัง อาจเป็นก้อนอิฐหรือแท่งวัสดุที่สามารถรับน้ำหนักถังเหล็กได้
5. เศษวัสดุเหลือใช้ที่จะใช้ทําถ่านและเป็นเชื้อเพลิงสร้างพลังงานความร้อน เช่นเช่น กิ่งไม้ กะลามะพร้า แกลบ ฟางข้าว เป็นต้น

หมายเหตุ : วัสดุเหลือใช้จะต้องมีความชื้นไม่เกิน 10% ในการนํามาใช้ควรตากแดดให้แห้ง เพราะถ้ามีความชื้นมากเกินไปความร้อนที่มีจะเป็นความร้อนในการทําให้ความชื้นหายไป นอกจากจะเสียเวลาในการผลิตถ่านแล้วยังทําให้เกิดควันมากเกินไปและไม่เกิดกระบวนการแยกสลายด้วยความร้อน (pyrolysis)

ขั้นตอนการผลิต ถ่านชีวภาพ

1. เอาถัง 2 ไปตั้งบนฐานรองถัง) นําเศษวัสดุส่วนที่จะผลิตเป็นถ่านชีวภาพซึ่งมีขนาดไม่ใหญ่มากนัก กิ่งไม้แท่งไม่ควรยาวเกิน 10-20 ซม.เพื่อจะได้แยกสลายได้ง่าย ใส่ลงในถัง 2 ให้เต็ม
   ในภาพใช้เศษวัสดุที่เป็นกิ่งไม้ น้ำหนักรวม 14 กิโลกรัมเมื่อแยกสลายด้วยความร้อน(pyrolysis) แล้วจะได้ถ่านชีวภาพประมาณ 7 กิโลกรัม หรือ 1/2 ของน้ำหนักกิ่งไม้แห้ง
2. นําถัง 1 มาครอบถัง 2 แล้วหมุนล็อก ให้ล็อกถัง 1 เกี่ยวกับสลักของถัง 2 ทดสอบโดยการลองยกถัง 1 ขึ้นหากถังทั้งสองหลุดออกจากกัน ให้ทําการหมุนล็อกใหม่ (จากการออกแบบแกนล็อกของถัง 1 และสลักของถัง 2 เมื่อเกี่ยวกันแล้วจะทําการ ล็อกถังทั้งสองใบไว้แน่นทําให้ไม่ต้องกลัวว่าเศษวัสดุจากถัง 2 จะไหลออกระหว่างการหงายขึ้น)
3. เอียงถังเพื่อตั้งให้ถัง 1 อยู่ในสภาพหงายฝาเปิด และเห็นถัง 2 คว่ำอยู่ มีช่องว่างระหว่างถัง 1 และถัง 2ใส่เศษวัสดุเหลือใช้ลงในช่องว่างและด้านบนเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงให้พลังงานความร้อน (ใส่เชื้อเพลิงประมาณ 5 กิโลกรัม จะใช้เวลาเผาไหม้ประมาณ 2ชั่วโมง)
4. จุดไฟที่เศษวัสดุด้านบนเพื่อให้ลุกไหม้โดยรอบ ถ้าวัสดุมีความชื้นมากจะมีควันเยอะ
5. ปิดฝาด้านบนเพื่อควบคุมให้อากาศไหลเข้าจากด้านล่างของถัง 1 ที่เจาะรูไว้เท่านั้น พร้อมกับเสียบปล่องควันเพื่อดูดอากาศ ขั้นตอนนี้เพื่อควบคุมให้การเผาไหม้ใช้อากาศน้อยที่สุด
6. ที่ปล่องควันหลังจากปิดฝาจะเกิดกลุ่มควันหนาสีขาว ต่อมาควันจะเริ่มบางลง เนื่องจากการเผาไหม้ในครั้งแรกเกิดจากการสันดาปโดยอ็อกซิเจน เมื่อควบคุมอากาศโดยการปิดฝาถัง เศษวัสดุด้านล่างที่ได้รับความร้อนจากการเผาไหม้ด้านบนจะเกิดการแยกสลายธาตุด้วยความร้อน (pyrolysis) แล้วปล่อยแก๊สออกมาติดไฟทําให้เกิดเชื้อเพลิงเพิ่มและเปลี่ยนเป็นกระบวนการเผาไหม้ด้วยแก๊ส ความร้อนที่สะสมทําให้อุณหภูมิจากการเผาไหม้ด้วยแก๊สเพิ่มสูงขึ้นเศษวัสดุที่อยู่ในถัง 2 ได้รับความร้อนจากการเผาไหม้ด้วยแก๊ส จะเริ่มแยกสลายด้วยความร้อนโดยปล่อยแก๊สออกมาทางรูที่ฐาน ทําให้เกิดการลุกไหม้ด้วยแก๊สอย่างต่อเนื่องจนกระทั่งแก๊สหมดหลังจากเชื้อเพลิงด้านนอกถูกเผาไหม้จนหมด เมื่อดูที่รูของถัง 1 จะเห็นว่ายังมีการลุกไหม้ด้วยแก๊สซึ่งออกมาจากถัง 2 ที่ฐานของถัง 1 ถ่ายจากด้านบนของถัง
7. ขั้นตอนตั้งแต่เริ่มปิดฝาถังจนการลุกไหม้ที่เกิดจากแก๊สดับลง ใช้เวลาประมาณ 2 ชั่วโมง ทิ้งไว้ประมาณ 3 ชั่วโมง จนถังเย็นลง ระวัง อย่าเปิดฝาถังเพื่อดูถ่านชีวภาพทันที เนื่องจากในถัง 2 ยังมีอุณหภูมิสูงแต่ไม่มีอากาศ หากได้รับอากาศจากการเปิดถัง ความร้อนในถังจะเกิดการเผาไหม้ต่อ ซึ่งจะทําให้ได้ถ่านชีวภาพน้อยลง
8. เมื่อถังเย็นลง เปิดเตาถ่านชีวภาพโดย (1) ดึงปล่องควันและฝาปิดออก(2) ตะแคงถัง 1 ให้ก้นของถัง 2 วางอยู่บนฐานรอง (3) หมุนถัง 1 เพื่อคลายล็อก แล้ว (4) ยกถัง 1 ออก จะปรากฏถัง 2 และเห็นถ่านชีวภาพซึ่งพร้อมจะนําไปปรับปรุงดิน หรือนําไปใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ต่อไป

การทำเตาผลิตถ่านชีวภาพ แบบท่อซีเมนต์และถังเหล็ก
วัสดุอุปกรณ์และเครื่องมือที่ใช้ผลิตถ่านชีวภาพ ประกอบด้วยถังคอนกรีตสำเร็จรูป ท่อใยหิน ถังเหล็ก 200 ลิตรและสายรัดฝา ใช้ถังคอนกรีตสำเร็จรูปเพื่อเป็นเตาให้ความร้อน เจาะรูที่ถังคอนกรีตสำเร็จรูป 8 รู ด้านล่างของถัง เพื่อให้อากาศผ่าน เข้า-ออกในเตาให้ความร้อน จากนั้นยกถังที่เจาะวางไว้ที่พื้นดินที่เตรียมไว้ขุดหลุมในถังคอนกรีตเพื่อปรับพื้นดินให้มีความลึก 20 เซนติเมตร แล้วนำถังอีกลูกไปวางซ้อนไว้ด้านบน ตัดท่อใยหินให้ยาวประมาณ 1 เมตร ปิดฝาถังให้สนิทปล่องระบายความร้อนนี้มีขนาดประมาณ 15 เซนติเมตร สูงไม่น้อยกว่า 1 เมตร นำท่อใยหินวางไว้บนฝาถังคอนกรีตดูให้เรียบร้อย

ขั้นตอนใส่วัสดุที่เตรียมไว้ จะใส่วัสดุชิ้นเล็กลงไปเป็นแนวตั้งก่อนในถังคอนกรีตด้านนอก ให้ใส่ฟืนใหญ่ก่อนแล้วใส่ฟืนเล็กทีหลัง ปิดฝาพร้อมรัดสายรัดฝาให้เรียบร้อย ใช้ถ่านสุกเป็นเชื้อเพลิงทำให้ไฟติดง่ายขึ้นเมื่อไฟติดรอบเตาผลิตถ่านชีวภาพแล้ว ก็ปิดฝาถังคอนกรีตต่อไปนำท่อใยหินมาปิดตรงปากรูตรงกลางของฝาปิดถังคอนกรีต นำดินเหนียวแช่น้ำพอประมาณ แล้วไปยาแนวฝาและรอยต่อถังคอนกรีตและด้านบนฝาทับกับปากท่อใยหินด้วยเพื่อไม่ให้อากาศเข้าไปได้ และเพื่อให้ควันและความร้อนออกจากท่อทางเดียว

การผลิตถ่านชีวภาพต้องมีอุณหภูมิ 450-600 องศาเซลเซียส ซึ่งการควบคุมอุณหภูมิจะทำให้ได้ถ่านชีวภาพที่ดีและมีคุณสมบัติเหมาะสมกับการปรับปรุงดินมากที่สุดใช้เวลาในการผลิตถ่านชีวภาพประมาณ 24 ชั่วโมง หรือให้เตาเย็นสนิทโดยใช้มือสัมผัสดูตรงก้นถังคอนกรีต ดูว่าหายร้อนหรือยัง ไม่ใช่เพียงแต่มองดูควันจากปล่องอย่างเดียว รอถังคอนกรีตหายร้อนสนิทแล้วเราจึงนำท่อใยหินออกจากฝาปิด ต่อไปก็เปิดฝาคอนกรีตออกเพื่อจะดูว่าถ่านชีวภาพที่เราผลิตนั้นสุกแล้วหรือยัง

จากนั้นก็นำมาย่อยหรือบดถ่านให้มีขนาดเล็กลงเพื่อนำไปทำประโยชน์ต่อไป ถ่านชีวภาพที่ได้จะมีขนาด 3-5 มิลลิเมตร และจะมีช่องหรือพรุนในตัวถ่านมากตามประเภทของวัสดุนั้น ๆ เป็นคาร์บอน 100% รูพรุนของวัสดุที่ทำถ่านชีวภาพสามารถเก็บปุ๋ยและน้ำได้มาก มีความเสถียรสูง สามารถอยู่ในดินได้เป็นเวลายาวนาน เมื่อกักเก็บปุ๋ยและน้ำ พืชสามารถนำไปใช้ในระยะเวลานาน สามารถฟื้นฟูคุณภาพดินให้ดีขึ้น

ที่มา
การพัฒนาการเรียนรู้ การประยุกต์ถ่านชีวภาพในการปรับปรุงดินเพื่อการเกษตร http://pirun.ku.ac.th/~fsocoss/