Giải pháp Biochar cho nông nghiệp bền vững ở Việt Nam

1. Giới thiệu

Việt Nam vẫn là một nước nông nghiệp với những thành tựu có được theo bảng thống kê sản xuất hai loại lương thực chính ở Việt Nam 2005, sản lượng lúa là 35,8 triệu tấn và cây ngô đạt 3,76 triệu tấn [11]. Còn về chăn nuôi thì theo kết quả điều tra chăn nuôi của tổng cục thống kê, tại thời điểm 10/2012, nước ta có hơn 5 triệu con bò, 2,6 triệu con trâu, 26,5 triệu con lợn cùng hơn 308,5 triệu con gia cầm. Sự phát triển về sản lượng lương thực và số lượng đàn gia súc cũng đồng nghĩa với sự tăng của phế phẩm và chất thải. Theo Báo Nông Nghiệp Việt Nam ngày  05/03/2012, hoạt động sản xuất nông nghiệp phát thải trên 84,5 triệu tấn chất thải từ trồng trọt, 82,5 triệu tấn chất thải từ chăn nuôi trong đó chiếm 80% chất thải chăn nuôi và 90% chất thải trồng trọt chưa qua xử lý. Cách xử lý phế phụ phẩm sau thu hoạch của bà con nông dân thường là đốt tại ruộng phát thải ra một lượng lớn khí nhà kính gây ô nhiễm môi trường không khí nặng nề, đối với các chất thải như phân gia súc thường được xả thẳng xuống sao hồ kênh rạch dẫn đến gây ô nhiễm môi trường nước vô cùng nghiêm trọng.

Biochar được biết đến là sản phẩm từ quá trình đốt cháy sinh khối hữu cơ trong điều kiện hiếm khí. Biochar được sử dụng rộng rãi trong vai trò là một loại phân bón, một chất cải thiện cấu trúc đất tạo điều kiện thích hợp cho cây trồng phát triển và tăng năng suất. Từ quá trình sản xuất đến quá trình áp dụng biochar vào đất cũng tương đối đơn giản và dễ làm đối với bà con nông dân. Hiện nay trên thế giới có rất nhiều cách và thiết bị để sản xuất biochar khác nhau, nhưng trong mô hình đề xuất này tác giả đưa ra một mô hình lò sản xuất biochar với mục tiêu vừa tạo ra biochar vừa thu được một nguồn năng lượng sạch cho hoạt động sinh hoạt đun nấu hàng ngày của người dân.

2. Mô tả ý tưởng

 Mô hình ứng dụng sản biochar từ phế phụ phẩm nông nghiệp

Hình 2.1 Mô hình ứng dụng sản biochar từ phế phụ phẩm nông nghiệp

2.1. Nguyên liệu đầu vào

Bên cạnh những sản lượng lớn thu được sẽ là một lượng lớn chất thải từ nông nghiệp, có thể kể đến như phế phụ phẩm nông nghiệp, chất thải rắn ngành chăn nuôi. Theo báo cáo của Cục Chăn nuôi, hàng năm đàn vật nuôi thải ra 80 triệu tấn chất thải rắn, vài chục tỷ khối chất thải lỏng và hàng trăm triệu tấn chất thải khí và lượng chất thải từ phế phụ phẩm nông nghiệp đạt mức 84,5 triệu tấn, đó vừa là mối nguy hại cho môi trường vừa là nguồn sinh khối hữu cơ dồi dào có thể sử dụng để sản xuất Biochar.

2.2.  Mô hình lò sản xuất biochar

Do có sự thiếu tốn về tài chính và thiếu thốn về điều kiện sản xuất nên tác giả đành phải tạm thời dừng lại ở việc thiết kế lò sản xuất biochar. Thiết kế lò của tác giả dựa trên những sản phẩm bếp thân thiện môi trường hiện giờ và tác giả đã cải tiến cho phù hợp với mục đích sản xuất biochar.

Mô hình lò sản xuất Biochar

Hình 2.2. Mô hình lò sản xuất Biochar

Chú thích:

1 Buồng đốt có chứa vật liệu đã được sấy khô

2 Buồng sấy có chứa vật liệu vẫn còn ẩm lúc ban đầu

3 Sản phẩm biochar ở dạng ướt

4 Luồng khí gas cháy được

5 Quạt gió

6 Van điều khí

7 Cửa lò

8 Cửa lấy biochar

9 Cửa lấy vật liệu đã sấy khô

10 Vỏ làm mát có chứa nước

*Những vạch màu đen thể hiện cho các cửa có thể chuyển động được

2.2.1. Mô tả sơ bộ

Lò sản xuất biochar có hình trụ tròn kích thước có thể thay đổi tuỳ thuộc vào yêu cầu người dùng. Lò có 2 buồng bao gồm buồng đốt và buồng sấy, có một lớp vỏ chứa nước. Lò có một quạt gió nhỏ bên ngoài. Về cơ bản lò sản xuất biochar có hình dáng và cấu trúc tương tự như những bếp thân thiện với môi trường có trên thị trường, nhưng do mục đích sản xuất biochar và đặc điểm của quá trình sản xuất biochar nên tác giả đã đưa ra những thiết kế đặc biệt hơn so với những bếp thông thường để phù hợp với mục đich và quá trình sản xuất. Do các vùng nông thôn thường có môi trường ẩm do các hoạt động nông nghiệp thường ngày nên để giữ vật liệu ở trạng thái khô là khá khó khăn trong khi để tạo ra sản phẩm biochar có chất lượng tốt thì vật liệu càng khô càng tốt vì vậy thiết kế của tác giả có buồng sấy nơi chứa các vật liệu ban đầu, các vật liệu ban đầu có thể là các phế phẩm nông nghiệp như rơm rạ, vỏ trấu, lõi ngô… và có thể là cả chất thải chăn nuôi như chất thải rắn của trâu, bò…hoặc là hỗn hợp của cả hai nguồn trên. Sản phẩm biochar được thu lại hàng ngày nên tác giả có thiết kế hệ cửa lò lấy biochar thuận tiện dễ dàng. Vì biochar nếu ở dạng khô và có kích thước nhỏ sẽ có nguy cơ gây hại đến hệ thống hô hấp của người sử dụng nên vỏ lò có chứa nước vừa có tác dụng giảm nhiệt thoát ra bên ngoài lò và vừa cung cấp một lượng nước làm ướt sản phẩm biochar khô ở dưới, chuyển sản phẩm biochar từ dạng khô sang dạng ẩm và ướt, an toàn hơn cho người sử dụng. Giá thành sản phẩm tác giả dự tính khoảng 2-3 triệu đồng/chiếc, thời gian sử dụng từ 10-20 năm.

2.2.2. Nguyên lý hoạt động

Bỏ vật liệu khô vào trong buồng cháy, sau đó bật quạt gió và mở van cung cấp không khí cho vùng cửa lò, mồi lửa ở cửa lò cung cấp nhiệt cho buồng đốt. Sau khoảng 5 phút mồi lửa, khi buồng đốt đã cháy thì vặn giảm van cấp khi cho buồng đốt để tạo điều kiện cháy hiếm khí. Từ quá trình cháy hiếm khí, nhiều khí cháy được và không cháy được được dẫn qua một ống khí hoà cùng với không khí được cấp từ quạt gió, luồng khí hỗn hợp này được đốt cháy hoàn toàn bằng đầu đốt hồng ngoại thân thiện với môi trường. Nhiệt toả ra từ buồng đốt sẽ được hấp thụ bởi buồng sấy, những vật liệu ở trạng thái ẩm ban đầu sẽ nhận nguồn nhiệt hấp thụ, nóng lên dẫn đến bay hơi nước từ vật liệu ẩm ban đầu. Hơi nước nhanh chóng bị ngưng tụ ở vỏ lò và chảy xuống dưới, hơi nước có kèm theo một lượng nhiệt nhỏ, lượng nhiệt này được hấp thụ ở vỏ lò có chứa nước, lượng nhiệt nhỏ đó làm cho nước nở ra và chảy xuống phía dưới nơi đó đã có một lượng biochar khô ở dưới từ lần cháy trước do đó sẽ tạo ra sản phẩm biochar ở dạng ướt. Nhiệt từ quá trình đốt sẽ đạt được tầm từ 400-6000C, thời gian đun nấu của bà con nông dân thường ngày từ 2 - 4 giờ đó cũng là khoảng nhiệt độ và thời gian cho ra sản phẩm biochar với chất lượng tốt.

2.2.3. Cách sử dụng

Ngày đầu tiên sử dụng: người sử dụng chỉ mất công phơi khô vật liệu lần đầu tiên sử dụng lò, vật liệu ở đây chính là nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp, chất thải chăn nuôi hoặc là hỗn hợp của cả hai loại trên. Sau đó bỏ vật liệu đã phơi khô vào buồng đốt và vật liệu ẩm dùng để làm biochar lần sau vào buồng sấy khô. Lúc đầu ta cần cung lượng nhiệt nhỏ ở cửa lò và cung cấp không khí từ quạt cho sự cháy ở cửa lò tạo nhiệt cho vật liệu khô bên trên để cháy. Sau đó 10 phút, ta sẽ giảm dần lượng không khí cấp vào cửa lò khi vật liệu khô đã bắt đầu cháy để tạo điều kiện cháy hiếm khí, do đó một lượng khí gas gồm các khí cháy được và không cháy được. Khí gas đó sẽ được hoà cùng với một lượng lớn không khí được cung cấp từ quạt gió để tạo ra nguồn khí cháy được ổn định và liên tục. Để sự đốt cháy luồng khí đó được triệt để tác giả đề xuất sử dụng đầu đốt hồng ngoại sẽ không có phát thải khói, muội và không ảnh hưởng đến sức khoẻ người sử dụng. Sau một ngày sử dụng người nông dân sẽ gạt van cho biochar rơi xuống vùng cửa lò và chỉ cần gạt sang 2 bên về phía đáy lò.

Các ngày sử dụng sau: người sử dụng các lần sau chỉ cần lấy vật liệu ở buồng sấy khô từ các cửa lấy vật liệu khô ở phía dưới và bỏ vào buồng đốt để làm nguyên liệu sản xuất biochar và cho vật liệu còn ẩm vào buồng sấy và sử dụng như lần đầu tiên. Sản phẩm biochar thu được ở bên dưới có dạng ẩm và ướt nên người sử dụng sẽ thu lấy và có thể đem bón trực tiếp vào đồng ruộng hoặc tích trữ trong bao tải. Lượng biochar trên buồng đốt sẽ được xả xuống cửa lò và gạt sang hai bên, sau đó ta sẽ mồi lửa vào cửa lò như quá trình đốt cháy ở lần đầu tiên.

Khi không muốn sử dụng nữa: người dùng chỉ cần đóng van cấp khí và tắt quạt gió, sự cháy sẽ giảm dần tốc độ và lượng khí thoát ra ngoài sẽ giảm dần, sau quá trình cháy âm ỉ trong một thời gian sau chúng sẽ giảm dần nhiệt độ và nguội đi.

Lượng vật liệu khô sử dụng để sản xuất biochar hàng ngày nên trong khoảng từ 5-8kg, lượng đó sẽ đủ cho một gia đình đun nấu trong khoảng thời gian từ 3-4 giờ/ngày.

Lưu ý nhỏ: khi mực nước trên miệng lò gần như không còn thì ta cho thêm một ít nước vào phía trên miệng lò. Việc cung cấp một lượng nước cho vỏ bình có tác dụng vừa tránh khí thoát ra ngoài và cung cấp một lượng nước để làm ẩm sản phẩm biochar khô.

2.2.4. Lợi ích thu được từ lò sản xuất biochar

  • Gần như không có nhiệt toả ra ngoài, an toàn cho người dùng.
  • Thu được biochar ở dạng ướt có thể sử dụng bón trực tiếp vào ruộng và không hề gây hại cho người sử dụng.
  • Nguồn khí gas thu được sẽ tạo ra năng lượng nhiệt dùng cho đun nấu thay thế cho nguồn năng lượng hoá thạch và khí gas hàng ngày phải dùng.
  • Buồng sấy dùng để sấy khô các loại vật liệu dùng làm vật liệu tạo ra biochar, người dân không tốn công sức phải phơi khô vật liệu.
  • Hệ thống đơn giản, tiện lợi dễ sử dụng.

Từ đó thu được nhiều lợi ích về mặt kinh tế và môi trường cho người sử dụng

2.3. Biochar thu được

 Sản phẩm biochar từ các loại phế phụ phẩm nông nghiệp và chất thải chăn nuôi.

Hình 2.3 Sản phẩm biochar từ các loại phế phụ phẩm nông nghiệp và chất thải chăn nuôi.

Như trên hình bên trái là sản phẩm biochar từ các loại phế phụ phẩm nông nghiệp khác nhau và chất thải chăn nuôi từ đàn bò ở hình bên phải. Biochar về mặt vật lý là một chất rắn màu đen, nhẹ và xốp, tuỳ theo vật liệu đầu vào mà biochar thu được sẽ có hình dạng và kích thước khác nhau. Các loại vật liệu đầu vào đóng vai trò rất lớn trong việc ảnh hưởng đến tính chất và đặc điểm của biochar. Biochar từ lò ra sẽ ở dạng ẩm có thể dùng trực tiếp để bón vào đồng ruộng. Biochar có nhiều đặc tính tốt cho đất có thể kể đến như khả năng giữ ẩm do đó người nông dân cũng đỡ tốn công và một lượng nước dùng để tưới cho đồng ruộng, biochar có khả năng làm tăng pH, thêm vào vì vật liệu có tính xốp nên chúng góp phần làm cho đất tơi xốp, với cấu trúc về mặt vật lý cùng với các gốc hoá học có trong biochar làm cho chúng có khả năng giữ chất dinh dưỡng tránh bị thất thoát từ quá trình bón phân bên cạnh đó chính là khả năng hấp phụ các kim loại nặng (thành phần có trong tàn dư thuốc trừ sâu). Chính trong thành phần hoá học của biochar cũng có chứa các chất dinh dưỡng như P, K, N ,Ca và Mg… nên khi bón biochar vào đất cũng như bón phân vào đất.  Đó chính là những ưu điểm ở biochar mà các loại phân bón như NPK, phân hữu cơ, tro bếp và phân chuồng khó có thể làm được.

2.4. Sử dụng biochar cho đồng ruộng

Biochar theo nhiều nghiên cứu trong nước và trên thế giới đó là một sản phẩm thân thiện với môi trường được sử dụng như một loại phân bón cho đất. Tuỳ theo các loại đất khác nhau mà sự thể hiện mức độ cải thiện cấu trúc lý hoá của đất sẽ khác nhau. Ở vùng đất Amazon, có một loại đất đen tên là Terra-Petra, đó là một loại đất rất tốt cho cây trồng được tạo nên từ sự bổ sung của tàn dư thực vật bị cháy sau quá trình sử dụng đun nấu của người Amazon cổ và từ những vụ cháy rừng từ xưa. Theo nhiều phân tích của nhiều nhà khoa thì những tàn dư bị cháy đó có cấu trúc tương tự như biochar. 

Cây trồng trên loại đất đen Terra-petra và loại đất feralit gần đó

Hình 2.4. Cây trồng trên loại đất đen Terra-petra và loại đất feralit gần đó

Loại đất được bổ sung tàn dư thực vật cháy (có tính chất và đặc tính tương tự như loại biochar) ở hình bên phải và loại đất ở vùng lân cận mà không được bổ sung loại tàn dư đó.Loại đất đen đó có cấu trúc tốt cũng như chứa rất nhiều chất dinh dưỡng cho cây trồng nên khi trồng cây trên loại đất này thường có sản lượng cao nên loại đất này có giá rất cao trên thị trường. Trên thế giới có nhiều công thức và cách bón khác nhau, thường thường biochar được áp dụng với lượng 30-150 tấn/ha và được vùi vào trong đất. Do đó khi bổ sung biochar vào đất sẽ tạo điều kiện thích hợp cho cây trồng phát triển đạt năng suất cao.

Bón biochar vào đất

Hình 2.5. Bón biochar vào đất

2.5. Tăng năng suất cây trồng

Biochar cải thiện cấu trúc và tính chất của đất tạo điều kiện thích hợp cho các loại cây trồng phát triển, từ đó tăng năng suất cây trồng tạo tăng thêm nguồn thu cho người nông dân. Tuỳ theo các loại đất khác nhau mà sự thể hiện ảnh hưởng về năng suất của biochar là khác nhau, với mọi loại đất thì năm đầu tiên sự ảnh hưởng này sẽ không rõ ràng nhưng sự ảnh hưởng đó sẽ được thể hiện rõ ràng qua năm 1 và các năm về sau. Những thử nghiệm trên thế giới đều cho kết quả rất khả quan cả vể cải thiện cấu trúc đất cũng như tăng năng suất cây trồng.

Thí nghiệm trồng cây rau diếp trên đất có bón biochar

Hình 2.6. Thí nghiệm trồng cây rau diếp trên đất có bón biochar

Thí nghiệm cây ngô trồng trên đất không và đất có bổ sung biochar

Hình 2.7. Thí nghiệm cây ngô trồng trên đất không và đất có bổ sung biochar

3. Kết quả ứng dụng sáng kiến/kinh nghiệm

Ứng dụng của biochar đã được sử dụng rỗng rãi ở nhiều nước trên thế giới, kết quả cho thấy đều rất khả quan. Quá trình ứng dụng biochar dựa trên những nghiên cứu về các tính chất vật lý, hoá học và sinh học bên cạnh đó đã có sự đánh giá về tác động của biochar đến người sử dụng. Dưới đây là những thông tin chi tiết về tính chất của biochar

3.1.   Tổng quan về Biochar 

3.1.1.  Định nghĩa về biochar

Hiện tại có rất nhiều khái niệm khác nhau về biochar được đưa ra:

Biochar là sản phẩm của quá trình phân hủy nhiệt các vật liệu hữu cơ trong điều kiện không có hoặc có rất ít oxi (sự nhiệt phân). Mục đích sử dụng như một chất bổ sung để cải tạo đất, chủ yếu để cải thiện các tính chất cơ bản của đất, nâng cao độ xốp, khả năng thấm và giữ nước, lưu giữ chất dinh dưỡng và cacbon đất, đồng thời tạo điều kiện môi trường sống thuận lợi cho các sinh vật đất tồn tại và phát triển (Lehmann và Joseph, 2009) [5].

Theo tổ chức IBI (International Biochar Initiative) thì Biochar là một chất rắn thu được từ quá trình cacbon hóa sinh khối. Biochar có thể được bổ sung vào đất với mục đích cải thiện các chức năng của đất và giảm sự phát thải các khí nhà kính. Biochar cũng có giá trị đáng kể trong chiến lược cố định cacbon toàn cầu [10].

3.1.2.  Tính chất vật lý

Biochar bao gồm 4 phần chính: cacbon bền, cacbon không bền và các thành phần bay hơi khác, phần tro khoáng và độ ẩm (Bảng 3.1).

Tỷ lệ tương đối các thành phần chính trong biochar

Bảng 3.1. Tỷ lệ tương đối các thành phần chính trong biochar

Bảng 3.1 cho thấy các thành phần trong biochar rất khác nhau phụ thuộc vào nguồn gốc sinh khối, các điều kiện nhiệt phân, nhiệt độ nhiệt phân, tốc độ lên nhiệt, áp suất, các điều kiện trước và sau xử lý. Tính chất vật lý của biochar phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu ban đầu và các điều kiện nhiệt phân (Downie và nnk, 2009) [2].

Trong quá trình nhiệt phân, ở các nhiệt độ thấp, xenlulozơ và hemi-xenlulozơ bị mất ở dạng chất hữu cơ bay hơi dẫn tới sự giảm về khối lượng. Chất khoáng và bộ khung cacbon vẫn giữ được hình dạng cấu trúc của vật liệu ban đầu. Cấu trúc phân tử của biochar có trạng thái xốp và diện tích bề mặt lớn. Các khoảng hổng đường kính rất nhỏ (50 nm) lại quan trọng cho sự thông khí, thủy học, hoạt động của các rễ và cấu trúc của đất. Bổ sung biochar vào đất cũng làm thay đổi tính chất vật lý tự nhiên của đất, làm tăng tổng diện tích bề mặt riêng, cải thiện cấu trúc và sự thoáng khí của đất (Kolb, 2007) [3].

3.1.3. Tính chất hoá học

Một dãy các nhóm chức năng khác nhau tồn tại trên các bề mặt của các tấm graphen. H, N, O, P và S được kết hợp chặt chẽ trong các vòng thơm và xác định ái lực điện tử của sản phẩm biochar, ảnh hưởng đến khả năng trao đổi cation (CEC). Điện tích bề mặt xác định bản chất tương tác giữa biochar và các hạt đất, chất hữu cơ hòa tan, khí, vi sinh vật và nước. Theo thời gian, biochar trở lên mất dần hoạt tính do các khoảng hổng của nó bị bít kín và do đó khả năng hấp phụ của nó sẽ giảm. Các khoảng hổng bên trong trở nên không tiếp cận được dẫn tới giảm diện tích bề mặt (Warnock và nnk, 2007) [8]. Sự tái tạo lại hoạt tính là điều có thể khi vi khuẩn, nấm và giun tròn định cư trong các khoảng hổng và các hạt biochar.

3.1.4. Tính chất sinh học

Không giống các loại chất hữu cơ khác được bổ sung vào đất, biochar thay đổi môi trường vật lý và hóa học của đất, lần lượt ảnh hưởng tới các tính chất và sự tồn tại, phát triển của sinh vật đất. Cộng đồng sinh vật đất là tập hợp phức tạp của các vi khuẩn, vi khuẩn cổ, nấm, tảo, động vật nguyên sinh, giun tròn, động vật chân đốt và sự đa dạng của các loài động vật không xương sống (Thies và Rillig, 2009) [6]. Sự tương tác giữa các cá thể trong quần thể và giữa các quần thể trong quần xã với các tính chất vật lý, hóa học đất khi đất được bổ sung biochar sẽ xác định toàn bộ năng suất và chức năng của hệ sinh thái, ví dụ như năng suất và sự phát triển của cây trồng.

3.1.5. Hàm lượng dinh dưỡng

Thuộc tính tích cực của biochar là giá trị dinh dưỡng của nó khi được bổ sung vào đất. Mặc dù, biochar thường không có hàm lượng N dễ tiêu cao, nhưng giá trị dinh dưỡng gián tiếp có được là do khả năng giữ lại các chất dinh dưỡng trong đất và hạn chế sự rửa trôi, dẫn đến tăng sự hút thu dinh dưỡng của cây trồng và năng suất vụ mùa cao hơn (Chan và Xu, 2009) [1].

3.2.  Tác dụng của biochar

3.2.1. Giảm hiệu ứng nhà kính

Bổ sung biochar vào đất được mô tả như một giải pháp để cô lập cacbon có trong khí quyển. Sinh khối thực vật được hình thành trên các cây chỉ sống một mùa hoặc một năm thường bị phân hủy nhanh chóng. Sinh khối của các loại cây này phân hủy giải phóng CO2 (được cố định trong sinh khối) trở lại bầu khí quyển. Trái lại, chuyển hóa sinh khối này thành biochar sẽ cho sự phân hủy chậm hơn rất nhiều, hướng C từ vòng tuần hoàn sinh học nhanh vào trong một vòng tuần hoàn C chậm (có thể lên đến hàng chục năm, hàng trăm năm) [4]. Do có khả năng làm tăng pH đất nên biochar cũng góp phần giảm đi sự phát thải khí CH4 và N2O vào khí quyển.

3.2.2. Làm phân bón cho đất

Với những tính chất của biochar kể trên thì chúng có khả năng cải thiện cấu trúc đất và tăng năng suất cây trồng. Bên cạnh đó với cấu trúc về mặt vật lý chúng có khả năng hấp phụ những kim loại nặng như chì, cadimi, sắt, đồng và các chất độc hữu cơ khác, đó là những chất thường có trong thuốc trừ sâu của Zheng W và nnk (2010)[9]. Nên khi sử dụng biochar, chúng đóng góp một phần vào việc hấp phụ các chất độc chánh phát thải lại môi trường gây hại đến sử khoẻ người dân.

3.3.  Nhược điểm của biochar

Do biochar nhẹ có nhiều kích thước khác nhau có cả những kích thước rất nhỏ nên khi tiếp xúc với biochar nhiều trong quá trình sản xuất có thể gây ảnh hưởng đến sức khoẻ cho người sử dụng thông qua con đường hô hấp. Nhưng trong mô hình đề xuất của tác giả những vấn đề đó đã được giải quyết khi sử dụng lò sản xuất biochar, sản phẩm biochar thu được luôn ở dạng ẩm chứa nước nên sẽ không gây hại đến người sử dụng và khi áp dụng vào đồng ruộng thì luôn ở dạng vùi trong đất nên giảm đi rất nhiều nguy cơ biochar có thể bay vào trong không khí.

3.4. Kết quả ứng dụng biochar trên thế giới và ở Việt Nam

3.4.1.  Kết quả nghiên cứu ứng dụng trên thế giới

Các nghiên cứu về biochar trên thế giới đã được tiến hành cách đây khá lâu và từ năm 2007 bắt đầu có những bài báo công bố về loại than này. Khái niệm về biochar ngày càng được chú ý trên cả trường chính trị và học thuật, với một số nước (ví dụ: Anh, New Zealand, Mỹ) thiết lập các “Trung tâm nghiên cứu biochar’”. Những phân tích tổng hợp các hiệu quả quan sát được từ sự ứng dụng biochar vào đất của Verheijen và nnk (2009) [7] cho thấy sự gia tăng của năng suất mùa vụ: trung bình tăng 12% năng suất cây trồng/năm. Những lý do chính được đưa ra là tăng cường khả năng giữ phân bón, giữ nước, tăng trao đổi cation và giảm độ chặt đất. Thêm vào đó, lợi ích môi trường từ việc ứng dụng biochar vào đất bao gồm giảm sự mất nitơ vào nước và không khí, và giảm nhu cầu phân bón.

3.4.2. Những nghiên cứu và ứng dụng của Việt Nam

Biochar vẫn còn là một “từ” mới ở Việt Nam, các công trình nghiên cứu về biochar còn ở mức khởi đầu, quy mô nhỏ hẹp và chưa có những ứng dụng rộng trong thực tế. Một số công trình nghiên cứu, dự án tiêu biểu về biochar đã công bố ở Việt Nam như: “Nghiên cứu sản xuất than sinh hoc từ rơm rạ và trấu để phục vụ nâng cao độ phì đất, năng suất cây trồng và giảm phát thải khí nhà kính” của nhóm tác giả Mai Văn Trịnh, Trần Viết Cường, Vũ Dương Quỳnh, Nguyễn Thị Hoài Thu; “ Nghiên cứu ứng dụng than sinh học nâng cao sức sản xuất của đất - ảnh hưởng loại và lượng bón than sinh học đến sinh trưởng và năng suất lúa” của tác giả Vũ Thắng, Nguyễn Hồng Sơn; “Nghiên cứu sản xuất biochar từ chất thải chăn nuôi” của tác giả Trần Thị Tuyết Thu, Phạm Văn Quang, Hoàng Đức Thắng, Phan Lâm Tùng; …

4. Khả năng ứng dụng và nhân rộng

Với những tính chất và lợi ích của biochar thu được, thì khi được phổ biến rộng rãi với người nông dân thì khả năng ứng dụng sẽ là vô cùng lớn. Một lượng lớn chất thải chăn nuôi và phế phẩm nông nghiệp sẽ được tận dụng. Việc ứng dụng sản xuất biochar bằng lò thiết kế của tác giả sẽ phù hợp với các hoạt động nông nghiệp có thể kể đến như:

Vào sau khi thu hoạch thì sản phẩm nông nghiệp có thể sấy khô một cách đơn giản trong lò, tránh sự vất vả cho người dân. Khi thời tiết mưa nắng thất thường do sự biến đổi khí hậu và diện tích phơi phóng dần bị thu hẹp.

Hoạt động say sát là việc gắn liền với các hộ gia đình sau các mùa vụ, khi đó phế phẩm từ quá trình say xát là vỏ trấu, vỏ trấu sẽ được dùng làm nguyên liệu để tạo ra biochar, nhiệt đầu đốt hồng ngoại có thể chuyển thành năng lượng điện dùng cho máy say sát. Vì vậy người nông dân sẽ thu được cả gạo và biochar trong khi không tốn quá nhiều tiền cho công việc say sát này.

Biochar từ chất thải chăn nuôi thu được hàng ngày đem đi bón vào đất làm tăng năng suất cây trồng, tăng nguồn thức ăn cho gia súc. Từ đó người nông dân có thể tăng số lượng về đàn gia súc và thu được lợi nhuận từ việc tăng năng suất cây trồng. Lợi nhuận có thể nhìn thấy rõ ở quá trình áp dụng sản xuất biochar so với việc sử dụng các phương pháp thông thường đối với chất thải chăn nuôi bón trực tiếp vào đất là nguồn năng lượng thu được cho đun nấu hàng ngày và chất lượng đất trồng sẽ dần được cải thiện hơn so với khi sử dụng chất thải chăn nuôi trực tiếp vào đất, thêm vào đó về mặt môi trường một lượng lớn khí nhà kính CH4 sẽ không bị phát thải vào môi trường. Theo tính toán của tác giả đối với một hộ gia đình chăn nuôi có 2 con bò, hàng ngày sẽ thải ra 20-30kg chất thải rắn, sau khi được sấy khô chúng sẽ có khối lượng khoảng 15kg và sản phẩm từ lò sản xuất cho ra 8kg biochar ở dạng khô. Dựa trên hàm lượng các chất dinh dưỡng N,P,K có trong sản phẩm biochar thu được và hàm lượng các chất dinh dưỡng  N,P,K có trong phân bón hoá học NPK, tính toán so sánh cho thấy sau một tuần lượng biochar thu được sẽ là 55kg khô, chúng tương đương với 110 ngàn đồng tiền phân bón hoá học NPK trên thị trường.

Từ các ý trên chúng ta thấy rằng, biochar có khả năng ứng dụng lớn vào việc xử lý các phế phụ phẩm nông nghiệp và chất thải rắn của ngành chăn nuôi, biochar đóng góp một vai trò to lớn vào việc giảm phát thải khí nhà kính và tăng năng suất cây trồng thông qua việc cải tạo đất do đó biochar có thể coi là một biện pháp mới cho nông nghiệp bền vững ở Việt Nam.

Tài liệu tham khảo

[1]. Chan, K. Y., Xu, Z., 2009. Biochar: Nutrient Properties and Their Enhancement. In: Biochar for Environmental Management: Science and Technology (Eds. Lehmann, J. & Joseph, S.), Earthscan.

[2]. Downie, A., Crosky, A., Munroe, P. (2009). Physical properties of biochar. IN Lehmann J. and Joseph, S. (Eds.) Biochar for environmental management: Science and Technology. London, Earthscan.

[3]. Kolb, S. (2007) Understanding the mechanisms by which a manure-based charcoal product affects microbial biomass and activity (doctoral dissertation). University of Wisconsin

[4]. Lehmann, J. (2007b) ‘A handful of carbon’, Nature, vol 447, pp143–144.

[5]. Lehmann, J. and Joseph, S. (Eds.) (2009) Biochar for environmental management, Science and technology. London: Earthscan. 

[6]. Thies, J. and Rilling, M. (2009) Characteristics of Biochar: Biological properties. IN Lehmann J. and Joseph, S. (Eds.) Biochar for environmental management: Science and Technology. London, Earthscan.

[7]. Verheijen, F.G.A., Jeffery, S., Bastos, A.C., van der Velde, M., and Diafas, I. (2009). Biochar Application to Soils - A Critical Scientific Review of Effects on Soil Properties, Processes and Functions. EUR 24099 EN, Office for the Official Publications of the European Communities, Luxembourg, 149pp.

[8]. Warnock, D.D., Lehmann, J., Kuyper, T.W. and Rilling, M.C. (2007) Mycorrhyzal responses to biochar in soil – concepts and mechanisms. Plant and Soil 300, pp 9-20.

[9]. Zheng W, Guo M, Chow T, Bennett DN, Rajagopalan N. ( 2010) Sorption properties of greenwaste biochar for two triazine pesticides.

[10]. http://www.biochar-international.org/biochar  (truy cập ngày 10/8/2012)

[11]. http://www.vaas.org.vn/images/caylua/01/08_thongkesxlt.htm  (truy cập ngày 28/6/2013)

Phan Lâm Tùng - MS 33NCTH

Bình luận