นักวิจัยบราซิลผุดนวัตกรรม ‘ซองใส่ปุ๋ยจากแป้งมัน’ ย่อยสลายได้ง่าย ช่วยแก้ปัญหามลพิษดิน ปล่อยสารอาหารแม่นยำ

AgriTech กำลังก้าวข้ามขีดจำกัดเดิม เมื่อทีมนักวิจัยจากบราซิลประสบความสำเร็จในการพัฒนานวัตกรรม 'ซองบรรจุปุ๋ยจากแป้ง' (Starch Sachets) ที่ผสานเทคโนโลยีนาโนเพื่อทดแทนโพลิเมอร์จากปิโตรเลียม โดยมุ่งแก้ปัญหาใหญ่ระดับโลกอย่างมลพิษจากไมโครพลาสติกในดิน และการสูญเสียทรัพยากรปุ๋ยโดยเปล่าประโยชน์ นี่คือก้าวสำคัญที่จะเปลี่ยน วงการเกษตรกรรม สู่ความยั่งยืนอย่างแท้จริง

เมื่อการใส่ปุ๋ยแบบเดิมคือ ‘ความสูญเสีย’ ทั้งต้นทุนและสิ่งแวดล้อม

หนึ่งในความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดของภาคการเกษตรทั่วโลกคือประสิทธิภาพในการใช้ปุ๋ย โดยเฉพาะธาตุอาหารหลักอย่าง ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และโพแทสเซียม (NPK) ซึ่งตามธรรมชาติแล้วพืชไม่สามารถดูดซึมสารอาหารปริมาณมหาศาลได้ในคราวเดียว ส่งผลให้ปุ๋ยส่วนเกินกลายเป็นต้นทุนทางเศรษฐกิจที่สูญเปล่า ถูกชะล้างลงสู่แหล่งน้ำ หรือระเหยทำลายชั้นบรรยากาศ ยิ่งไปกว่านั้น เพื่อชะลอการละลายของปุ๋ย อุตสาหกรรมเกษตรเคมีปัจจุบันนิยมใช้สารเคลือบผิว ที่ผลิตจากโพลิเมอร์สังเคราะห์หรือพลาสติกจากปิโตรเลียม ซึ่งเมื่อใช้งานเสร็จสิ้น สารเหล่านี้จะตกค้างและกลายเป็นไมโครพลาสติกสะสมในดิน ก่อให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมระยะยาวที่ยากจะแก้ไข

พลิกโฉมการเกษตรด้วยแนวคิด ‘ถุงชา’ ย่อยสลายได้

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ทีมวิจัยจากห้องปฏิบัติการนาโนเทคโนโลยีเพื่อการเกษตรแห่งชาติ (LNNA) ภายใต้ EMBRAPA (หน่วยงานวิจัยการเกษตรของรัฐบาลบราซิล) ร่วมกับมหาวิทยาลัยสหพันธรัฐเซาการ์ลอส (UFSCar) ได้นำเสนอโซลูชันใหม่ที่เรียบง่าย โดยเปรียบเทียบแนวคิดนี้กับถุงชา แต่เปลี่ยนจากการบรรจุใบชาเป็นเม็ดปุ๋ย และเปลี่ยนวัสดุถุงเป็น 'ซองที่ทำจากแป้งมันสำปะหลัง' ซึ่งเป็นวัสดุชีวภาพที่สามารถย่อยสลายได้เองตามธรรมชาติ ภายในซองประกอบด้วยส่วนผสมของปุ๋ยยูเรียและกรดซิตริก แต่ความพิเศษอยู่ที่โครงสร้างของวัสดุที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมระดับนาโนเพื่อให้มีความทนทานและทำงานได้อย่างแม่นยำ

เจาะลึกเทคโนโลยี ‘ซีโอไลต์’ และ ‘ไอออนทองแดง’ หัวใจสำคัญของความแข็งแกร่ง

ความท้าทายของการใช้วัสดุธรรมชาติอย่างแป้ง คือความเปราะบางและการย่อยสลายที่รวดเร็วเกินไป ทีมวิจัยจึงได้แก้โจทย์นี้ด้วยการเติมสารเสริมแรง คือ ซีโอไลต์ (Zeolite) แร่ธาตุที่มีความพรุนสูง ลงไปในอัตราส่วนที่แม่นยำ (ไม่เกิน 3% ของน้ำหนักแป้ง) เพื่อเพิ่มความแข็งแรงทางกลให้กับตัวซอง นอกจากนี้ ซีโอไลต์ยังถูกปรับปรุงคุณสมบัติให้อุดมไปด้วย ไอออนทองแดง (Copper Ions) ซึ่งทำหน้าที่สำคัญ 2 ประการ ได้แก่

1. ทำหน้าที่ต้านจุลชีพ ช่วยยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อราและแบคทีเรียในดิน เพื่อป้องกันไม่ให้จุลินทรีย์มาย่อยสลายซองปุ๋ยเร็วกว่ากำหนด ช่วยยืดอายุการใช้งานให้ครอบคลุมรอบการเพาะปลูก
2. เมื่อซองเริ่มย่อยสลาย ไอออนทองแดงจะถูกปลดปล่อยออกมาและกลายเป็นธาตุอาหารเสริมที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของรากพืช

กลไกอัจฉริยะ ‘Controlled Release’ และการรับมือภัยแล้ง

เทคโนโลยีเบื้องหลังซองปุ๋ยนี้ทำงานผ่านระบบ Controlled Release หรือการควบคุมการปลดปล่อยสารอาหารอย่างค่อยเป็นค่อยไป ทำให้พืชได้รับปุ๋ยอย่างสม่ำเสมอในปริมาณที่เหมาะสม ลดความเสี่ยงจากการถูกน้ำฝนชะล้าง หรือการระเหยไปในอากาศ นอกจากนี้ ด้วยคุณสมบัติของแร่ซีโอไลต์ที่มีความชอบน้ำ และมีความพรุนสูง ตัวซองจึงทำหน้าที่เสมือนแหล่งกักเก็บน้ำขนาดจิ๋ว ช่วยดูดซับและรักษาความชื้นไว้ในบริเวณรอบรากพืช ซึ่งเป็นฟีเจอร์ที่มีประโยชน์อย่างมหาศาลในช่วงที่เกิดภาวะภัยแล้ง หรือในพื้นที่ที่มีน้ำจำกัด ช่วยให้พืชยังคงได้รับทั้งน้ำและสารอาหารหล่อเลี้ยงอย่างต่อเนื่อง

บทพิสูจน์ประสิทธิภาพและความปลอดภัยทางชีวภาพ

จากการทดสอบในห้องปฏิบัติการอย่างเข้มข้น ผลลัพธ์ที่ได้ยืนยันถึงประสิทธิภาพที่เป็นรูปธรรม โดยเมื่อนำซองปุ๋ยไปแช่ในน้ำเป็นเวลา 30 วัน พบว่ามีการปลดปล่อยไอออนทองแดงและยูเรียออกมาอย่างต่อเนื่องตามเกณฑ์ที่กำหนด นอกจากนี้ ทีมวิจัยยังได้ทำการทดสอบความเป็นพิษ กับเซลล์รากพืช เพื่อความมั่นใจในความปลอดภัย ผลปรากฏว่าพืชมีอัตราการงอก สูงถึง 92% หลังจากสัมผัสกับซีโอไลต์ ซึ่งเป็นตัวเลขที่สูงมากและชี้ให้เห็นว่านวัตกรรมนี้ปลอดภัยต่อพืชและระบบนิเวศ ไม่ก่อให้เกิดผลข้างเคียงเหมือนสารเคมีตกค้างแบบเดิม

ในมุมมองเชิงพาณิชย์ จุดแข็งที่สุดของนวัตกรรมนี้คือ 'ความสามารถในการปรับแต่ง' ทีมวิจัยระบุว่าซองปุ๋ยนี้ไม่ได้เป็นโซลูชันแบบ One-size-fits-all แต่สามารถออกแบบสูตรให้จำเพาะเจาะจงกับพืชแต่ละชนิดได้ ตัวอย่างเช่น องุ่นและมะเขือเทศมีความต้องการสารอาหารและสภาพดินที่ต่างกัน ผู้ผลิตสามารถปรับส่วนผสมในซอง หรือปรับค่าความเป็นกรด-ด่าง (pH) ของตัววัสดุซองแป้งได้ เช่น หากต้องการเพิ่มการละลายของปุ๋ยชนิดละลายยาก ก็สามารถปรับซองให้มีความเป็นกรดมากขึ้น หรือหากต้องการชะลอการละลายของปุ๋ยที่ละลายง่าย ก็สามารถปรับสูตรให้เหมาะสมได้เช่นกัน 

จากห้องแล็บสู่ตลาด และกลยุทธ์ลดต้นทุนเพื่อ Scale Up

สำหรับทิศทางในอนาคต Elaine Cristina Paris นักวิจัยอาวุโสจาก EMBRAPA ชี้ว่า แม้เทคโนโลยียังอยู่ในขั้น TRL (Technology Readiness Level) ระดับห้องปฏิบัติการ แต่เป้าหมายระยะแรกคือการเจาะตลาดเฉพาะกลุ่ม เช่น งานจัดสวน ไม้ประดับ ระบบไฮโดรโปนิกส์ และโรงเรือนเพาะปลูก ที่ต้องการการดูแลพืชอย่างพิถีพิถัน ความท้าทายสำคัญในการขยายสู่การเกษตรแปลงใหญ่ คือเรื่องของต้นทุน โดยทีมวิจัยมีกลยุทธ์ที่จะลดต้นทุนการผลิตด้วยการใช้วัตถุดิบแป้งเกรดอุตสาหกรรม หรือแป้งที่ได้จากวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตร แทนการใช้แป้งเกรดอาหารที่มีราคาสูง เพื่อให้นวัตกรรมนี้มีราคาที่เกษตรกรทั่วไปจับต้องได้ และสามารถแข่งขันได้ในตลาดโลก ซึ่งหากทำสำเร็จ นี่จะเป็นการปฏิวัติห่วงโซ่อุปทานของปุ๋ยและการดูแลรักษาดินครั้งสำคัญของโลก

ที่มา: Phys.org