Khảo sát hiệu quả đun nấu sửdụng lò Anila và tính chất Biochar từ các nguồn nguyên liệu

Việc đốt phế thải nông nghiệp bằng kỹ thuật nhiệt phân nguyên liệu trong điều kiện oxy thấp để cung cấp năng lượng và thu được Biochar sử dụng làm phân bón đang là vấn đề quan tâm trong nghiên cứu để đạt hiệu quả cao về môi trường. Nghiên cứu được thực hiện sử dụng lò Anila so sánh với lò đốt truyền thống khi đốt nguyên liệu: trấu, rơm, lá mía và xác mía. Phương pháp đốt được thực hiện 3 lần lặp lại với khối lượng và thể tích nguyên liệu thay đổi tùy theo dung tích và khả năng đun nấu của lò và lượng nước sử dụng đủ để làm tăng nhiệt độ nhưng không đạt đến nhiệt độ sôi.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN KHOA HỌC ĐẤT

-o0o -NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN VỀ ĐỀ TÀI Xác nhận chấp thuận báo cáo luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Khảo sát hiệu quả đun nấu sửdụng lò Anila và tính chất Biochar từ các nguồn nguyên liệu”. Do sinh viên:Tiền Sa Liêm Lớp Khoa học đất Khóa 36, thuộc Bộ môn Khoa học đất, Khoa Nông nghiệp & Sinh học ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ Nhận xét của Cán bộ hướng dẫn:

Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2014

Cán bộ hướng dẫn

NGUYỄN MỸ HOA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN KHOA HỌC ĐẤT

-o0o -XÁC NHẬN CỦA BỘ MÔN KHOA HỌC ĐẤT VỀ ĐỀ TÀI Xác nhận chấp thuận báo cáo luận văn tốt nghiệp với đề tài: Khảo sát hiệu quả đun nấu sửdụng lò Anila và tính chất Biochar từ các nguồn nguyên liệu”. Do sinh viên:Tiền Sa Liêm Lớp Khoa học đất Khóa 36, thuộc Bộ môn Khoa học đất, Khoa Nông nghiệp & Sinh học ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ Xác nhận của Bộ môn:

Đánh giá:

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2014

Bộ môn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN KHOA HỌC ĐẤT

-o0o -XÁC NHẬN CỦA HỘI ĐỒNG BÁO CÁO Hội đồng báo cáo luận văn tốt nghiệp chứng nhận báo cáo tốt nghiệp với đề tài: “Khảo sát hiệu quả đun nấu sửdụng lò Anila và tính chất Biochar từ các nguồn nguyên liệu”. Do sinh viên: Tiền Sa Liêm Lớp Khoa học đất Khóa 36, Bộ môn Khoa học đất, Khoa Nông nghiệp & Sinh học ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ Thực hiện và bảo vệ trước hội đồng ngày … tháng … năm 2014 Luận văn tốt nghiệp đã được Hội đồng đánh giá ở mức:

Nhận xét của Hội đồng:

Trưởng Khoa Nông nghiệp & Chủ tịch Hội đồng

Sinh học ứng dụng

TIỂU SỬ CÁ NHÂN

I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC

Ngày tháng năm sinh: 15/08/1991 Dân tộc: Kinh

Nơi sinh: ấpNinh Lợi, xã Ninh Quới, huyện Hồng Dân, Tỉnh Bạc Liêu

Ba: Tiền Thanh Tùng

Trường: Tiểu học Ninh Quới A

Địa chỉ: ấpNinh Lợi, xã Ninh Quới, huyện Hồng Dân, Tỉnh Bạc Liêu

2. Bậc trung học cơ sở

Năm: 2002 – 2006

Trường: Trung học cơ sở Ninh Quới A

Địa chỉ: ấpNinh Lợi, xã Ninh Quới, huyện Hồng Dân, Tỉnh Bạc Liêu

3. Bậc trung học phổ thông

Năm: 2006 – 2009

Trường: Trung học phổ thông Ninh Quới A

Địa chỉ: ấpNinh Lợi, xã Ninh Quới, huyện Hồng Dân, Tỉnh Bạc Liêu

4. Bậc Đại Học

Năm: 2010 – 2014

Trường: Đại Học Cần Thơ

Địa chỉ: Đường 3/2 Phường Xuân Khánh, Quận Ninh Kiều, Thành phố Cần Thơ

Cần thơ, ngày … tháng … năm 2014

Người khai

Tiền Sa Liêm

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những kết quả trình bày trong luận văn này là nghiên cứu của bản thân tôi.Tất cả số liệu, kết quả hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ luận văn nào trước đây

Tác giả luận văn

Tiền Sa Liêm

LỜI CẢM TẠ Kính dâng!

Con xin kính dâng đến ba mẹ lòng biết ơn vô hạn, người đã sinh thành dưỡng dục, suốt đời tận tụy vì con và luôn mong cho con công thành danh toại

Xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến

Cô Nguyễn Mỹ Hoa, đã hết lòng dìu dắt, truyền đạt nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu cũng như giúp đỡ cho tôi về mọi mặt trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Cô Tất Anh Thư, cố vấn học tập đã tận tình chỉ dạy và giúp đỡ tôi trong suốt khoảng thời gian học tập tại trường

Quý Thầy, Cô trường Đại học Cần Thơ, đặc biệt là Thầy, Cô thuộc Bộ môn Khoa học đất khoa Nông nghiệp & Sinh học ứng dụng đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt những năm học vừa qua

Cảm ơn tất cả các bạn lớp Khoa học đất Khóa 36 đã chia sẻ cùng tôi những buồn vui trong quá trình học tập cũng như hết lòng hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua

Xin kính gửi đến quý thầy, cô, người thân, anh, chị, bạn bè tôi lời chúc sức khỏe, thành công và xin nhận nơi tôi lòng biết ơn sâu sắc

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn đến: Hội đồng báo cáo đã giành thời gian đọc, xem xét và đóng góp ý kiến quý báu cho đề tài tốt nghiệp của tôi

Trân trọng kính chào

Tác giả Luận văn

Tiền Sa Liêm

MỤC LỤC

TRANG PHỤ BÌA Trang

Tiền Sa Liêm 2014 “Khảo sát hiệu quả đun nấu sửdụng lò Anila và tính chất Biochar từ các nguồn nguyên liệu”(tháng 04/2013 – 11/2013)” Luận văn tốt

nghiệp kỹ sư ngành Khoa học đất, Khoa Nông nghiệp & Sinh học ứng dụng – Trường Đại học Cần Thơ Cán bộ hướng dẫn PGs.Ts Nguyễn Mỹ Hoa

Từ khóa: lò đốt Anila, trấu, rơm, xác mía, lá mía, Biochar, phế thải nông nghiệp

DANH SÁCH HÌNH

Hình Tựa hình

Tran g

DANH SÁCH BẢNG

Bản

Tran g

3.1 Hiệu quả đốt trấu bằng lò Anila và lò truyền thống 243.2 Hiệu quả đốt rơm bằng lò Anila và lò truyền thống 263.3 Hiệu quả đốtlá míabằng lò Anila và lò truyền thống 283.4 Hiệu quả đốt xác mía bằng lò Anila và lò truyền thống 303.5 Hàm lượng pH, EC của Biochar từ các nguồn nguyên liệu 313.6 Hàm lượng chất dinh dưỡng tổng số trong Biochar từ các nguồn

nguyên liệu

32

ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay, tình trạng ô nhiễm môi trường là vấn đề được rất nhiều người quan tâm Tình trạng này không chỉ xảy ra ở các khu công nghiệp mà còn là vấn đề nan giải ở vùng nông thôn Các phế phẩm nông nghiệp sau thu hoạch như rơm rạ, vỏ trấu, vỏ dừa, xác mía,… thường được xử lý theo nhiều phương pháp cổ điển khác nhau như cày vùi rơm rạ, ủ compost hay đốt bỏ một cách lãng phí Việc cày vùi rơm rạ có thể gây ngộ độc hữu cơ cho cây trồng, ủ compost thì cần có thời gian để phân hủy và quá trình phân hủy trong đất phóng thích CO2 ra môi trường Phần lớn lượng phế thải nông nghiệp thường bị đốt sẽ phóng thích ra nhiều khí CO2, CO, CH4, NO2,

SO2vào khí quyển gây hiệu ứng nhà kính và là nguyên nhân chính gây biến đổi khí hậu, ảnh hưởng rất nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con người Do vậy, cần phải có giải pháp nhằm cải thiện tình trạng ô nhiễm môi trường và giảm phát thải khí nhà kính, hướng tới một nền nông nghiệp sạch, thân thiện với môi trường

Từ thực tiễn đó, nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu sản xuất Biochar (than sinh học)

từ quá trình đốt các phế thải nông nghiệp thậm chí là chất thải động vật nhằm mục

đích cải thiện ô nhiễm môi trường Lehmann et al., (2006) báo cáo rằng có khoảng

hơn 12% tổng C do hoạt động của con người có thể được giảm bớt nếu việc đốt phế thải được thay thế bằng việc sản xuất Biochar Theo nhà khoa học James Hansen của Cơ quan hàng không vũ trụ quốc gia (NASA) Mỹ, nếu cả thế giới sử dụng Biochar thì lượng khí CO2 phát thải vào khí quyển trong vòng 50 năm tới có thể giảm khoảng 8 phần triệu (ppm) Việc nghiên cứu đốt các phế thải nông nghiệp bằng kỹ thuật nhiệt phân trong điều kiện hàm lượng oxy thấp bằng cách sử dụng lò đốt Anila chưa được nghiên cứu nhiều và những đặc tính lý hóa của Biochar của lò

Anila so với tro trong cách đốt truyền thống vẫn còn ít Do đó, đề tài “Khảo sát hiệu quả đun nấu sửdụng lò Anila và tính chất Biochar từ các nguồn nguyên liệu” được thực hiện nhằm mục tiêu: (i) nghiên cứu hiệu quả sử dụng lò để đốt các

phế thải nông nghiệp như trấu, rơm, lá mía và xác mía sử dụng kỹ thuật cháy từ trên xuống theo thiết kế của lò đốt Anila để phục vụ việc đun nấu và sản xuất Biochar; (ii) xác định một số đặc tính lý, hóa và dinh dưỡng của Biocharnhằm ứng dụng kỹ thuật mới trong việc xử lý phế thải nông nghiệp đạt hiệu quả cao về môi trường, giảm phát thải khí CO2 và làm cơ sở cho nghiên cứu sử dụng Biochar trong cải thiện

độ phì nhiêu của đất và tăng năng suất cây trồng

CHƯƠNG 1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

1.1 Đặc tính của Biochar

1.1.1 Biochar là gì

Than sinh học (Black Carbon/Biochar) là vật liệu rắn thu được giàu hàm lượng Carbon sau quá trình nhiệt phân sinh khối hữu cơ (gỗ, lá cây, trấu, xác mía,…) trong điều kiện ít hoặc hoàn toàn không có mặt của oxy với nhiệt độ thường nhỏ hơn

7000C (Lehmann et al., 2009)

Than sinh học còn được định nghĩa là sản phẩm hữu cơ bị đốt cháy, được sản xuất với mục đích làm phân bón cải tạo đất và hấp thu Carbon (LehmannvàJoseph,2009) Theo Brian - kỹ sư của UGA – một trong những nhà khoa học đang nghiên cứu các phương pháp mới nhằm tái chế khí thải Carbon, nguyên liệu làm Biochar có thể từ những phế phẩm nông nghiệp, lâm nghiệp, chẳng hạn dăm gỗ, vỏ bắp, vỏ đậu phộng, chất thải từ động vật hay thậm chí phân gà Biochar có mặt ở mọi nơi trên trái đất do đặc tính nhẹ, dễ bay theo gió và dễ bị cuốn trôi do xói mòn đất

1.1.2 Thành phần của Biochar

Thành phần của Biochar rất biến động gồm các thành phần bền và dễ tan như Carbon, chất dễ bay hơi, chất khoáng dễ tan (tro) (Antal và Gronli, 2003) Quá trình nhiệt phân đã chuyển hóa chất hữu cơ thành 3 thành phần: rắn, lỏng và khí Các thành phần đó có tỉ lệ khác nhau tùy thuộc vào loại vật liệu và các điều kiện của quá trình nhiệt phân Quá trình nhiệt phân sẽ hình thành một lượng lớn hắc ín, các hợp chất hữu cơ hydroCarbon khác nhau có thể ở dạng dầu dễ bay hơi, hơi nước, một lượng khí gas bao gồm các khí: CH4, CO, CO2, H2O, H2 và phần chất rắn còn lại cuối cùng sau quá trình đốt chính là Biochar Lượng khí gas và dầu này được sử dụng như là nguồn nhiên liệu để sinh ra nhiệt sử dụng cho việc đun nấu ở qui mô hộ gia đình, nông trang hoặc các nhà máy tiểu thủ công nghiệp

1.1.3 Tính chất sinh hóa

Trong kỹ thuật cổ điển trước đây, phế thải thực vật thường được đốt cháy trong không khí tạo thành than tro và được sử dụng lại để bón vào đất Tuy nhiên, trong than tro này có chứa khoảng 40% tro trắng, tro trắng này là một loại có hoạt tính rất mạnh và thường có hại cho cây và đất.Hàm lượng Carbon trong Biochar rất cao, có thể tích lũy lên đến 50% Carbon so với lượng Carbon có trong nguyên liệu ban đầu Nếu sử dụng những phương pháp truyền thống để xử lý các phế thải trên như đốt, thì hàm lượng Carbon trong than tro tích lũy được với hàm lượng rất thấp khoảng 3% và nếu để những dư thừa thực vật đó phân hủy sinh học thì phải tốn một khoảng thời gian từ 5 đến 10 năm nhưng chỉ giữ lại được 10 – 20% hàm lượng Carbon Do

đó, có thể nói Biochar đã tích luỹ một lượng Carbon nhiều hơn so với Carbon trong than khi sử dụng phương pháp đốt truyền thống hoặc phân hủy sinh học

Tính chất hóa học và vật lý của than sinh học ít nhiều cũng bị ảnh hưởng bởi các nguồn nguyên liệu khác nhau và điều kiện của quá trình nhiệt phân Vì thế, không phải tất cả than sinh học đều như nhau Ví dụ, than sinh học được làm từ phân sẽ có hàm lượng chất dinh dưỡng cao hơn so với than sinh học được làm từ gỗ Tuy nhiên, than sinh học từ gỗ có khả năng tồn trữ được trong đất trong thời gian dài Biochar có thể được tạo ra thô bằng cáchnhiệt phâncácnguyên liệu nhưgỗ, lúa mạch đen,ngô, phân súc vật, rong biển, cỏ,vỏ trấu vàrơm rạ(Winsley, 2007) Biocharsản xuất từtàn dư thực vậtnhưlúa mạch đen,ngô, phân súc vậtvàrong biểnnói chung làtốt hơn vàít bền(thấp hơnđộ bền cơ học) Hàm lượng trocủathan sinh họcphụ thuộc vào sinh khối nguyên liệu Cỏ,vỏ trấu, tàn dư rơm rạ vàphân có thể sản xuấtthan sinh học có hàm lượngtro cao, tráilạivới sinh khối từ nguyên liệu trên, gỗsản xuấtthan sinh họccó hàm lượngtro thấp (Demirbas, 2004)

Khả năng hấp phụ cation (Cation Exchange Capacity – CEC) của Biochar biến động từ rất thấp chỉ khoảng 40 cmol g-1 và thay đổi khi bón vào đất (Lehmann,

2007), có thể do sự rửa trôi các hợp chất không tan trong nước (Briggs et al., 2005) hoặc do sự carboxylate hoá Carbon thông qua quá trình oxy hoá sinh học (Cheng et al., 2006; Liang et al., 2006).

Biochar có pH trung bình là 8,1 với khoảng biến động từ 6,2 – 9,6 (Chan và Xu, 2009) Theo Dương Minh Long (2011), báo cáo rằng pH của các Biochar dao động

từ 7,63 – 10,67, trong đó đạt cao nhất là Biochar của rơm có pH là 10,47 và Biochar của xác mía có pH thấp nhất là 7,63 Ngoài ra, Biochar củi tràm có pH là 10 và Biochar trấu là 8,58 (Dương Minh Long, 2011)

Độ dẫn điện (Electrical Conductivity – EC) là khả năng dẫn điện của dung dịch đất

và là một chỉ tiêu dùng để đo lường độ dẫn điện của các ion hòa tan trong dung dịch đất Việc đánh giá độ dẫn điện (EC) nói lên những ảnh hưởng về năng suất và sự phát triển của cây trồng (Tất Anh Thư, 2007) Độ dẫn điện (EC) có trong Biochar dao động từ 0,97 – 31,75 mS/cm, trong đó Biochar rơm có độ dẫn điện cao nhất so với Biochar của củi, trấu và xác mía là 31,75 mS/cm (Dương Minh Long, 2011).Chất hữu cơ đóng một vai trò vô cùng quan trọng đối với tất cả các quá trình hóa, lý

và sinh học của đất Trong chất hữu cơ có 3 thành phần chính: sinh khối của sinh vật sống, thành phần chất hữu cơ bán phân hủy và thành phần chất hữu cơ phân hủy (chất mùn) Thành phần chất hữu cơ bán phân hủy có vai trò quan trọng về mặt lý học đất như làm giảm dung trọng đất, tăng độ xốp, tăng cường cấu trúc đất,… Tuy nhiên xét về mặt hóa học thành phần này không quan trọng do ít ảnh hưởng đến các đặc tính hóa học của đất Chất mùn là thành phần chất hữu cơ phân hủy có nguồn

gốc chủ yếu từ xác bã động thực vật nên có vai trò quan trọng về mặt hóa học đất

Vì vậy người ta coi mùn là một tiêu chí quan trọng để đánh giá độ phì nhiêu đất (Lê Anh Tuấn, 2003) Hàm lượng chất hữu cơ trong Biochar dao động từ 6,08 – 16,36%, trong đó đạt cao nhất là Biochar của củi tràm có hàm lượng chất hữu cơ là 16,36%, hàm lượng đạm trong Biochar trấu đạt thấp nhất là 6,08% (Dương Minh Long, 2011)

Tổng hàm lượng Carbon trong than sinh học đã được tìm thấy nằm trong khoảng

172 đến 905 g kg-1 cho một loạt các nguồn nguyên liệu, tổng lượng N khác nhau giữa 1,8 và 56,4 g kg-1, tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu (Chan và Xu, 2009) Mặc

dù trong Biochar hàm lượng đạm tổng số cao nhưng có thể không nhất thiết là có lợi cho cây trồng Tỷ lệ C/N (Carbon với nitơ) trong than sinh học biến động từ 7 –

500 (Chan và Xu, 2009), với tác dụng để duy trì chất dinh dưỡng trong đất Tỷ lệ C/N còn là tỷ số phản ánh quá trình bất động hay khoáng hóa đạm trong đất Tổng

P và K trong tổng số than sinh học được tìm thấy còn tùy theo nguyên liệu, với giá trị từ 1,0 – 58,0 g kg-1, (Chan và Xu, 2009)

Dương Minh Long (2011), theo kết quả phân tích về thành phần hóa học trong Biochar (Biochar trấu, Biochar củi, Biochar rơm và Biochar xác mía) đã đưa ra kết luận rằng hàm lượng dinh dưỡng trong Biochar rơm cao hơn các Biochar con lại Hàm lượng canxi trao đổi trong Biochar từ các nguyên liệu dao động từ 2,35 – 14,81 meq/100g Hàm lượng magiê trao đổi dao động từ 1,33 – 15,18 meq/100g, hàm lượng kali trao đổi dao động từ 6,62 – 258,48 meq/100g, hàm lượng đồng trao đổi dao động không nhiều từ 0,026 – 0,035 mg/kg và kẽm trao đổi từ 0,036 – 0,052 mg/kg Biochar trong các nguyên liệu: trấu, củi tràm, rơm, xác mía gần như đã chứa đầy đủ các dưỡng chất cần thiết cho sự phát triển của cây trồng Tuy hàm lượng các dưỡng chất còn thấp hơn so với các loại phân hữu cơ khác như phân hữu cơ vi sinh nhưng việc tạo ra Biochar tiết kiệm rất nhiều thời gian so với các phương pháp khác

1.2 Phương pháp sản xuất Biochar

1.2.1 Nguyên lý sản xuất Biochar

Hiện nay, Biochar được sản xuất bằng phương pháp nhiệt phân trong điều kiện thiếu oxy ở nhiệt độ cao (350 – 7000C).Quá trình nhiệt phân đã chuyển hoá chất hữu cơ thành 3 thành phần: khí, chất lỏng và chất rắn có thành phần khác nhau tuỳ theo loại vật liệu và các điều kiện của quá trình nhiệt phân Các chất khí có thể cháy bao gồm khí metan (CH4) và các loại khí hydroCarbon khác có thể ở dạng dầu Các chất khí

và dầu này có thể được sử dụng như nhiên liệu để đốt lại Quá trình nhiệt phân có thể được ứng dụng trong các lò thủ công nghiệp hay các nhà máy lớn

Theo IEA (2007), quá trình nhiệt phân được phân chia thành:

− Quá trình nhiệt phân nhanh với nhiệt độ trung bình khoảng 5000C cho ra 75% ở dạng chất lỏng (25% nước), 13% dạng khí và 12% Biochar;

− Quá trình nhiệt phân trung bình sẽ cho ra 50% chất lỏng (50% nước), 20% chất khí và 30% Biochar;

− Quá trình nhiệt phân chậm với nhiệt độ trung bình khoảng 4000C nhưng với thời gian kéo dài hơn sẽ cho ra 30% chất lỏng (70% nước), 35% chất khí và 35% Biochar;

− Quá trình nhiệt phân tạo khí với nhiệt độ rất cao trên 8000C cho ra 5% chất lỏng ở dạng như nhựa đường (5% nước), 85% chất khí và 10% Biochar.1.2.2 Nguyên liệu sản xuất Biochar

Biochar được sản xuất từ những nguyên liệu là sinh khối thực vật (rơm, rạ, vỏ trấu, cây cối, xác mía, xơ dừa ), phụ phẩm giấy, cao su, rác thải đô thị, phân gia súc

 Vỏ trấu

Vỏ trấu được sử dụng làm chất đốt và được ứng dụng rất nhiều trong sinh hoạt và sản xuất (làm gạch, sấy lúa) Trong vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt và khoảng 25% còn lại chuyển thành tro Chất hữu

cơ chứa chủ yếu là cellulose, lignin và hemicellulose Ngoài ra, có thêm thành phần khác như hợp chất nitơ và chất vô cơ Lignin chiếm khoảng 25 – 30% và cellulose chiếm khoảng 35 – 40% Các chất hữu cơ trong trấu là các mạch polycarbohydrate rất dài nên hầu hết các loài sinh vật không thể sử dụng trực tiếp được, nhưng các thành phần này lại rất dễ cháy nên có thể dùng làm chất đốt vì nhiệt trị của củi ép trấu là 11.720 kJ/kg, do nhiệt trị của trấu tương đối cao nên có thể rút ngắn thời gian đun sôi nước Vỏ trấu sau khi xay xát luôn ở dạng khô, nhỏ, rời, tơi xốp, nhẹ và vận chuyển dễ dàng Chính vì những lý do trên mà vỏ trấu được sử dụng làm chất đốt rất phổ biến Trong sinh hoạt người dân đã thiết kế một dạng lò chuyên nấu nướng

sử dụng loại chất đốt này Lò trấu hiện nay vẫn còn được sử dụng rộng rãi ở nông thôn Lò này có ưu điểm là ngọn lửa cháy rất đều, nóng, giữ nhiệt tốt và lâu Ở Đồng bằng sông Cửu Long, trấu còn là nguồn nguyên liệu làm phân hữu cơ Sản lượng trấu rất lớn tỷ lệ trấu so với lúa chiếm khoảng 0,18 – 0,21% (Nguyễn Lê Trường, 2004) Tuy nhiên, lignin trong trấu cao có thể làm chậm quá trình phân hủy của nó (George và Ghose,1999)

 Rơm

Rơm là các loại cây lúa hoặc các loại cỏ, cây họ đậu hay cây thân thảo khác đã được cắt, sấy khô (phơi nắng) và được lưu trữ để sử dụng làm thức ăn cho động vật Trên những cánh đồng lúa, sau khi thu hoạch xong phần hạt, phần lá còn lại (rơm) sẽ được gom và dồn lại thành từng đống hay ụ rơm để ủ và làm phân hữu cơ góp phần bảo vệ môi trường, sau đó dùng để bón vào đất giúp gia tăng độ mùn, bổ sung chất

dinh dưỡng, gia tăng khả năng sản xuất của cây trồng Ngoài ra, ở nhiều vùng nông thôn Việt Nam rơm còn được sử dụng để làm chất đốt rất tốt Người ta thường dùng rơm để thổi lửa, đun nấu Bên cạnh đó, rơm còn là loại nguyên liệu quan trọng dùng để nuôi trồng một loại nấm gọi là nấm rơm (một loài nấm chuyên mọc trên rơm) Trong rơm rạ chứa khoảng 0,6% N; 0,1% P; 0,1% S; 1,5% K; 5% Si và 40%

C Khối lượng rơm rạ khoảng 3 – 10 tấn/ha, đây là một nguồn dinh dưỡng đáng kể

Vì vậy, tàn dư rơm rạ có ý nghĩa lớn trong việc trả lại dinh dưỡng cho đất (Nguyễn

Tử Siêm, Trần Khải và Lê Văn Tiềm, 2000) Năm 1981, trên toàn thế giới sản xuất khoảng 408 triệu tấn lúa, nếu tỉ lệ rơm : hạt là 2 : 3 thì tổng lượng rơm rạ khoảng

600 triệu tấn (Ponnamperuma, 1984) Các thành phần chính trong rơm rạ bao gồm Carbon cố định chiếm 15,86%; các hợp chất bay hơi chiếm 65,47% và tro chiếm 18,68% Vì vậy, nếu sau khi thu hoạch lúa, lượng rơm rạ được giữ lại và có biện pháp xử lý thích hợp thì lượng dinh dưỡng từ rơm rạ cung cấp cho đất rất nhiều (28,8 – 33,5 kg N/ha; 10 – 11,8 kg P2O5/ha và 38,5 – 49,3 kg K2O/ha) (Huỳnh Đào Nguyên, 2008) Các dư thừa thực vật để lại tại chỗ không kể hệ thống rễ có thể cung cấp từ 10 – 60 kg N/ha (Võ Thị Gương, 2004)

Trong những vùng thâm canh lúa hai đến ba vụ như ở Đồng Bằng Sông Cửu Long,

Để kịp cho vụ kế tiếp, để tránh ngộ độc acid hữu cơ do điều kiện đất bị ngập úng liên tục, nông dân thường có thói quen đốt rơm rạ sau khi thu hoạch Đốt rơm rạ có thể có lợi như diệt được các mầm bệnh lưu tồn, nhưng dễ bị mất đạm, giảm lượng

vi sinh vật có lợi trong đất Đốt rơm làm mất đi khoảng 70 – 80% Carbon và nitơ

(Hill et al., 1999) Võ Thị Gương (2000), cho rằng trong điều kiện hiện nay quản lý

nguồn rơm rạ có sẵn trên đồng ruộng rất có ý nghĩa để bù trả lại nguồn hữu cơ cho đất

Brown et al., (2009), tóm tắt các thành phần chủ chốt (theo trọng lượng) trong

nguyên liệu than sinh học là rơm của lúa mì có thành phần tro khoảng 11,2; hàm lượng lignin là 14 và cellulose là 38

 Củi

Củi được xem như là nguồn nguyên liệu khá phổ biến đối với người dân nông thôn,

do đặc tính dễ cháy nên củi thường được sử dụng để phục vụ cho việc đun nấu Người dân thường có thói quen hay trữ củi để tiện cho việc sử dụng Củi khô có nhiệt trị khoảng 10.000kJ/kg.Trong củi chứa khoảng 0,16% N; 0,04% P2O5; 0,08%

K2O; 0,16% Ca; 0,04% Mg (Dương Minh Long, 2011) Hàm lượng tro trong Biochar củi tính theo trọng lượng của nguyên liệu là khoảng 2,8 – 6,8; hàm lượng

lignin khoảng 26 – 30 và cellulose là 38 – 45 (Brown et al., 2009).

 Lá mía

Cây mía có bộ lá phát triển mạnh, chỉ số diện tích lá lớn và hiệu suất quang hợp cao, giúp cây tổng hợp một lượng đường rất lớn Lá mía thuộc loại lá đơn gồm

phiến lá và bẹ lá Phiến lá dài trung bình từ 1,0-1,5m có một gân chính tương đối lớn Phiến lá có màu xanh thẩm, mặt trên có nhiều lông nhỏ và cứng, hai bên mép

có gai nhỏ Bẹ lá rộng, ôm kín thân mía,có nhiều lông Nối giữa bẹ và phiến lá là đai dày cổ lá Ngoài ra còn có lá thìa, tai lá… Các đặc điểm của lá cũng khác nhau tuỳ vào giống mía

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật.Những nhà nghiên cứu đã tìm ra phương pháp tái sử dụng lá mía làm phân hữu cơ đã đạt được nhiều thành quả to lớn.Hiện nay phương pháp này đã được áp dụng rất rộng rãi tại các nông trường sản xuất.Quy trình diễn ra ngay sau khi lá mía được tuốt lá và chặt ngọn Người lao động sẽ sử dụng máy thu gom và cắt nhỏ lá mía Lá mía sau khi được cắt nhỏ sẽ được ủ với vi sinh vật Sản phẩm của quá trình này là phân hữu cơ có thể sử dụng ngay cho vụ trồng mía sau.Nhờ đó mà người dân sẽ tiết kiệm được một khoản chi phí đáng kể so với việc mua phân hữu cơ Ngoài ra lá mía băm nhỏ có thể sử dụng làm nguồn thức ăn cho vật nuôi như bò, trâu, hươu…Lợi ích của việc bóc lá mía, tủ

lá, không đốt các chất tồn dư của vụ thu hoạch mía lá có thể là những bất lợi của đốt

lá mía, Mặt khác, việc thu hoạch mía xanh không đốt các chất tồn dư của vụ thu hoạch cho phép sử dụng làm nguồn thức ăn cho gia súc, chất đốt, nguyên vật liệu và sản xuất phân hữu cơ…kết hợp với việc luân canh cải tạo đất sẽ mãi mãi là hình ảnh tương lai đẹp của môi trường, của kinh tế và hiệu quả

cứu hiệu quả phân bã bùn mía vi sinh trên dưa hấu (Citrullus lanatus), vùng rau

chuyên canh Long Tuyền, Cần Thơ (Đất Gleysols) thông qua những kết quả thí nghiệm cho thấy khi bón 10 tấn/ha phân hữu cơ bã bùn mía vi sinh ở ẩm độ 50% kết hợp với phân hữu cơ cho năng suất cao nhất, khác biệt có ý nghĩa thống kê so với các nghiệm thức không bón phân hữu cơ Ngoài ra phân hữu cơ bã bùn mía còn ứng dụng rộng rãi trên nhiều loại cây trồng

1.2.3 Các kiểu lò sản xuất Biochar

• Các kiểu lò truyền thống

Ưu điểm: chi phí thấp

Khuyết điểm: lò được thiết kế đơn giản, do đó mất khả năng sử dụng nhiệt, khí tổng hợp và dầu sinh học được sản xuất trong quá trình cho các ứng dụng khác (Brown, 2009)

• Các kiểu lò hiện đại

Hiện nay, kỹ thuật sản xuất Biochar vẫn chưa đạt đến mức tối ưu, tuy nhiên có thể cho rằng lò đốt sản xuất Biochar sẽ thân thiện với môi trường hơn so với việc đốt cháy hoàn toàn các phế thải nông nghiệp để làm nhiên liệu sử dụng ở các nhà máy trước đây (Anderson, 2009)

Các kiểu lò, hố, nhà máy nhiệt phân hiện đại phải chịu chi phí vốn đầu tư cao và đắc tiền để vận hành, nhưng đem lại lợi nhuận cao về hiệu quả kinh tế và góp phần giảm thải khí gây hiệu ứng nhà kính (Pratt và Moran, 2010)

Ở Indonesia, nhiều công ty sản xuất Biochar ở quy mô công nghiệp với công suất tới 200 tấn Biochar/ngày Trong Dự án Biochar của Thụy Sĩ (CarbonZero Project - Switzerland, 2007), để đạt được hiệu quả cao khi sản xuất Biochar trong điều kiện vắng mặt oxy với nhiệt độ trong khoảng 500 – 7000C với quy mô lớn, người ta đã cho ra các lò phản ứng Carbon Zero (Carbon Zero Biochar Reactor) để sản xuất than sinh học với giá thấp Ngoài ra, các lò phản ứng cũng tạo ra các khí tổng hợp (một sự kết hợp của hydro, Carbon monoxide và methane) và các sản phẩm phụ khác Các khí này có thể được sử dụng để thay thế cho khí propane và gas tự nhiên, sản xuất nhiệt cho các nhà kho hoặc nhà kính gia cầm, tạo ra năng lượng cho máy bơm tưới tiêu thông qua một bộ trao đổi nhiệt và động cơ hơi nước hiện đại, tạo ra điện năng Sản phẩm phụ của quá trình này bao gồm các khí tổng hợp (H2 + CO), số lượng nhỏ của khí methane (CH4), hắc ín, các axit hữu cơ và nhiệt dư thừa

Công nghệ vi sóng gần đây đã được sử dụng một cách hiệu quả trong việc chuyển đổi các chất hữu cơ thành than sinh học ở quy mô công nghiệp Ngày xưa, việc sản xuất than sinh học đã được thực hiện trong các hố, hầm, rãnh hoặc các lò nung được làm từ đất, đá và gỗ cho sản xuất Biochar hàng ngàn năm (Pratt và Moran, 2010) Phương pháp này là cách thức quen thuộc và đơn giản nhất để sản xuất than sinh học ở khu vực nông thôn Có ba hệ thống chính để triển khai phương pháp nhiệt phân Đầu tiên là một hệ thống tập trung, nơi tất cả sinh khối trong khu vực sẽ được đưa đến một nhà máy nhiệt phân để xử lý Hệ thống thứ hai là một lò nhiệt phân công nghệ thấp hơn cho từng nông hộ hoặc một nhóm nhỏ của nông dân Thứ ba là một hệ thống di động, như một chiếc xe tải được trang bị thiết bị nhiệt phân để nhiệt phân sinh khối

• Lò Anila

 Cấu tạo

Hình 1.4 Cấu tạo lò Anila Hình 1.3 Kiểu lò Anila

Buồng đốt được làm bằng hai ống hình trụ đặt đồng tâm, ống trụ bên trong dùng để chứa chất đốt dễ cháy, vành khăn bên ngoài chứa nguyên liệu tạo Biochar, phần vành khăn này có kích thước lớn hơn nhiều so với kiểu lò TLUD

Nguyên lý hoạt động của lò Anila

Hình 1.5 Nguyên lý hoạt động của lò Anila

Khi chất đốt ở lòng trong được đốt cháy thì các vật liệu ở vành khăn ngoài sẽ bị nhiệt phân, tạo thành các khí bay hơi dễ cháy Các khí này cũng được đốt cháy khi

đi ngang qua ngọn lửa tạo nhiệt lượng cho việc đun nấu và tiếp tục nhiệt phân phần nguyên liệu còn lại Kiểu lò Anila có thể tạo được lượng Biochar nhiều hơn so với kiểu lò TLUD, tuy nhiên nó có kết cấu phức tạp hơn (RV Ravikumar, 2010)

• Lò TLUD (Top Lit Up Draft)

Lò đốt hộ gia đình được thiết kế theo kiểu lò TLUD Căn bản của kỹ thuật tạo Biochar là cách đốt, trong cách đốt của các lò đốt thông thường thì tỉ lệ Biochar được tạo ra nhỏ và không ổn định Lò đốt Biochar được thiết kế nhằm thu được nguồn năng lượng ổn định phục vụ nhu cầu đun nấu trong gia đình hay trong các nhà máy tiểu thủ công nghiệp và đồng thời tạo ra lượng ổn định Biochar ở tỉ lệ thích hợp (khoảng 20% khối lượng chất đốt) Nhiệt độ của lò đốt Biochar cần đạt từ

3500C đến 5000C để có thể tạo được Biochar ở mức tối ưu (Brown, 2009)

 Cấu tạo

Lò TLUD có thiết kế gồm:

- Buồng đốt: gồm có 2 ống hình trụ cao lắp đồng tâm, phần vành khăn giữa 2 lò chứa vật liệu cách nhiệt (ở đây sử dụng tro trấu kết hợp với xi măng) Đây là nơi nhiên liệu được đốt với sự hạn chế không khí nhằm tạo khí cháy nhờ nhiệt phân

- Nắp lò: gồm các lỗ thoát khí gas và các lỗ thông khí nhằm cung cấp oxi cho quá trình cháy Đây là nơi khí cháy được đốt hoàn toàn nhằm tạo nhiệt lượng cho việc đun nấu Đồng thời trên nắp có lắp giá đỡ để có thể đặt các dụng cụ cần đun nấu

- Buồng lấy tro có dạng hình hộp Đây là nơi chứa than từ buồng đốt sau khi đốt Trong buồng lấy tro có lắp một quạt nhỏ để cung cấp không khí cho quá trình nhiệt phân

Hình 1.2 Cấu tạo lò TLUD

Hình 1.1 Kiểu lò TLUD

 Nguyên lý hoạt động của lò TLUD

Nguyên liệu được cho vào buồng đốt sau đó được mồi lửa ở trên mặt của nguyên liệu Sau khi mồi lửa, một lượng không khí (có giới hạn) được quạt thổi từ dưới lên (từ buồng lấy tro) đi xuyên qua lớp nguyên liệu giúp nguyên liệu bị nhiệt phân Khí nhiệt phân đi qua các lỗ thoát khí gas ở nắp lò và được hòa trộn với không khí mang oxy từ các lỗ thông khí ở nắp lò Tại đây quá trình cháy các khí gas diễn ra Nhờ sự hòa trộn tốt giữa khí gas và không khí, khí gas sẽ được đốt sạch nên hầu như không tạo khói Hỗn hợp khí gas được liên tục tạo ra nhờ quá trình nhiệt phân, đồng thời vùng cháy sẽ di chuyển từ trên xuống trong buồng đốt Khi vùng cháy đi đến phần thấp nhất của buồng đốt thì quá trình nhiệt phân ngưng lại, không còn khí gas được

tạo ra Khi đó lò sẽ ngưng hoạt động Nhiệt lượng của lò tạo ra tỉ lệ thuận với kích thước đường kính lò Trong khi thời gian đốt của lò tỉ lệ thuận với chiều cao lò.Kiểu lò TLUD có ưu điểm là dễ chế tạo, tuy nhiên lượng Biochar tạo được không nhiều bằng kiểu lò Anila cùng kích thước.

1.3Vai trò của Biochar trong việc cải thiện độ phì nhiêu của đất và tăng năng suất cây trồng

Than sinh học được sử dụng phổ biến trong các lĩnh vực nông nghiệp và tích hợp vào các lớp trên của đất bởi nó có nhiều lợi ích Biochar sản xuất ra được sử dụng làm phân bón làm gia tăng đáng kể năng suất cây trồng, cải thiện tính chất đất, giúp ngăn chặn dòng chảy và mất mát phân bón, cho phép sử dụng phân bón ít hơn và giảm bớt ô nhiễm môi trường xung quanh mà vẫn giữ được độ ẩm, giúp cây qua được các thời kỳ hạn hán dễ dàng hơn Các lợi ích về cải tạo đất bao gồm sự thay đổi các đặc tính vật lý như sa cấu, cấu trúc, kích cỡ tế khổng, do đó có ý nghĩa về sự

thoáng khí, khả năng giữ nước (Downie et al., 2009)

Về mặt hoá học, Biochar có tác dụng gia tăng CEC, tăng pH đất, tăng khả năng hấp phụ kim loại, đạm và các chất hữu cơ như thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ cỏ, tăng

hoạt động và mật số các loại trùng đất, mycorrhiza (Verherien et al., 2010).

Tuy nhiên, theo Verherien et al., (2010), cũng cho rằng việc sản xuất và sử dụng

Biochar cũng có nhiều đe doạ, cần được nghiên cứu và xử lý tốt như sự đa dạng của các loài vi sinh vật đất, sự mặn hoá, sự nén dẽ, nếu không được áp dụng phù hợp

và có những ảnh hưởng khác trên chu trình chất đạm, chu trình Carbon khi bón vào đất và khả năng tích luỹ Carbon của Biochar trong các điều kiện khác nhau cũng cần được tiếp tục nghiên cứu

1.3.1 Biochar tác động đến vi sinh vật đất

Than sinh học lại có diện tích bề mặt lớn và cấu trúc lổ rỗng phức tạp (1 gram có thể có một diện tích bề mặt hơn 1.000 m2) nên có khả năng hấp thụ nước, tạo thành các hồ, các bể nước dưới mặt đất để giữ lại lượng nước và dinh dưỡng rất lớn cho đất, nhờ đó cung cấp một môi trường sống an toàn cho cây và các vi sinh vật trong đất

Biochar có thể được hiểu là chất sử dụng để cải thiện chất lượng đất và cần phải được xử lý thêm trước khi được bổ sung vào khu vườn hoặc ủ trộn với phân hữu cơ,

nó thường được sử dụng để tạo vật chất mang các vi sinh vật và chất dinh dưỡng có lợi Ngoài ra, Biochar còn bổ sung dưỡng chất cho đất Carbon hữu cơ sẽ thúc đẩy

sự phát triển của vi sinh vật đất cần thiết cho sự hấp thụ chất dinh dưỡng, đặc biệt là nấm rễ

Các nhà khoa học đã ví than sinh học là “vàng đen” của ngành nông nghiệp Hàm lượng Carbon cao cùng với độ xốp tự nhiên của than sinh học giúp đất giữ được nước và các chất dinh dưỡng, đồng thời bảo vệ các loại vi khuẩn sống trong đất Kết quả là sản lượng mùa màng tăng lên Hơn nữa, than sinh học còn đóng vai trò là bể chứa Carbon tự nhiên có khả năng lưu trữ CO2 trong đất.

Hockaday (2009), cho rằng do tiềm năng sử dụng rộng rãi, cần phải giảm thiểu các hậu quả không lường trước được do việc dùng than sinh học làm giàu cho đất gây

ra Các kết quả cho thấy rằng tùy thuộc vào lượng mưa và tưới tiêu, cần làm ướt than sinh học trước hoặc ngay khi dùng cho đất để ngăn chặn sự biến mất của giun đất và duy trì các tác động có lợi của chúng đối với đất”

Brian (2010), đã thực hiện một thí nghiệm khi cho chất thải hữu cơ vào chiếc thùng kim loại hình bát giác và nung dưới nhiệt độ cao trên 5380C Sau vài giờ, rác hữu cơ chuyển hóa thành than mà nông dân có thể dùng làm phân bón Với hàm lượng Carbon cao và đặc tính xốp, than sinh học giúp đất giữ nước, dưỡng chất và bảo vệ

vi khuẩn có lợi cho đất, qua đó góp phần gia tăng sản lượng và năng suất cây trồng

Li (2010), cho rằng than sinh học không làm giảm hệ thống miễn dịch của một số sinh vật nhạy cảm trong đất Ngoài ra, Biochar còn góp phần chống biến đổi khí hậu

1.3.2 Biochar tác động đến tính chất vật lý và hóa học đất

Do bản chất của than sinh học có tính chất vật lý và hóa học đặc biệt, nó có một khả năng độc đáo để thu hút và giữ độ ẩm, chất dinh dưỡng và hóa chất nông nghiệp thậm chí còn giữ lại những chất dinh dưỡng khó kìm giữ như nitơ và phospho.Than sinh học giúp thực vật phát triển tốt, giảm nhu cầu phân bón (ước tính 10%), giảm rửa trôi các chất dinh dưỡng, giảm độ chua của đất, tăng pH đất, lưu trữ Carbon trong một bồn rửa ổn định lâu dài, tăng tập hợp đất do sợi nấm tăng, giảm độc tính nhôm, cải thiện việc xử lý đất nước, tăng mức đất ở có sẵn để dùng Ca, Mg, P và K, tăng hô hấp của vi sinh vật đất, tăng sinh khối vi sinh vật đất, tăng nấm rễ

Arbuscular mycorrhyzal, kích thích vi sinh vật cố định đạm cộng sinh trong cây họ

đậu, tăng khả năng trao đổi cation Việc tăng cường khả năng lưu giữ chất dinh dưỡng của đất bởi than sinh học không chỉ làm giảm các yêu cầu phân bón mà còn tác động tích cực đến khí hậu và môi trường của đất canh tác Bởi vì phần lớn phân bón hóa học thường dựa trên nhiên liệu hóa thạch, do đó than sinh học có lợi ích gián tiếp giúp làm giảm biến đổi khí hậu bằng cách giảm nhu cầu phân bón

Về mặt hoá học Biochar có tác dụng gia tăng CEC, tăng pH đất, tăng khả năng hấp phụ kim loại, đạm và các chất hữu cơ như thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ cỏ, tăng hoạt động và mật số các loại trùng đất, mycorrhiza Đặc biệt việc sử dụng Biochar

làm gia tăng đáng kể năng suất cây trồng (Verherien et al., 2010).

Than sinh học giúp thực vật phát triển tốt, đa dạng sinh học, nâng cao năng suất cây trồng và từ đó làm tăng sản xuất lương thực kể cả ở những vùng đất suy thoái Không phải tất cả các loại đất cùng phản ứng tốt với than sinh học và nó thường xuyên có thể mất đến một năm để xem kết quả.Trên đất nghèo với hàm lượng dinh dưỡng thấp, than sinh học có thể làm tăng năng suất cây trồng lên đến bốn lần.Novak (2011), đã sử dụng vỏ đậu phộng, vỏ hồ đào, rơm trộn phân gia cầm, cỏ

và các phế phẩm từ gỗ cứng để sản xuất 9 loại than sinh học khác nhau Tất cả các nguyên liệu trên được nhiệt phân ở hai nhiệt độ khác nhau để sản xuất than sinh học Sau đó, các loại than sinh học này được trộn vào một loại đất pha cát và hai loại đất phù sa nhiều mùn với tỉ lệ khoảng 20 tấn/ha Sau bốn tháng, than sinh học được sản xuất từ cỏ và phế phẩm từ gỗ cứng đã làm tăng độ ẩm của đất ở cả ba loại đất Kết quả cho thấy sự gia tăng đáng kể ở đất được bồi bổ, cải tạo bằng than sinh học từ cỏ được tạo ra thông qua nhiệt phân ở nhiệt độ cao, cao hơn khoảng 3 – 6%

so với một mẫu đất kiểm soát Ngoài ra, than sinh học được tạo ra ở nhiệt độ cao cũng làm tăng nồng độ pH trong đất, và than sinh học làm từ rơm trộn phân gia cầm

đã làm tăng đáng kể hàm lượng phospho và natri sẵn có trong đất Than sinh học từ

cỏ có thể làm tăng tính giữ nước trong đất 1 – 3,6 ngày trong canh tác đậu tương và

có thể giữ nước trong đất cho các loại cây trồng trên đất phù sa nhiều mùn từ 0,4 – 2,5 ngày

1.4 Vai trò của Biochar trong việc bảo vệ môi trường

Than sinh học được tạo ra từ sinh khối có khả năng hấp thụ khoảng 50% CO2 khí quyển và đó là nguyên liệu cần thiết cho quang hợp của thực vật Các chất hữu cơ

và vô cơ có chứa nhiều nguyên tử Carbon có khả năng cung cấp một khối lượng dự trữ Carbon lâu dài hơn so với than củi Do đó, than sinh học cho chúng ta một cơ hội vàng để loại bỏ CO2 dư thừa từ khí quyển do khí thải các nhà máy, nạn phá rừng

và cô lập nó một cách gần như thường xuyên và có lợi cho môi trường

1.4.1 Một biện pháp khắc phục tình trạng cháy rừng

Biến đổi khí hậu là nguyên nhân gây ra các vấn đề về môi trường Chẳng hạn, nhiệt

độ tăng có thể làm tăng nguy cơ phá hoại của bọ cánh cứng làm chết cây, những cây

bị chết kèm theo điều kiện khí hậu nóng và khô sẽ làm tăng nguy cơ bị cháy rừng Việc sản xuất than sinh học là công nghệ cổ mà những người dân Amazon đã khai thác cách đây hàng nghìn năm để quản lý chất thải nông nghiệp và có thể nâng cao chất lượng đất (Lehmann, 2006)

Hiện nay, sản xuất than sinh học là một trong số những giải pháp được quan tâm và ủng hộ nhằm giảm tình trạng biến đổi khí hậu, cải thiện tính màu mỡ của đất và sản xuất năng lượng, giảm mối đe dọa xuống 3 lần so với biện pháp lưu giữ Carbon trong lòng đất

1.4.2 Biochar giúp làm sạch không khí

Than sinh học giúp giảm lượng khí Carbon dioxide (CO2), triệt khử sự phát thải methane và lượng khí thải nitơ oxide (NO2) từ 50 – 80% Mà khí thải nitơ oxide (NO2) là một chất khí nhà kính đáng kể, mạnh hơn 310 lần so với khí Carbon dioxide (CO2)

Biochar giúp làm sạch không khí bằng hai cách: ngăn chất thải hữu cơ thối rữa giải phóng khí CO2 có hại vào khí quyển, và cho phép cây trồng lưu trữ CO2 mà nó hấp thu từ không khí trong quá trình quang hợp một cách an toàn

Theo Cơ quan Khí quyển và Đại dương Mỹ (NOAA), lượng khí Carbon toàn cầu trong không khí gia tăng ở mức báo động kể từ thập niên 1980, mỗi năm tăng thêm 1,5 ppm Từ năm 2000 đến nay, lượng khí CO2 tăng phổ biến ở mức 2 ppm/năm.Những chất khí thoát ra trong quá trình nhiệt phân chất thải hữu cơ có thể được chuyển hóa thành điện năng, số khác có thể được cô đặc và chuyển thành xăng trong khi những phụ phẩm khác có thể ứng dụng trong ngành dược (Verheijen, 2010)

1.5 Ứng dụng của Biochar

Chiến lược ứng dụng Biochar được nghiên cứu rất ít, mặc dù các cấp hạt Biochar được áp dụng vào đất có những tác động đáng kể Có ba phương pháp chính để ứng dụng Biochar vào đất: kết hợp với lớp đất mặt, áp dụng chiều sâu và bón Để kết hợp với lớp đất mặt Biochar có thể được áp dụng riêng mình hoặc kết hợp với phân compost hoặc phân Mức độ pha trộn sẽ phụ thuộc vào kỹ thuật canh tác được sử dụng Trong các hệ thống canh tác thông thường, Biochar thường được kết hợp với phân hữu cơ và bùn sẽ được trộn lẫn với nhau Xói mòn do nước và gió sẽ làm trôi

đi lớp đất mặt Vì thế, có thể ứng dụng Biochar kết hợp với phân hữu cơ hoặc phân bón sẽ làm giảm nguy cơ này, nhưng các nghiên cứu chứng minh vấn đề này đang thiếu Độ sâu ứng dụng của than sinh học đã được mô tả chủ yếu như là ứng dụng

lằn sâu (Blackwell et al., 2007) Khi Biochar được bón trực tiếp vào vùng rễ được

cho là có lợi cho sự sinh trưởng và phát triển đối với cây trồng và hạn chế bị xói mòn

Bón than sinh học sẽ tác động lên bề mặt của đất và dựa vào quá trình tự nhiên cho

sự kết hợp của các than sinh học vào tầng đất mặt Một hạn chế rõ ràng là nguy cơ xói mòn bởi nước và gió, cũng như sức khỏe con người (hít thở) và tác động vào các thành phần hệ sinh thái khác (ví dụ như mặt nước, bề mặt lá, ).Biochar được cho là có khả năng trong việc cải thiện những vùng đất nghèo chất dinh dưỡng, cải thiện tính chất lý hóa của đất, giữ nước rất tốt Việt Nam có diện tích tự nhiên khoảng 33 triệu ha, trong đó diện tích phần đất liền khoảng 31,2 triệu

ha Đất là một thành phần quan trọng của môi trường, tài nguyên vô giá mà tự nhiên

ban tặng cho con người để phát triển nông, lâm nghiệp, đảm bảo an ninh lương thực quốc gia và cung cấp nguồn sản phẩm cho xuất khẩu Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề do biến đổi khí hậu nên cần đóng góp vào nỗ lực chung của thế giới bằng các chính sách nhằm giảm nhẹ và thích ứng với biến đổi khí hậu Tuy nhiên, ở nước ta do nhận thức và hiểu biết của người dân về đất đai còn hạn chế, nên đã lạm dụng và khai thác không hợp lý đúng với tiềm năng của đất đai Biến đổi khí hậu đang diễn ra với cường độ mạnh và nhanh, dẫn đến nhiều diện tích đất bị thoái hóa, hoang mạc hóa, làm mất đi từng phần hoặc toàn bộ tính năng sản xuất Trong số 21 triệu ha đất đang được sử dụng trong canh tác nông, lâm nghiệp ở nước ta, nhiều phần diện tích có hàm lượng dinh dưỡng thấp Đặc biệt tới 9,34 triệu ha đất hoang hóa, trong đó khoảng 7,85 triệu ha chịu tác động mạnh bởi

sa mạc hóa, không thể canh tác và cải tạo trong thời gian ngắn Đất sa mạc hóa ở Việt Nam không tập trung thành hoang mạc rộng hàng trăm nghìn ha như một số quốc gia khác, mà phân bố trên khắp đất nước, tập trung chủ yếu ở khu vực nông thôn miền núi Đây là những vùng đất trống, cát ven biển và đất rừng nghèo bị suy thoái kéo dài từ các tỉnh Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế đến TP Đà Nẵng, Bình Thuận, các khu vực trung du miền núi phía Bắc Điều này ảnh hưởng rất lớn đến việc quy hoạch, phân bổ và kế sách cho việc cải tạo Nhiều biện pháp chống sa mạc hóa ở Việt Nam đã được đề xuất Tuy nhiên, chúng chỉ mang tính chất là khuyến kích, nâng cao nhận thức của người dân về ảnh hưởng của tình trạng sa mạc hóa đến đất nông nghiệp mà không trực tiếp đi thẳng vào việc nâng cao và cải thiện những vấn đề đó Một giải pháp có hữu hiệu hiện nay là sử dụng Biochar từ nguồn Carbon hữu cơ có sẵn trong tự nhiên để cải tạo và nâng cao chất lượng đất ở những khu vực này Biochar được các thổ dân châu Mỹ sử dụng từ lâu và hiện nay dùng nhiều trên thế giới Biochar được các nhà khoa học cho biết có khả năng trong việc cải thiện những vùng đất nghèo chất dinh dưỡng, cải thiện tính chất lý hóa của đất, giữ nước rất tốt từ đó có khả năng tích lũy 1 – 2 mm nước, gia tăng pH và các chất dinh dưỡng Do vậy, nó cũng giúp tăng khả năng cố định của vi khuẩn cố định đạm, duy trì và phát triển thảm thực vật, cải thiện và nâng cao chất lượng đất nông nghiệp

bị sa mạc hóa và nghèo chất dinh dưỡng Vai trò quan trọng nhất mà Biochar có thể mang lại ở trên là có khả năng cô lập CO2, tăng khả năng trao đổi định mức CO2 (xấp xỉ 20% tổng lượng C từ thực vật)

1.6 Biochar đối với năng suất cây trồng

Kết quả nghiên cứu mới nhất cho thấy, sản lượng cây trồng ở các vùng đất bón Biochar ở Canada tăng lên từ 6 – 17% so với đối chứng, thân cây cứng hơn và bộ rễ phát triển nhiều hơn (đến 68%) Hao hụt dưỡng chất phân bón do bị rửa trôi giảm rõ rệt, trong đó hiện tượng mất lân giảm đến 44% Trên thực tế, lợi ích của việc bón Biochar đã được quan trắc kiểm nghiệm nhiều nơi ở Úc, Philippines, Congo… và

nhiều nước đã có chế độ khuyến khích hay thưởng cho các nông hộ sử dụng loại than này Theo G.S Lehmann (2008), đã trình bày ở Hội hóa học Mỹ rằng sử dụng than sinh học cộng với phân hóa học đã làm tăng trưởng lúa mì mùa đông và rau quả lên 25 - 50% so với bón một mình phân hóa học Bhaskar Reddy (2008), nghiên cứu ở đậu tương cũng nhận xét rằng có thêm Biochar vào đất nền làm tỷ lệ nảy mầm cao, hệ rễ phát triển mạnh, quang hợp tăng, hoạt động của vi khuẩn cộng sinh

cố định nitơ mạnh mẽ hơn so với đối chứng (trên đất nền)

Biochar còn có vai trò trong việc chống suy thoái đất Theo Lehmann (2006), thuộc

bộ môn Khoa học cây trồng và đất - Đại học Cornell đã nói tại Hiệp hội khoa học

và tiến bộ Mỹ cho rằng: “Các kiến thức mà chúng ta có thể đạt được từ nghiên cứu các loại đất đen được tìm thấy trên toàn khu vực sông Amazon không chỉ dạy chúng

ta làm thế nào để khôi phục đất bị suy thoái, sản lượng thu hoạch tăng gấp ba và hỗ trợ một mảng rộng các loại cây trồng trong vùng có đất nông nghiệp nghèo mà còn

có thể dẫn đến các công nghệ để cô lập Carbon trong đất và ngăn chặn những thay đổi quan trọng về khí hậu thế giới” Mặt khác, theo Elmer, Wade, Jason C White và Joseph J Pignatello (2009), khi cho thêm than sinh học vào đất sẽ có được giá trị sinh học đặc biệt quan trọng bởi nó sẽ hấp thụ các chất ô nhiễm như kim loại, đặc biệt là kim loại nặng và thuốc trừ sâu, cản trở ngấm vào đất nên không gây ô nhiễm đất và ảnh hưởng đến chất lượng nông phẩm Cho thêm than sinh học ở mức 10% đất và giảm được tới 80% mức độ gây ô nhiễm thuốc trừ sâu độc hại như Chlordane, DDX trong các cây trồng

Theo Hoàng Xuân Phương (2010), cũng đã có bài viết đề cập đến việc sản xuất Biochar từ vỏ trấu để cải tạo đất, bởi Đồng bằng sông Cửu Long nổi tiếng với những dòng sông trấu trôi ra từ các nhà máy xay xát tập trung, việc sản xuất Biochar nên được thực hiện để một mặt lấy nhiệt sản xuất điện năng, mặt khác thu hồi Biochar thương phẩm để bán trong nước hay đem xuất khẩu Theo Hoàng Xuân Phương (2010, thì nhu cầu sử dụng Biochar vỏ trấu trên ruộng vào khoảng 16 tấn/ha, tương đương với khoảng tỷ lệ 1,4% trong lớp đất mặt từ 0 – 0,1 m Hơn nữa, trong một xã hội mà sản xuất đang trên đà phát triển, đời sống của người dân được nâng cao thì các hoạt động của con người tác động đến môi trường sống cũng mạnh

mẽ hơn, làm cho môi trường trở nên ô nhiễm nặng Các chất thải từ sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp, chất thải sinh hoạt, công nghiệp mía đường, chế biến gỗ, đóng tàu thuyền, sản xuất giấy, tinh bột ngày càng nhiều nhưng chúng ta chưa biết biến rác thành “vàng” như những nơi khác

Ở Nghệ An đã đầu tư vào việc xây dựng một số nhà máy ở những vùng trọng điểm (vùng công nghiệp, đô thị ) và trang bị các Biochar Reactor (loại cố định hay lưu động) để thu gom phế thải, rác thải và biến nó thành nguyên liệu để sản xuất Biochar, việc làm đó vừa có thể sản xuất được Biochar phục vụ sản xuất nông