การพัฒนาถ่านชีวภาพโดยใช้กระบวนการไพโรไลซิสแบบช้า สำหรับการประยุกต์ใช้งานด้านเกษตรกรรม

Abstract

การใช้ถ่านชีวภาพเป็นอีกทางเลือกสำหรับนำเข้าสู่วิถีเกษตรอินทรีย์ การรักษาสิ่งแวดล้อมและช่วยลดวัฏจักรคาร์บอน ในภาคเกษตรการพัฒนาถ่านชีวภาพให้มีคุณภาพสูงสุดจำเป็นต้องศึกษาตัวแปรของอุณหภูมิและเวลาที่ส่งผลต่อปริมาณคาร์บอน ขนาดรูพรุนและผลผลิตของถ่านชีวภาพ งานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อผลิตถ่านชีวภาพจากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรของประเทศไทย ประกอบด้วย แกลบ และซังข้าวโพด ด้วยกระบวนการไพโรไลซิสแบบช้า ภายใต้เงื่อนไขอุณหภูมิและเวลาไพโรไลซิสอยู่ในช่วง 300-600 oC และระยะเวลา 30-90 min ตามลำดับ โดยวิเคราะห์คุณสมบัติทางเคมีและกายภาพถ่านชีวภาพในด้านพลังงานและคุณสมบัติทางภาคการเกษตร อัตราการใช้พลังงานในการของกระบวนการผลิตถ่านชีวภาพและต้นทุนการผลิตถ่านชีวภาพ ผลการศึกษาพบว่าการเพิ่มอุณหภูมิและระยะเวลาไพโรไลซิสส่งผลให้ความชื้นและสารระเหยลดต่ำลง ในขณะที่ปริมาณคาร์บอนคงตัวและปริมาณเถ้าเพิ่มสูงขึ้น การเพิ่มอุณหภูมิ และระยะเวลาไพโรไลซิส ส่งผลให้ร้อยละผลิตถ่านชีวภาพแกลบและซังข้าวโพดลดลง 36.41% และ 29.79% ตามลำดับ ที่เงื่อนไขอุณหภูมิ 600 oC ระยะเวลา 90 min การใช้อุณหภูมิ 300 oC ระยะเวลา 30 min ให้ร้อยละผลผลิตถ่านชีวภาพแกลบและซังข้าวโพดสูงสุด 78.37% และ 62.47% ตามลำดับ อุณหภูมิไพโรไลซิสแบบช้าที่ 500 oC ระยะเวลา 60 min เป็นเงื่อนไขที่เหมาะสมสำหรับการผลิตถ่านชีวภาพของชีวมวลทั้ง 2 ชนิด ถ่านชีวภาพแกลบและซังข้าวโพดมีพื้นที่ผิว 7.16.11 และ 8.20 m2/g ตามลำดับ ปริมาตรรูพรุนของถ่านชีวภาพทั้งสองเท่ากับ 0.0052 และ 0.0091 cm3/g ตามลำดับ ในขณะที่ความกว้างของรูพรุนเท่ากับ 67.30 และ 65.02 Å ตามลำดับ ค่าความร้อนของถ่านชีวภาพเท่ากับ 18.32 และ 24.85 MJ/kg ตามลำดับ การเพิ่มออกซิเจนส่งผลให้อุณหภูมิในกระบวนการไพโรไลซิสเพิ่มขึ้นให้ค่าพลังงาน และลักษณะกายภาพมีความใกล้เคียงกับการไม่ใช้ออกซิเจนที่ 600 oC การผลิตถ่านชีวภาพมีอัตราการใช้พลังงานไฟฟ้าและพลังงานความร้อนเฉลี่ยที่ 4.35-7.19 kWhe/kgBiochar และ 47.03-114.77 kWhth/kgBiochar ตามลำดับ ต้นทุนในการผลิตถ่านชีวภาพแกลบและซังข้าวโพดเท่ากับ 98.80 และ 218.30 บาท/kgBiochar เมื่อเพิ่มอัตราการผลิตถ่านชีวภาพสามารถลดต้นทุนการผลิตได้ 70.00%-85.52% โดยมีต้นทุนการผลิถ่านชีวภาพแกลบและซังข้าวโพดอยู่ที่ 29.65 และ 31.57 บาท/kgBiochar ตามลำดับ ถ่านชีวภาพภายใต้อุณหภูมิและเวลากระบวนการไพโรไลซิสที่เหมาะสมมีค่า pH อยู่ในช่วง 7.03-7.08 ค่าสภาพการนำไฟฟ้าโดยมีค่าอยู่ในช่วง 29.4-33.3 µm/cm ค่าความสามารถการแลกเปลี่ยนประจุมีค่าเพิ่มสูงขึ้นอยู่ในช่วง 30.87-31.14 cmol/kg ความสามารถการอุ้มน้ำมีค่าเพิ่มสูงขึ้นอยู่ในช่วง 31.16%-31.28% และค่าคาร์บอนต่อไนโตรเจนมีค่าลดลงอยู่ในช่วง 70.00-74.00 โดยค่าทั้งหมดอยู่ในเกณฑ์มาตรฐานของถ่านชีวภาพสำหรับการนำไปใช้ในภาคเกษตรกรรม สำหรับการนำไปทดลองด้านการปลูกพืช การนำถ่านชีวภาพไปทดสอบปลูกต้นคะน้า มีแนวโน้มการเจริญเติบโตดีกว่าการไม่ใช้ถ่านชีวภาพมีค่าความแตกต่างทางสถิติ (p<0.05) สุดท้ายการส่งเสริมให้ชุมชนผลิตถ่านชีวภาพจากแกลบและซังข้าวโพดที่อุณหภูมิและเวลาที่เหมาะสม จะส่งผลให้ถ่านชีวภาพมีคุณสมบัติที่ดี สามารถแก้ไขปัญหาคุณภาพของดิน ลดปัญหาที่เกิดจากการเผาชีวมวล ช่วยรักษารักษาสิ่งแวดล้อม และสร้างรายได้ให้กับเกษตรกรในชุมชน