खेती में बायोचार (Biochar): ऊर्ध्वाधर खेती (Vertical Farming) में तीन वास्तविक उपयोग

1.1 बायोचार क्या है और इसे कैसे बनाया जाता है?

बायोचार पौधों या पशुओं के अपशिष्ट को बहुत कम ऑक्सीजन में गर्म करके बनाया जाता है। इस प्रक्रिया को कहते हैं पायरोलिसिस। अपशिष्ट जलकर राख नहीं होता। वह एक काले, चारकोल जैसे ठोस पदार्थ में बदल जाता है।

आम कच्ची सामग्री, जिसे कहते हैं फीडस्टॉक (feedstocks), में आरा मिल का अपशिष्ट, पुआल, पशुओं का मल और सीवेज से प्राप्त ठोस पदार्थ शामिल हैं। कच्ची सामग्री का प्रकार और इस्तेमाल किया गया तापमान, दोनों बायोचार के गुणों को बदलते हैं।

1.2 UPSC ने 2020 में क्या पूछा था?

UPSC की 2020 की प्रारंभिक परीक्षा में पूछा गया था कि बायोचार के बारे में तीन विशेष कथन सही हैं या नहीं। तीनों सही थे।

• यह क्या है। बायोचार चारकोल जैसी सामग्री है। इसे जैव पदार्थ को बहुत कम ऑक्सीजन में गर्म करके बनाया जाता है। इस प्रक्रिया को पायरोलिसिस कहते हैं।
• खड़ी खेती में। बायोचार को खड़ी खेती में पौधे उगाने के माध्यम के एक हिस्से के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। खड़ी खेती में कई परतों में फसलें उगाई जाती हैं, अक्सर किसी भवन के अंदर।
• नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले सूक्ष्मजीवों को सहारा देना। जब बायोचार पौधे उगाने के माध्यम का हिस्सा होता है, तो यह नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले सूक्ष्मजीवों की वृद्धि को बढ़ावा देता है। अध्ययन इस लाभ को फॉस्फोरस की बेहतर उपलब्धता और मिट्टी की कम अम्लता से जोड़ते हैं।
• पानी को अधिक समय तक रोकना। बायोचार पौधे उगाने के माध्यम को अधिक समय तक पानी रोकने में भी मदद करता है। इसका कारण भी इसकी अधिक सरंध्रता और बड़ा सतही क्षेत्रफल है।

1.3 क्या खड़ी खेती में वास्तव में बायोचार का इस्तेमाल होता है?

हाँ, शोध में और मिश्रण के एक घटक के रूप में। 2024 के एक अध्ययन में हाइड्रोपोनिक्स (hydroponics) और खड़ी खेती के लिए पौधे उगाने वाला ऐसा जेल बनाया गया, जिससे बाद में खाद बन सकती है। इसके पाँच घटकों में से एक बायोचार से बना सक्रिय चारकोल था।

खड़ी खेती में पौधे उगाने के लिए एक माध्यम चाहिए। आम विकल्प रॉकवूल (rockwool), पीट (peat) और नारियल की जटा हैं। हर विकल्प की एक कमी है। रॉकवूल खनन से प्राप्त सामग्री से बनता है और सड़कर विघटित नहीं होता। पीट प्राकृतिक क्षेत्रों से खोदकर निकाला जाता है और दोबारा बहुत धीरे बनता है। नारियल की जटा में कीट हो सकते हैं।

2024 के जेल में पाँच घटक थे, इसलिए पौधे उगाने का माध्यम कई सामग्रियों का मिश्रण होता है। लेखकों के अनुसार, बायोचार से बने सक्रिय चारकोल को पौधों की वृद्धि बढ़ाने वाली सामग्री के रूप में पहले से जाना जाता था।

1.4 क्या बायोचार नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले सूक्ष्मजीवों की मदद करता है?

IPCC ने बायोचार के संभावित अतिरिक्त लाभों में जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण में वृद्धि को शामिल किया है। IPCC इसे एक संभावित अतिरिक्त लाभ बताता है।

इसका कारण केवल आश्रय मिलने तक सीमित नहीं है। ग्रीनहाउस में हुए एक अध्ययन में बायोचार से सेम की जड़ों की ग्रंथियों का वजन बहुत अधिक बढ़ा। अध्ययन ने इसे फॉस्फोरस की बेहतर उपलब्धता और माइकोराइजा कवकों की बढ़ी हुई संख्या से जोड़ा। अम्लीय मिट्टी में हुए एक खेत-अध्ययन में यह लाभ अम्लता घटने और मोलिब्डेनम का अवशोषण बेहतर होने से मिला।

इसलिए परीक्षा का कथन सही है। लेकिन इसका केवल एक कारण नहीं है। कुछ प्रकार के बायोचार में वाष्पशील यौगिक भी होते हैं, जो राइजोबिया की गतिविधि धीमी कर सकते हैं। राइजोबिया जड़ों में पाए जाने वाले नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले जीवाणु हैं।

1.5 क्या बायोचार मिट्टी में पानी रोकने में मदद करता है?

हाँ। IPCC के अनुसार बायोचार मिट्टी में पानी के रिसाव और उसकी पानी रोकने की क्षमता को बेहतर कर सकता है। IPCC इसके अतिरिक्त लाभों में सूखे को सहने की क्षमता भी गिनाता है।

इसका असर हर जगह एक जैसा नहीं होता। यह मिट्टी और खुद बायोचार के गुणों पर निर्भर करता है।

2.1 एक ही गुण से तीन लाभ क्यों मिलते हैं?

• स्पंज जैसी संरचना। बायोचार की छिद्रयुक्त संरचना के कारण उसके भीतर का कुल सतही क्षेत्रफल बहुत बड़ा होता है। इससे उसे पानी और पोषक तत्व रोककर रखने में मदद मिलती है।
• खेती के अलावा भी उपयोगी। IPCC के अनुसार बायोचार जैविक प्रदूषकों और भारी धातुओं को अपनी सतह पर सोख सकता है और गोबर की खाद की दुर्गंध घटा सकता है। इसलिए इसका उपयोग पौधे उगाने के माध्यम से आगे भी जाता है।
• खड़ी खेती की जरूरतों के अनुकूल। कई स्तरों पर की जाने वाली खेती में पौधे उगाने के माध्यम के मिश्रण में बायोचार को एक घटक के रूप में परखा जा रहा है।

2.2 पानी के अलावा अन्य उपयोगों के बारे में IPCC की सूचियाँ क्या बताती हैं?

IPCC कई अतिरिक्त लाभ बताता है। बायोचार नाइट्रोजन के उपयोग की दक्षता बढ़ा सकता है। यह जैविक प्रदूषकों और भारी धातुओं को अपनी सतह पर सोख सकता है। यह गोबर की खाद की दुर्गंध घटा सकता है।

यह मिट्टी से निकलने वाली नाइट्रस ऑक्साइड को भी कम कर सकता है। धान की खेती में अध्ययनों से N2O में औसतन 20 से 40 प्रतिशत की कमी दिखती है।

2.3 क्या हर बायोचार एक जैसा होता है?

नहीं। IPCC के अनुसार इसका असर इसे बनाने में इस्तेमाल होने वाले कच्चे माल और उत्पादन की परिस्थितियों के अनुसार बदलता है। यह उस मिट्टी पर भी निर्भर करता है जिसमें बायोचार डाला जाता है।

किसान यह नहीं मान सकता कि बायोचार की हर खेप का असर एक जैसा होगा।

3.1 भारत में पराली इतनी महत्वपूर्ण क्यों है?

भारत में हर साल बहुत बड़ी मात्रा में फसल अवशेष जलाए जाते हैं। फसल अवशेष प्रबंधन की 2014 की राष्ट्रीय नीति में आधिकारिक अनुमान दिया गया है। भारत में लगभग 501.73 मिलियन टन फसल अवशेष पैदा हुए। लगभग 140.84 मिलियन टन अवशेष जरूरत से अधिक थे। लगभग 92.81 मिलियन टन अवशेष जलाए गए।

इन आँकड़ों में सभी फसलें शामिल हैं। धान, गेहूँ और गन्ने के अवशेष सबसे अधिक जलाए जाते हैं। नीति के अनुसार हरियाणा, पंजाब, उत्तर प्रदेश और पश्चिम बंगाल में अवशेष जलाना आम है।

3.2 जलाने से किसान को क्या नुकसान होता है?

इसी नीति में एक टन धान की पराली जलाने से होने वाला नुकसान बताया गया है। इससे लगभग 5.5 kg नाइट्रोजन, 2.3 kg फॉस्फोरस, 25 kg पोटैशियम और 1.2 kg सल्फर नष्ट होते हैं। जैविक कार्बन भी नष्ट होता है।

किसान पराली इसलिए जलाते हैं क्योंकि धान की कटाई और गेहूँ की बुआई के बीच समय कम होता है। आग लगाकर खेत साफ करना तेज और सस्ता है।

3.3 पराली को बायोचार बनाने से क्या बदलता है?

पौधों का लगभग आधा हिस्सा कार्बन होता है। जब फसल अवशेष जलते या सड़ते हैं, तो यह कार्बन CO2 के रूप में हवा में लौट जाता है। European Biochar Certificate के अनुसार पायरोलिसिस करने पर पौधे का लगभग आधा कार्बन बहुत स्थिर ठोस पदार्थ में बदल जाता है।

इसलिए उस पराली से बायोचार बनाने पर उसका लगभग आधा कार्बन मिट्टी में बना रहता है। यह आँकड़ा European Biochar Certificate से लिया गया है। जलाने से कार्बन हवा में चला जाता है।

3.4 खेती में इसके क्या लाभ दिखते हैं?

• बायोचार मिट्टी की पानी रोकने की क्षमता बढ़ा सकता है और IPCC इसे एक अतिरिक्त लाभ बताता है।
• पोषक तत्वों की कमी वाली मिट्टी में यह फसल की उपज बढ़ा सकता है। समीक्षा अध्ययनों में औसतन लगभग 10 प्रतिशत की बढ़ोतरी बताई गई है, जो मिट्टी और अध्ययन पर निर्भर करती है।
• इससे अवशेष निपटाने की समस्या और वायु प्रदूषण का स्रोत, खेती में काम आने वाले संसाधन में बदल जाता है।

इन लाभों को सावधानी से समझें। एक बड़े समीक्षा अध्ययन में औसतन 10 प्रतिशत की बढ़ोतरी मिली। अध्ययनों के अलग-अलग समूहों में औसत बदलाव 28 प्रतिशत की कमी से लेकर 39 प्रतिशत की बढ़ोतरी तक था। एक अन्य समीक्षा में उर्वरक के साथ बायोचार डालने पर केवल उर्वरक डालने की तुलना में उपज 15 प्रतिशत अधिक मिली। अकेले बायोचार से उपज नहीं बढ़ी।

IPCC यह भी बताता है कि लाभ मिलने की संभावना रेतीली और अम्लीय मिट्टी में सबसे अधिक होती है, जहाँ पोषक तत्वों को रोककर रखने की क्षमता कम होती है।

3.5 क्या बायोचार पराली जलाने का एकमात्र विकल्प है?

नहीं। फसल अवशेष प्रबंधन नीति में कई विकल्प दिए गए हैं। इनमें अवशेषों को मिट्टी में मिलाना, उनसे मिट्टी को ढकना, ईंधन के लिए उनकी गांठें बनाना, पशुओं को खिलाना और हैप्पी सीडर (Happy Seeder) से सीधे बुवाई करना शामिल हैं। सूची में चारकोल बनाना और गैसीकरण भी शामिल हैं।

बायोचार कई विकल्पों में से एक है।

4.1 बायोचार को जलवायु संरक्षण का उपाय क्यों माना जाता है?

बायोचार आसानी से विघटित नहीं होता। इसे मिट्टी में मिलाने से कार्बन दशकों से लेकर हजारों वर्षों तक संचित रह सकता है। खेती में इसके उपयोग के अलावा यह एक अतिरिक्त लाभ है।

IPCC बताता है कि यह कितने समय तक बना रह सकता है। अनुमान है कि मिट्टी में बायोचार दशकों से लेकर हजारों वर्षों तक बना रहता है। यह अवधि उसे बनाने के लिए इस्तेमाल किए गए कच्चे माल और उत्पादन की परिस्थितियों पर निर्भर करती है। एक प्रमाणन नियम सावधानीपूर्ण अनुमान लगाते हुए मानता है कि 100 वर्षों के बाद भी 74 प्रतिशत कार्बन संचित रहता है।

4.2 IPCC और आँकड़े क्या कहते हैं?

• IPCC बायोचार को कार्बन डाइऑक्साइड हटाने (CDR) की एक वास्तविक विधि मानता है, केवल मिट्टी सुधारने वाला पदार्थ नहीं।
• बायोचार में मौजूद हर टन कार्बन 3.67 टन CO2 (44 को 12 से भाग देने पर) के बराबर होता है। इसमें से उत्पादन के दौरान हुए उत्सर्जन को घटाना बाकी है।
• टिकाऊ स्रोतों से मिले कच्चे माल का उपयोग करके बड़े पैमाने पर बायोचार बनाया जाए, तो इससे हर साल अधिकतम 1.8 अरब टन CO2-समतुल्यहटाया जा सकता है या उसके उत्सर्जन से बचा जा सकता है। यह प्रति टन 100 अमेरिकी डॉलर से कम लागत पर IPCC का अनुमान है।

यह 1.8 का आँकड़ा प्रति टन CO2 पर 100 अमेरिकी डॉलर से कम लागत वाले बायोचार के लिए IPCC के अनुमान की ऊपरी सीमा है। अनुमानित सीमा हर साल 0.3 से 1.8 अरब टन CO2-समतुल्य है। 2050 के लिए तकनीकी क्षमता की व्यापक सीमा 0.2 से 6.6 अरब टन है। इसमें कार्बन हटाना और उत्सर्जन से बचाव, दोनों शामिल हैं। जमीन, पानी और पैसे की उपलब्धता वास्तविक मात्रा को सीमित करती है।

प्रति टन का आँकड़ा सरल गणना से मिलता है। बायोचार में कार्बन की मात्रा लें। कार्बन को CO2 में बदलने के लिए इसे 44 से गुणा करके 12 से भाग दें। फिर इसे बनाने के दौरान हुए उत्सर्जन को घटाएँ। यूरोपीय बायोचार प्रमाणपत्र (European Biochar Certificate) इसी विधि का उपयोग करता है।

4.3 क्या इसके लिए बाजार है?

हाँ। खरीदार बायोचार से हटाई गई हर टन CO2 के लिए भुगतान करते हैं। फरवरी 2025 में क्वांटम (Quantum) ने लैटिन अमेरिका में बायोचार क्रेडिट के हाजिर बाजार भाव का आकलन 130 से 160 अमेरिकी डॉलर प्रति टन किया था। अलग आँकड़ों के अनुसार, पेड़ लगाने से मिलने वाले क्रेडिट का औसत मूल्य 2025 में लगभग 20 डॉलर प्रति टन था (अलग डेटा समूह, Ecosystem Marketplace, सभी लेनदेन)।

उसी रिपोर्ट में एक उत्पादक के मुख्य कार्यकारी अधिकारी ने कहा कि इतनी कीमत से बायोचार बनाने की लागत मुश्किल से ही निकल पाती है।

4.4 यह CO2 को जमीन में बहुत गहराई पर जमा करने से कैसे अलग है?

बायोचार कार्बन को ठोस रूप में मिट्टी में संचित करता है। कार्बन कैप्चर और भंडारण की प्रक्रिया अलग है। इसमें CO2 को गैस के रूप में पकड़ा जाता है और जमीन के भीतर बहुत गहराई में छिद्रयुक्त चट्टानों में इंजेक्ट किया जाता है।

लगभग 800 से 1,000 मीटर से अधिक गहराई पर दबाव और गर्मी CO2 को एक अतिक्रांतिक (supercritical) द्रव में बदल देते हैं। यह सघन तरल की तरह व्यवहार करता है, इसलिए चट्टानों के छिद्रों में बहुत अधिक CO2 समा सकती है। भंडारण के लिए CO2 आमतौर पर इसी अवस्था में इंजेक्ट की जाती है। यह प्लाज्मा, सामान्य गैस या ठोस ड्राई आइस नहीं है।

IPCC के अनुसार, अच्छी तरह चुने गए स्थलों पर इंजेक्ट की गई CO2 का 99 प्रतिशत या उससे अधिक हिस्सा 1,000 वर्षों तक वहीं बने रहने की संभावना है। बायोचार और गहराई में भंडारण दो अलग उपाय हैं। दोनों का उद्देश्य कार्बन को हवा से बाहर रखना है।

5.1 टेरा प्रेटा क्या है?

अमेज़न क्षेत्र के समुदायों ने टेरा प्रेटा (Terra Preta) बायोचार शब्द के प्रचलन में आने से बहुत पहले ही बना ली थी। इस नाम का अर्थ है काली मिट्टी। उन्होंने पोषक तत्वों की कमी वाली उष्णकटिबंधीय मिट्टी में चारकोल मिलाया। कुछ स्थलों पर मिट्टी के बर्तनों के टुकड़े मिले हैं।

रोंडोनिया (Rondonia) में 2021 के एक अध्ययन ने मैंगरिच और उनके सहयोगियों (Mangrich et al., 2011) का हवाला देते हुए अमेज़न की काली मिट्टियों की आयु वर्तमान से 500 से 8,000 वर्ष पहले (BP) बताई है।

5.2 ये मिट्टियाँ आज भी उपजाऊ क्यों हैं?

इन मिट्टियों में आसपास की मिट्टियों की तुलना में बहुत अधिक ब्लैक कार्बन होता है। ब्लैक कार्बन में अधूरे जलने से बना चारकोल और इसी तरह के पदार्थ शामिल होते हैं। 2001 के एक प्रमुख अध्ययन में कुछ जगहों पर 70 गुना तक अधिक ब्लैक कार्बन मिला। औसतन यह लगभग चार गुना अधिक था।

ब्लैक कार्बन स्थिर होता है और बहुत लंबे समय तक बना रहता है। समय के साथ इसमें ऐसे रासायनिक समूह भी जुड़ जाते हैं जो पोषक तत्वों को थामे रखने में मदद करते हैं। इससे वर्षों की खेती के बाद भी मिट्टी उपजाऊ बनी रहती है।

5.3 क्या बायोचार हर समस्या का अचूक समाधान है?

IPCC भी यही कहता है। बायोचार मिट्टी के कई गुणों को बेहतर बना सकता है, लेकिन इसका प्रभाव बायोचार और मिट्टी के अनुसार बदलता है।

6.1 हर स्थिति में कार्बन का क्या होता है?

यह तालिका फसल अवशेषों के लिए दो अलग विकल्प अपनाने के नतीजों की तुलना करती है। यह एक सरल मॉडल है, खेत में किया गया मापन नहीं।

जलाने और सड़ने, दोनों से पौधे का कार्बन CO2 के रूप में वापस हवा में चला जाता है। यूरोपीय बायोचार प्रमाणपत्र के अनुसार, पायरोलिसिस से लगभग आधा कार्बन एक स्थिर ठोस रूप में बना रहता है। यही स्थिर आधा हिस्सा बायोचार है।

बायोचार से मिट्टी को फायदा होना तय नहीं है। यह मिट्टी, कच्चे माल और इस बात पर निर्भर करता है कि बायोचार का इस्तेमाल उर्वरक के साथ किया जाता है या नहीं।

7.1 परीक्षक बार-बार किस ढंग से सवाल पूछते हैं?

इस विषय में अक्सर एक पदार्थ के बारे में कई दावे दिए जाते हैं और पूछा जाता है कि क्या वे सभी सही हैं।

• UPSC CSP 2020, Q80 ऊर्ध्वाधर खेती के लिए बायोचार का उपयोग उगाने के माध्यम के रूप में, नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले सूक्ष्मजीवों के सहारे के रूप में और पानी थामे रखने में मदद के लिए किया जाता है — क्या तीनों बातें सही हैं?

सही उत्तर सरल है। तीनों कथन सही हैं। अगर किसी विकल्प में केवल दो कथनों को सही बताया गया है, तो वह गलत है।

7.2 और क्या पूछा जा सकता है?

• बायोचार कैसे बनाया जाता है और इसमें कितनी ऑक्सीजन होती है?
• बायोचार मिट्टी को पानी थामे रखने में मदद क्यों करता है?
• क्या बायोचार को कार्बन डाइऑक्साइड हटाने की विधि के रूप में मान्यता मिली है?
• मिट्टी में कार्बन जमा करना, जमीन के नीचे CO2 पहुँचाने से कैसे अलग है?
• पराली को जलाने के बजाय बायोचार में बदलना बेहतर क्यों है?

7.3 झटपट सवाल-जवाब Q&A