โดย: by Boonsong Thansrithong and Patrick Trail, ECHO Asia Impact Center Chiang Mai, Thailand


[บรรณาธิการ: ปัจจุบันมีอุปกรณ์เตาเผาถ่านไบโอชาร์อยู่หลากหลายรูปแบบ ตามขนาดและวัตถุประสงค์ของการใช้งาน รูปแบบของเตาในบทความนี้กลายเป็นที่ชื่นชอบสำหรับเจ้าหน้าที่ศูนย์การเรียนรู้ เอคโค่ เอเชีย เนื่องจากมีความสามารถในการผลิตวัสดุที่ถูกแยกสลายด้วยความร้อนและน้ำส้มควันไม้ได้เป็นปริมาณมากในเวลาเดียวกัน รูปแบบอุปกรณ์นี้คิดค้นขึ้นโดยคนไทยที่เป็นคู่มิตรกับเราและเป็นผู้ที่เรายกเครดิตทั้งหมดให้ ขอขอบคุณอาจารย์อรุณ หวายคำที่อนุญาตให้เราแบ่งปันอุปกรณ์นี้ให้กับเครือข่ายเอคโค่]

คำสำคัญ

สันดาป: หรือเผาไหม้ เป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเมื่อเชื้อเพลิงได้รับความร้อนและทำปฏิกิริยากับออกซิเจน

ไพโรไลซิส: กระบวนการย่อยสลายด้วยความร้อน (เผาไหม้) ในสภาพไม่มีออกซิเจน

วัสดุอินทรีย์: วัสดุใดก็ตามที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ เช่น กิ่งไม้, ไม้ไผ่, แกลบ, มูลสัตว์แห้ง, ฯลฯ

น้ำส้มควันไม้: เป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้จากกระบวนการไพโรไลซิส ที่สามารถนำไปใช้เป็นสารธรรมชาติเพื่อไล่แมลง หรือควบคุมการเจริญเติบโตของพืช

 

ถ่านไบโอชาร์คืออะไร?

ถ่านไบโอชาร์หรือถ่านชีวมวลคือถ่านรูปแบบหนึ่งที่ผลิตจากวัสดุอินทรีย์ต่างๆที่ผ่านกระบวนการไพโรไลซิส เช่น ในสภาพความร้อนสูง ออกซิเจนต่ำ กระบวนการง่ายๆแต่มีลักษณะเฉพาะนี้ทำให้เกิดการกักเก็บและรักษาคาร์บอนที่มักจะสูญเสียไปในกระบวนการเผาไหม้ ในระหว่างกระบวนการเผาไหม้ (มีไฟลุกไหม้ปกติ) คาร์บอนจะสัมผัสกับออกซิเจนและสูญหายไปสู่ชั้นบรรยากาศผ่านคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ที่อยู่ในควัน ความแตกต่างที่เป็นเอกลักษณ์ในกระบวนการนี้สำคัญมากและสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในฟาร์มขนาดเล็กเพื่อผลิตวัสดุที่มีคาร์บอนเป็นหลักเพื่อใช้ในการปรับปรุงดิน กรองน้ำ และแม้แต่เพื่อการเดินเครื่องยนต์สันดาป

ตามคำจำกัดความแล้ว “ถ่านไบโอชาร์หรือถ่านชีวมวล” มีชื่อเรียกเช่นนี้ได้ก็ต่อเมื่อถ่านถูกผสมหรือ “บรรจุ”ด้วยวัสดุชีวภาพเช่น ปุ๋ยหมัก, ปุ๋ย, มูลสัตว์ หรือปัสสาวะ การผสมผสานกันของวัสดุเหล่านี้ทำให้เกิดองค์ประกอบหลักของคำว่า “ถ่านไบโอชาร์” หากพูดถึงถ่านทั่วไปโดยตัวมันเองแล้ว จะมีการใช้งานและมูลค่าที่ค่อนข้างจำกัด แต่เมื่อนำมาผสมกับวัสดุดังที่กล่าวมาก่อนหน้านี้ จะกลายเป็นวัสดุปรับปรุงดินและปุ๋ยที่มีคุณค่า

ถ่านคุณภาพสูงยังคงโครงสร้างคาร์บอนเดิมไว้อยู่ จึงทำให้มีลักษณะที่เเต็มไปด้วยรูพรุน มีประจุไฟฟ้า มีพื้นที่ผิวมาก รูปแบบเช่นนี้ ถ่านจึงทำหน้าที่เป็นเหมือนฟองน้ำที่สามารถใช้เก็บรักษาสารอาหาร น้ำ และสิ่งมีชีวิตเช่นจุลินทรีย์ (สามารถอ่านบทความ: ‘Biochar – an Organic House for Soil Microbes’) เมื่อถ่านถูก “บรรจุ” ไปด้วยสิ่งที่กล่าวมานั้น คาร์บอนจะถูกนำไปใช้เพื่อกับเก็บและรักษาองค์ประกอบที่สำคัญเหล่านี้ไว้ ทำให้ถ่านกลายเป็นพื้นผิวที่อาศัยของสิ่งมีชีวิตที่มีประโยชน์ต่อแปลงผัก, ดินปลูก และวัสดุปรับปรุงดินประเภทต่างๆ นอกจากนี้ถ่านไบโอชาร์ยังมีประโยชน์สำหรับการลดสภาพความเป็นกรดของดินด้วย เนื่องจากถ่านไบโอชาร์มีค่า pH สูง เมื่อระยะเวลาผ่านไปจึงมีความสามารถที่จะเพิ่มค่า pH ให้กับดินที่เป็นกรดที่พบได้หลายแห่งในพื้นที่เขตร้อน

AN47 Biochar Fig1

ภาพที่ 1  การผลิตถ่านคุณภาพสูงและน้ำส้มควันไม้ดิบหลังจาการเผาครั้งเดียวด้วยเตาเผาไบโอชาร์รุ่น ‘do-all’  ภาพถ่ายที่ศูนย์การเรียนรู้ฟาร์มขนาดเล็กเอคโค่ เอเชีย จ.เชียงใหม่

น้ำส้มควันไม้คืออะไร?

AN47 Biochar Fig2

ภาพที่ 2 การผลิตน้ำส้มควันไม้ ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากกระบวนการไพโรไลซิส ซึ่งเกิดจากการควบแน่นของควันที่เกิดขึ้นระหว่างการผลิต

น้ำส้มควันไม้ เป็นผลผลิตที่เกิดขึ้นจากกระบวนการไพโรไลซิสของวัสดุอินทรีย์ที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลัก หรือที่รู้จักกันในชื่อเคมีคือกรดไพโรลิกเนียส ประกอบไปด้วยแอซีโทน, กรดแอซิติก และเมทานอล แต่ประกอบไปด้วยน้ำเป็นหลัก (90%) ในบรรดาประโยชน์ที่มีอยู่หลายอย่าง น้ำส้มควันไม้ถูกนำไปใช้หลักๆคือเพื่อเป็นสารธรรมชาติที่ใช้ในการฆ่าแมลงและเป็นตัวควบคุมการเติบโตของพืช สิ่งสำคัญคือน้ำส้มควันไม้จะต้องนำไปเจือจางด้วยน้ำก่อนที่จะนำไปใช้กับพืช (Burnette, 2010)

การกลั่นน้ำส้มควันไม้เพื่อนำมาใช้นั้น ของเหลวสีน้ำตาลที่เกิดจากการควบแน่นระหว่างการผลิตถ่านจะถูกนำมาเก็บอย่างมิดชิดไว้ในถังเป็นเวลา 2-4 เดือน ในระหว่างนี้ ส่วนประกอบต่างๆจะตกตะกอนเป็นชั้นที่เห็นได้ชัด 4   ชั้น ชั้นแรกและชั้นที่สองจากก้นถังจะเป็นสีดำ ที่ประกอบไปด้วยน้ำมันไม้และยาง ชั้นที่ 3 (อยู่ใต้ของเหลวชั้นบนสุด) เป็นส่วนที่นำมาใช้ได้ของน้ำส้มควันไม้ ส่วนประกอบนี้จะมีสีเหลืองอ่อนไปจนถึงน้ำตาลแดง และชั้นที่ 4 ที่อยู่บนสุดถูกจัดเป็นน้ำมันเบาและมีผิวหน้าเป็นน้ำมันไม้ (Burnette, 2010)

ประโยชน์อย่างอื่นของถ่านที่ใช้ในฟาร์ม

  • ที่กรองน้ำ: ถ่านคุณภาพสูงที่ผลิตได้นั้น (ถ่านกัมมันต์) เหมาะสำหรับระบบกรองน้ำ และเป็นองค์ประกอบสำคัญอย่างหนึ่งในการกรองน้ำด้วยทรายชีวภาพที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ลักษณะของถ่านที่มีรูพรุนสูงนี้ทำให้มีความสามารถในการดูดซับและดึงเก็บเอาสารเคมีและสารประกอบต่างๆที่อันตรายในน้ำ
  • อาหารเสริมสำหรับปศุสัตว์: ลักษณะการใช้งานที่คล้ายกับเป็นตัวกรองในน้ำ ถ่านกัมมันต์ยังสามารถใช้เป็นยาเสริมในอาหารของสัตว์ โดยจากความสามารถที่เป็นได้ทั้งตัวดูดซับสารประกอบที่เป็นอันตราย และลดความเป็นกรดในดินที่มีค่า pH ต่ำ
  • วัสดุปลูกสำหรับพืชเพาะชำ: ดูได้ที่บทความ ECHO Technical Note #97 ‘Small-scale Nursery management เกี่ยวกับวิธีการผสมถ่านไบโอชาร์

ประโยชน์ในวงกว้างของการผลิตถ่านไบโอชาร์

การผลิตถ่านไบโอชาร์ในระดับการผลิตนี้แม้จะเป็นโอกาสที่น้อยแต่มีความสำคัญในด้านการจัดการกับความท้าทายเกี่ยวกับสภาพอากาศในวงกว้างที่ทั้งโลกกำลังเผชิญอยู่ กระบวนการผลิตถ่านไบโอชาร์นี้เปิดโอกาสให้มีการกักเก็บคาร์บอน ซึ่งเป็นความสามารถในการดักจับและเก็บรักษาคาร์บอนที่อาจสูญเสียไปสู่ชั้นบรรยากาศผ่านควันที่เกิดจากการเผาไหม้ นอกจากประโยชน์ด้านการปรับปรุงดินแล้ว การทำถ่านไบโอชาร์ยังเป็นทางเลือกหนึ่งที่ไม่ต้องเผาเศษวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตร ที่เป็นผลให้เกิดการสูญเสียคาร์บอนไปสู่ชั้นบรรยากาศ สิ่งนี้สำคัญเป็นอย่างยิ่งโดยเฉพาะหลายที่หลายแห่งในโลกของเราที่การเผาเศษวัสดุทางการเกษตรถือเป็นเรื่องปกติและนำไปสู่ปัญหาของคุณภาพของอากาศ

ข้อมูลด้านการออกแบบ

การออกแบบที่จะกล่าวถึงต่อไปนี้คือการออกแบบเตาเผาอลูมิเนียมเอนกประสงค์ที่สามารถผลิตถ่านที่มีคุณภาพและน้ำส้มควันไม้ได้ เตาเผาที่ออกแบบมาลักษณะนี้มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวคือการจำกัดการสัมผัสระหว่างวัสดุอินทรีย์กับออกซิเจนและเปลวไฟโดยตรง รวมถึงลักษณะการออกแบบที่เชื่อมต่อช่องควบแน่นที่ใช้เก็บน้ำส้มควันไม้จากควัน มีเตาเผาแบบอื่นอีกมากมาย รวมถึงแบบที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่เบื้องต้นคือถังขนาด 200 ลิตร (Burnette, 2013)

**หมายเหตุ: เตารูปแบบนี้จะแยกแหล่งความร้อนหลักออกไป โดยเตาเผานี้ออกแบบมาเพื่อให้ตั้งบนไฟ หรือแหล่งความร้อน และหลีกเลี่ยงการสัมผัสโดยตรงระหว่างเปลวไฟและวัสดุคาร์บอนที่อยู่ข้างใน (ดูกลับไปที่ภาพที่ 1)

AN47 Biochar Fig3

ภาพที่  3 ภาพวาดจำลองของเตาเผาถ่านไบโอชาร์รุ่น ‘do-all’  ในการออกแบบนี้ ควันจะถูกแยกออกไปผ่านทางช่องควบแน่น (เชื่อมต่อด้วยสายท่อเพื่อหมุนเวียนน้ำเย็นที่ไหลผ่าน) เพื่อให้ได้น้ำส้มควันไม้ และกลับมายังเตาเผาใหญ่เพื่อ “เผาอีกครั้ง”

AN47 Biochar Fig4

ภาพที่ 4  เตานี้มีความสูง 90 ซม. และเส้นผ่านศูนย์กลาง 59 ซม. มีปล่องไฟด้านในที่ช่วยดึงควันออกมาเพื่อนำผ่านไปส่วนช่องควบแน่น แล้วกลับเข้าไปใหม่ทางช่องด้านบนของเตาเพื่อทำการเผาไหม้ครั้งที่สอง  

AN47 Biochar Fig5

ภาพที่ 5 ด้านในของเตาเผา ‘do-all’  เชื้อเพลิง (วัสดุที่มีคาร์บอนเป็นส่วนประกอบ) ใส่ไว้ด้านในและรอบๆปล่องควัน โดยปิดไว้ให้สนิททั้งหมดเพื่อป้องกันไม่ให้สัมผัสถูกเปลวไฟและออกซิเจน

AN47 Biochar Fig6

ภาพที่ 6 ข้อมูลการออกแบบของปล่องควันด้านใน

AN47 Biochar Fig7

ภาพที่ 7 ข้อมูลการออกแบบของช่องควบแน่นที่เชื่อมติดด้านข้าง (ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 17 ซม.) ออกแบบให้เชื่อมต่อกับท่อน้ำเพื่อการหมุนเวียนน้ำเย็นให้ไหลผ่าน ด้านล่างของช่องจะเป็นที่เก็บน้ำส้มควันไม้ที่เกิดจากการควบแน่น โดยรองเก็บจากส่วนที่ไหลออกจากวาล์ว

ผลผลิตของถ่านไบโอชาร์ 

เตาเผานี้ออกแบบมาสำหรับปริมาณ 250 ลิตร เมื่อใส่เศษไม้ขนาดเล็กจนเต็ม (เช่น ตะเกียบที่ใช้แล้วจากตลาดที่อยู่ใกล้เคียง) เราพบว่าเตาสามารถบรรจุวัสดุแห้งได้ประมาณ 35 กิโลกรัม หลังจากกระบวนการไพโรไลซิสประมาณ 4 ชั่วโมงแล้ว ผลผลิตถ่านไบโอชาร์ที่ประมาณ 10 กิโลกรัม และน้ำส้มควันไม้ดิบประมาณ 10 ลิตร

สรุป

สิ่งสำคัญที่ทำให้ถ่านไบโอชาร์แตกต่างจากถ่านทั่วไปคือวัตถุประสงค์การนำไปใช้งาน ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะใช้เพื่อเป็นวัสดุปรับปรุงดิน และเป็นวัสดุที่ทำให้เกิด “ความเป็นกลางทางคาร์บอน” ด้วยเหตุนี้ จึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะย้ำอีกครั้งว่าถ่านไบโอชาร์ในรูปแบบนี้จะสามารถนำมาใช้ให้เป็นประโยชน์สูงสุดจากวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรในฟาร์ม เชื้อเพลิง (วัสดุอินทรีย์ที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลัก) ที่ผลิตขึ้นเพื่อเป้าหมายการผลิตถ่านไบโอชาร์อย่างเดียวถือเป็นความล้มเหลวในแง่ของการกักเก็บคาร์บอน ดังนั้น เราขอแนะนำว่าควรใช้เศษวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรในฟาร์มและผลผลิตที่เหลือใช้อย่างอื่นสำหรับการผลิตถ่านไบโอชาร์

อ้างอิง

Burnette, R. 2010. An Introduction to Wood Vinegar. ECHO Asia Notes. 7: 4-10. Available: https://www.echocommunity.org/en/resources/01ccd8a8-aa01-44c0-bd61-d62d8206eb26

Burnette, R. 2013. Charcoal Production in 200-Liter Horizontal Drum Kilns . ECHO Technical Notes. 76: 1-8. Available: https://www.echocommunity.org/en/resources/069529b4-0ce4-475c-99b8-326957e3afa7

Fifer, G., T. Motis. 2021. Small-scale Nursery Management. ECHO Technical Notes. 97: 1-20. Available: https://www.echocommunity.org/en/resources/f18a5550-662c-4838-86b4-a1b8a2b2347f

Hugill, B. 2013. Biochar – an Organic House for Soil Microbes. ECHO Technical Notes. 75: 1-4. Available: https://www.echocommunity.org/en/resources/070b6c33-4118-43c2-a26c-af58c60fe51a