การบำบัดของเสียจากฟาร์มไก่เนื้อด้วยเชื้อรา Trichoderma longibrachiatum เพื่อการผลิตก๊าซชีวภาพแบบหมักแห้ง
ธุรกิจฟาร์มไก่เนื้อนับเป็นหนึ่งในธุรกิจที่สำคัญของประเทศไทย เนื่องจากเป็นแหล่งผลิตไก่เนื้อมากเป็นอันดับ 9 และส่งออกเนื้อ-ผลิตภัณฑ์แปรรูปไก่มากเป็นอันดับ 3 ของโลก (USDA, 2015) เนื่องจากมีผู้ประกอบการฟาร์มไก่เนื้อทั้งกลุ่มผู้เลี้ยงไก่อิสระ กลุ่มเกษตรกรพันธะสัญญาและกลุ่มผู้ประกอบการเลี้ยงไก่เนื้อครบวรจรทั่วประเทศรวมกันมากกว่า 36,000 ฟาร์ม กระจายอยู่ทั่วภูมิภาคของประเทศ หรือนับเป็นจำนวนไก่เนื้อ 420 ล้านตัว (กรมปศุสัตว์, 2560) การผลิตดังกล่าวส่งผลให้เกิดของเสียขึ้นประมาณ 3,000 กิโลกรัมต่อเล้า สำหรับฟาร์มไก่ขนาดเล็กที่จำนวน 3,000 ตัว เมื่อนับเป็นมวลรวมของเสียที่เกิดขึ้นทั้งหมดจึงเป็นปริมาณมากซึ่งต้องหาทางจัดการให้เกิดประโยชน์ต่อผู้ประกอบการและสิ่งแวดล้อมต่อไป
ปัจจุบันวิธีการที่ใช้ในการกำจัดของเสียในฟาร์มไก่เนื้อคือ การนำไปเพาะหนอน ผลิตไส้เดือน ใช้เป็นปุ๋ยสำหรับการเกษตร และมีฟาร์มเลี้ยงสัตว์อื่นเช่น ฟาร์มไก่ไข่ บางฟาร์มได้นำของเสียจากฟาร์มไก่เนื้อมาผลิตเป็นก๊าซชีวภาพที่สามารถนำพลังงานที่ได้กลับมาหมุนเวียนใช้ในฟาร์มต่อ ซึ่งวิธีการนำของเสียมาผลิตเป็นก๊าซชีวภาพนี้ถือได้ว่าเป็นการเพิ่มมูลค่าของเสียได้สูงที่สุด แต่วิธีการผลิตเป็นก๊าซชีวภาพที่ทำได้ในปัจจุบันเป็นการเจือจางมูลไก่ต่อน้ำในอัตราส่วน 1:2 ถึง 1:10 %w/v เพราะของเหลวมากง่ายต่อการกวนผสมให้แบคทีเรียสัมผัสกับสารอินทรีย์ทำให้เกิดการย่อยหรือไฮโดรไลซิสมากขึ้นซึ่งถือเป็นขั้นจำกัดปฏิกิริยา และช่วยเจือจางแอมโมเนียที่เกิดขึ้นจากการย่อยมูลไก่ที่มีปริมาณไนโตรเจนมากเกินไปซึ่งไม่สมดุลกับคาร์บอนที่มีอยู่ในวัสดุนั้นทำให้ค่า pH ของระบบสูงขึ้นและเกิดการยับยั้งการหลั่งเอนไซม์ของแบคทีเรียในที่สุด แต่เนื่องจากพื้นที่ที่ใช้ก่อตั้งฟาร์มไก่มักอยู่ห่างจากบ้านเรือนซึ่งทำให้ต้องหาแหล่งน้ำตามธรรมชาติด้วยการขุดบ่อบาดาลหรือน้ำตามคลองชลประทานมาใช้ อีกทั้งการเติมน้ำจะยิ่งทำให้เกิดของเสียมวลใหญ่ขึ้น ใช้พื้นที่และต้นทุนในการก่อสร้างมากขึ้นตาม จึงทำให้เทคโนโลยีก๊าซชีวภาพยังมีขีดจำกัดอยู่มาก
ดังนั้นการหาวิธีที่จะทำให้กระบวนการย่อยสลายสารโมเลกุลใหญ่เกิดขึ้นได้ดีและใช้ของเสียที่เกิดขึ้นได้ทั้งหมดที่เป็นสารอินทรีย์ให้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตก๊าซชีวภาพ โดยใช้ปริมาณน้ำที่น้อยลงจะช่วยให้ระบบผลิตก๊าซชีวภาพเล็กลง ทำงานง่ายขึ้นและประหยัดค่าใช้จ่ายลงได้ ทำให้ผู้ประกอบการฟาร์มไก่เนื้อนำไปใช้ประโยชน์ได้แพร่หลายมากขึ้นและเป็นพื้นฐานของระบบผลิตพลังงานของประเทศต่อไปได้ โดยแนวทางของงานวิจัยนี้จะมุ่งเน้นการใช้เชื้อราประเภทราขาวซึ่งเป็นราที่ทนได้แม้ในสภาวะความเป็นกรดต่ำ-ด่างสูง นำมาช่วยปรับสภาพวัสดุเพื่อให้กระบวนการไฮโดรไลซิสในการผลิตก๊าซชีวภาพให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น และเพื่อให้เกิดผลสูงสุดในกระบวนการผลิตก๊าซชีวภาพแบบหมักแห้ง เนื่องจากแกลบที่เป็นวัสดุลิกโนเซลลูโลสที่มีลิกนินเป็นส่วนประกอบ เป็นส่วนที่ขัดขว้างการทำงานของเอนไซม์เซลลูเลสต่อการย่อยเซลลูโลสและเฮมิเซลลูโลสให้เป็นน้ำตาล
วัตถุประสงค์
1.เพื่อศึกษาศักยภาพของเชื้อรา Trichoderma longibrachiatum ในการปรับสภาพมูลไก่และแกลบต่อการผลิตก๊าซชีวภาพ
2.เพื่อศึกษาและประเมินความเป็นไปได้ในการผลิตก๊าซชีวภาพแบบหมักแห้งของของเสียจากฟาร์มไก่เนื้อซึ่งเป็นวัสดุลิกโนเซลลูโลสที่มีไนโตรเจนสูง
ระยะเวลาดำเนินโครงการ
ระยะเวลาดำเนินการทั้งสิ้น เป็นเวลา 24 เดือน นับจากวันที่ 1 ตุลาคม 2559 – 31 ตุลาคม 2561
งบประมาณของโครงการ
งบประมาณที่ขอรับการสนับสนุนจากสำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ งบประมาณแผ่นดินประจำปี 2560 เป็นเงินทั้งสิ้น 1,000,000 บาท (หนึ่งล้านบาทถ้วน)
ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ
ด้านวิชาการ
1) ได้องค์ความรู้ด้านการปรับสภาพวัสดุลิกโนเซลลูโลสที่มีไนโตรเจนสูงด้วยเชื้อราและองค์ความรู้ด้านการผลิตก๊าซชีวภาพแบบหมักแห้งของวัสดุลิกโนเซลลูโลสที่มีไนโตรเจนสูง เนื่องจากยังขาดงานวิจัยด้านการศึกษาการผลิตก๊าซชีวภาพด้วยวิธีหมักแห้งกับวัสดุลิกโนเซลลูโลสที่มีไนโตรเจนสูง
2) ได้โมเดลทางสถิติทำนายการผลิตก๊าซชีวภาพเมื่อมีการเปลี่ยนวัสดุหมัก
3) ได้ข้อมูลสัดส่วนของเสียจากฟาร์มไก่เนื้อ สมดุลมวล และพลังงานที่ใช้-ได้รับ
ด้านนโยบาย
สามารถสร้างความมั่นคงด้านพลังงานชีวภาพเพื่อสนับสนุนการพัฒนาประเทศและความเข้มแข็งภาคพลังงานและเกษตร การปรับกระบวนทัศน์การพัฒนาและขับเคลื่อนประเทศเพื่อเตรียมพร้อมไปสู่การเป็นเศรษฐกิจและสังคมคาร์บอนต่ำและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ควบคุมและลดมลพิษ
ด้านเศรษฐกิจ/พาณิชย์
1) เพื่อพัฒนาระบบก๊าซชีวภาพให้มีขนาดเล็ก ต้นทุนต่ำและสามารถนำผลวิจัยนี้ไปขยายผลกับฟาร์มเลี้ยงสัตว์อื่นๆหรือเกษตรกรต่อไปได้ และทำให้สามารถขยายผลในเชิงพาณิชย์ง่ายยิ่งขึ้น
2) ได้รับข้อมูลทางด้านเศรษฐศาสตร์การลงทุนและค่าดำเนินการไว้ เพื่อแสดงให้เห็นถึงต้นทุนการผลิต
3) สามารถเพิ่มมูลค่าของวัสดุเหลือใช้จากภาคเกษตรกรรมในการนำมาผลิตเป็นก๊าซชีวภาพและปุ๋ยอินทรีย์คุณภาพสูง สร้างรายได้และสร้างความคุ้มค่าในการลงทุนทั้งระดับชุมชนและระดับอุตสาหกรรมได้ เนื่องจากเป็นงานวิจัยที่สนับสนุนการพัฒนาระบบการผลิตก๊าซชีวภาพในรูปแบบที่ใช้น้ำในการเจือจางน้อยลงสำหรับวัสดุที่เป็นลิกโนเซลลูโลส ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักที่มีในวัสดุเหลือใช้จากภาคการเกษตร
ด้านสังคมและชุมชน
1) สามารถส่งเสริมและพัฒนาประโยชน์จากทรัพยากรของภาคเกษตรกรรมหรือวัสดุเหลือใช้จากภาคครัวเรือน ให้มีความเข้มแข็งและยั่งยืนเพื่อสร้างความมั่นคงในอาชีพและเพิ่มรายได้ให้แก่เกษตรกรโดยใช้ประโยชน์จากของเหลือจากการทำการเกษตรให้กลับกลายเป็นพลังงานที่สามารถใช้ได้ไม่หมดจากภาคเกษตรกรรม
2) เป็นการส่งเสริมการใช้พลังงานสะอาดและพัฒนาพลังงานทดแทน ลดการใช้พลังงานน้ำมันและถ่านหิน เพื่อแก้ปัญหาชุมชนและสิ่งแวดล้อม สามารถลดมลภาวะทางอากาศ ปัญหาหมอกควัน จากการเผาวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรหลังการเก็บเกี่ยวและลดปัญหาในด้านขยะชุมชน
ผลลัพธ์ที่เกิดขึ้น
งานวิจัยนี้เป็นการหาแนวทางการผลิตก๊าซชีวภาพของวัสดุลิกโนเซลลูโลสที่มีไนโตรเจนสูง คือของเสียในฟาร์มไก่เนื้อ โดยการใช้เทคโนโลยีการผลิตก๊าซชีวภาพแบบหมักแห้งและวิธีการปรับสภาพด้วยเชื้อรา การทดลองแบ่งออกเป็น ๓ ส่วนได้แก่ การหาระยะเวลาการปรับสภาพ การหาแนวโน้มการผลิตก๊าซชีวภาพแบบหมักแห้งขนาดห้องปฏิบัติการ และการหาศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพแบบหมักแห้งขนาดใช้งาน
ในการทดลองด้านการปรับสภาพด้วยเชื้อราเพื่อศึกษาหาระยะเวลาที่เหมาะสมในการผลิตน้ำตาลรีดิวซ์ ได้ทำการเปรียบเทียบค่าอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนของวัสดุ 3 ค่า คือ 18.7, 25.0 และ 35.0 โดยวัสดุจะถูกนึ่งฆ่าเชื้อที่อุณหภูมิ 121 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 15 นาที และปรับความชื้นไว้ที่ 45 เปอร์เซ็นต์ ควบคุมการเติมเชื้อราในปริมาณ 10 เปอร์เซ็นต์ (ปริมาณต่อน้ำหนัก) ที่ความเข้มข้นเชื้อรา 106-107 สปอร์ต่อมิลลิลิตร ก่อนนำไปบ่มในตู้บ่มที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส ผลการทดลองพบว่า วัสดุทั้ง 3 อัตราส่วน เกิดค่าน้ำตาลรีดิวซ์มากกว่าวัสดุที่ไม่ถูกปรับสภาพด้วยเชื้อราได้มากถึง 2 เท่า
ในการทดลองการผลิตก๊าซชีวภาพแบบหมักแห้งขนาดห้องปฏิบัติการที่ปริมาตรบรรจุ 300 มิลลิลิตร เพื่อดูแนวโน้มและหาสภาวะที่เหมาะสมในการผลิตก๊าซชีวภาพของวัสดุที่ถูกปรับสภาพด้วยเชื้อราที่อัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนของวัสดุ 3 ค่า คือ 18.7, 25.0 และ 35.0 และ ปริมาณการเติมของแข็งทั้งหมดร้อยละ 20, 30, 40, 50 และ 55 โดยในการทดลองนี้ควบคุมการเติมปริมาณน้ำเชื้อจุลชีพ 100 มิลลิลิตร และอุณหภูมิห้องทดลอง 35±2 องศาเซลเซียส ผลการทดลองพบว่า วัสดุที่ถูกปรับสภาพด้วยเชื้อราสามารถผลิตก๊าซชีวภาพได้มากกว่าวัสดุที่ไม่ถูกปรับสภาพ วัสดุที่ค่าอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนของวัสดุเท่ากับ 18.7 สามารถผลิตก๊าซชีวภาพได้มากกว่า 25.0 และ 35.0 ซึ่งสามารถผลิตก๊าซชีวภาพสะสมได้เท่ากับ 1099.1±7.4, 860.8±31.5, 768.0±13.3, 727.6±28.8 และ 742.2±90.6 มิลลิลิตรต่อกรัมของแข็งระเหยที่ถูกเติม ของปริมาณการเติมวัสดุที่ร้อยละ 20, 30, 40, 50 และ 55 ตามลำดับ โดยทั้งหมดนี้มีค่าองค์ประกอบก๊าซมีเทนใกล้เคียงกันเฉลี่ยที่ร้อยละ 60.2±0.7 จึงได้เลือกสภาวะของวัสดุที่มีค่าอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนเท่ากับ 18.7 และปริมาณการเติมของแข็งทั้งหมดร้อยละ 30 เป็นสภาวะที่เหมาะสมในการผลิตก๊าซชีวภาพและใช้เดินระบบในการทดลองการหาศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพแบบหมักแห้งขนาดใช้งาน ทำการเดินระบบที่ค่าระยะเวลากักเก็บ 30 วัน และทำการเปรียบเทียบวัสดุที่ผ่านการฆ่าเชื้อก่อนการปรับสภาพด้วยเชื้อรา วัสดุที่ไม่ผ่านการฆ่าเชื้อแต่ปรับสภาพด้วยเชื้อรา และ วัสดุที่ไม่ผ่านการฆ่าเชื้อและปรับสภาพ (ชุดควบคุม) ผลการทดลองพบว่า วัสดุที่ผ่านการฆ่าเชื้อก่อนการปรับสภาพด้วยเชื้อราจะสามารถผลิตก๊าซชีวภาพได้มากที่สุดที่วันละ 230 มิลลิลิตรต่อกรัมของแข็งระเหยที่ถูกเติม มีองค์ประกอบก๊าซมีเทนร้อยละ 60.4±1.4 ส่วนวัสดุที่ไม่ผ่านการฆ่าเชื้อแต่ปรับสภาพด้วยเชื้อราจะผลิตก๊าซชีวภาพได้น้อยที่สุด
