डॉ. संजय भोयर
डॉ. जी. एस. लहरिया
जमिनीची सुपीकता आणि पिकांची वाढ यासाठी जमिनीमधील कार्बन महत्त्वाची भूमिका निभावतो. जेव्हा आपण शेतीतील पिकांचे अवशेष कुजवून त्याचे कंपोस्ट शेतात वापरतो, त्या वेळी त्याला सेंद्रिय कर्ब असे म्हणतात. मात्र काही वेळा प्रचंड प्रमाणात पिकांच्या अवशेषांची उपलब्धता आणि त्यात किडी रोगाच्या सुप्तावस्था असण्याची भीती अशा स्थितीमध्ये कंपोस्ट खतामध्ये रूपांतर करू शकत नाही. अशा वेळी बायोचार निर्मिती व त्याचा वापर फायदेशीर ठरू शकतो.
बायोचार म्हणजे काय?
आपल्या शेत परिसरामध्ये उपलब्ध पिकांचे अवशेष, जंगलातील पालापाचोळा व लाकडांचा भुस्सा इ. सेंद्रिय पदार्थांचे ऑक्सिजन विरहित पद्धतीने केलेल्या ज्वलनातून (पायरॉलिसिस पद्धतीने) मिळवलेला अतिस्थिर कार्बन म्हणजे बायोचार होय.
ऑक्सिजन विरहित बंद ड्रम किंवा रिॲक्टरमध्ये ३०० ते १२०० अंश सेल्सिअस तापमानावर सेंद्रिय पदार्थांतील बायोमास कार्बनचे औष्णिक-रासायनिक विघटन केले जाते. त्यातून मिळणारा जैविक कोळसा हे अति स्थिर कार्बनचे रूप असते. या प्रक्रियेत सेंद्रिय कर्बाचे रूपांतर रिकॅल्सिट्रन्ट कार्बनमध्ये होते. त्याचे विघटन करण्यास सूक्ष्म जिवाणूंना प्रचंड दीर्घकाळ (शेकडो ते हजारो वर्षे) लागतात. त्याच उपयोग सेंद्रिय कर्बाप्रमाणे जिवाणूंना खाद्यासाठी होत नसला तरी त्यांच्या रहिवासासाठी नक्की होतो. त्यामुळे त्यांची संख्या वाढण्यास मदत होते. बायोचारचा वापर शेतजमिनीत ‘भूसुधारक’ म्हणून केला जातो. त्यामुळे जमिनीचे भौतिक, रासायनिक आणि जैविक गुणधर्म सुधारतात. बायोचारमध्ये कार्बन दीर्घकाळ धरून ठेवला जात असल्याने यालाच ‘कार्बन सिक्वेस्ट्रेशन’ असे संबोधले जाते.
औष्णिक विद्युत केंद्रातील विद्युत निर्मितीतील वापरामुळे दगडी कोळशाला ब्लँक डायमंड किंवा ‘काळा हिरा’ असे संबोधतात, तर जैविक कोळसा म्हणजेच बायोचारच्या शेतीतील बहुआयामी उपयोग आणि दीर्घकाळ कार्बन बांधून ठेवण्याच्या गुणामुळे ब्लॅक गोल्ड किंवा ‘काळे सोने’ असे नक्कीच म्हणता येईल. बायोचार हा शास्त्रीय पद्धतीने सेंद्रिय पदार्थांपासून निर्मित या जैविक कोळशाचा वापर सेंद्रिय किंवा नैसर्गिक शेतीतही करता येतो. पीक अवशेषांमधील सेंद्रिय कर्बाच्या नैसर्गिक - जैविक विघटनातून वातावरणात कार्बन डायऑक्साइडचे उत्सर्जन होत असते.
मात्र बायोचार निर्मितीमुळे कार्बन-डाय-ऑक्साइडसह अन्य हरितगृह वायू उदा. मिथेन, नायट्रस आक्साइडचे उत्सर्जन घटते. म्हणजेच सेंद्रिय पदार्थांची पर्यावरणपूरक पद्धतीने विल्हेवाट लावण्यासाठी बायोचार निर्मिती महत्त्वाची ठरू शकते. ॲमेझॉन खोऱ्यातील शेतकऱ्यांनी पीक अवशेष आणि जंगलातील लाकडांचे अवशेषांपासून बायोचार आणि सेंद्रिय पदार्थांचे मिश्रण यांचा शेतामध्ये वापर केला. त्यामुळे जमिनी अति उपजाऊ झाल्या असून, त्यांना ‘टेरा-प्रेटा’ या नावाने ओळखल्या जातात. तसेच बायोचार आणि टेरा-प्रेटा जमिनींच्या गुणधर्मात शास्त्रज्ञांना साम्यता आढळून आली.
बायोचारचे महत्त्व
एकट्या पंजाब प्रांतात दरवर्षी सुमारे ७० दशलक्ष टन भात व गहू पेंढा जाळला जातो. त्यातून मिथेन, नायट्रस ऑक्साइडसारख्या वायू प्रदूषणांव्यतिरिक्त अंदाजे १४० दशलक्ष टन कार्बन डायऑक्साइडचे वातावरणात उत्सर्जन होते. महाराष्ट्रातही पेरणीच्या घाईमुळे शेतकऱ्यांचा कल पिकांचे अवशेष शेतातच जाळण्याकडे असतो. पण शेतात त्यांना सरळ आग लावण्याऐवजी शास्त्रीय पद्धतीने ड्रम किंवा भट्टीमध्ये भरून हवाबंद पद्धतीने जाळल्यास बायोचार तयार करता येईल. त्याचा फायदा जमिनीचा पोत सुधारण्यासाठी होऊ शकतो. बायोचारमध्ये काळ्या रंगाची कार्बनयुक्त सच्छिद्र भुकटी असून, त्याचे पृष्ठफळ अधिक असते. त्यावर असलेले भार (चार्ज) आणि उच्च धन आयन विनिमय क्षमता यामुळे बायोचारचा वापर भूसुधारक, सिंचन पाण्यावर प्रक्रियेकरिता करता येतो. त्याच्या वापरातून जमिनीत कर्बाचे स्थिरीकरण दीर्घकाळासाठी होतो. जमिनीची स्थूल घनता कमी होते. जलधारण क्षमता वाढते. पिकांसाठी पोषक अन्नद्रव्यांची साठवणूक वाढते. सूक्ष्म जिवाणूच्या संख्येत आणि कार्यक्षमतेत वाढ होते.
पिकांचे अवशेष
महाराष्ट्रातील शेतीमधून भात, गहू, ज्वारी, तूर, कापूस, तेलबिया, उसाचे पाचट, झाडांची साल, भुईमुगाची टरफले, नारळाचे कवच, वैरण / कडबा असे पीक अवशेष आणि कृषी उद्योगातून उसाचे बगॅस, तांदळाचा भुस्सा मिळतो. या घटकांची उपलब्धता अंदाजे ४५ दशलक्ष टन आहे. त्यातील शक्य तितक्या सेंद्रिय घटकांपासून कंपोस्ट किंवा गांडूळ खत निर्मिती केली पाहिजे. पण त्या व्यतिरिक्त अधिक राहिलेल्या अवशेषांपासून पायरॉलिसिस पद्धतीने बायोचार तयार करता येईल. एक टन पीक अवशेषापासून २०० ते ४०० किलो बायोचार मिळतो. ही प्रक्रिया वेगवान असून, कधीही करणे शक्य आहे.
बायोचार निर्मितीच्या पद्धती
बायोचार निर्मितीच्या दोन पद्धती आहेत.
जैव - रासायनिक प्रक्रिया ही तुलनेने कमी वेगवान असून, बायोचार उत्पादन कमी मिळते.
औष्णिक - रासायनिक ही प्रक्रिया वेगवान आहे. त्याचे कम्बक्शन, गॅसीफिकेशन आणि पायरॉलिसिस असे तीन उपप्रकार पडतात.
प्राधान्याने वापरल्या जाणाऱ्या पायरॉलिसिस प्रक्रियेचे विविध यंत्रसामग्री आणि तापमानाप्रमाणे आणखी प्रकार पडतात. (उदा. स्लो-पायरॉलिसिस, इंटरमिजिएट-पायरॉलिसिस, फास्ट -पायरॉलिसिस, फलाश-पायरॉलिसिस, व्हॅक्यूम- पायरॉलिसिस आणि हायड्रो-पायरॉलिसिस इ.) या विविध प्रक्रियांमध्ये ३०० ते १२०० अंश सेल्सिअस तापमानावर सेंद्रिय पदार्थ ऑक्सिजन विरहित चेंबरमध्ये जाळण्यात येतात. त्यातील शेतकऱ्यांसाठी स्लो-पायरॉलिसिस ही कमी खर्चाची, जोखीमरहित आणि सोपी पद्धत उपयुक्त ठरते. त्यात साधारणपणे ३०० ते ६०० अंश सेल्सिअस तापमानावर सेंद्रिय पदार्थांचे औष्णिक - रासायनिक विघटन केले जाते. एक फेरीसाठी ३ ते ४ तास पुरेसे होतात. त्यातून पीक अवशेषांच्या घनतेप्रमाणे २० ते ४० टक्के बायोचार मिळतो. कापूस, तूर पिकांच्या टणक अवशेषापासून उत्तम प्रतीचा आणि जास्त बायोचार उतारा मिळतो.
बायोचारची गुणवत्ता, पोषणमूल्ये
निर्मितीसाठी वापरलेले सेंद्रिय पदार्थ, त्यांची आर्द्रता, अवशेषांचे आकारमान, भट्टीचे तापमान आणि रिटेशन कालावधी यावर बायोचारचे उत्पादन आणि गुणवत्ता अवलंबून असते. सामान्यतः पीक अवशेषांपासून तयार केलेल्या बायोचारमध्ये राखेचे प्रमाण ३ ते ५ टक्के असते. बायोचारला भरपूर पृष्ठफळ असून, अतिसूक्ष्म छिद्रे असतात. एक ग्रॅम बायोचारला जवळपास ३०० क्यूबिक मीटर पृष्ठफळ असते. त्यामुळे त्याची पाणी आणि अन्नद्रव्ये धरून ठेवण्याची क्षमता वाढते. बायोचार मध्ये कार्बन, हायड्रोजन, ऑक्सिजनसहित पिकांच्या पोषणाला लागणारी अन्नद्रव्ये नत्र, स्फुरद, पालाश, कॅल्शिअम, मॅग्नेशिअम, गंधक आणि सूक्ष्म अन्नद्रव्ये मुबलक असतात.
स्लो-पायरॉलिसिस पद्धत
शेतातील पिकांचे अवशेष / कृषी उद्योगातील
कचरा जमा करणे
अवशेष वाळू द्यावेत. त्यानंतर त्याचे तुकडे करावेत.
पायरॉलिसिसकरिता ड्रमच्या मध्यभागी पाइप ठेवलेला असतो. तळाशी छिद्र असलेल्या ड्रममध्ये पिकांचे अवशेष दाबून भरावेत.
काडीकचरा भरलेला ड्रम दगड विटांच्या साह्याने वीतभर उंचीवर ठेवावा. पाइप काढून त्याला खालून व वरून काडीकचऱ्याच्या साह्याने पेटवावे.
धूर निघणे बंद झाल्यावर साधारणतः ३० ते ४० मिनिटांनी ड्रमचे वरचे तोंड झाकणाने बंद करावे. ड्रमच्या बुडात मातीचा थर लावावा. त्यामुळे आतमध्ये हवाबंद परिस्थिती निर्माण होईल.
जवळपास ३ ते ४ तास ड्रम-भट्टी तशीच हवाबंद ठेवावी. (रिटेशन)
४ तासानंतर बायोचार बाहेर काढावे. ते पाण्याने भिजवून थंड करावे.
बायोचार
शेतकऱ्यांसाठी उपयुक्त ड्रम भट्टी पद्धत
ड्रम-भट्टी ही सर्वांत कमी खर्चाची, सोपी पद्धत आहे. दोन ड्रम-भट्टी तयार करण्याकरिता एकूण तीन जाड ड्रम घ्यावेत. (साधारण खर्च २००० रुपये). पीक अवशेषांचे जितके बारीक तुकडे करू तितके अधिक बसतात. एका ड्रममध्ये आकारानुसार ५० ते ७५ किलो अवशेष भरता येतात. दोन ड्रम-भट्टी तयार केल्यास दिवसाला प्रत्येकी तीन ते चार फेऱ्या धरल्या तरी ३०० ते ६०० किलो पीक अवशेषापासून १०० ते २०० किलो बायोचार प्रति दिन शेतावर तयार करता येते. सध्या बाजारात बायोचारचा दर २५ ते ३० रुपये प्रति किलो आहे. म्हणजेच २५०० ते ३००० रुपयांचा प्रति दिन शेतातच तयार होईल.
बायोचारचा शेतीत वापर
जमिनीच्या प्रकारानुसार (उदा. काळी, मध्यम, हलकी, चिकट, रेताड इ.) आणि तिच्या सामू नुसार ३ ते ६० टन प्रति हेक्टरपर्यंत बायोचार मातीत मिसळण्याचे प्रयोग मागील काही वर्षांत जगभरात घेतले आहेत. डॉ. पंजाबराव देशमुख कृषी विद्यापीठात २०१९-२० पासून बायोचार निर्मिती व त्यांचा विविध पिकात वापरासंबंधी प्रयोग सुरू आहेत. मका पिकात स्लो-पायरॉलिसिस पद्धतीने तयार केलेले बायोचार हेक्टरी ५ टन वापरण्याची शिफारस विद्यापीठाद्वारे केलेली आहे.
मशागतीच्या आधी शेतात मिसळून किंवा शेणखतात मिसळून बायोचार जमिनीत देता येतो. फळबागांत पाणी देण्याकरिता तयार केलेल्या आळ्यामध्ये मिसळता येतो.
बायोचारचे सुपीकतेवरील परिणाम
बायोचार तयार करताना सेंद्रिय पदार्थांचे बारीक कोळसा-सदृश पदार्थात ६० ते ८० टक्के विघटन झालेले असते. त्यामुळे अन्नद्रव्यांचे प्रमाण कमी असले तरी त्याची सच्छिद्रता आणि उणे भार असलेला पृष्ठभाग असतो.
जमिनीची पाणी आणि अन्नद्रव्ये साठवून ठेवण्याची क्षमता वाढते.
सूक्ष्मजीवांच्या रहिवासासाठी जागा उपलब्ध झाल्याने त्यांच्या संख्येत लक्षणीय वाढ होते. त्यामुळे जमिनीची सुपीकता वाढत जाते.
जमिनीची स्थूल घनता कमी होते.
मातीची संरचना आणि त्यांची स्थिरता सुधारते.
जमिनीची धनात्मक आयन विनिमय क्षमता आणि अन्नद्रव्ये धरून ठेवण्याची क्षमता वाढते. त्यामुळे अमोनिअम, नायट्राइट, फॉस्फेट आणि कॅल्शिअम विद्युतीय कण (ion) हे बायोचारला चिकटून राहतात.
खतामधील अन्नद्रव्यांची वापर कार्यक्षमता वाढते.
जमिनीतून उत्सर्जित होणाऱ्या मिथेन आणि नायट्रस ऑक्साइड सारख्या हरित वायूंचे उत्सर्जन कमी होते.
मातीत मिसळलेले अतिरिक्त तणनाशक, कीटकनाशक, विकरे, जड आणि विषारी धातू इ. चा निचरा व पिकातील शोषण कमी होते.
जमिनीतील कर्ब वाढीसाठी बायोचारचे महत्त्व
वर्षानुवर्षे आपण सेंद्रिय पदार्थ, सेंद्रिय खते जमिनीत वापरत असून, मातीतील सेंद्रिय कर्बाचे प्रमाण १टक्के पेक्षा जास्त जात नाही. त्यातही सध्याच्या वाढत्या तापमानामुळे जमिनीतील सेंद्रिय कर्बाचा प्रचंड ऱ्हास होत आहे. सध्या बहुतांश जमिनीतील सेंद्रिय कर्ब ०.३ ते ०.४ टक्के पर्यंत आलेला आहे. बायोचारमधील कार्बन हा स्थिर असतो. त्याचे सहजासहजी विघटन अथवा ऱ्हास होत नाही. स्लो-पायरॉलिसिस पद्धतीत सेंद्रिय पदार्थामधील जवळपास ५०टक्के कार्बन स्थिर होतो. १ टन बायोचारपासून २ ते ३ टन कार्बन-डाय-ऑक्साइड साठवण केली जाते. बायोचार निर्मितीमुळे हरित वायूंचे उत्सर्जन कमी होते. हेच बायोचार शेतीत भूसुधारक म्हणून उपयुक्त ठरते. परिणामी रासायनिक खतांच्या वापरात बचत शक्य होते. बायोचार हा माती आणि पर्यावरणाचा समतोल साधून पुनरुत्पादक शेती (रिजनरेटिव्ह ॲग्रिकल्चर) साठी प्रभावी साधन ठरू शकते.
बायोचार संबंधी शंका – कुशंका
वनस्पतींच्या अवशेषांमध्ये असलेल्या सेंद्रिय पदार्थावर बायोचारचा सामू अवलंबून असतो. सेंद्रिय पदार्थांचे औष्णिक - रासायनिक विघटन होऊन त्याचे हवाबंद परिस्थितीत कार्बोनेट्स (CaCO३) आणि ऑक्साईड (CaO) मध्ये रूपांतर होते. पायरॉलिसिस प्रक्रियेमुळे बायोचारमध्ये कार्बोझील (-COOH), हायड्रोक्सिल (-OH) आणि ईथर (-O-) गट असलेले पदार्थ तयार होतात. त्यामुळे बायोचारचा सामू अल्कलाइन / विम्ल (७.५) च्या वर असतो. काही वनस्पतीच्या अवशेषामुळे तो ९ पर्यंत जातो.
परदेशात आम्लधर्मीय जमिनीच्या सुधारणेसाठी बायोचार वापर केला जातो. फक्त ज्या जमिनी मुळात विम्लधर्मी आहेत, अशा ठिकाणी सावधपणे व तज्ज्ञांचा सल्ला घेऊनच बायोचार वापरावे. सध्या विद्यापीठाने काळ्या जमिनीत घेतल्या जाणाऱ्या मका पिकात हेक्टरी पाच टन बायोचार वापरण्याची शिफारस केलेली आहे. त्याच प्रमाणे न्यूट्रल ( सामू ७.००) केलेल्या बायोचारपासून खतमिश्रित ब्रिकेट किंवा न्यूट्रिसेल्स तयार केल्या असून, त्यांचे विद्यापीठ प्रक्षेत्रावर कापूस, हळद आणि भात इ. पिकांवर प्रयोग सुरू आहेत. ब्रिकेटमध्ये अन्नद्रव्ये संपूर्ण पीक कालावधीत सावकाश उपलब्ध होतील आणि रासायनिक खत मात्रांमध्ये २५ ते ५०टक्के टक्क्यांपर्यंत बचत शक्य होईल, ही आशा आहे.
- डॉ. संजय भोयर ९९२१९५८९९९
विभाग प्रमुख, मृद विज्ञान विभाग,
डॉ. पंजाबराव देशमुख कृषी विद्यापीठ, अकोला
ॲग्रोवनचे सदस्य व्हा
शॉपिंगसाठी 'सकाळ प्राईम डील्स'च्या भन्नाट ऑफर्स पाहण्यासाठी क्लिक करा.
Read the Latest Agriculture News in Marathi & Watch Agriculture videos on Agrowon. Get the Latest Farming Updates on Market Intelligence, Market updates, Bazar Bhav, Animal Care, Weather Updates and Farmer Success Stories in Marathi.
ताज्या कृषी घडामोडींसाठी फेसबुक, ट्विटर, इन्स्टाग्राम , टेलिग्रामवर आणि व्हॉट्सॲप आम्हाला फॉलो करा. तसेच, ॲग्रोवनच्या यूट्यूब चॅनेलला आजच सबस्क्राइब करा.