Than sinh học (tên tiếng Anh là Biochar) là một loại vật liệu giống than củi và được sản xuất từ bất kỳ dạng sinh khối nào (tàn dư lâm sản, phụ phẩm nông nghiệp,
…) có chứa hàm lượng carbon cao. TSH được tạo ra bằng quá trình nhiệt sinh khối trong lò nung ở nhiệt độ cao 450oC550oC và trong môi trường yếm khí (không có oxi) - quá trình này được gọi là nhiệt phân.
Trong quá trình nung, các thành phần hóa học của sinh khối bắt đầu tạo ra khí tổng hợp dễ cháy (hỗn hợp hydro và carbon monoxide) để duy trì đủ nhiệt nhằm giảm thiểu diện tích bề mặt sản phẩm. TSH có diện tích bề mặt rất lớn, khả năng trao đổi cation cao nên có khả năng lưu giữ các chất dinh dưỡng cho cây trồng như N+, K+, Ca+… Bản chất xốp của TSH có nghĩa là nó có thể giữ được độ ẩm và không khí. Vì vậy nó cung cấp chất dinh dưỡng cho vi sinh vật trong đất.
2.3.2. Đặc tính và thành phần hóa học của than sinh học TSH có cấu trúc mạng lưới rỗng, có các lỗ và kênh.
- Carbon (C): Thành phần chính của TSH chính là Carbon. chiếm từ 50% đến 90%
trọng lượng. Carbon ở trong TSH không dễ bị phân hủy bởi vi sinh vật nên sẽ giúp carbon được lưu trữ trong đất lâu hơn (Carbon hữu cơ). Carbon trong than sinh học tồn tại ở dạng cấu trúc vô định hình và graphitic, giúp tăng cường tính ổn định và khả năng hấp thụ.
Trang 10 - Hydro (H): Hydro chiếm từ 1% đến 5% trọng lượng của than sinh học. Tỷ lệ này
phụ thuộc vào nguyên liệu ban đầu và quá trình nhiệt phân.
- Oxy (O): Oxy chiếm từ 1% đến 30% trọng lượng của than sinh học, dưới dạng các hợp chất như cacbonat, oxit, và các nhóm chức hữu cơ khác.
- Nito (N): Nito trong TSH cung cấp các chất dinh dưỡng cho cây trồng nhờ sự phân giải vi khuẩn ở trong đất.
- Phốt pho (P): TSH chứa một lượng nhỏ P đó là nguồn dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng.
- Kali (K): Chứa một lượng rất nhỏ.
- Mangan (Mn), sắt (Fe) và một số khoáng chất khác.
Đặc tính của TSH:
- Khả năng hấp thụ khí: Giúp giảm khí thải nhà kính.
- Khả năng giữ nước: Giúp giữ nước ở trong đất, giúp cải thiện độ ẩm của đất và giảm nhu cầu tưới nước.
- Tính ổn định: Than sinh học có tính ổn định cao, khó bị phân hủy, giúp cố định carbon trong đất và giảm phát thải CO2.
- pH: TSH có độ pH từ trung tính đến kiềm.
- Cấu trúc bề mặt (BET): TSH thường có kết cấu bề mặt lớn, liên kết các chất hữu cơ và vi khuẩn với nhau tốt hơn.
Các hợp chất hữu cơ và vô cơ trong than sinh học
- Hợp chất hữu cơ: Than sinh học chứa các hợp chất hữu cơ phức tạp như lignin, cellulose, và hemicellulose. Các hợp chất này đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc và tính chất của than sinh học.
- Hợp chất vô cơ: Các hợp chất vô cơ trong than sinh học bao gồm cacbonat, oxit kim loại, và các muối khoáng. Những hợp chất này giúp tăng cường tính kiềm và khả năng cung cấp dinh dưỡng cho đất.
2.3.3. Ứng dụng của TSH
Than sinh học có rất nhiều ứng dụng đa dạng trong các lĩnh vực khác nhau. Dưới đây là các ứng dụng chi tiết hơn của than sinh học:
Nông nghiệp
- Cải thiện chất lượng đất: Than sinh học giúp tăng cường độ phì nhiêu của đất
Trang 11 bằng cách cải thiện khả năng giữ nước và chất dinh dưỡng, cũng như tăng độ tơi xốp của đất.
- Giảm sự rửa trôi dinh dưỡng: Than sinh học giúp giữ lại các chất dinh dưỡng trong đất, làm giảm sự rửa trôi của các chất này trong quá trình tưới nước hoặc mưa.
- Tăng cường hoạt động vi sinh vật: Than sinh học cung cấp môi trường sống tốt cho vi sinh vật có lợi, giúp cải thiện sức khỏe đất và cây trồng [21].
Môi trường
- Hấp thụ các chất gây ô nhiễm: Than sinh học có khả năng hấp thụ các kim loại nặng, thuốc trừ sâu và các chất hữu cơ gây ô nhiễm trong đất và nước.
- Quản lý chất thải: Than sinh học có thể được sử dụng trong các bãi chôn lấp chất thải để hấp thụ khí thải và giảm mùi hôi.
- Giảm phát thải khí nhà kính: Bằng cách cố định carbon trong đất, than sinh học giúp giảm lượng CO2 phát thải vào khí quyển.
Xử lý nước
- Lọc nước: Than sinh học được sử dụng làm vật liệu lọc nước để loại bỏ các chất gây ô nhiễm như kim loại nặng, chất hữu cơ và vi sinh vật.
- Xử lý nước thải: Than sinh học có thể được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước thải để hấp thụ các chất ô nhiễm và cải thiện chất lượng nước [22]
Công nghiệp
- Sản xuất than hoạt tính: Than sinh học có thể được chế biến thành than hoạt tính, được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp lọc nước, lọc không khí và các ứng dụng khác.
- Năng lượng tái tạo: Khí syngas và dầu sinh học, các sản phẩm phụ của quá trình sản xuất than sinh học, có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng tái tạo.
Chăn nuôi
- Cải thiện chất lượng chuồng trại: Than sinh học được sử dụng trong nền chuồng gia súc để hấp thụ mùi hôi và giảm sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh.
- Phụ gia thức ăn chăn nuôi: Than sinh học có thể được bổ sung vào thức ăn chăn nuôi để cải thiện tiêu hóa và sức khỏe của động vật [23].
Khôi phục hệ sinh thái
Trang 12 - Phục hồi đất bị thoái hóa: Than sinh học có thể được sử dụng để cải tạo và phục
hồi các vùng đất bị thoái hóa do hoạt động nông nghiệp không bền vững hoặc ô nhiễm.
- Tạo môi trường sống cho sinh vật: Bằng cách cải thiện chất lượng đất và nước, than sinh học góp phần tạo ra môi trường sống tốt hơn cho các loài sinh vật.
Các ứng dụng khác
- Làm vật liệu xây dựng: Than sinh học có thể được sử dụng làm phụ gia trong sản xuất gạch và bê tông, giúp tăng cường tính năng cách nhiệt và cách âm.
- Sản xuất mỹ phẩm và dược phẩm: Than sinh học được sử dụng trong một số sản phẩm mỹ phẩm và dược phẩm nhờ khả năng hấp thụ và làm sạch cao.
Than sinh học đang trở thành một công cụ đa năng và hữu ích trong nhiều lĩnh vực khác nhau, giúp giải quyết các vấn đề về môi trường, nông nghiệp và công nghiệp một cách bền vững và hiệu quả.