เทคโนโลยีการใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากโรงงานอุตสาหกรรมเพื่อเพิ่มผลผลิตและการกักเก็บคาร์บอนในแป้งมันสำปะหลัง

เป้าหมายการลดก๊าซเรือนกระจกสุทธิเป็นศุนย์ (Net zero emission) จะไม่สามารถบรรลุได้อย่างยั่งยืนหากไม่ได้รับการความร่วมมือและขับเคลื่อนจากทุกภาคส่วนเศรษฐกิจและสังคม แผนงานวิจัยนี้มีแนวคิดในการบูรณาการการผลิตพืชอุตสาหกกรรมเข้ากับการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากการใช้พลังงานในการแปรรูปและการเพาะปลูกมันสำปะหลัง ซึ่งเป็นแนวคิดในการสนับสนุนอุตสาหกรรมมันสำปะหลังให้มีส่วนร่วมอย่างเป็นรูปธรรมในการผลักดันประเทศไทยสู่เป้าหมายการลดก๊าซเรือนกระจกสุทธิเป็นศุนย์ โดยการศึกษาประกอบด้วย 2 ส่วนงานหลักคือ 1) ส่วนแรก(โครงการย่อยที่ 2) เป็นการวิจัยเชิงลึกในการสร้างองค์ความรู้ใหม่ขั้นแนวหน้าในประเด็นการตอบสนองทางสรีระวิทยา การใช้น้ำและผลิตภาพของพันธุ์มันสำปะหลังพันธุ์ไทยภายใต้สภาพที่ความเข้นข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้นจากระดับ ambient (400 ppm) เป็น 600 ppm และส่วนที่ 2) การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการดักจับ กักเก็บและการใช้ประโยชน์ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (Carbon dioxide capture and utilization, CCU) ที่ปล่อยทิ้งจากโรงงานอุตสาหกรรมผลิตแป้งมันกลับมาใช้เพื่อเพิ่มผลผลิตมันสำปะหลังในแปลงเพาะปลูก ซึ่งเป็นนวัตกรรมทางการวิจัยที่ยังไม่มีประเทศใดทำสำเร็จ ข้อเสนอโครงการวิจัยนี้จึงนับว่าเป็นประเด็น Frontier research และหากทำสำเร็จจะเกิดผลกระทบสูงทั้งในด้านวิชาการ (การตอบสนองของมันสำปะหลังต่อการใช้ก๊าซ CO₂  เหลือทิ้ง) สิ่งแวดล้อม (ได้กลไกในการลดก๊าซเรือนกระจกที่ยั่งยืน) และเศรษฐกิจ (เพิ่มผลผลิต รายได้ และมูลค่าตลอดห่วงโซ่อุปทานอุตสาหกรรมมันสำปะหลัง) โดยแผนวิจัยมีวัตถุประสงค์หลักคือ 1) พัฒนาระบบการนำก๊าซ CO₂ ที่ปล่อยทิ้งจากโรงงานอุตสาหกรรมมาใช้ประโยชน์และเพิ่มมูลค่าผ่านการเพาะปลูกมันสำปะหลัง 2) สร้างองค์ความรู้ใหม่ในกลไกการตอบสนองของมันสำปะหลังพันธุ์ไทยต่อการเพิ่มความเข้มข้นของ CO₂ รวมถึงการเพิ่มผลผลิต และ 3) ประเมินสมดุลการปล่อย/ดูดกลับก๊าซเรือนกระจกจากกระบวนการเพาะปลูกและผลิตแป้งมันสำปะหลังโดยการนำก๊าซ CO₂ มาใช้ซ้ำในแปลงเพาะปลูกและการเพิ่มชีวมวล

แผนงานวิจัยนี้มีระยะการศึกษา 1 ปี ประกอบด้วย 2 โครงการย่อยคือ โครงการวิจัยย่อยที่ 1 “การพัฒนาระบบการใช้ก๊าซ CO₂ จากปล่องปล่อยก๊าซโรงงานอุตสาหกรรมในการปลูกมันสำปะหลัง” ซึ่งมีวัตถุประสงค์หลักคือ การพัฒนาระบบลำเลียง CO₂ จากปล่องปล่อยก๊าซทิ้งโรงงานผลิตแป้งมันสำปะหลังมายังแปลงเพาะปลูกและศึกษาการตอบสนองของมันสำปะหลังสายพันธุ์ไทยต่อการเพิ่มปริมาณก๊าซ CO₂ ภายใต้สภาพการเพาะปลูกมันสำปะหลังในแปลงเกษตรกร เป็นความร่วมมือระหว่างหน่วยงานวิจัยภาครัฐ ได้แก่ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ สำนักงานพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศและภูมิสารสนเทศ (องค์การมหาชน) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) และภาคเอกชนคือ บริษัท สยามควอลิตี้ สตาร์ช จำกัด งานวิจัยมุ่งเน้นการออกแบบระบบและทดสอบระบบการลำเลียงและการป้อนก๊าซ CO₂ ให้สามารถตอบสนองต่อการใช้ CO₂ ของมันสำปะหลัง การเปรียบเทียบประสิทธิภาพวิธีการลำเลียงระหว่างการลำเลียงโดยตรงในรูปของก๊าซ และการลำเลียง CO₂ มากับน้ำผ่านการทำ nano-bubble โดยการออกแบบและการลำเลียงคำนึงถึงปริมาณ CO₂ ที่มีอยู่ การกระจายตัวของ CO₂ อย่างทั่วถึงทั้งในเชิงพื้นที่และตลอดชั้นเรือนยอด การพัฒนาระบบการ monitor ความเข้มข้นของ CO₂ ในแปลงภาคสนามเพื่อพัฒนาต่อยอดในการควบคุมระดับความเข้มข้น CO₂ ที่เหมาะสมต่อไป  นอกจากนี้การศึกษาภาคสนามยังรวมถึงการประเมินการดูดซับและปล่อยก๊าซเรือนกระจกในแปลงเพาะปลูกมันสำปะหลังที่มีการนำ CO₂ จากโรงงานกลับมาใช้อีกด้วย

• 2 “การตอบสนองของพืชต่อการเพิ่มปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) ในมันสำปะหลังสายพันธุ์ไทยเพื่อต่อยอดสู่การหมุนเวียนก๊าซเรือนกระจกกลับมาใช้ประโยชน์ในการเพิ่มผลผลิต” จะมุ่งเน้นการศึกษาการตอบสนองต่อการเพิ่มขึ้นของ CO₂ ของมันสำปะหลังสายพันธุ์ไทยจำนวน 4 สายพันธุ์ เนื่องจากมีผลการศึกษาในอดีตที่ชี้ว่า การตอบสนองมีความแตกต่างกันในแต่ละสายพันธุ์ ซึ่งการศึกษาทั้งหมดจะถูกดำเนินการในระบบโรงเรือน เพื่อให้สามารถควบคุมระดับความเข้มข้น CO₂ ให้คงที่และมีประสิทธิภาพมากที่สุด โดยคำนึงถึง 4 ปัจจัย ได้แก่ 1) ด้านสายพันธุ์ (พิจารณาสายพันธุ์จากลักษณะของทรงพุ่ม (canopy) ผลผลิต (yield) โอกาสในการสร้างมูลค่าทางเศรษฐกิจ และการตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อม เช่น พันธุ์เกษตรศาสตร์ 50 พันธุ์ระยอง 72 พันธุ์ห้านาที และพันธุ์แว๊กซี่ (waxy)) 2) ปริมาณก๊าซ CO₂ (400 และ 600 ppm) 3) รูปแบบการเพิ่มก๊าซ CO₂ (ตามช่วงเวลาการเปิดปากใบและการสังเคราะห์แสง และตามช่วงอายุของการพัฒนารากสะสมอาหาร) และ 4) ตามวิธีการให้ CO₂ กับพืช (รูปแบบก๊าซในบรรยากาศและรูปแบบสารละลายผ่านการให้น้ำ) ซึ่งองค์ความรู้นี้มีความจำเป็นต่อการนำไปประยุกต์ใช้ในการพัฒนาเทคโนโลยี FACE สำหรับการออกแบบนิเวศการหมุนเวียนก๊าซ CO₂ จากโรงงานอุตสาหกรรมกลับมาใช้ประโยชน์ในการเพิ่มผลผลิตมันสำปะหลังในโครงการย่อยที่ 1 ต่อไป

ด้วยข้อจำกัดในระยะเวลาทำวิจัย ทั้งสองโครงการย่อยจะดำเนินการไปพร้อมๆกัน โดยองค์ความรู้เชิงลึกในโครงการย่อยที่ 2 ส่วนหนึ่งจะสามารถช่วยอธิบายผลการตอบสนองของมันสำปะหลังในแปลงทดลองภาคสนามในโครงการย่อยที่ 1 อีกทั้งจะช่วยขยายผลถึงความเป็นไปได้ในการนำระบบการใช้ CO₂ ไปใช้กับพันธุ์มันสำปะหลังในพื้นที่อื่นๆ ในขณะเดียวกัน ผลที่ได้จากการศึกษาในโครงการย่อยที่ 1 จะช่วย confirm ผลจากการศึกษาในโรงเรือนของโครงการย่อยที่ 2 อีกทั้งยังจะได้ต้นแบบระบบการนำ CO₂ มาใช้ในสภาพจริงของการเพาะปลูกมันสำปะหลังในแปลงของเกษตรกร ซึ่งจะสามารถนำไปขยายผลกับการปลูกมันสำปะหลังในพื้นที่อื่นๆ หรือแม้กระทั่งเป็นต้นแบบเพื่อประยุกต์ระบบการนำ CO₂ มาใช้กักการผลิตพืชอื่น ๆ ต่อไป

ด้วยความสำคัญของมันสำปะหลังและอุตสาหกรรมต่อเนื่องที่เชื่อมโยงกับเกษตรกรกว่า 5 แสนครัวเรือนในประเทศไทย มูลค่ารวมของที่ใช้ในประเทศและส่งออกผลิตภัณฑ์มันสำปะหลังทั้งหมดไม่ต่ำกว่า 1.5 แสนล้านบาทต่อปี และมูลค่าอุตสาหกรรมต่อเนื่องอีกมากกว่า 3 แสนล้านบาทต่อปี อีกทั้งการตอบสนองที่สูงของมันสำปะหลังต่อการเพิ่มความเข้มข้น CO₂ ในบรรยากาศ และการที่ยังไม่มีการศึกษาวิจัยในลกษณะนี้ในต่างประเทศ การวิจัยเพื่อพัฒนาระเทคโนโลยี CCU และเพิ่มผลผลิตมันสำปะหลังโดยใช้ก๊าซทิ้งจากโรงงานอุตสาหกรรมจึงเป็นประเด็นวิจัย Frontier ที่ตอบโจทย์ตรงต่อเป้าหมาย Net zero emission และ โมเดล BCG ในการพัฒนาประเทศ  โดยผลที่คาดจะได้รับโดยตรงจากงานวิจัยชิ้นนี้คือ องค์ความรู้ใหม่ ผลงานตีพิมพ์ในวารสารระดับนานาชาติ  ต้นแบบของเทคโนโลยีการนำ CO₂ กลับมาใช้ในการเพาะปลูกมันสำปะหลัง และข้อมูลการดูดซับ/ปล่อยคาร์บอนและก๊าซเรือนกระจก