"ปุ๋ยจากหิน" งานวิจัยที่จะทำให้การผลิตปุ๋ยโพแทสเซียมง่ายขึ้น

นักวิจัยจากโมร็อกโกกำลังพัฒนาวิธีนำหินที่อุดมด้วยโพแทสเซียม โดยเฉพาะหินไซอีไนต์ (Syenite) มาผ่านกระบวนการทางเคมีและความร้อน เพื่อเปลี่ยนโพแทสเซียมที่อยู่ในโครงสร้างของแร่และพืชที่นำไปใช้ได้ยาก ให้กลายเป็นปุ๋ยเพื่อนำไปใช้ได้ง่ายขึ้น

ทำไมต้องผลิตปุ๋ยโพแทสเซียมจากหิน ?

ปัจจุบันปุ๋ยโพแทสเซียมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายผลิตจากโพแทช โดยเฉพาะโพแทสเซียมคลอไรด์ หรือ KCl ซึ่งมักเรียกว่า Muriate of Potash หรือ MOP แหล่งแร่ประเภทนี้เกิดจากแหล่งสะสมใต้ดินและมีการกระจุกตัวอยู่ในบางประเทศ ทำให้ระบบการผลิตปุ๋ยทั่วโลกค่อนข้างจำกัดและกระจุกตัวอยู่ในแค่บางพื้นที่

ปัญหาดังกล่าวมีความสำคัญต่อประเทศที่ไม่มีแหล่งโพแทชขนาดใหญ่ เพราะต้องนำเข้าปุ๋ยจากต่างประเทศ ซึ่งทำให้ต้นทุนได้รับผลกระทบจากราคาวัตถุดิบ ค่าขนส่ง และความผันผวนของตลาด ขณะเดียวกัน การกระจุกตัวของแหล่งทรัพยากรก็ทำให้เกิดความกังวลเกี่ยวกับความมั่นคงด้านปุ๋ยในระยะยาว ด้วยเหตุนี้ นักวิจัยจึงมองหาแหล่งโพแทสเซียมอื่นที่สามารถหาได้ในพื้นที่ โดยหนึ่งในตัวเลือกที่น่าสนใจคือ "แร่ซิลิเกต" ที่มีโพแทสเซียมสูง

"หินไซอีไนต์" เป็นหินอัคนีชนิดหนึ่งที่มีแร่ซิลิเกตอยู่ภายในปริมาณสูง โดยเฉพาะในรูปของ K-feldspar และแร่กลุ่ม Feldspathoid ตัวอย่างหิน Ultrapotassic Syenite ที่ใช้ในการศึกษาวิจัยจากพื้นที่ทางตอนใต้ของโมร็อกโกมีปริมาณ K₂O ประมาณ 15% และประกอบด้วยแร่ K-feldspar ในสัดส่วนสูง จึงมีศักยภาพในการเป็นแหล่งวัตถุดิบโพแทสเซียมขนาดใหญ่

อย่างไรก็ตาม ปัญหาสำคัญคือโพแทสเซียมในหินเหล่านี้ไม่ได้อยู่ในรูปที่ละลายน้ำได้ง่าย แต่ถูกยึดอยู่ภายในโครงสร้างผลึกของแร่ โดยเฉพาะ K-feldspar ซึ่งมีโครงสร้างค่อนข้างเสถียร ทำให้หากนำหินมาบดแล้วใส่ลงในดินโดยตรง การปลดปล่อยโพแทสเซียมอาจเกิดขึ้นช้าเกินกว่าที่พืชจะได้รับในปริมาณที่เพียงพอ ดังนั้น หัวใจสำคัญของงานวิจัยจึงไม่ใช่เพียงการนำหินมาใช้เป็นปุ๋ย แต่คือการหาวิธีปลดล็อกโพแทสเซียมที่ถูกกักอยู่ภายในแร่

หนึ่งในแนวทางที่ทีมวิจัยพัฒนา คือการใช้กระบวนการที่เรียกว่า Alkaline Hydrothermal Treatment หรือการปรับสภาพหินด้วยกระบวนการไฮโดรเทอร์มอลภายใต้สภาวะเป็นด่าง กระบวนการเริ่มจากการบดหินให้มีขนาดเล็กลงเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิว จากนั้นนำไปผสมกับสารที่ช่วยให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของแร่ เช่น CaO และนำไปผ่านความร้อนภายใต้สภาวะที่มีน้ำ โดยการทดลองใช้ช่วงอุณหภูมิประมาณ 160–200 องศาเซลเซียส

เมื่อผ่านกระบวนการดังกล่าว โครงสร้างของแร่ที่กักเก็บโพแทสเซียมจะเปลี่ยนแปลง ทำให้โพแทสเซียมอยู่ในรูปที่สามารถปลดปล่อยออกมาได้ง่ายขึ้น งานวิจัยก่อนหน้านี้พบว่าการปรับสภาพ K-feldspar ด้วยกระบวนการไฮโดรเทอร์มอลสามารถเพิ่มความพร้อมในการปลดปล่อยโพแทสเซียมได้มากกว่าวัตถุดิบหินดิบถึงประมาณสองลำดับขนาด

งานวิจัยในปี 2025 ที่ศึกษาหินไซอีไนต์จากโมร็อกโกพบว่า ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม สามารถปลดปล่อยโพแทสเซียมได้ประมาณ 70.6% และวัสดุที่ผ่านกระบวนการยังสามารถปลดปล่อยธาตุอื่น เช่น แคลเซียมและซิลิกอน ซึ่งอาจเป็นประโยชน์ต่อดินและพืชด้วย

อีกแนวทางหนึ่งที่พัฒนาต่อยอดในปี 2026 คือกระบวนการ Roast-Leach หรือการ "เผาแล้วชะล้าง" โดยนำ Ultrapotassic Syenite มาผสมกับแคลเซียมคลอไรด์ (CaCl₂) แล้วให้ความร้อนเพื่อเปลี่ยนรูปของแร่ที่กักเก็บโพแทสเซียมเอาไว้

ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม กระบวนการนี้สามารถเปลี่ยนโพแทสเซียมที่ละลายได้ยากให้กลายเป็นโพแทสเซียมคลอไรด์ หรือ KCl ซึ่งสามารถละลายน้ำได้ จากนั้นจึงใช้กระบวนการชะล้างด้วยน้ำเพื่อแยกโพแทสเซียมออกมา

ผลการทดลองที่น่าสนใจคือ ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสมที่สุด นักวิจัยรายงานว่าสามารถกู้คืนโพแทสเซียมได้สูงถึงประมาณ 99% ซึ่งแสดงให้เห็นว่าหิน Ultrapotassic Syenite อาจไม่ได้เป็นเพียงวัสดุสำหรับทำปุ๋ยแบบปลดปล่อยช้าเท่านั้น แต่ยังมีศักยภาพในการนำมาเป็นวัตถุดิบสำหรับผลิต KCl ที่ละลายน้ำได้อีกด้วย อย่างไรก็ตาม ตัวเลข 99% เป็นผลจากการทดลองในกระบวนการสกัดภายใต้เงื่อนไขที่ควบคุมในห้องปฏิบัติการเท่านั้น

หนึ่งในส่วนสำคัญของงานวิจัยคือการใช้เทคโนโลยีวิเคราะห์ขั้นสูงจาก Canadian Light Source หรือ CLS ซึ่งเป็นศูนย์วิจัยแสงซินโครตรอนของแคนาดา นักวิจัยได้ใช้แสงซินโครตรอนที่มีความเข้มสูงเพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงในระดับโครงสร้างอะตอมของแร่ หลังจากผ่านกระบวนการทางเคมีและความร้อน เทคนิคอย่าง XANES และการวิเคราะห์ด้วย High-Resolution Powder X-ray Diffraction ช่วยให้นักวิจัยมองเห็นการเปลี่ยนแปลงของรูปแบบที่โพแทสเซียมและแคลเซียมอยู่ภายในวัสดุได้ละเอียดกว่าการวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการทั่วไป

ผลการศึกษาพบว่าการปรับสภาพทำให้สัดส่วน K-feldspar ลดลง และเกิดเฟสของสารประกอบโพแทสเซียมที่สามารถปลดปล่อยออกมาได้ง่ายขึ้น นอกจากนี้ยังพบการเปลี่ยนแปลงของสารประกอบแคลเซียม ซึ่งอาจทำให้วัสดุที่ได้มีคุณสมบัติช่วยปรับสภาพดินในลักษณะของวัสดุปูนได้ด้วย

เมื่อผ่านการปรับสภาพแล้วนำไปสัมผัสกับน้ำ วัสดุสามารถปลดปล่อยโพแทสเซียมและแคลเซียมออกมาได้อย่างรวดเร็วในช่วงแรก ก่อนที่จะค่อย ๆ ปลดปล่อยต่อเนื่องในระยะเวลาที่นานขึ้น ขณะเดียวกันยังสามารถปลดปล่อยธาตุอย่างซิลิกอนและแมกนีเซียมออกมาได้ด้วย งานวิจัยล่าสุดพบลักษณะการปลดปล่อยโพแทสเซียมแบบสองช่วง คือมีการปลดปล่อยอย่างรวดเร็วในช่วงแรก ตามด้วยการปลดปล่อยอย่างต่อเนื่องและช้าลง ซึ่งอาจช่วยให้วัสดุทำหน้าที่เป็นแหล่งธาตุอาหารทั้งแบบที่พืชเข้าถึงได้เร็วและแบบที่ทยอยปลดปล่อยในระยะยาว

แนวคิดนี้แตกต่างจากปุ๋ย KCl แบบทั่วไป ซึ่งมีความสามารถในการละลายน้ำสูงมาก แม้ความสามารถดังกล่าวจะทำให้พืชได้รับโพแทสเซียมได้รวดเร็ว แต่ก็อาจทำให้เกิดการชะล้างและสูญเสียธาตุอาหารได้เช่นกัน งานวิจัยจึงมองว่าปุ๋ยจากหินที่ผ่านการปรับสภาพอาจมีโอกาสสร้างสมดุลระหว่างการปลดปล่อยธาตุอาหารอย่างรวดเร็วและการปลดปล่อยอย่างต่อเนื่อง

ผลการทดลองกับพืชมีแนวโน้มที่ดี

งานวิจัยที่ทีมโมร็อกโกนำเสนอไม่ได้หยุดอยู่เพียงการวิเคราะห์ทางเคมี แต่ยังมีการทดสอบด้านการเกษตรด้วย จากข้อมูลการทดลอง พืชอย่างข้าวโพดและถั่วเหลืองสามารถดูดซึมธาตุอาหารจากวัสดุที่ผ่านการปรับสภาพได้ในระดับที่ใกล้เคียงกับการได้รับปุ๋ยโพแทชแบบทั่วไป ซึ่งทำให้นักวิจัยมองว่าแนวทางดังกล่าวมีศักยภาพในการพัฒนาเป็นปุ๋ยสำหรับการใช้งานจริง

อย่างไรก็ตาม ผลการทดลองในห้องปฏิบัติการยังไม่เพียงพอที่จะยืนยันประสิทธิภาพในพื้นที่เกษตรขนาดใหญ่ เพราะประสิทธิภาพของปุ๋ยยังขึ้นอยู่กับชนิดของดิน สภาพอากาศ ปริมาณน้ำ ชนิดของพืช และวิธีการใช้ปุ๋ย ด้วยเหตุนี้ ขั้นตอนต่อไปของทีมวิจัยคือการทดลองในพื้นที่จริงที่มีขนาดใหญ่ขึ้น เพื่อประเมินว่าวัสดุชนิดนี้สามารถให้ผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอในสภาพแวดล้อมจริงได้หรือไม่

นอกจากนี้ต้นทุนและพลังงานในการผลิตยังดูเป็นปัญหา โดยกระบวนการ Roast-Leach จำเป็นต้องใช้ความร้อนสูงถึงประมาณ 836 องศาเซลเซียสในเงื่อนไขที่ให้ผลการกู้คืนโพแทสเซียมสูงสุด ขณะที่กระบวนการไฮโดรเทอร์มอลใช้ความร้อนประมาณ 200 องศาเซลเซียสเป็นเวลาหลายชั่วโมง

นอกจากนี้ยังต้องพิจารณาต้นทุนของสารช่วยในกระบวนการ เช่น CaO หรือ CaCl₂ การใช้พลังงาน การจัดการวัสดุที่เหลือจากกระบวนการ และต้นทุนในการขยายกำลังผลิตจากห้องทดลองไปสู่โรงงานจริง ดังนั้น แม้การกู้คืนโพแทสเซียมได้สูงถึง 99% จะเป็นผลลัพธ์ที่โดดเด่น แต่ยังไม่สามารถสรุปได้ว่าเทคโนโลยีนี้จะมีต้นทุนต่ำกว่าปุ๋ยโพแทชแบบดั้งเดิมเมื่อผลิตในระดับอุตสาหกรรม จำเป็นต้องมีการวิเคราะห์ด้านเศรษฐศาสตร์และสิ่งแวดล้อมเพิ่มเติม