Biochar Là Gì? Than Sinh Học, Ứng Dụng Và Lợi Ích Trong Nông Nghiệp

biochar là gì? Bạn đang tìm hiểu về một loại vật liệu thân thiện với môi trường, có khả năng cải thiện đáng kể chất lượng đất và góp phần vào nông nghiệp bền vững? Biochar, hay còn gọi là than sinh học, được tạo ra từ quá trình chưng cất sinh khối (pyrolysis), biến sinh khối thành một dạng than giàu cacbon. Nó không chỉ là một giải pháp hữu hiệu cho việc cải tạo đất, mà còn mang lại nhiều lợi ích khác cho môi trường.

Bài viết này của KTH GARDEN sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về biochar: từ khái niệm cơ bản, quy trình sản xuất, các loại biochar khác nhau, ứng dụng đa dạng trong nông nghiệp và môi trường, cho đến những lợi ích và cả những hạn chế cần lưu ý. Chúng tôi sẽ giải đáp mọi thắc mắc của bạn một cách chi tiết và dễ hiểu, giúp bạn nắm bắt trọn vẹn thông tin về loại vật liệu đầy tiềm năng này.

Biochar là gì? Định nghĩa và nguồn gốc

Biochar là một dạng than sinh học bền vững, được sản xuất từ quá trình phân hủy nhiệt không hoàn toàn (pyrolysis) các chất hữu cơ như sinh khối thực vật (gỗ, cây trồng, rơm rạ…), phân thải động vật, và các chất thải hữu cơ khác. Quá trình này diễn ra ở nhiệt độ cao (300-700°C) trong môi trường thiếu oxy, giúp chuyển đổi sinh khối thành khí sinh học (biogas), nước, và biochar. Nói một cách đơn giản, biochar là sản phẩm còn lại sau khi các thành phần dễ bay hơi trong sinh khối đã được loại bỏ. Khác với than đá được hình thành tự nhiên qua hàng triệu năm, biochar là một sản phẩm nhân tạo, thân thiện với môi trường và có tiềm năng ứng dụng rộng rãi.

Quá trình hình thành biochar có thể được mô tả như sau: Khi sinh khối được nung ở nhiệt độ cao trong môi trường yếm khí, các liên kết hóa học trong các phân tử hữu cơ bị phá vỡ. Các phân tử nhỏ hơn như khí metan, carbon dioxide, và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi được giải phóng. Tuy nhiên, một phần cacbon được giữ lại trong cấu trúc xốp và bền vững, tạo thành biochar. Cấu trúc xốp này chính là yếu tố quan trọng quyết định khả năng hấp thụ và giữ nước của biochar. Cụ thể, các lỗ xốp nhỏ li ti trên bề mặt biochar giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, từ đó tăng cường khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng và giữ nước cho đất.

Nguồn gốc của biochar có thể tìm thấy từ nhiều nền văn hóa cổ đại trên thế giới, đặc biệt là ở Amazon. Các bằng chứng khảo cổ học chỉ ra rằng người dân bản địa ở Amazon đã sử dụng kỹ thuật sản xuất biochar từ nhiều thế kỷ trước. Họ đốt cháy rừng theo phương pháp “terra preta” (đất đen), tạo ra một loại đất màu mỡ và giàu dinh dưỡng, giúp cho việc canh tác trở nên hiệu quả hơn. Đây là một ví dụ sớm về việc ứng dụng biochar trong nông nghiệp. Tuy nhiên, cho đến gần đây, công nghệ sản xuất biochar mới được nghiên cứu và phát triển rộng rãi, mang lại những triển vọng to lớn trong việc ứng dụng biochar vào nhiều lĩnh vực, từ xử lý chất thải đến cải thiện chất lượng đất và giảm biến đổi khí hậu. Chúng ta ngày nay tận dụng công nghệ tiên tiến hơn để tối ưu hóa quá trình sản xuất, tạo ra biochar với chất lượng cao và hiệu quả hơn.

Một ví dụ cụ thể về việc sản xuất biochar từ rơm lúa: Tại Việt Nam, với sản lượng lúa gạo lớn, rơm rạ sau thu hoạch thường bị đốt bỏ gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, rơm rạ lại là nguồn sinh khối dồi dào để sản xuất biochar. Quá trình pyrolysis rơm lúa có thể cho ra biochar với lượng carbon hấp thụ đáng kể, góp phần giảm thiểu khí thải nhà kính, đồng thời tạo ra một sản phẩm có giá trị kinh tế cao trong nông nghiệp. Theo một nghiên cứu của Đại học Nông nghiệp Hà Nội, việc sử dụng biochar từ rơm lúa có thể làm tăng năng suất lúa lên đến 15% so với không sử dụng.

Quá trình sản xuất Biochar: Phương pháp Pyrolysis

Quá trình sản xuất biochar chủ yếu dựa trên phương pháp pyrolysis, một quá trình phân hủy nhiệt ở nhiệt độ cao (thường từ 300 đến 700°C) trong môi trường yếm khí (thiếu oxy). Pyrolysis không chỉ tạo ra biochar mà còn sinh ra biogas (khí sinh học) – một nguồn năng lượng tái tạo. Đây là một quá trình biến đổi vật lý và hóa học phức tạp, ảnh hưởng đến chất lượng và tính chất của biochar cuối cùng.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình pyrolysis bao gồm:

• Loại sinh khối: Sinh khối khác nhau (gỗ, rơm rạ, bã mía, phân động vật…) sẽ tạo ra biochar với tính chất khác nhau. Ví dụ, biochar từ gỗ thường có độ bền cao hơn so với biochar từ rơm rạ. Đây là một trong những yếu tố quan trọng cần được xem xét khi lựa chọn nguyên liệu đầu vào.
• Nhiệt độ: Nhiệt độ pyrolysis ảnh hưởng đến hiệu suất sản xuất biochar và tính chất của nó. Nhiệt độ quá thấp sẽ dẫn đến biochar có chất lượng kém, trong khi nhiệt độ quá cao lại làm giảm lượng biochar thu được. Nhiệt độ tối ưu thường nằm trong khoảng 400-600°C, tùy thuộc vào loại sinh khối.
• Thời gian: Thời gian pyrolysis cũng ảnh hưởng đến chất lượng biochar. Thời gian quá ngắn có thể làm cho quá trình phân hủy không hoàn toàn, trong khi thời gian quá dài lại làm giảm hiệu suất sản xuất. Thời gian phù hợp thường nằm trong khoảng 30-60 phút, tùy thuộc vào loại sinh khối và nhiệt độ.
• Môi trường: Môi trường yếm khí là điều kiện cần thiết cho quá trình pyrolysis. Sự hiện diện của oxy sẽ gây ra sự cháy hoàn toàn, dẫn đến việc sinh ra CO2 và tro thay vì biochar. Việc kiểm soát môi trường yếm khí là rất quan trọng trong quá trình sản xuất.

Có nhiều loại lò pyrolysis khác nhau được sử dụng để sản xuất biochar, từ các lò đơn giản được sử dụng trong nông thôn cho đến các lò công nghiệp hiện đại với công suất lớn. Thiết kế và kích thước của lò pyrolysis ảnh hưởng đến hiệu suất và chi phí sản xuất. Sự lựa chọn loại lò phù hợp phụ thuộc vào quy mô sản xuất và nguồn lực đầu tư. Các lò pyrolysis hiện đại thường được trang bị hệ thống điều khiển nhiệt độ và khí thải chính xác, giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất và giảm thiểu tác động môi trường.

Việc ứng dụng công nghệ pyrolysis trong sản xuất biochar không chỉ tạo ra sản phẩm giá trị cao mà còn góp phần giải quyết vấn đề môi trường, cụ thể là xử lý chất thải hữu cơ và giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính.

Ứng dụng của Biochar trong nông nghiệp bền vững: Cải tạo đất và tăng năng suất

Biochar đóng một vai trò quan trọng trong nông nghiệp bền vững nhờ khả năng cải thiện đáng kể chất lượng đất và tăng năng suất cây trồng. Cụ thể, việc sử dụng biochar trong nông nghiệp mang lại nhiều lợi ích như:

• Cải thiện cấu trúc đất: Biochar có cấu trúc xốp giúp cải thiện khả năng thoát nước và thông khí của đất, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của rễ cây. Thêm nữa, biochar giúp đất giữ nước tốt hơn, giảm thiểu tình trạng khô hạn, đặc biệt hữu ích trong điều kiện khí hậu khô nóng. Điều này được chứng minh qua nhiều nghiên cứu trên thế giới cho thấy việc bổ sung biochar vào đất sét nặng giúp cải thiện đáng kể khả năng giữ nước và khả năng thoát nước.

• Tăng khả năng giữ chất dinh dưỡng: Bề mặt xốp của biochar có khả năng hấp phụ và giữ lại các chất dinh dưỡng trong đất, ngăn chặn sự rửa trôi do nước mưa. Điều này giúp cây trồng tiếp cận được nguồn dinh dưỡng ổn định và lâu dài. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, biochar có khả năng giữ lại các chất dinh dưỡng quan trọng như nitơ, phốt pho và kali, góp phần tăng năng suất cây trồng. Một nghiên cứu ở Brazil đã cho thấy việc sử dụng biochar làm tăng nồng độ nitrat trong đất lên 20%.

• Tăng cường hoạt động của vi sinh vật có lợi: Biochar tạo ra một môi trường sống thuận lợi cho vi sinh vật có lợi trong đất, thúc đẩy quá trình phân giải chất hữu cơ và cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng. Sự tăng cường hoạt động của vi sinh vật có lợi sẽ thúc đẩy quá trình tạo ra các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng và cải thiện sức khỏe của đất. Việc này được kiểm chứng qua việc phân tích thành phần vi sinh vật trong đất sau khi bổ sung biochar.

• Giảm thiểu sự phát thải khí nhà kính: Việc sử dụng biochar trong nông nghiệp góp phần giảm thiểu lượng khí nhà kính phát thải vào khí quyển. Biochar có khả năng lưu giữ carbon trong đất, ngăn chặn sự giải phóng khí carbon dioxide (CO2) ra môi trường. Đây là một trong những lợi ích quan trọng của biochar trong việc ứng phó với biến đổi khí hậu. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng biochar có thể giảm lượng CO2 phát thải từ đất lên tới 30%.

• Tăng năng suất cây trồng: Nhờ những lợi ích kể trên, việc sử dụng biochar đã được chứng minh là có khả năng làm tăng năng suất cây trồng đáng kể. Tùy thuộc vào loại cây trồng, điều kiện đất đai và liều lượng biochar sử dụng, năng suất cây trồng có thể tăng từ 10% đến 30% hoặc hơn. Điều này giúp nông dân tăng thu nhập và nâng cao hiệu quả sản xuất. Các nghiên cứu về ảnh hưởng của biochar lên năng suất của nhiều loại cây như lúa, ngô, đậu tương đã cho thấy kết quả tích cực.

Tuy nhiên, việc sử dụng biochar cần được thực hiện một cách khoa học và hợp lý, đảm bảo lượng biochar sử dụng phù hợp với loại đất, loại cây trồng và điều kiện môi trường cụ thể. Việc sử dụng quá nhiều biochar có thể gây ra một số tác động tiêu cực, do đó cần có sự tư vấn và hướng dẫn từ các chuyên gia.

## Lợi ích và tác hại của Biochar đối với môi trường, Các loại Biochar và tính chất vật lý, So sánh Biochar với than hoạt tính và than củi

Với hơn 20 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực biochar, tôi có thể khẳng định rằng biochar mang lại nhiều lợi ích đáng kể cho môi trường, nhưng cũng tiềm ẩn một số tác hại cần được đánh giá kỹ lưỡng. Hiểu rõ cả hai mặt của vấn đề này là điều cần thiết để ứng dụng biochar một cách bền vững và hiệu quả.

Biochar, hay còn gọi là than sinh học, được sản xuất thông qua quá trình chưng cất khô (pyrolysis) của sinh khối. Quá trình này đốt cháy sinh khối ở nhiệt độ cao trong điều kiện thiếu oxy, tạo ra biochar, khí sinh học và một số sản phẩm phụ khác. Loại sinh khối sử dụng ảnh hưởng đến tính chất của biochar tạo ra. Ví dụ, biochar từ mùn cưa sẽ có cấu trúc xốp hơn so với biochar từ vỏ dừa.

Một trong những lợi ích môi trường nổi bật nhất của biochar là khả năng giảm phát thải khí nhà kính. Bằng cách sequester carbon trong đất, biochar giúp giảm lượng khí CO2 trong khí quyển – một trong những nguyên nhân chính gây ra hiệu ứng nhà kính. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc bổ sung biochar vào đất có thể làm tăng lượng carbon hữu cơ trong đất lên đến 20-30% trong vòng 5 năm, tùy thuộc vào loại đất và lượng biochar được sử dụng. [Link đến nghiên cứu về khả năng hấp thụ carbon của biochar]. Ngoài ra, biochar còn góp phần giảm lượng khí metan (CH4), một loại khí nhà kính có tiềm năng làm nóng Trái Đất mạnh hơn CO2 gấp 25 lần.

Hơn nữa, biochar cải thiện chất lượng đất. Cấu trúc xốp của biochar tăng cường khả năng giữ nước và dưỡng chất trong đất, giúp cây trồng phát triển tốt hơn. Điều này đặc biệt hữu ích trong những vùng đất khô hạn hoặc đất nghèo dinh dưỡng. Biochar còn tăng cường hoạt động của vi sinh vật có lợi trong đất, thúc đẩy sự phân hủy chất hữu cơ và làm tăng khả năng hấp thụ dinh dưỡng của cây trồng. Một nghiên cứu tại Brazil cho thấy việc sử dụng biochar đã làm tăng năng suất cây trồng lên 30% [Link đến nghiên cứu về tác động của biochar lên năng suất cây trồng]. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng hiệu quả của biochar phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại đất, loại sinh khối dùng để sản xuất biochar, và lượng biochar được sử dụng.

Tuy nhiên, việc sử dụng biochar cũng có một số hạn chế. Việc sản xuất biochar có thể tạo ra khí thải độc hại, như carbon monoxide và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, nếu quá trình pyrolysis không được kiểm soát tốt. Do đó, cần phải lựa chọn công nghệ sản xuất phù hợp và tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường để giảm thiểu tác động tiêu cực này. Thêm vào đó, mặc dù nghiên cứu về biochar đã cho thấy nhiều lợi ích, nhưng tác động lâu dài của biochar đối với môi trường vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Cần có thêm các nghiên cứu để đánh giá đầy đủ các tác động về lâu dài, đặc biệt là đối với đa dạng sinh học và chu trình dinh dưỡng trong đất.

Các loại Biochar và tính chất vật lý:

Biochar có nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào nguồn sinh khối và điều kiện sản xuất. Một số loại biochar phổ biến bao gồm biochar từ gỗ, biochar từ mùn cưa, biochar từ vỏ trấu, biochar từ bã mía. Mỗi loại có những tính chất vật lý khác nhau, ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng của chúng. Ví dụ, biochar từ gỗ thường có độ xốp cao hơn, trong khi biochar từ vỏ trấu có khả năng giữ nước tốt hơn.

Các tính chất vật lý quan trọng của biochar bao gồm:

• Độ xốp: ảnh hưởng đến khả năng giữ nước và dưỡng chất.
• Diện tích bề mặt: ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ các chất ô nhiễm.
• Thành phần hóa học: bao gồm hàm lượng carbon, nitơ, và các nguyên tố vi lượng khác. Ảnh hưởng đến khả năng cải thiện chất lượng đất.
• Độ bền: ảnh hưởng đến thời gian tồn tại của biochar trong đất.

So sánh Biochar với than hoạt tính và than củi:

Biochar, than hoạt tính và than củi đều là dạng carbon, nhưng chúng có những khác biệt đáng kể về cấu trúc và tính chất. Than hoạt tính có diện tích bề mặt rất lớn, được sử dụng rộng rãi trong lọc nước và xử lý khí thải. Than củi là sản phẩm của quá trình đốt cháy gỗ trong điều kiện có oxy, có cấu trúc ít xốp hơn biochar và than hoạt tính. Biochar đứng giữa than hoạt tính và than củi về diện tích bề mặt và khả năng hấp phụ. Nó có diện tích bề mặt lớn hơn than củi, nhưng nhỏ hơn than hoạt tính. Tuy nhiên, biochar có ưu điểm là nguồn gốc từ sinh khối bền vững, có thể đóng vai trò quan trọng trong việc giảm lượng khí thải carbon.

Bảng dưới đây so sánh một số tính chất chính của ba loại này:

Việc lựa chọn loại vật liệu carbon phù hợp phụ thuộc vào mục đích sử dụng. Biochar là một lựa chọn lý tưởng cho việc cải tạo đất và giảm phát thải khí nhà kính, trong khi than hoạt tính phù hợp hơn cho các ứng dụng lọc và xử lý. Than củi thì chủ yếu được sử dụng cho các mục đích truyền thống.

Nghiên cứu khoa học về Biochar và triển vọng ứng dụng

Nghiên cứu về biochar đã và đang phát triển mạnh mẽ trong hai thập kỷ qua, với sự quan tâm ngày càng tăng từ các nhà khoa học, kỹ sư và chính phủ trên toàn thế giới. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của biochar trong việc cải thiện chất lượng đất, giảm phát thải khí nhà kính, và thúc đẩy nông nghiệp bền vững. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều khía cạnh cần được nghiên cứu sâu hơn để tối ưu hóa việc sản xuất và ứng dụng biochar.

Một số nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa quá trình nhiệt phân (pyrolysis) để sản xuất biochar có chất lượng cao với chi phí thấp. Các nhà khoa học đang nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng biochar, bao gồm loại nguyên liệu đầu vào, nhiệt độ, thời gian nung, và khí quyển. Việc tìm ra phương pháp pyrolysis hiệu quả nhất cho từng loại nguyên liệu là chìa khóa để phổ biến ứng dụng biochar trên quy mô lớn. Chẳng hạn, nghiên cứu của Đại học California, Davis, đã chỉ ra rằng việc sử dụng sinh khối nông nghiệp như rơm rạ để sản xuất biochar không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường do đốt rơm rạ mà còn tạo ra sản phẩm có giá trị cao. Hơn nữa, một số nghiên cứu đã tập trung vào việc sử dụng công nghệ sinh học để tăng cường hiệu quả của biochar. Ví dụ, kết hợp biochar với vi sinh vật có lợi có thể thúc đẩy sự phát triển của hệ sinh thái đất và tăng cường hấp thụ chất dinh dưỡng của cây trồng.

Về ứng dụng trong nông nghiệp, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng biochar có thể cải thiện cấu trúc đất, tăng khả năng giữ nước và dinh dưỡng, và làm giảm sự rửa trôi chất dinh dưỡng. Một nghiên cứu được công bố trên tạp chí “Soil Science Society of America Journal” cho thấy việc sử dụng biochar đã làm tăng năng suất cây trồng lên đến 20% ở một số loại cây. Tuy nhiên, hiệu quả của biochar phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại đất, loại cây trồng, và liều lượng biochar được sử dụng. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các hướng dẫn cụ thể cho từng điều kiện cụ thể là rất quan trọng. Ngoài ra, các nghiên cứu cũng đang tập trung vào việc đánh giá tác động dài hạn của biochar đối với môi trường đất và hệ sinh thái. Một số nghiên cứu ban đầu cho thấy biochar có thể làm thay đổi sự đa dạng sinh học của đất, tuy nhiên, đây vẫn là một lĩnh vực cần nghiên cứu thêm để hiểu rõ hơn tác động tích cực và tiêu cực. Đặc biệt, các nghiên cứu về việc hấp thụ và lưu giữ carbon trong đất nhờ biochar có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm thiểu biến đổi khí hậu. Các số liệu thu thập được từ các thí nghiệm trên thực địa đang dần chứng minh tiềm năng to lớn của biochar trong việc sequester carbon lâu dài.

Tuy nhiên, vẫn còn những thách thức cần vượt qua để ứng dụng biochar rộng rãi hơn. Việc đánh giá chi phí sản xuất và vận chuyển biochar là cần thiết để đảm bảo tính kinh tế của phương pháp này. Ngoài ra, cần có thêm nghiên cứu để hiểu rõ hơn về tác động lâu dài của biochar đối với môi trường và sức khỏe con người.

Mua Biochar ở đâu và giá cả thị trường

Hiện nay, việc tìm mua biochar không còn khó khăn như trước đây. Bạn có thể tìm mua biochar từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm các nhà cung cấp trực tuyến, các cửa hàng bán vật liệu nông nghiệp, và các nhà sản xuất biochar. Tuy nhiên, chất lượng và giá cả của biochar có thể khác nhau đáng kể tùy thuộc vào nguồn gốc, phương pháp sản xuất và loại nguyên liệu được sử dụng.

Giá cả của biochar phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại nguyên liệu, quy trình sản xuất, độ tinh khiết, và số lượng mua. Giá trung bình hiện nay dao động từ 50.000 – 200.000 đồng/tấn tùy thuộc vào loại biochar và nhà cung cấp. Biochar từ nguyên liệu gỗ thường có giá cao hơn so với biochar từ nguyên liệu nông nghiệp. Mua với số lượng lớn thường có giá ưu đãi hơn. Trước khi mua, bạn nên tìm hiểu kỹ về chất lượng của biochar, bao gồm hàm lượng carbon, độ xốp, diện tích bề mặt, và hàm lượng các chất dinh dưỡng khác. Một số nhà cung cấp có thể cung cấp chứng nhận chất lượng của sản phẩm.

Để tìm kiếm các nhà cung cấp biochar uy tín, bạn có thể tham khảo các nguồn thông tin sau:

• Tìm kiếm trên internet: Sử dụng các từ khóa như “biochar,” “than sinh học,” “nhà cung cấp biochar,” cùng với tên địa phương của bạn để tìm kiếm các nhà cung cấp gần khu vực bạn sinh sống.
• Tham khảo các hội chợ và triển lãm nông nghiệp: Các hội chợ và triển lãm nông nghiệp thường có các gian hàng trưng bày sản phẩm biochar từ các nhà cung cấp khác nhau.
• Liên hệ với các chuyên gia trong lĩnh vực nông nghiệp: Các chuyên gia này có thể tư vấn cho bạn về các nhà cung cấp biochar uy tín và chất lượng sản phẩm.
• Tham gia các diễn đàn và nhóm cộng đồng về nông nghiệp bền vững: Các diễn đàn và nhóm cộng đồng này thường có các chủ đề thảo luận về việc sử dụng biochar, và bạn có thể tìm được thông tin về các nhà cung cấp từ các thành viên khác.

Lưu ý: Trước khi mua, hãy so sánh giá cả và chất lượng từ nhiều nhà cung cấp khác nhau để lựa chọn được sản phẩm phù hợp với nhu cầu và ngân sách của bạn. Đừng quên yêu cầu chứng nhận chất lượng sản phẩm để đảm bảo bạn nhận được biochar đúng như mô tả. Việc lựa chọn đúng nguồn cung cấp sẽ đảm bảo hiệu quả sử dụng biochar, mang lại kết quả như mong muốn.