การวัดก๊าซเรือนกระจกจากดินเพื่อใช้กับโครงการคาร์บอนเครดิตภาคเกษตร มีจุดประสงค์ที่สำคัญในการใช้ประโยชน์สองอย่างที่การเก็บตัวอย่างเป็นครั้ง ๆ ให้ไม่ได้ ประการแรกคือความต่อเนื่องในการวัดที่พอจะจับช่วงพีคหลังจากเกิดการเปลี่ยนแปลงของปัจจัยภายนอก เช่น หลังฝนตกหรือหลังใส่ปุ๋ย ประการต่อมาได้แก่ความละเอียดของข้อมูลระดับ ppb ที่ได้จากการวัดแบบต่อเนื่อง สามารถนำไปใช้บอกปริมาณที่แม่นยำ ทำให้ทราบปริมาณของ N₂O ซึ่ง N₂O เพียงเล็กน้อยจะส่งผลอย่างมากต่อการทำให้โลกร้อน
ปัจจุบันมีสองแนวทางหลักคือเครื่องวิเคราะห์ก๊าซแบบต่อกับ chamber ที่วัดต่อเนื่อง กับระบบ multi-chamber ที่ติดตั้งประจำแปลงเพื่อเก็บข้อมูลทั้งฤดูกาลโดยไม่ต้องมีคนเฝ้า
ทำไมความต่อเนื่องในการวัดถึงสำคัญกว่าที่คิด
ฟลักซ์ก๊าซจากดินไม่ได้เปลี่ยนแบบค่อยเป็นค่อยไป แต่กระโดดขึ้นลงเร็วมากตามเหตุการณ์ที่เกิดในแปลง โดยเฉพาะฝนตกและการใส่ปุ๋ย ถ้าเก็บข้อมูลห่างเกินไป ตัวเลขที่ได้จะเป็นค่าเฉลี่ยของช่วงเงียบ ไม่ใช่ภาพจริงของทั้งฤดู
ในเอกสารทดสอบของ Picarro มีการทดลองจำลองฝนตกในระบบ chamber แบบปิด ผลคือหลังเติมน้ำลงดิน อัตราการปล่อย N₂O เพิ่มขึ้นสามเท่าภายใน 2 นาที และยังไต่ขึ้นต่อ ขณะที่ CH₄ พุ่งขึ้นแล้วค่อย ๆ ลด ส่วน CO₂ ถูกกดลงก่อนแล้วค่อยฟื้น
สังเกตว่าก๊าซทั้งสามตัวตอบสนองต่อเหตุการณ์เดียวกันคนละแบบและคนละจังหวะ นี่คือเหตุผลที่การวัดก๊าซตัวเดียวแล้วอนุมานตัวอื่นใช้ไม่ได้ และเป็นเหตุผลที่ความถี่ในการวัดกลายเป็นข้อกำหนดทางเทคนิค ไม่ใช่แค่เรื่องความสะดวก
ในทางปฏิบัติแปลว่า ถ้าโครงการของคุณจะรายงานตัวเลขที่ผ่านการตรวจสอบได้ ต้องตอบให้ได้ก่อนว่าข้อมูลที่เก็บมาครอบคลุมช่วงพีคหรือเปล่า ไม่ใช่แค่มีข้อมูลกี่จุด
ต้องวัดก๊าซอะไรบ้าง
ก๊าซหลักสามตัวสำหรับงานฟลักซ์จากดินภาคเกษตรคือ N₂O, CH₄ และ CO₂ แต่ละตัวมาจากกระบวนการในดินคนละอย่าง และตอบสนองต่อการจัดการแปลงคนละแบบ จึงต้องเลือกให้ครบตามที่โครงการของคุณต้องรายงาน ไม่ใช่เลือกตามที่เครื่องทำได้
N₂O เป็นตัวที่ต้องการความละเอียดสูงที่สุด เพราะความเข้มข้นในบรรยากาศต่ำมาก แต่ค่าศักยภาพทำให้โลกร้อนสูง การจับอัตราการเพิ่มขึ้นใน chamber ในช่วงเวลาสั้น ๆ จึงต้องการเครื่องที่อ่านได้ระดับ ppb
ส่วน NH₃ กับ H₂O เป็นก๊าซที่วัดได้ แต่มีข้อจำกัดที่ต้องรู้ก่อนวางแผน คือทั้งคู่ดูดซับบนผิวอุปกรณ์ได้ ทำให้ค่าที่อ่านได้ตอบสนองช้ากว่าความเป็นจริง และมีผลตกค้างข้ามการวัด การออกแบบระบบนำก๊าซจึงมีผลกับสองตัวนี้มากกว่าก๊าซตัวอื่น
แนวทางที่ 1 — เครื่องวิเคราะห์ต่อ chamber วัดต่อเนื่อง
แนวทางนี้เหมาะกับงานที่ต้องการเห็นพลวัตจริงในช่วงเวลาสั้น เช่น งานวิจัยที่ต้องอธิบายกลไก หรือโครงการที่ต้องพิสูจน์ว่าการเปลี่ยนวิธีจัดการแปลงลดการปล่อยได้จริง
Picarro G2508 วัดห้าก๊าซพร้อมกันในเครื่องเดียว คือ N₂O, CH₄, CO₂, NH₃ และ H₂O ด้วยเทคนิค CRDS ให้ค่าใหม่ทุก ๆ ไม่เกิน 8 วินาที ความละเอียดของ N₂O ที่การเฉลี่ย 5 นาที อยู่ที่ประมาณ 0.6 ppb และแก้ผลกระทบจากไอน้ำให้อัตโนมัติ จึงต่อเข้ากับ soil chamber แล้วเก็บต่อเนื่องได้เลย
จุดที่ควรดูตอนวางแผนคือความเป็นไปได้หน้างาน ตัวเครื่องหนัก 22.6 กิโลกรัม ใช้ไฟบ้าน 100–240 โวลต์ และทำงานที่ 10–35 องศาเซลเซียส แปลว่าต้องมีที่วางที่คุมอุณหภูมิได้พอสมควรและมีไฟเลี้ยงที่เสถียร สามารถใช้งานภาคสนามได้โดยควบคุมอุณหภูมิให้อยู่ในช่วงที่เครื่องกำหนด (10–35 °C)
แนวทางที่ 2 — ระบบ multi-chamber ประจำแปลง
ถ้าโจทย์คือเก็บข้อมูลทั้งฤดูกาลโดยไม่ต้องส่งคนไปเฝ้า แนวทางนี้ตรงกว่า เพราะออกแบบมาให้ติดตั้งค้างไว้กลางแปลงและทำงานเองเป็นเดือน
LICA SF-9000 ต่อ chamber ได้ตั้งแต่ 1 ถึง 18 ตัว วัด CO₂ ในช่วง 0–6,000 ppm ด้วยความถูกต้องดีกว่า 1% ของค่าที่อ่านได้ และบันทึกข้อมูลลง SD card ต่อเนื่องโดยไม่ต้องมีเจ้าหน้าที่ประจำ ทำงานได้ในช่วงอุณหภูมิ -20 ถึง 60 องศาเซลเซียส ซึ่งครอบคลุมสภาพหน้างานในไทยได้สบาย
ข้อดีที่มากกว่าการประหยัดแรงคน คือจำนวน chamber ที่ต่อได้พร้อมกันแปลว่าครอบคลุมความแปรปรวนเชิงพื้นที่ในแปลงได้ดีกว่าการวัดจุดเดียว ซึ่งเป็นประเด็นที่คนตรวจข้อมูลมักถามถึง เพราะดินในแปลงเดียวกันไม่ได้ปล่อยก๊าซเท่ากันทุกจุด
แนวทางที่ 3 — เครื่องพกพาสำหรับงานสำรวจหลายจุด
บางโครงการยังไม่ถึงขั้นติดตั้งถาวร แต่ต้องเดินสำรวจหลายแปลงเพื่อหาว่าจุดไหนควรลงระบบวัดจริง งานแบบนี้ต้องการเครื่องที่ยกไปไหนมาไหนได้และเปิดใช้ได้เร็ว
LICA PS-9600 เป็นเครื่องพกพาที่ใช้เลเซอร์ CRDS วัด CH₄, CO₂ และ H₂O พร้อมกัน ความละเอียดของ CH₄ ที่การเฉลี่ย 10 วินาที ไม่เกิน 1.2 ppb และที่ 100 วินาที อยู่ที่ 0.6 ppb ตัวเครื่องหนัก 8 กิโลกรัม ทำงานได้ตั้งแต่ -20 ถึง 50 องศาเซลเซียส
วิธีใช้ที่คุ้มที่สุดคือใช้เป็นขั้นสำรวจก่อน เพื่อจัดลำดับว่าจะลงทุนติดตั้งระบบถาวรที่จุดไหน แทนที่จะเดาแล้วติดตั้งผิดที่
งานไอโซโทป — เมื่อต้องตอบว่าคาร์บอนมาจากไหน
บางโครงการไม่ได้ถามแค่ว่าปล่อยเท่าไร แต่ถามว่าคาร์บอนหรือน้ำที่ตรวจพบมาจากแหล่งใด ซึ่งเป็นคนละคำถามและต้องใช้เครื่องคนละแบบ
Picarro L2140-i ใช้กับงานไอโซโทปของน้ำ และออกแบบมาให้เลือกโหมดตามปริมาณงานได้ โหมด Standard ทำได้ 27 ตัวอย่างต่อวัน โหมด Express ทำได้สูงสุด 50 ตัวอย่างต่อวันสำหรับ δ18O และ δ2H ส่วนโหมด Survey ประเมินค่าคร่าว ๆ ได้ถึง 900 injection ต่อวัน สำหรับจัดกลุ่มตัวอย่างก่อนเพื่อลด memory effect ในรอบวัดจริง
Picarro ระบุว่ามี option พิเศษ ได้แก่ การใช้ Express ร่วมกับ Survey ซึ่งลดเวลาการวัดตัวอย่าง 100 ตัวอย่างได้ถึง 68 ชั่วโมง และสำหรับงานที่ต้องการ 17O-excess เครื่องให้ความละเอียดถึงระดับ 15 per meg (0.015‰) ซึ่งเดิมต้องพึ่งห้องปฏิบัติการ IRMS เฉพาะทาง
เลือกแนวทางไหนกับงานแบบไหน
สามแนวทางข้างต้นไม่ได้แข่งกัน แต่ตอบโจทย์คนละแบบ ตารางด้านล่างสรุปให้เห็นว่าควรเริ่มดูที่ตัวไหนตามลักษณะงานของคุณ
| ถ้างานของคุณคือ | เริ่มดูที่ | เหตุผล |
|---|---|---|
| ต้องเห็นพลวัตแบบ real time และรายงานครบ N₂O, CH₄, CO₂ | Picarro G2508 | วัดห้าก๊าซพร้อมกัน ให้ค่าใหม่ทุกไม่เกิน 8 วินาที ความละเอียด N₂O ระดับ ppb |
| เก็บข้อมูลทั้งฤดูกาลกลางแปลง ไม่มีคนเฝ้า | LICA SF-9000 | ต่อ chamber ได้ 1–18 ตัว บันทึกลง SD card เอง ทนอุณหภูมิ -20 ถึง 60 °C |
| สำรวจหลายแปลงเพื่อหาว่าจะลงระบบที่ไหน | LICA PS-9600 | พกพาได้ หนัก 8 กก. วัด CH₄, CO₂, H₂O ด้วยเลเซอร์ CRDS |
| ต้องตอบว่าคาร์บอนหรือน้ำมาจากแหล่งใด | Picarro L2140-i | งานไอโซโทป เลือกโหมดตามปริมาณงานได้ตั้งแต่ 27 ถึง 900 injection ต่อวัน |
ถ้ายังไม่แน่ใจ วิธีที่เร็วที่สุดคือเริ่มจากสามคำถาม — ต้องรายงานก๊าซอะไรบ้าง จะวัดกี่จุด และโครงการยาวกี่ฤดู สามข้อนี้ตัดตัวเลือกลงได้เกือบหมดแล้ว
สิ่งที่ต้องวางแผนนอกจากตัวเครื่อง
งบที่ตั้งไว้เฉพาะตัวเครื่องวิเคราะห์มักไม่พอ เพราะระบบวัดฟลักซ์มีส่วนประกอบอื่นที่จำเป็นพอกัน และเป็นส่วนที่มักถูกนึกออกทีหลัง
- จำนวน chamber ที่ต้องใช้ — เป็นตัวกำหนดทั้งราคาและความน่าเชื่อถือของข้อมูล เพราะจุดวัดน้อยเกินไปจะไม่ครอบคลุมความแปรปรวนในแปลง
- ไฟเลี้ยงระบบ — สำหรับระบบที่ติดตั้งกลางแปลง ต้องวางแผนตั้งแต่ต้นว่าจะใช้ไฟจากที่ไหน และมีสำรองอย่างไรเวลาไฟดับ เพราะข้อมูลที่ขาดช่วงกลางฤดูมักกู้คืนไม่ได้
- การเก็บและดึงข้อมูล — ระบบที่บันทึกลง SD card ต้องมีรอบเข้าไปดึงข้อมูล และควรกำหนดไว้ว่าใครทำ ทุกกี่สัปดาห์
- รอบการเข้าไปตรวจสภาพอุปกรณ์ — อุปกรณ์ที่อยู่กลางแปลงเจอฝน แดด ฝุ่น และสัตว์ ควรมีรอบตรวจที่แน่นอน ไม่ใช่ไปดูตอนข้อมูลหายแล้ว
- การจัดการข้อมูลดิบ — ข้อมูลที่เก็บต่อเนื่องทั้งฤดูมีปริมาณมาก ควรตกลงตั้งแต่ต้นว่าจะเก็บที่ไหน ใครประมวลผล และรูปแบบที่ต้องส่งต่อคืออะไร
การออกแบบแผนการวัดฟลักซ์ให้ข้อมูลใช้งานได้จริง เป็นงานวิจัยพอ ๆ กับงานเครื่องมือ ต้องตอบให้ได้ว่าวางกี่จุด วัดถี่แค่ไหน และจะจัดการข้อมูลดิบอย่างไร ทีมของ Thai Unique เป็นผู้เชี่ยวชาญระดับปริญญาเอกที่อยู่ในประเทศไทย จึงเข้าไปช่วยตั้งแต่ขั้นออกแบบแผนการวัดได้ ไม่ใช่เข้ามาตอนติดตั้งเครื่องอย่างเดียว
ถ้าอยากให้ทีมของเราช่วยประเมินว่าโครงการของคุณควรใช้แนวทางไหน แจ้งจำนวนจุดวัด ก๊าซที่ต้องรายงาน และระยะเวลาโครงการมาให้เรา ติดต่อได้ที่ โทร 0-2629-0191-6 · customer.service@thaiunique.com
สินค้าที่เกี่ยวข้องกับบทความนี้ ดูรายละเอียดได้ที่หน้า Picarro G2508, LICA SF-9000, LICA PS-9600 และ Picarro L2140-i
เครื่องวิเคราะห์ก๊าซและระบบ chamber ที่กล่าวถึงในบทความนี้ มีจำหน่ายในประเทศไทยโดย Thai Unique พร้อมทีมติดตั้ง สอบเทียบ และดูแลหลังการขายที่ประจำอยู่ในประเทศ
คำถามที่พบบ่อย
วัดด้วยการเก็บตัวอย่างใส่ขวดแล้วส่งแล็บ ใช้แทนได้ไหม
ขึ้นอยู่กับจุดประสงค์ของการวัด การเก็บตัวอย่างใส่ขวดแล้วนำกลับไปวัดที่ห้องปฏิบัติการเป็นการวัดปริมาณ ณ ขณะนั้น ใช้เป็นข้อมูลพื้นฐานได้ แต่ได้ข้อมูลเพียงช่วงเวลาเดียวเท่านั้น จึงใช้สำหรับการวัดฟลักซ์ไม่ได้ เพราะการเก็บใส่ขวดให้ได้เพียงข้อมูลปริมาณอย่างเดียว ขณะที่ฟลักซ์คือการวัดสารต่อพื้นที่และต่อเวลา การเก็บตัวอย่างใส่ขวดจึงขาดข้อมูลด้านเวลา ขาดข้อมูลพารามิเตอร์ของระบบ และขาดข้อมูลแรงดันและการแพร่ของ matrix ต่าง ๆ ของดินในจุดนั้น ๆ
เครื่องเดียววัดได้กี่ก๊าซ
ขึ้นกับรุ่น Picarro G2508 วัดได้พร้อมกันห้าก๊าซคือ N₂O, CH₄, CO₂, NH₃ และ H₂O ส่วน LICA PS-9600 วัด CH₄, CO₂ และ H₂O ด้วยเลเซอร์ CRDS และ SF-9000 เน้น CO₂ กับ H₂O สำหรับการติดตามระยะยาว การเลือกจึงขึ้นกับว่าโครงการของคุณต้องรายงานก๊าซใดบ้าง
ติดตั้งกลางแปลงแล้วต้องมีคนเฝ้าไหม
ไม่ต้อง ระบบแบบ multi-chamber ออกแบบมาให้เก็บข้อมูลต่อเนื่องและบันทึกลง SD card เอง เช่น SF-9000 ที่ต่อ chamber ได้ 1–18 ตัว และทำงานได้ในช่วงอุณหภูมิ -20 ถึง 60 องศาเซลเซียส สิ่งที่ต้องวางแผนคือไฟเลี้ยงระบบและรอบการเข้าไปตรวจสภาพอุปกรณ์
ความละเอียดระดับไหนถึงจะพอสำหรับงาน N₂O
N₂O ในบรรยากาศมีความเข้มข้นต่ำ การจับอัตราการเพิ่มใน chamber จึงต้องการความละเอียดระดับ ppb ตัวอย่างเช่น G2508 ให้ค่าความละเอียดของ N₂O ที่การเฉลี่ย 5 นาที อยู่ที่ประมาณ 0.6 ppb ซึ่งเพียงพอต่อการคำนวณอัตราการเพิ่มในช่วงเวลาสั้น
ราคาระบบทั้งชุดเท่าไหร่
ระบบวัดฟลักซ์ประกอบด้วยหลายส่วน ทั้งตัวเครื่องวิเคราะห์ chamber จำนวนที่ต้องใช้ ระบบไฟ และซอฟต์แวร์ จำนวน chamber กับก๊าซที่ต้องรายงานเป็นตัวกำหนดราคามากที่สุด แจ้งจำนวนจุดวัด ก๊าซที่ต้องรายงาน และระยะเวลาโครงการมาให้เรา แล้วเราจะจัดชุดที่เหมาะกับงานให้