เชื่อว่าคงไม่เคยมีใครไม่เคยได้ยินคำนี้ Climate Change หรือการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ ปัญหาระดับโลกที่หลายหน่วยงานกำลังมองหาแนวทางการแก้ไขกันอยู่อย่างขะมักเขม้น

          Climate Change หมายถึง การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและแบบรูป (Pattern) ของสภาพอากาศในระยะยาว ซึ่งในปัจจุบัน สาเหตุหลักของการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศมาจากกิจกรรมของมนุษย์ที่ปลดปล่อย Green House Gas หรือแก๊สเรือนกระจก เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ มีเทน (CH₄) สู่บรรยากาศนั่นเอง

          รู้หรือไม่ว่าในภาคเกษตรกรรมมีการปลดปล่อยแก๊สเรือนกระจก เกือบถึง 1 ใน 3 ของปริมาณทั้งหมดที่ปลดปล่อยสู่บรรยากาศในโลก ซึ่งส่วนใหญ่แล้วเป็นการปลดปล่อยแก๊สมีเทน เช่น การเพาะปลูกข้าว ซึ่งมีสาเหตุมาจากการขังน้ำในนาเป็นเวลานานจะทำให้มีเศษซากพืชสะสมปริมาณมาก เมื่อจุลินทรีย์ที่อยู่ในนาข้าวย่อยสลายอินทรีย์วัตถุเหล่านี้แบบไม่ใช้ออกซิเจน ก็จะปลดปล่อยแก๊สมีเทนออกมานั่นเอง นอกจากนี้ การหมักในระบบย่อยอาหารของสัตว์ต่างๆ ก็เป็นสาเหตุหลักในการปล่อยแก๊สมีเทนด้วยเช่นเดียวกัน

          จากที่ทราบแล้วว่าโลกของเรามีการหมุนเวียนของคาร์บอนทั้งในบรรยากาศ น้ำ ดิน และสิ่งมีชีวิต ในรูปของสารประกอบต่างๆ และกิจกรรมของมนุษย์ เช่น การนำคาร์บอนใต้ดินในรูปของเชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์มาใช้ส่งผลให้ปริมาณคาร์บอนในบรรยากาศในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

         ในช่วงที่ผ่านมาได้มีความตระหนักในการลดการใช้เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ และให้ใช้เชื้อเพลิงทางเลือกแทน เช่น แก๊สโซฮอลที่ได้จากน้ำมันเบนซินผสมกับเอทานอล ไบโอดีเซล ซึ่งสามารถผลิตได้จากของเหลือทิ้งทางการเกษตร แต่นั่นก็ไม่ได้ลดปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศลง เพราะสุดท้ายเชื้อเพลิงเหล่านี้ก็จะถูกเผาไหม้และปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์สู่บรรยากาศเช่นเดิม รวมทั้งเมื่อคิดรวมกระบวนการผลิตทั้งหมดตั้งแต่ การปลูก การเก็บเกี่ยว และการกลั่นเอทานอลที่ต้องใช้เชื้อเพลิง ซึ่งถือว่าเป็นต้นทุนทางสิ่งแวดล้อมด้วยเช่นกัน

          คณะกรรมการระหว่างรัฐบาลว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (The Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) ระบุว่าการกักเก็บคาร์บอนมีความจำเป็นอย่างมากในการแก้ไขปัญหา ภูมิอากาศในระยะยาว นอกจากการปลูกป่า ซึ่งสามารถกักเก็บคาร์บอนไว้ในต้นไม้โดยอาศัยกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงแล้ว การกักเก็บคาร์บอนในดินโดยตรงก็เป็นอีกแนวทางหนึ่งที่อยู่ในความสนใจในขณะนี้

ในดินมีอะไร ทำไมจึงสามารถกักเก็บคาร์บอนได้

          ดินคือ วัตถุที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติจากการสลายตัวทางกายภาพและทางเคมีของหินและแร่ร่วมกับอินทรียวัตถุต่างๆ เช่น ซากพืช ซากสัตว์ ซึ่งจะมีน้ำและอากาศแทรกอยู่ด้วย ดินที่อุดมสมบูรณ์จะต้องมีอินทรียวัตถุในดินเพราะเป็นแหล่งธาตุอาหารสำคัญของพืช รวมทั้งมีส่วนช่วยในการปรับปรุงสมบัติของดินหลายประการ การสลายตัวของอินทรียวัตถุในดินนี้จะได้สารประกอบอินทรีย์ที่เรียกว่าสารฮิวมิก (Humic Substances)

          สารฮิวมิกเป็นองค์ประกอบหลักของอินทรียวัตถุในดินโดยมีสัดส่วนประมาณ 60 - 80% และสามารถแบ่งสารฮิวมิกได้เป็นฮิวมิน (Humin (HM)) กรดฮิวมิก (Humic Acid (HA)) และกรดฟูลวิก (Fulvic Acid (FA)) โดยองค์ประกอบที่มีมากที่สุดในสารฮิวมิกคือกรดฮิวมิก ตัวอย่างโครงสร้างของกรดฮิวมิกเป็นดังภาพ 2

ภาพ 2 ตัวอย่างโครงสร้างของกรดฮิวมิก (Humic Acid)

          สารฮิวมิกเหล่านี้สามารถต้านทานการย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ในดินได้เนื่องจากมีลิกนินเป็นองค์ประกอบอยู่มากซึ่งส่งผลให้สารฮิวมิก สามารถคงอยู่ในดินได้นานเป็นสิบปี ร้อยปี พันปี หรือจนกระทั่งถึงหมื่นปี เลยทีเดียว

          ดังที่ทราบแล้วว่าสารฮิวมิกคือสารประกอบอินทรีย์ ดังนั้นจึงเป็นสารที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลักหรือมีคาร์บอนจำนวนมาก และการที่สามารถต้านทานการย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ในดิน จึงทำให้ สารประกอบคาร์บอนเหล่านี้ไม่สลายตัวไปเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ได้โดยง่าย ดังนั้นดินจึงสามารถกักเก็บคาร์บอนได้ในรูปของสารฮิวมิกนั่นเอง

          สารฮิวมิกเกิดจากการย่อยสลายอินทรียวัตถุในดิน แต่การก่อตัวของสารฮิวมิกภายใต้สภาวะธรรมชาติต้องใช้เวลาค่อนข้างนาน รวมทั้งกระบวนการย่อยสลายที่เกิดขึ้นบนผิวดินตามธรรมชาติส่วนใหญ่จะทำให้เกิดแก๊สมีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์ปลดปล่อยสู่บรรยากาศ ทำให้มีคาร์บอนส่วนน้อยเท่านั้นที่ถูกสะสมในดิน

          ดังนั้น จึงจำเป็นต้องหาวิธีการเร่งการแปลงของเสียชีวมวลให้เป็นสารฮิวมิกที่มีความคงทนต่อการย่อยสลาย วิธีการหนึ่งที่รู้จักและทำกันมานานแล้วก็คือการทำปุ๋ยหมัก แต่กระบวนการนี้ก็ยังมีการปลดปล่อยแก๊สมีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์สู่บรรยากาศด้วยเช่นกัน รวมทั้งยังมีความเสี่ยงในเรื่องของการนำโลหะหนัก พลาสติก และเชื้อโรคเข้าสู่ดินอีกด้วย

ภาพ 3 การทำปุ๋ยหมัก

          วิธีการหนึ่งในการสังเคราะห์สารฮิวมิกเทียม (Artificial Humic Substance หรือ AHS) ที่น่าสนใจที่สุดในตอนนี้ก็คือการเกิดสารฮิวมัสด้วยความร้อนจากน้ำ (Hydrothermal Humification) ซึ่งเป็นกระบวนการ ที่เลียนแบบกระบวนการสร้างสารฮิวมิกในธรรมชาติ โดยนักวิจัยกลุ่มแรกที่พัฒนากระบวนการนี้ได้ใช้ของเสียชีวมวลจากพืชซึ่งเป็นสารตั้งต้นที่มีลิกนินอยู่ จากนั้นก็ให้ทำปฏิกิริยาในสารละลายเบสภายใต้ความดันสูง ซึ่งกระบวนการนี้ช่วยเร่งการเกิดปฏิกิริยาได้เร็วกว่าถึง 10⁹ เท่า และเนื่องจากเป็นกระบวนการที่ไม่ได้ใช้สิ่งมีชีวิตจึงให้ผลได้ร้อยละของคาร์บอนสูง โดยคาร์บอนส่วนใหญ่ในของเสียชีวมวลจะเปลี่ยนมาเป็นสารฮิวมิก

          การสังเคราะห์สารฮิวมิกเทียมจากของเสียชีวมวลแทนสารฮิวมิกที่ได้จากกระบวนการทางธรรมชาติเป็นทางเลือกหนึ่งในการจัดการปัญหา เนื่องจากในกระบวนการสังเคราะห์สามารถควบคุมปฏิกิริยาเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่สะอาดมากกว่า ปลอดภัยกว่า และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่า

          ปัจจุบัน สถาบันหลายแห่งในยุโรปกำลังทำงาน เพื่อพัฒนาโรงงานต้นแบบแห่งแรก เพื่อเตรียมสารฮิวมิกเทียมในปริมาณมาก ทั้งนี้ ได้มีการคำนวณว่าหากสามารถทำให้คาร์บอนในดินในพื้นที่เพาะปลูกเพิ่มขึ้น เพียง 0.4 % ของทุกปีก็เพียงพอแล้วที่จะบรรเทาการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศได้ ซึ่งวิธีนี้ นอกจากจะช่วยลดปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศแล้ว ยังช่วยให้ดินมีความอุดมสมบูรณ์เหมาะกับการเพาะปลูกอีกด้วย

          นอกจากนี้ ยังมีแนวคิดที่จะกักเก็บคาร์บอนในพื้นที่รกร้างว่างเปล่า นอกเหนือจากการกักเก็บคาร์บอนในพื้นที่เกษตรกรรมอีกด้วย ทั้งหมดนี้ ก็เพื่อบรรเทาปัญหาการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ รวมทั้งอาจช่วยเพิ่มพื้นที่เกษตรกรรมหรือพื้นที่ปลูกป่าในอนาคตอีกด้วย

บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของนิตยสาร สสวท. ปีที่ 51 ฉบับที่ 241 มีนาคม – เมษายน 2566

ผู้อ่านสามารถติดตามบทความที่น่าสนใจเพิ่มเติมได้ที่ https://emagazine.ipst.ac.th/241/16/

บรรณานุกรม

Fulvic and Humic Acids for Soil Remediation. Science of the Total Environment. 686: 1140–1151.

Humates and Humic Acids. Retrieved February 18, 2022, from https://www.scribd.com/document/532493526/Humates-and-Humic-Acids-by-Dr-Boris-Levinsky.

International Union of Pure and Applied Chemistry. (2021). IUPAC Top Ten Emerging Technologies in Chemistry 2021. Chemistry International. 43(15): 25-30.

Organic Matter, Humus, Humate, Humic Acid, Fulvic Acid and Humin: their importance in soil fertility and plant health. Retrieved February 18, 2022, from https://humates.com/wp-content/uploads/2020/04/ORGANICMATTERPettit.pdf.

Rupiasih, N.N. & Vidyasagar, P. A. (2005). Review: compositions, structures, properties and applications of humic substances. Retrieved February 20, 2022, from https://www.researchgate.net/publication/236347209_A_Review_Compositions_Structures_Properties_and_Applications_of_Humic_Substances.

What is Soil Carbon Sequestration?. Retrieved February 17, 2022, from https://www.fao.org/soils-portal/soil-management/soil-carbon-sequestration/en/.

Yang, F. & Antonietti, M. (2020). Artificial Humic Acids: sustainable materials against climate change. Adv. Sci., 7. (1902992).

Yang, F. & other. (2019). A Glowing a Hydrothermal Process to Turn Waste Biomass into Artificial Fulvic and Humic Acids for Soil Remediation. Science of the Total Environment. 686: 1140–1151.

Yang, F. & other. (2021). Natural and Artificial Humic Substances to Manage Minerals, Ions, Water, and Soil Microorganisms. Chem. Soc. Rev. 50: 6221–6239.