การศึกษาการกักเก็บคาร์บอนของถ่านชีวภาพที่มีผลต่อการปลดปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์และการกักเก็บน้ำภายในดิน

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

ธรรมรัตน์ พันธุ์นายม, ศวัสกร เรืองฮุย

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

ภูริศ คงเนียม

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนวิทยาศาสตร์จุฬาภรณราชวิทยาลัย พิษณุโลก

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2563

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

ภาวะโลกร้อน มีผลกระทบต่อระบบเกษตรกรรม ขณะเดียวกันระบบเกษตรกรรมก็มีส่วนสำคัญที่ทำให้เกิดภาวะโลกร้อนซึ่งมีสาเหตุมาจากการใช้ที่ดิน การเปลี่ยนแปลงการใช้ที่ดิน และพฤติกรรมในการทำการเกษตร แนวคิดในการแก้ปัญหาดังกล่าวจะต้องทำในลักษณะองค์รวม คือไม่ได้แก้ส่วนใดส่วนหนึ่งตามลำพัง เพราะแต่ละส่วนของปัญหามีผลกระทบซึ่งกันและกัน ปัญหาเรื่องภาวะโลกร้อน เรื่องความเสื่อมของดิน และความยากจน มีความสัมพันธ์กันในระบบย้อนกลับ การแก้ปัญหาส่วนหนึ่งจะต้องไม่ไปทำให้ส่วนอื่นมีปัญหา แนวคิดที่สำคัญในขณะนี้คือการกักเก็บคาร์บอน ซึ่งสามารถทำได้ในสองทางคือ การกักเก็บคาร์บอนโดยธรรมชาติผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสงซึ่งทำได้โดยการรักษาป่าไม้ การปลูกผัก ทุ่งหญ้า ให้คงอยู่ และ ปลูกต้นไม้เพิ่มขึ้นเพื่อชดเชยการทำลายป่า อีกทางหนึ่งคือการใช้ถ่านไบโอชาร์กักเก็บคาร์บอนลงดิน เป็นการตัดวงจรการกลับคืนสู่ชั้นบรรยากาศของคาร์บอนไดออกไซด์ การเกษตรมาแยกสลายด้วยความร้อนแทนการเผาทิ้ง เพื่อแยกคาร์บอนจากมวลชีวภาพมาอยู่ในรูปของไบโอชาร์(ภัทรา เพิ่งธรรมกีรติ.,2552)

การกักเก็บคาร์บอน คาร์บอนในดินมีต้นกำเนิดมาจากมวลชีวภาพของพืชผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสงในการเปลี่ยน รูปอนินทรีย์คาร์บอนในบรรยากาศมาเก็บไว้ในรูปของอินทรีย์คาร์บอนในมวลชีวภาพ เมื่อส่วนต่าง ๆ ของพืช ร่วงหล่นและถูกย่อยสลายโดยกิจกรรมของจุลินทรีย์ในดินจะกลายเป็นอินทรีย์คาร์บอนสะสมไว้ในดิน 10 ซึ่งรวมไปถึงสารอินทรีย์ที่พืชปลดปล่อยออกมาทางรากพืช เซลล์ของจุลินทรีย์ที่ตายแล้วและสารที่จุลินทรีย์ สังเคราะห์ขึ้นมาใหม่ กระบวนการกักเก็บคาร์บอนไว้ในดินดังกล่าว เรียกว่า “การกักเก็บคาร์บอน” (carbon sequestration) ซึ่งจัดว่าเป็นหนึ่งในแนวทางการจัดการคาร์บอนเพื่อลดปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ในบรรยากาศโดยเก็บสะสมไว้ในดินในรูปของอินทรีย์คาร์บอนที่สลายตัวยากจากการศึกษาคาร์บอนในดิน ส่วนใหญ่ในช่วงเวลาที่ผ่านมา พบว่า การศึกษาเน้นหนักในการนําคาร์บอนไปใช้ประโยชน์ด้านความอุดมสมบูรณ์ของดินและการปรับปรุงดินเป็นหลัก (Houghton and Hackler, 2001)

ถ่านชีวภาพ หรือ ไบโอชาร์ (Biochar) คือวัสดุคาร์บอน ผลิตจากชีวมวล หรือสารอินทรีย์ที่ย่อยสลายได้จากธรรมชาติ หรือวัสดุเหลือใช้จากการเกษตร เช่น ใบไม้ กิ่งไม้ หญ้า ฟางข้าว เหง้ามันสำปะหลัง ซังและต้นข้าวโพด มูลสัตว์ กากตะกอนของเสีย เป็นต้น แม้กระทั่งมูลสัตว์นำมาผ่านกระบวนการเผาไหม้ที่มีการควบคุม อุณหภูมิและอากาศหรือจำกัดอากาศให้เข้าไปเผาไหม้น้อยที่สุด เรียกว่า “ กระบวนการไพโรไลซิส ” ในสภาวะที่ไม่มีออกซิเจนหรือมีออกซิเจนน้อยมากมีงานวิจัยที่ได้ศึกษาการใช้ประโยชน์ของถ่านชีวภาพมีความสามารถสามารถกักเก็บคาร์บอนลงในดินและช่วยปรับปรุงสภาพทางกายภาพของดิน (ทีมวิจัยไบโอชาร์หน่วยวิจัย GET มหาวิทยาลัยแม่โจ้, 2562 ) ซึ่งลักษณะโครงสร้างของถ่านมีรูพรุนจำนวนมากเมื่อผสมลงไปในดินช่วยทำให้เนื้อดินมีซ่องว่างเพิ่มขึ้นดินไม่แน่นทึบรูพรุนสามารถกักเก็บน้ำธาตุอาหารและเป็นแหล่งอาศัยของจุลินทรีย์ที่เป็นประโยชน์กับพืชสามารถปรับสภาพความเป็นกรด-ด่างของดินถ่านชีวภาพช่วยทำหน้าที่สร้างความสมดุลให้กับดินหรือในกรณีที่มีสารพิษอยู่ในดินจะช่วยดูดซับไว้ทำให้ดินและพืชลดความเป็นพิษลงเกิดการแลกเปลี่ยนธาตุอาหารพืชได้ดีขึ้น ช่วยปลดปล่อยธาตุอาหารให้แก่พืชได้นาน ทำให้พืชจะสามารถกักเก็บคาร์บอนไดออกไซด์ไว้ใช้สังเคราะห์แสงมากขึ้นและกักเก็บน้ำได้มากขึ้นด้วย(อิสริยาภรณ์ ดำรงรักษ์,2552)

จากคุณประโยชน์ของถ่านชีวภาพ(Bio-char) ทำให้พวกเรามีแนวคิดที่จะศึกษาประสิทธิภาพถ่านชีวภาพในการปรับปรุงเพิ่มการกักเก็บคาร์บอนและน้ำภายในดินทรายที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของหัวไชเท้าและปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศเพื่อนำผลการศึกษาไปต่อยอดในการทำเกษตรแบบชีวภาพต่อไปได้