การปรับสภาพชีวมวลลิกโนเซลลูโลสด้วยวัสดุเพาะเห็ดเหลือทิ้ง: แนวทางการเพิ่มมูลค่าวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรเพื่อการผลิตแก๊สชีวภาพอย่างยั่งยืน Lignocellulosic Biomass Pretreatment with Spent Mushroom Substrate: An Agricultural Residue Valorization Approach for Sustainable Biogas Production

บทคัดย่อ

การใช้ประโยชน์จากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรเพื่อผลิตพลังงานทดแทนสามารถช่วยลดปัญหาสิ่งแวดล้อมและเพิ่มมูลค่าให้กับทรัพยากรชีวมวลที่มีอยู่ในประเทศ วัสดุเหลือทิ้งชีวมวลประเภทใบอ้อยจัดเป็นแหล่งชีวมวลที่สำคัญ แต่การนำมาใช้ผลิตแก๊สชีวภาพยังมีข้อจำกัดสำคัญจากโครงสร้างที่ประกอบด้วยเซลลูโลส เฮมิเซลลูโลส และลิกนินในสัดส่วนสูง ส่งผลให้การย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ในกระบวนการหมักเกิดขึ้นได้ช้าและมีประสิทธิภาพต่ำ งานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาศักยภาพการใช้วัสดุเพาะเห็ดนางรมเหลือทิ้งเป็นแหล่งจุลินทรีย์และเอนไซม์ธรรมชาติสำหรับการปรับสภาพใบอ้อยก่อนเข้าสู่กระบวนการหมัก เพื่อเพิ่มอัตราการย่อยสลายและประสิทธิภาพในการผลิตแก๊สชีวภาพ

การทดลองได้นำใบอ้อยมาผ่านกระบวนการปรับสภาพเบื้องต้นด้วยการผสมกับวัสดุเพาะเห็ดนางรมเหลือทิ้งในอัตราส่วน 1:1 และเปรียบเทียบกับใบอ้อยที่ไม่ได้รับการปรับสภาพรวมถึงเปรียบเทียบความสามารถในการปรับสภาพของเส้นใยราเหลือทิ้งเปรียบเทียบกับหัวเชื้อบริสุทธิ์ที่เตรียมใหม่ทั้งในสภาวะปราศจากเชื้อและสภาวะที่มีเชื้อธรรมชาติเจือปน วิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบลิกโนเซลลูโลสรวมถึงน้ำตาลรีดิวซ์และความต้องการออกซิเจนทางเคมี (COD) ซึ่งเป็นหนึ่งในปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการผลิตแก๊สชีวภาพ รวมทั้งการวิเคราะห์ศักยภาพในการผลิตแก๊สมีเทนโดยอาศัยตะกอนจุลินทรีย์จากโรงงานบำบัดน้ำเสียในระบบไร้ออกซิเจน ผลการทดลองพบว่าการปรับสภาพระยะเวลา 30 วัน ใบอ้อยที่ผสมกับวัสดุเพาะเห็ดนางรมเหลือทิ้งสามารถปลดปล่อยแก๊สชีวภาพสะสมได้ 26.6±5.8 L kg^-1 VS สูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญทั้งในด้านปริมาณแก๊สมีเทน ความเร็วในการเริ่มต้นกระบวนการหมัก รวมถึงประสิทธิภาพโดยรวมของการเปลี่ยนสารอินทรีย์ให้เป็นแก๊สชีวภาพเมื่อเปรียบเทียบกับใบอ้อยเพียงอย่างเดียวที่ 3.3±3.4 L kg^-1 VS นอกจากนี้การใช้วัสดุปลูกเห็ดเหลือทิ้งเพื่อการปรับสภาพวัสดุลิกโนเซลลูโลสสามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตแก๊สมีเทนได้ใกล้เคียงกับการหัวเชื้อบริสุทธิ์ในการปรับสภาพที่ 29.0±5.5 L kg^-1 VS อีกทั้งยังเพิ่มประสิทธิภาพในการปรับสภาพได้ดีแม้ว่าจะมีเชื้อจุลินทรีย์อื่นในธรรมชาติอยู่ด้วย ในขณะที่การใช้หัวเชื้อบริสุทธิ์ในสภาวะปนเปื้อนเชื้อธรรมชาติประสิทธิภาพผลิตแก๊สมีเทนลดลงอย่างเห็นได้ชัดที่ 9.2±2.7 L kg^-1 VS ภายในระยะเวลาการผลิตมีเทน 25 วัน

ผลการศึกษาระบุถึงศักยภาพของการนำวัสดุเพาะเห็ดนางรมเหลือทิ้งมาใช้เป็นแหล่งจุลินทรีย์และเอนไซม์สำหรับการปรับสภาพวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร โดยเฉพาะใบอ้อยที่มีปริมาณมากในภาคการเกษตรไทย ไม่เพียงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตแก๊สชีวภาพ แต่ยังเป็นแนวทางในการจัดการของเสียอย่างครบวงจร ลดภาระสิ่งแวดล้อม และส่งเสริมการใช้ทรัพยากรชีวมวลอย่างคุ้มค่า งานวิจัยนี้จึงมีความสำคัญในการพัฒนาระบบพลังงานทดแทนที่ยั่งยืน และสามารถประยุกต์ใช้ในระดับชุมชนและอุตสาหกรรมเพื่อเพิ่มความมั่นคงทางพลังงานในอนาคต

The utilization of agricultural residues for renewable energy production offers a dual benefit of reducing environmental impacts and enhancing the value of domestic biomass resources. Sugarcane leaves are an abundant lignocellulosic residue in Thailand but their recalcitrant structure, rich in cellulose, hemicellulose, and lignin, limits microbial degradation and results in low biogas yields. This study investigated the potential of spent oyster mushroom substrate (SMS) as a natural source of microorganisms and enzymes for pretreating sugarcane leaves prior to anaerobic digestion. Pretreatment was performed by mixing sugarcane leaves with SMS at a 1:1 ratio and compared with untreated leaves. The performance of residual fungal mycelia in SMS was further evaluated against newly prepared pure inocula under both sterile and non-sterile conditions. Lignocellulosic composition, reducing sugars, and chemical oxygen demand (COD) were analyzed, and methane potential was assessed using anaerobic sludge from a wastewater treatment plant. Results revealed that SMS pretreatment significantly enhanced biogas production, with higher methane yield at 26.6±5.8 L kg^-1 VS, faster digestion onset, and improved organic matter conversion efficiency compare to sole sugarcane leaf at 3.3±3.4 L kg^-1 VS. Remarkably, SMS achieved methane productivity comparable to pure inoculum at 29.0±5.5 L kg^-1 VS and retained efficiency under natural microbial contamination, while pure inoculum showed reduced performance in non-sterile conditions at 9.2±2.7 L kg^-1 VS. These findings demonstrate that SMS can serve as an effective, low-cost pretreatment agent for lignocellulosic biomass, particularly sugarcane leaves, thereby enhancing methane production while simultaneously contributing to sustainable waste management. The approach supports circular bioeconomy principles and offers a scalable solution for improving energy security at community and industrial levels.