“ બાયોચાર: જમીનની ટકાઉપણું, દૂષણ નિયંત્રણ અને કૃષિ ઉત્પાદન માટેનો કાળો હીરો”

કૃષિ કચરામાંથી બાયોચરનું ઉત્પાદન કચરાના જથ્થા અને વજનમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો કરે છે, અને તેથી, તેને કૃષિ કચરાનું સંચાલન કરવા માટેનું એક આશાસ્પદ માધ્યમ ગણી શકાય. લાંબા ગાળાના કાર્બન સિક્વેસ્ટ્રેશનને વધારીને CO₂ ઉત્સર્જનને ઘટાડવામાં તેની ફાયદાકારક ભૂમિકાને કારણે છેલ્લાં કેટલાંક વર્ષો દરમિયાન બાયોચરને ખૂબ રસ મળ્યો છે. જમીનની લાક્ષણિકતાઓ અને બાયોચરના આધારે માટીના ગુણધર્મો પર બાયોચરની અસરો વ્યાપકપણે બદલાય છે. મોટાભાગના પ્રકારના બાયોચર આલ્કલાઇન પ્રકૃતિના અને ઉચ્ચ C સામગ્રીવાળા હોય છે. જમીનમાં બાયોચર ઉમેરવાથી કેશન વિનિમય ક્ષમતામાં સુધારો થઈ શકે છે અને પોષક તત્વોથી જમીનને સમૃદ્ધ બનાવી શકે છે અને સૂક્ષ્મજીવાણુઓની વૃદ્ધિમાં વધારો કરી શકે છે અને જમીનની કેટલીક ભૌતિક ગુણધર્મો જેમ કે પાણીની જાળવણી અને એકત્રીકરણમાં સુધારો કરી શકે છે. દૂષણ નિયંત્રણ માટે, બાયોચાર્સ પર્યાવરણમાં દૂષિત તત્વોને નિયંત્રિત કરવા માટે યોગ્ય સાધન સાબિત થયા છે. ઉચ્ચ સપાટી વિસ્તાર, છિદ્રાળુ માળખું, આલ્કલાઇન પ્રકૃતિ અને કાર્યાત્મક જૂથોની હાજરીએ ભારે ધાતુના દૂષિત પાણી અને જમીનના ઉપચાર માટે વૈકલ્પિક વિકલ્પ તરીકે બાયોચરની લાક્ષણિકતા દર્શાવી હતી. જો કે, છોડની વૃદ્ધિ અને જમીનમાં પોષક તત્ત્વોના પરિવર્તન પર ખનિજ અને/અથવા કાર્બનિક ખાતરોની હાજરીમાં બાયોચરની અસરો અંગે જ્ઞાનનો અભાવ છે. વધુમાં, બાયોચરનો સફળતાપૂર્વક એસિડ માટીની સારવાર માટે ઉપયોગ થાય છે.

પરિચય

ખોરાક અને ખાતરો (અકાર્બનિક અને કાર્બનિક) ની વધતી જતી માંગ એક દિવસની હકીકત છે. ખાદ્ય ઉત્પાદન માટે ખનિજ ખાતરો ખૂબ મહત્વ ધરાવે છે. તદનુસાર, વધતી જતી વસ્તી ના પ્રતિભાવમાં કૃષિ ઉત્પાદનોની વધેલી માંગને પહોંચી વળવા છેલ્લા કેટલાક દાયકાઓ દરમિયાન ખનિજ ખાતરોની વિશ્વની માંગમાં વધારો થયો છે. જો કે, કેટલાક અભ્યાસો દર્શાવે છે કે ખનિજ ખાતરોમાં અશુદ્ધિઓ તરીકે ભારે ધાતુઓની વિવિધ માત્રા હોય છે. પરિણામે, લાંબા સમય સુધી જમીનમાં મોટા પ્રમાણમાં ખનિજ ખાતરો ઉમેરવાથી જમીનમાં ભારે ધાતુઓ અને તેના પર ઉગાડવામાં આવતા છોડના સંચયમાં પરિણમી શકે છે.

કૃષિ જમીનની વંધ્યત્વ સમસ્યાઓને દૂર કરવા માટે સઘન સંશોધનો કરવામાં આવ્યા છે. ખાતર, ખાતર અને અન્ય કાર્બનિક સ્વરૂપોમાં કાર્બનિક અવશેષોનો ઉમેરો એ ખનિજ ગર્ભાધાન માટે યોગ્ય વૈકલ્પિક વિકલ્પો સાબિત થયા છે. જો કે, આ સામગ્રીઓને તેમની ઓછી પોષક સામગ્રી અને ઝડપી અધોગતિ દરને કારણે સઘન રીતે લાગુ કરવાની જરૂર છે. બાયોચાર એ પ્રમાણમાં નીચા તાપમાન (<700°C) પર બાયોમાસના પાયરોલિસિસમાંથી ઉત્પન્ન થતો ચારકોલ છે. પર્યાવરણીય વ્યવસ્થાપનમાં તેની લાભદાયી ભૂમિકાઓને કારણે છેલ્લાં કેટલાંક વર્ષો દરમિયાન બાયોચરને ઘણો રસ મળ્યો છે. પર્યાવરણ માટે બાયોચાર એપ્લીકેશન દ્વારા ઘણા ફાયદાકારક ઉદ્દેશો પ્રાપ્ત કરી શકાય છે, એટલે કે, કચરો વ્યવસ્થાપન, ઉર્જા ઉત્પાદન, જમીન સુધારણા, મહત્તમ કૃષિ ઉત્પાદન, દૂષણ નિયંત્રણ (માટી અને પાણી), અને ગ્રીનહાઉસ વાયુઓ શમન.

વિવિધ કચરામાંથી મેળવેલા બાયોચરનું ઉત્પાદન અને લાક્ષણિકતા

બાયોચરનું ઐતિહાસિક દૃશ્ય

બાયોચર ઉત્પાદન એ ઇજિપ્તીયન સમાજોમાં છેલ્લી 70 સદીઓથી જૂની પ્રથા છે. એવું લાગે છે કે બાયોચારનું ઉત્પાદન મુખ્ય લક્ષ્ય નહોતું, ઇજિપ્તીયન સમાજો તેમના મૃતકોના શરીરને એમ્બલમ કરવા માટે પ્રવાહી લાકડાના ટારનો ઉપયોગ કરતા હતા, અને પ્રવાહી જાળવનાર એજન્ટનું ઉત્પાદન ચારીંગ પ્રક્રિયાઓમાંથી કરવામાં આવતું હતું. તેવી જ રીતે, બાયોચરનો ઉપયોગ માટીના સુધારા તરીકે છેલ્લા 2,500 વર્ષોમાં દક્ષિણ અમેરિકા (ટેરા પ્રીટા)માં શરૂ થયો, જે સ્થળને "કાળી પૃથ્વી" નામ આપવામાં આવ્યું. બાયોચર કુદરતી રીતે જંગલની આગ દ્વારા અને માનવ દ્વારા વિવિધ પ્રથાઓ, એટલે કે રસોઈ અને ઉત્પાદન માટે બર્નિંગ બિટ્સ દ્વારા બનાવવામાં આવે છે. ટેરા પ્રીટા એમેઝોન બેસિનમાં સ્થિત એક પ્રખ્યાત માટી છે. વિનિમયક્ષમ એલ્યુમિનિયમના ઝેરી સ્તરને કારણે ભૂતકાળમાં ટેરા પ્રેટાની એસિડિક સ્થિતિ કૃષિ ઉત્પાદનને અવરોધે છે; જો કે, જમીનમાં બાયોચરના સતત સંચયને કારણે જમીન કેલ્શિયમ અને ફોસ્ફેટમાં સમૃદ્ધ થઈ અને આસપાસની જમીનની સરખામણીમાં પીએચ સ્તરમાં વધારો થયો. વધુમાં, ટેરા પ્રીટા માટીમાં લગભગ 1 મીટરની ઊંડાઈ ની અંદર બાયોચરના સ્વરૂપમાં લગભગ 50 Mg ha−1 કાર્બન હોય છે. પરિણામે, આ જમીનમાં એલ્યુમિનિયમની ઝેરીતાને તટસ્થ કરવામાં આવી હતી, અને ભૌતિક, જૈવિક અને રાસાયણિક લક્ષણોની દ્રષ્ટિએ જમીનની સ્થિતિમાં ફેરફાર કરવામાં આવ્યો હતો જેણે તેને વિશ્વની સૌથી ફળદ્રુપ જમીનમાંની એક બનાવી હતી. બાયોચારના આશાસ્પદ ફાયદાઓએ ભૂતકાળમાં સંશોધકો માટે બાયોચરની સકારાત્મક કામગીરી નક્કી કરવા માટે સંકેત આપ્યો છે, ઉદાહરણ તરીકે, વનસ્પતિ વૃદ્ધિમાં સુધારો કરવા અને જમીનની ફળદ્રુપતા વધારવા માટે બાયોચારની ભૂમિકાનો અભ્યાસ ટ્રિમબલ અને રેટન દ્વારા કરવામાં આવ્યો છે.બાયોચરના અનેક ફાયદાઓને લીધે, બાયોચર અને તેના કાર્યક્રમોના જ્ઞાન અને સહયોગને ફેલાવવા માટે સમગ્ર વિશ્વમાં બાયોચરના ઘણા સંશોધનો અને વિસ્તરણ પહેલો સ્થાપિત કરવામાં આવી છે,

બાયોચારનું ઉત્પાદન

• બાયોચાર ઉત્પાદન માટે બાયોમાસીસ

ઝડપી વસ્તી વૃદ્ધિને કારણે ખાદ્ય ઉત્પાદનમાં અનુગામી વધારો થયો, અને પરિણામે, વાર્ષિક મોટા પ્રમાણમાં કાર્બનિક અવશેષો ઉત્પન્ન થાય છે તેથી, તેમના કાર્બનિક અવશેષોને અસરકારક રીતે રિસાયકલ કરવું આવશ્યક છે. બાયોચાર ઉત્પાદન માટે વિવિધ પ્રકારના બાયોમાસનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે, જેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે: (i) કૃષિ અને વનસંવર્ધન ઉપ-ઉત્પાદનો, એટલે કે, લાકડાની ચિપ્સ, સ્ટ્રો, અખરોટના શેલ, ચોખાના હલ, ઝાડની છાલ, લાકડાની ગોળીઓ અને સ્વિચ ગ્રાસ, (ii) ઔદ્યોગિક ઉપ-ઉત્પાદનો, એટલે કે, શેરડીનો બગાસ, કાગળનો કાદવ અને પલ્પ, (iii) પ્રાણીઓનો કચરો જેમ કે ચિકન કચરા, ડેરી અને સ્વાઈન ખાતર, અને (iv) ગટરનો કાદવ. બાયોમાસમાંથી બાયોચારનું ઉત્પાદન કરવું, ખાસ કરીને કચરો ફાયદાકારક પદાર્થોમાં કચરાના રિસાયક્લિંગ માટે ઉત્તમ માર્ગ પ્રદાન કરે છે. પાયરોલિસીસ ટ્રીટમેન્ટ બાયોમાસનું પ્રમાણ 44–90 અને 75–80% અને વજનમાં 44–93 અને 71–77% ઘટાડે છે.

બાયોચારની ઉત્પાદન તકનીકો

બાયોચાર પાયરોલિસિસ પ્રક્રિયા દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે, જેમાં ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં બાયોમાસ બળી જાય છે. ઉપર સૂચવ્યા મુજબ, બાયોચાર ઉત્પાદનનો મુખ્ય ઉદ્દેશ્ય તેનો ઉપયોગ માટીના સુધારા તરીકે અથવા ઉપચાર અને ઔદ્યોગિક તકનીકો જેવા અન્ય પાસાઓમાં ઉપયોગ કરવાનો છે. પ્રક્રિયા ગેસિફિકેશન જેવી જ છે; જો કે, ગેસિફિકેશનના કિસ્સામાં, પ્રક્રિયા બે પગલામાં કરવામાં આવે છે, પ્રથમ, બાયોમાસ લગભગ 600 ° સે સુધી ગરમ થાય છે, અને હાઇડ્રોકાર્બન વાયુઓ અને ટાર બાષ્પીભવન થાય છે; બીજું, ઉચ્ચ તાપમાન હેઠળ ઓક્સિજન, હાઇડ્રોજન અને વરાળની પ્રતિક્રિયા દ્વારા ચારનું ગેસિફાઇડ થાય છે. જો કે, પાયરોલિસિસના કિસ્સામાં, ઉત્પાદન સમય સાથે ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં બાયોમાસ બળી જાય છે. બાયોચારના ઉત્પાદન પર ઘણા મહત્વપૂર્ણ ગૌણ ઉત્પાદનો છે, જેમાં કૃત્રિમ ગેસનો સમાવેશ થાય છે જેનો ઉપયોગ વીજળી અને બાયો-તેલ બનાવવા માટે થઈ શકે છે, જેનો ડીઝલ બળતણ તરીકે ઉપયોગ કરી શકાય છે.

શા માટે બાયોચર જમીન માટે સારું છે?

બાયોચર માટીના સુધારા તરીકે છોડના વિકાસમાં વધારો કરે છે અને પાણી અને ખાતરની જરૂરિયાત ઘટાડે છે. આ એટલા માટે છે કારણ કે વધુ ભેજ અને પોષક તત્વો જમીનમાં રહે છે અને ભૂગર્ભજળમાં પ્રવેશતા નથી.બાયોચર જમીનની ફળદ્રુપતા અને દુષ્કાળ અથવા પૂર સામે ટકી રહેવાની ક્ષમતા વધારીને કૃષિ લાભો પણ લાવે છે. તે જમીનને ભારે ધાતુઓ અને અન્ય પ્રદૂષકોથી પણ મુક્ત કરી શકે છે. વૈશ્વિક પાકની જમીનના 10 ટકામાં બાયોચાર ઉમેરવાથી 29 બિલિયન ટન CO₂ સમકક્ષ થઈ શકે છે.ઉન્નત પાકની ઉપજ- જ્યારે જમીનમાં ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે બાયોચાર છોડની વૃદ્ધિમાં સુધારો કરે છે અને પાકની ઉપજમાં વધારો કરે છે, ખાદ્ય ઉત્પાદનમાં વધારો કરે છે અને અવક્ષયવાળી જમીન, મર્યાદિત જૈવિક સંસાધનો, અપૂરતું પાણી અને/અથવા કૃષિ રાસાયણિક ખાતરોની પહોંચ ધરાવતા વિસ્તારોમાં ટકાઉપણું વધે છે. પ્રમાણમાં ઓછા વજનવાળા અને છિદ્રાળુ, બાયોચર સ્પોન્જની જેમ કાર્ય કરી શકે છે અને જમીન અને છોડના સ્વાસ્થ્યને પ્રોત્સાહન આપવા માટે જાણીતા ઘણા ફાયદાકારક માટી સૂક્ષ્મજીવો માટે નિવાસસ્થાન તરીકે સેવા આપી શકે છે.

ખાતરમાં ઘટાડો: બાયોચાર રાસાયણિક ખાતરોની જરૂરિયાત ઘટાડી શકે છે, પરિણામે ખાતરના ઉત્પાદનમાંથી ગ્રીનહાઉસ વાયુઓના ઉત્સર્જનમાં ઘટાડો થાય છે. બાયોચાર કૃષિ જમીનમાંથી નાઈટ્રસ ઓક્સાઇડ (N₂O) અને મિથેન (CH₄)- બે શક્તિશાળી ગ્રીનહાઉસ વાયુઓના ઉત્સર્જનને ઘટાડી શકે છે.

બાયોચરના નિષ્કર્ષ

બાયોચાર પર્યાવરણીય વ્યવસ્થાપન અને જમીનની સ્થિરતામાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. બાયોચરની કેટલીક ફાયદાકારક ભૂમિકાઓ જોવામાં આવી છે. બાયોચર જમીનની ફળદ્રુપતા અને છોડની વૃદ્ધિમાં સુધારો કરે છે, ગ્રીનહાઉસ વાયુઓને ઘટાડે છે અને દૂષિત પદાર્થોમાંથી જમીન અને પાણીના નિવારણ માટે સફળતાપૂર્વક ઉપયોગ કરી શકાય છે.

આ પણ વાંચો:" ખેડૂતો :ગોબર-ધન યોજના દ્વારા ઢોરના કચરા અને અન્ય કાર્બનિક કચરાનું સલામત વ્યવસ્થાપન કરી મેળવો વધુ આવક"

ગૌરવ એ. ગઢિયા, ઉર્વશી આર. પટેલ , ડો. પી. એમ. ચૌહાણ,  

રિન્યુએબલ એનર્જી એન્જીન્યરીંગ વિભાગ , કૃષિ ઇજનેરી અને ટેક્નોલોજી કોલેજ ,

જૂનાગઢ કૃષિ યુનિવર્સિટી , જૂનાગઢ

*E-mail: gauravgadhiya95@gmail.com