ERDI-CMU กับการศึกษาวิจัยด้านนวัตกรรมถ่านชีวภาพ (Biochar): พลิกวิกฤต PM2.5 สู่เศรษฐกิจหมุนเวียนบนพื้นที่สูง ภายใต้การสนับสนุนงบประมาณการวิจัยจาก สำนักงานพัฒนาการวิจัยการเกษตร (องค์การมหาชน) หรือ สวก.

ปัญหาหมอกควันและฝุ่นละอองขนาดเล็ก PM2.5 เป็นหนึ่งในความท้าทายสำคัญของพื้นที่ภาคเหนือของประเทศไทย โดยเฉพาะพื้นที่สูงที่มีการทำการเกษตรเป็นอาชีพหลัก หลังฤดูเก็บเกี่ยวมักเกิดเศษวัสดุทางการเกษตรจำนวนมาก เช่น ซังข้าวโพด เศษกิ่งไม้ และวัสดุชีวมวลอื่น ๆ ซึ่งส่วนใหญ่ถูกกำจัดด้วยวิธีการเผาในที่โล่ง ส่งผลให้เกิดมลพิษทางอากาศ การปล่อยก๊าซเรือนกระจก และการสูญเสียทรัพยากรที่ยังสามารถนำกลับมาใช้ประโยชน์ได้

ศักยภาพของชีวมวลบนพื้นที่สูง

จากการศึกษาพบว่า พื้นที่สูงมีปริมาณเศษชีวมวลจากวัสดุทางการเกษตรและเศษเหลือทิ้งจากป่าไม้มากถึง 132,394 ตันต่อปี และมีศักยภาพในการนำกลับมาใช้ประโยชน์ได้ถึง 84.4% หรือประมาณ 102,590 ตันต่อปี หากสามารถนำวัสดุเหล่านี้เข้าสู่ระบบการจัดการที่เหมาะสม จะช่วยลดการเผาในที่โล่งซึ่งเป็นสาเหตุสำคัญของปัญหา PM2.5 และช่วยเพิ่มมูลค่าทางเศรษฐกิจให้แก่ชุมชนในพื้นที่ได้อย่างมีนัยสำคัญ

เทคโนโลยีการผลิตถ่านชีวภาพแบบต่อเนื่อง

งานวิจัยนี้ได้นำเสนอเทคโนโลยีการผลิตถ่านชีวภาพ (Biochar) ด้วยกระบวนการไพโรไลซิสแบบต่อเนื่อง (Continuous Pyrolysis) ซึ่งเป็นการแปรรูปชีวมวลด้วยความร้อนภายใต้สภาวะที่มีออกซิเจนจำกัด ทำให้ได้ผลิตภัณฑ์เป็นถ่านชีวภาพที่มีคุณภาพสูง พร้อมทั้งสามารถควบคุมกระบวนการผลิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ระบบประกอบด้วยอุปกรณ์สำคัญหลายส่วน ได้แก่ ระบบลำเลียงวัตถุดิบ ถังพักวัตถุดิบ ระบบป้อนเข้าสู่เตาปฏิกรณ์ ชุดเตาไพโรไลซิส ระบบลำเลียงผลิตภัณฑ์ ระบบดักฝุ่น ระบบควบแน่นก๊าซ ระบบบำบัดก๊าซ และระบบผลิตพลังงานไฟฟ้าจากพลังงานที่เกิดขึ้นภายในกระบวนการ ทำให้สามารถดำเนินงานได้อย่างต่อเนื่อง ลดการสูญเสียพลังงาน และเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตในระดับอุตสาหกรรม

กระบวนการผลิตแบบต่อเนื่อง

กระบวนการผลิตประกอบด้วย 5 ขั้นตอนหลัก ได้แก่

• การย่อยวัตถุดิบ (Crushing) เพื่อลดขนาดวัสดุให้เหมาะสมต่อการแปรรูป
• การอบแห้งและการกำจัดความชื้น (Drying/Torrefaction)
• การไพโรไลซิส (Pyrolysis) เพื่อเปลี่ยนชีวมวลเป็นถ่านชีวภาพ
• การลดอุณหภูมิ (Cooling)
• การบรรจุผลิตภัณฑ์ (Packaging)

กระบวนการทั้งหมดได้รับการออกแบบให้สามารถรองรับชีวมวลจากภาคการเกษตรได้อย่างต่อเนื่อง ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการจัดการวัสดุเหลือทิ้งและลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

ผลการวิจัยและคุณภาพผลิตภัณฑ์

ผลการทดลองในระดับต้นแบบแสดงให้เห็นว่าถ่านชีวภาพที่ผลิตได้มีคุณภาพอยู่ในเกณฑ์มาตรฐานสากล โดยผ่านเกณฑ์ International Biochar Initiative (IBI) Class 1
คุณสมบัติสำคัญของถ่านชีวภาพที่ผลิตได้ ได้แก่

• ปริมาณคาร์บอนคงตัว (Carbon) 64.22%
• พื้นที่ผิวจำเพาะ (BET Surface Area) 41.98 ตารางเมตรต่อกรัม
• ปริมาณโพแทสเซียมที่เป็นประโยชน์ต่อพืช 3.24%

นอกจากนี้ โครงสร้างภายในของถ่านชีวภาพจากภาพถ่ายกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) ยังแสดงให้เห็นลักษณะรูพรุนจำนวนมาก ซึ่งเป็นคุณสมบัติสำคัญที่ช่วยเพิ่มความสามารถในการอุ้มน้ำและกักเก็บธาตุอาหารในดิน

ผลการทดสอบการใช้งานทางการเกษตร

ผลการทดลองพบว่า การใช้ถ่านชีวภาพในอัตราส่วน 5% โดยปริมาตร (Biochar 5% v/v) ให้ผลเหมาะสมต่อการใช้งาน โดยสามารถส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืชและให้อัตราการงอกสูงถึง 99% สะท้อนถึงศักยภาพของถ่านชีวภาพในการประยุกต์ใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตทางการเกษตร

ความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจและการสร้างมูลค่าเพิ่ม

นอกจากประโยชน์ด้านสิ่งแวดล้อมแล้ว การผลิตถ่านชีวภาพยังสามารถสร้างมูลค่าเพิ่มทางเศรษฐกิจจากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การวิเคราะห์ด้านโลจิสติกส์และเศรษฐศาสตร์พบว่า ต้นทุนการผลิตถ่านชีวภาพอยู่ที่ประมาณ 17,405 บาทต่อตัน โดยปัจจัยสำคัญที่สุดที่ส่งผลต่อความคุ้มค่าของโครงการคือระยะทางในการขนส่งชีวมวล ซึ่งควรอยู่ภายในรัศมีไม่เกิน 50 กิโลเมตรจากแหล่งผลิต หากมีการขนส่งในระยะทางที่ไกลกว่านี้ ต้นทุนด้านโลจิสติกส์อาจสูงกว่ามูลค่าที่สร้างขึ้นทั้งหมด ขณะเดียวกันราคาตลาดของถ่านชีวภาพในปัจจุบันยังมีความผันผวนอยู่ในช่วง 9,000–18,000 บาทต่อตัน ทำให้เกิดช่องว่างทางเศรษฐศาสตร์ (Economic Gap) ระหว่างต้นทุนการผลิตและราคาจำหน่าย ดังนั้นการสนับสนุนจากภาครัฐ รวมถึงการเชื่อมโยงกับตลาดคาร์บอนเครดิต จึงเป็นกลไกสำคัญที่จะช่วยเพิ่มความสามารถในการแข่งขันและผลักดันให้ธุรกิจถ่านชีวภาพเติบโตได้อย่างยั่งยืนในระยะยาว

เชื่อมโยงสู่ตลาดคาร์บอนเครดิต

หนึ่งในจุดเด่นสำคัญของถ่านชีวภาพคือความสามารถในการกักเก็บคาร์บอนในดินเป็นระยะเวลานาน ช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สู่ชั้นบรรยากาศ และสามารถต่อยอดเข้าสู่กลไกตลาดคาร์บอนเครดิต (Carbon Credit Market) ได้ในอนาคต

การส่งเสริมการใช้ถ่านชีวภาพจึงไม่ได้เป็นเพียงแนวทางในการจัดการวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรเท่านั้น แต่ยังเป็นเครื่องมือสำคัญในการสนับสนุนเป้าหมายการลดก๊าซเรือนกระจก การพัฒนาเศรษฐกิจสีเขียว และการสร้างรายได้เสริมให้แก่เกษตรกรและชุมชนในระยะยาว

กลยุทธ์ Triple Win เพื่อการพัฒนาอย่างยั่งยืน

ผลการศึกษาชี้ให้เห็นว่าการพัฒนาระบบผลิตถ่านชีวภาพสามารถสร้างประโยชน์ได้พร้อมกันใน 3 มิติ หรือ Triple Win Strategy ได้แก่

• ด้านสิ่งแวดล้อม ลดปัญหา PM2.5 ลดการเผาในที่โล่ง และลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก
• ด้านเศรษฐกิจ สร้างรายได้ใหม่จากวัสดุเหลือทิ้ง ลดต้นทุนการจัดการของเสีย และเชื่อมโยงสู่ตลาดคาร์บอนเครดิต
• ด้านสังคม สร้างงานในชุมชน เพิ่มคุณภาพชีวิต และสนับสนุนการพัฒนาเศรษฐกิจฐานรากอย่างยั่งยืน
  

นวัตกรรมถ่านชีวภาพจึงเป็นตัวอย่างสำคัญของการเปลี่ยน “ปัญหาสิ่งแวดล้อม” ให้กลายเป็น “โอกาสทางเศรษฐกิจ” ผ่านการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีและงานวิจัย เพื่อยกระดับการจัดการทรัพยากรบนพื้นที่สูง สร้างความสมดุลระหว่างการพัฒนาเศรษฐกิจ การอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม และการยกระดับคุณภาพชีวิตของชุมชนอย่างยั่งยืนในอนาคต