Khái niệm về than sinh học

 “Than sinh học” (biochar) là một sản phẩm được sản xuất bằng cách nung nhiệt vật liệu hữu cơ, sinh khối như gỗ, cây cỏ, vỏ hạt, hoặc bã mía, rơm rạ… ở trong môi trường thiếu oxi (quá trình gọi là pyrolysis, hay còn gọi là quá trình nhiệt phân).

Than sinh học có thể được sử dụng để cải thiện chất cấu trúc và sự gắn kết của đất, giúp giữ nước và dinh dưỡng tốt hơn, từ đó tăng hiệu suất nông nghiệp. Nó cũng có khả năng giảm phát thải khí nhà kính bằng cách lưu trữ carbon trong đất. Ngoài ra, than sinh học còn có thể được sử dụng để sản xuất năng lượng trong quá trình đốt cháy hoặc làm nhiên liệu trong các ứng dụng khác.

Than sinh học có tiềm năng làm giảm sự phát thải carbon và cải thiện sự bền vững của hệ thống nông nghiệp và môi trường.

Phát triển than sinh học tại Việt Nam. Thực trạng phụ phẩm nông nghiệp tại Việt Nam

Hàng năm, hoạt động sản xuất nông nghiệp trên thế giới tạo nên một lượng phế phụ phẩm rất lớn. Riêng đối với Việt Nam, theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, năm 2006, nước ta có khoảng 30 triệu tấn rơm rạ, 10-15 triệu tấn cám và trấu, 110-120 triệu tấn chất thải chăn nuôi

Phụ phẩm nông nghiệp được xem là nguyên liệu đầu vào cho sản xuất phân bón hữu cơ, thức ăn chăn nuôi, làm chất đốt, hoặc phục vụ các ngành công nghiệp khác.

Tuy nhiên, hiện nay phần lớn nguồn phế phụ phẩm vẫn chưa được tái sử dụng đúng cách. Điều này gây lên các hệ lụy như:

• Lãng phí tài nguyên và ô nhiễm môi trường (đặc biệt là chất thải chăn nuôi),
• Làm tăng lượng phát thải khí nhà kính (khi sử dụng phế phụ phẩm cây trồng làm chất đốt theo phương pháp đốt thông thường).
• Bên cạnh đó, thực trạng nền đất canh tác đang bị thoái hóa, bạc màu trầm trọng càng đe dọa an ninh lương thực.

Công nghệ sản xuất biochar:

Để giải quyết những thách thức này, chúng ta có công nghệ sản xuất biochar và ứng dụng than sinh học (biochar) trong nông nghiệp.

Có một số phương pháp khác nhau để sản xuất than sinh học. Dưới đây là một số công nghệ phổ biến để sản xuất than sinh học:

Pyrolysis (hay còn gọi là quá trình nhiệt phân):

Pyrolysis là quá trình nung nhiệt vật liệu hữu cơ ở nhiệt độ cao và trong môi trường thiếu oxi. Quá trình này tạo ra than sinh học và sản phẩm phụ khí và dầu hữu cơ. Nhiệt độ và thời gian pyrolysis có thể điều chỉnh để kiểm soát tính chất của than sinh học.

Gasification (khí hóa):

Gasification là quá trình chuyển đổi vật liệu hữu cơ thành khí tồn tại trong môi trường có oxi. Khí này sau đó có thể được làm nguội và rắn hóa thành than sinh học.

Hiện nay, các thiết bị sản xuất than sinh học sử dụng phương pháp khí hóa với tên thương mại là bếp sử dụng chất đốt xanh, thân thiện môi trường tương đối phổ biến ở nước ta. Khi sử dụng các thiết bị này ở quy mô nông hộ hay quy mô công nghiệp, người sử dụng thu được lợi ích kép: Một là nhiệt lượng thu từ khí syngas phục vụ quá trình đun nấu hoặc sản xuất điện, chạy lò hơi; hai là phần chất rắn còn lại sau quá trình khí hóa (là một trong ba dạng của phương pháp nhiệt phân) gọi là than sinh học có thể làm chất cải tạo đất nếu được ủ hoạt hóa bằng phương pháp phối trộn với phân ủ (compost).

Hydrothermal Carbonization (HTC):

HTC là quá trình sử dụng nhiệt độ và áp suất cao cùng với nước để chuyển đổi vật liệu hữu cơ thành than sinh học. Nó thường được sử dụng cho các loại vật liệu cỏ, bã mía và lân cận.

Microwave Pyrolysis (Nung nhiệt bằng sóng vi sóng):

Quá trình này sử dụng sóng vi sóng để nung nhiệt vật liệu hữu cơ một cách nhanh chóng và hiệu quả để sản xuất than sinh học.

Thermal Oxidation (Oxidation nhiệt):

Trong quá trình này, vật liệu hữu cơ được nung nhiệt ở nhiệt độ cao trong môi trường chứa oxi. Quá trình này có thể tạo ra than sinh học cùng với khí thải và nước.

Mỗi phương pháp sản xuất có những ưu điểm và hạn chế riêng, và lựa chọn phụ thuộc vào tình huống cụ thể và mục tiêu sử dụng than sinh học. Quá trình sản xuất cũng có thể được tùy chỉnh để tạo ra than sinh học với các tính chất cụ thể, như khả năng hấp thụ nước, khả năng hấp thụ khí, hoặc khả năng tạo năng lượng.

Đặc tính và thành phần hóa học của than sinh học:

Đặc tính và thành phần hóa học của than sinh học thay đổi tùy theo nguồn gốc của vật liệu hữu cơ và quá trình sản xuất. Dưới đây là một số đặc tính và thành phần hóa học chung của than sinh học:

• Cấu trúc: Than sinh học thường có cấu trúc mạng rỗng, với các lỗ và kênh, tạo điều kiện thuận lợi cho việc lưu trữ nước, dinh dưỡng và vi khuẩn trong đất.

• Carbon (C): Thành phần chính của than sinh học là carbon, và nó thường chiếm tỷ trọng cao (trên 60% trọng lượng) của than. Carbon trong than sinh học thường không dễ bị phân hủy bởi vi sinh vật, giúp tăng sự lưu trữ carbon trong đất. Cần phân biệt giữa cacbon hữu cơ và cacbon vô cơ. Cacbon hình thành từ nguyên liệu sinh khối là cacbon hữu cơ. Con cacbon vô cơ là cacbon được hình thành từ quá trình phong hóa đất, cây, động vật qua hàng triệu năm dưới dạng than khoáng sản.

• Nito (N): Tùy thuộc vào nguồn gốc vật liệu, hàm lượng Nito trong than là khác nhau. Nitơ trong than sinh học có vai trò cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng. Nhờ quá trình phân giải của vi khuẩn trong đất.

• Phốt Pho (P): Một số than sinh học có thể chứa lượng nhỏ của phosphor, một nguồn dinh dưỡng quan trọng cho cây trồng.

• Kali (K): Kali cũng có thể có mặt trong than sinh học, nhưng thường ở mức rất thấp.

• Mangan (Mn), sắt (Fe), và các khoáng chất khác: Than sinh học có chứa các khoáng chất và vi lượng khoáng chất. Tùy thuộc vào nguồn gốc của vật liệu hữu cơ và quá trình sản xuất.

Đặc tính của than sinh học:

• Khả năng hấp thụ nước: Than sinh học có khả năng hấp thụ nước cao, giúp giữ nước trong đất và cung cấp cho cây trồng trong thời kỳ cạn kiệt.

• Khả năng hấp thụ khí: Than sinh học cũng có khả năng hấp thụ khí như methane và ammonia, giúp làm giảm phát thải khí nhà kính.

• pH: Thường, than sinh học có pH trung tính đến kiềm, tùy thuộc vào nguồn gốc và quá trình sản xuất.

• Cấu trúc bề mặt – bề mặt riêng (BET): Bề mặt của than sinh học thường có các kết cấu bề mặt rất lớn, giúp tạo điều kiện thuận lợi cho việc liên kết với các chất hữu cơ và vi khuẩn.

Lưu ý: các đặc tính, và hàm lượng các chất trong than sinh học thay đổi tùy thuộc theo công nghệ sản xuất và nguồn gốc vật liệu hữu cơ. Do đó, than sinh học có thể được điều chỉnh để đáp ứng mục đích sử dụng cụ thể trong lĩnh vực nông nghiệp, môi trường, hoặc năng lượng.

Ứng dụng của than sinh học:

• BBQ: than trắng, than mùn cưa – kích thước lớn, cháy không khói, không mùi
• Sưởi ấm: là nhiên liệu đốt sạch để sưởi ấm khi lạnh
• Sấy: đốt cháy lấy nhiệt sạch để sấy nông sản, dược liệu…
• Cải tạo đất: than vụn biochar giúp cải thiện độ xốp, điều chỉnh pH của đất.
• Làm giá thể cho cây trồng, hoa…
• Lọc nước, hút ẩm, khử mùi: than biochar được hoạt hóa thành than hoạt tính (Activated Carbon)

Bài viết này, EcocharVIETNAM sẽ phân tích sâu về vai trò và ứng dụng của than sinh học trong nông nghiệp.

Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về ứng dụng than sinh học trong nông nghiệp, làm rõ các tác động tích cực đến từng loại đất và cây trồng đặc thù cũng như phân tích những hạn chế của than sinh học từ những loại phế phụ phẩm khác nhau, được tạo thành từ những chế độ nhiệt phân khác nhau.

• Abrishamkesh và cộng sự (2015) đã chứng minh than sinh học có tác động tích cực khi đưa vào đất phèn, giúp tăng hàm lượng cacbon hữu cơ trong đất, khả năng trao đổi cation, kali giữa đất và cây trồng, đồng thời tăng độ tơi xốp cho đất, và kích thích sự tăng trưởng cây họ đậu [3].
• Satriawan và Handayanto (2015) đã chỉ ra tác dụng cải tạo đất bạc màu của than sinh học, mặc dù không làm tăng photpho trong đất nhưng lại làm gia tăng khả năng hấp thụ photpho khi thử nghiệm trên cây ngô [4].
• Một số nghiên cứu đã cho thấy, than sinh học giúp làm tăng đáng kể hàm lượng dinh dưỡng trong đất như P, K, Ca, Mg; giúp cải thiện rõ rệt chất lượng các loại đất có đặc tính khô như đất thịt pha cát và đất thịt pha đất sét [5].
• Không chỉ giúp nâng cao chất lượng đất, than sinh học còn có tác dụng giải độc cho đất, thông qua việc hấp phụ kim loại nặng, tránh làm phát tán xuống nguồn nước ngầm.
• Theo nghiên cứu của Nigussie và cộng sự (2012), than sinh học đã hạn chế việc trao đổi và tích tụ crôm trong cây trồng [6].
• Ứng dụng trong xử lý đất ô nhiễm là một trong những hướng ứng dụng rất tiềm năng của than sinh học trong tương lai.

Ở Việt Nam, than sinh học không phải là một khái niệm quá mới, tuy nhiên những nghiên cứu cơ bản về than sinh học và ứng dụng của nó mới chỉ thực sự được quan tâm trong những năm gần đây.

• Năm 2012, Southavong và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của chất cải tạo đất (than sinh học hoặc than củi) đến năng suất cây rau muống và khả năng cải thiện độ phì đất tại Đồng bằng sông Cửu Long. Kết quả cho thấy, than sinh học giúp tăng năng suất cây trồng, khả năng giữ nước cùng pH của đất phù sa [7].
• Khi được áp dụng trên đất trồng cà chua, than sinh học cũng cho thấy sự ảnh hưởng rõ rệt tới chiều cao cây, số lượng lá, tỷ lệ đậu quả, khối lượng trung bình quả và năng suất của cây [8].
• Than sinh học kết hợp với phân NPK khi bón cho lúa tại tỉnh Hưng Yên đã giúp cải thiện được các đặc tính hóa học của đất, đồng thời tăng năng suất lúa lên nhiều lần [9].

Trong bối cảnh diện tích đất sản xuất ngày càng thu hẹp, chất lượng nền đất ngày càng bị thoái hóa, rửa trôi do kỹ thuật canh tác không phù hợp, việc lạm dụng thuốc trừ sâu và các phân bón hóa học cũng như tác động không thể tránh khỏi bởi biến đổi khí hậu, trong khi nguồn phế phụ phẩm lại đang dồi dào, sẵn có thì với những tác dụng tích cực đã được chứng minh, than sinh học được coi là một vật liệu cải tạo đất với nhiều tiềm năng cần được nhân rộng [2].

Hướng đi này cũng phù hợp với định hướng của Việt Nam hiện nay là ưu tiên phát triển nông nghiệp hữu cơ bền vững, ứng dụng các mô hình canh tác thân thiện môi trường, không phát thải.

Như vậy, nghiên cứu và ứng dụng than sinh học tại Việt Nam là một xu thế tất yếu, có nhiều ưu điểm, phù hợp với định hướng phát triển bền vững và xu hướng chung của thế giới, mà trước hết là đáp ứng được nhu cầu cấp bách về phục hồi và nâng cao sức khỏe nền đất canh tác ở Việt Nam, là hậu phương vững chắc cho an ninh lương thực quốc gia.

Ảnh hưởng của than sinh học đến sức khỏe đất

Từ năm 2016, Tổ Công nghệ sinh học môi trường thuộc Trung tâm Công nghệ sinh học TP Hồ Chí Minh đã thực hiện nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu về khả năng ứng dụng than sinh học. Nguyên liệu sử dùng là vỏ trấu và vỏ cà phê. Sản xuất bằng phương pháp khí hóa nhằm nâng cao chất lượng đất và đánh giá hiệu quả trên các loại cây trồng.

Kết quả nghiên cứu rất khả quan, nổi bật là khả năng giữ nước trên đất bazan và đất xám, chứng tỏ đây là một ứng viên phù hợp khi được dùng để cải tạo và giữ ẩm cho đất. Tuy nhiên, khả năng giữ nước phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nguyên liệu sản xuất và điều kiện nhiệt phân, do đó không thể dùng một loại than sinh học nhất định để đại diện cho các đặc tính của các loại khác nhau [10].

Bên cạnh đó, than sinh học có pH khá cao (10-12) nên khi bổ sung vào đất bazan đã giúp trung hòa độ chua vốn có của đất, giúp đất ổn định pH về trung tính.

Lý giải cho điều này, A. Nigussie cho rằng sự có mặt của than sinh học làm tăng hàm lượng tro trong đất. Điều này, kéo theo sự tích tụ muối cacbonat của các kim loại kiềm, và kiềm thổ. Đây là lý do giúp pH của đất tăng [6].

Khi bổ sung than sinh học với các mức 0,3; 1; 3 kg/m², độ dẫn điện EC của đất tăng lên hơn so với nghiệm thức đối chứng. Độ dẫn điện là một đại lượng đặc trưng cho sự trao đổi các ion và độ mặn của đất. Khi giá trị này tăng lên là dấu hiệu tốt cho việc trao đổi các khoáng chất giữa đất và cây trồng. Nhưng nếu cao quá sẽ gây tác động bất lợi.

Với hàm lượng than sinh học được tính toán bổ sung phù hợp sẽ giúp cây trồng phát triển tốt và hạn chế các tác động không mong muốn. Dung trọng của đất giảm rõ rệt khi được bổ sung than sinh học đồng nghĩa với độ tơi xốp của đất tăng, tạo điều kiện cho nước được giữ lại trong các khoảng hở, mao quản của đất, giúp độ ẩm được duy trì trong một thời gian dài. Trong một nền đất vừa thoáng khí và có độ ẩm thì tác động dây chuyền sẽ kích thích sự phát triển và hoạt động của hệ vi sinh hiếu khí có lợi trong đất, giúp tăng cường các quá trình sinh địa hóa trong đất và rễ cây, từ đó nâng cao sức khỏe sinh học của nền đất canh tác cũng như cây trồng.

Về phương diện hóa học, mùn hay cacbon hữu cơ trong đất là chỉ tiêu quan trọng đại diện cho độ phì nhiêu của đất, có tính chất quyết định đối với các tính chất vật lý, hóa học và sinh học của đất. Sau một thời gian bổ sung than sinh học, lượng mùn trong đất tăng lên một cách đáng kể. Đây là giá trị của việc ứng dụng than sinh học để cải tạo đất. Mặc dù việc bón than sinh học không trực tiếp làm gia tăng hàm lượng photpho và nito trong đất nhưng sự có mặt của than sinh học giúp tăng khả năng hấp thụ các nguồn dinh dưỡng này ở cây trồng và hỗ trợ cho nhóm vi sinh vật cố định đạm và phân giải lân hoạt động, giúp tăng các chất dinh dưỡng này theo thời gian.

Bên cạnh đó, khi bổ sung vào đất, than sinh học được coi là nơi cư trú thích hợp cho bào tử nấm nội cộng sinh. Đây là một chỉ thị sinh học mới nhưng rất quan trọng trong đánh giá tính chất đất. Sự có mặt và phát triển của bào tử nấm nội cộng sinh giúp tăng cường dưỡng chất hấp thu cho cây trồng, cùng với các hoạt động trao đổi chất của hệ sợi nấm thì cây trồng cũng tăng cường các hoạt động hấp thu và trao đổi khoáng chất cũng như tăng sức đề kháng với các loại vi sinh vật gây hại. Vì vậy, khi đưa than sinh học vào đất đã làm thay đổi môi trường đất theo hướng có lợi cho hệ sinh vật và cây trồng.

Kết luận của khoa học trên Thế giới và các nhà khoa học Việt Nam:

EcocharVietNam tổng hợp và sẽ liên tục cập nhật, công nghệ và ứng dụng của than sinh học. Chúng tôi mong muốn được hợp tác với các đơn vị đang nghiên cứu về nông nghiệp hữu cơ, với những nhà nông đã triển khai ứng dụng than sinh học, với nhà quản lý đang triển khai các chương trình cacbon thấp, giảm phát thải khí nhà kính. Và đặc biệt Quý nhà đầu tư muốn đưa nguồn vốn vào các công nghệ sản xuất sản phẩm bền vững, có giá trị và nhân sinh này.

Qua việc hợp tác đa dạng với nhiều bên, chúng ta sẽ có cơ hội phát hiện những vướng mắc, khó khăn để có thể cùng thảo luận, tìm cách tháo gỡ, giúp cho việc ứng dụng than sinh học có hiệu quả cao hơn.

Than sinh học là sản phẩm tự nhiên, nguồn nguyên liệu sản xuất rất dồi dào. Về lâu về dài, cùng với việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo khác như: năng lượng gió, năng lượng mặt trời… Việc sử dụng năng lượng sinh khối để tạo ra nguồn nhiệt, các sản phẩm hữu ích cho cuộc sống con người như than sinh học, giấm gỗ sinh học là một hướng đi đúng. Điều này, sẽ giúp con người bảo vệ và quay trở lại gần hơn với thiên nhiên, mẹ Trái Đất. Bảo vệ đất chính là cách bảo vệ chính nguồn sống của chúng ta. Chính là bảo vệ rừng. Và việc tiến tới sử dụng than sinh học, giấm gỗ sinh học, khí hóa sinh khối là một quá trình quan trọng. Hãy sống có trách nhiệm, có tầm nhìn với thế hệ mai sau.

Mua than sinh học ở đâu tại Việt Nam?

Chúng tôi là đơn vị sản xuất chuyển giao công nghệ sản xuất biochar và phân phối biochar, giấm gỗ sinh học, lò khí hóa tại Việt Nam.

Khi có nhu cầu đầu tư thiết bị dây chuyền sản xuất biochar, hoặc mua sản phẩm biochar để cải tạo đất, làm giá thể…Quý vị hãy liên hệ với chúng tôi: EcocharVIETNAM – Hotline: 0936.015.185. Chi tiết liên hệ phía dưới bài viết.

Hoặc đặt mua tại đây:

Than sinh học, biochar cải tạo đất cằn, đất bạc màu, đất phèn

Thông tin liên hệ:

CTY CỔ PHẦN CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VIỆT

An Thượng, Hoài Đức, Hà Nội

Website:  Https://ecocharvietnam.com

Youtube:                  https://www.youtube.com/watch?v=sop6QFhEEK0

Ecocharvietnam@gmail.com

Kênh xuất khẩu: (hotline/whatapps): 0936.015.185

EcocharVIETNAM luôn đồng hành cùng sự thành công của Quý khách!

---

CÁC BÀI VIẾT LIÊN QUAN:

Giấm gỗ sinh học – Sản phẩm tự nhiên thay thế thuốc trừ sâu hóa học

Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ sử dụng than hoạt tính tổ ong

Dây chuyền thiết bị & công nghệ sản xuất than sinh học

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. 1. Trương Quốc Tùng (2015), “Xây dựng mô hình ‘Làng nghề sinh học’ phục vụ sản xuất nông nghiệp sạch và phát triển nông thôn xanh, sạch, bền vững”, Trái đất xanh, 64, tr.10.

1. 1. J. Lehmann, S. Joseph (2009), Biochar for environmental management: science and technology (1st ed.), Earthscan.

1. 1. S. Abrishamkesh, M. Gorji, H. Asadi, G.H. Bagheri-Marandi, A.A. Pourbabaee (2015), “Effects of rice husk biochar application on the properties of alkaline soil and lentil growth”, Plant, Soil and Environment, 61, pp.475-482.

1. 1. B.D. Satriawan, E. Handayanto (2015), “Effects of biochar and crop residues application on chemical properties of a degraded soil of South Malang, and P uptake by maize”, Journal of Degraded and Mining Lands Management, 2, pp.271-280.

1. 1. Y. Zhang, O.J. Idowu, C.E. Brewer (2016), “Using agricultural residue biochar to improve soil quality of desert soils”, Agriculture, 6(1), p.10.

1. 1. A. Nigussie, E. Kissi, M. Misganaw, G. Ambaw (2012), “Effect of biochar application on soil properties and nutrient uptake of lettuces (Lactuca sativa) grown in chromium polluted soils”, American-Eurasian J. Agric. & Environ. Sci., 12(3), pp.369-376.

1. 1. S. Southavong, T.R. Preston, N.V. Man (2012), “Effect of biochar and charcoal with staggered application of biodigester effluent on growth of water spinach (Ipomoea aquatica)”, Live stock Research for rural Development.Vũ Duy Hoàng, Nguyễn Tất Cảnh, Nguyễn Văn Biên, Nhữ Thị Hồng Linh (2013), “Ảnh hưởng của biochar và phân bón lá đến sinh trưởng và năng suất cà chua trồng trên đất cát”, Tạp chí Khoa học và phát triển, 11(5), tr.603-613.

1. 1. Nguyễn Mỹ Hoa (2013), “Khảo sát khả năng hấp phụ đạm bởi biochar trong điều kiện ủ háo khí”, Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, 29, tr.52-59.

1. 1. Vu Thuy Duong, Nguyen Minh Khanh, Nguyen Thi Hanh Nguyen, Nguyen Ngoc Phi, Nguyen Tan Duc, Duong Hoa Xo (2017), “Impact of biochar on the water holding capacity and moisture of basalt and grey soil”, Journal of Science Ho Chi Minh City Open University, 7(2), pp.36-43.