THAN SINH HỌC LÀ GÌ?
Than sinh học (biochar) là một sản phẩm được tạo ra trong quá trình nhiệt phân (pyrolysis) các vật liệu hữu cơ trong môi trường yếm khí hoặc nghèo oxy, có khả năng tồn tại bền vững trong môi trường đất và làm tăng lượng cacbon lưu giữ trong đất, giảm cacbon phát thải vào khí quyển, có ảnh hưởng tích cực đến sức sản xuất của đất (Scholz et al., 2014).
Than sinh học nằm trong dải nguyên liệu được gọi là “cacbon đen”, bao gồm sinh khối cháy một phần, than củi và muội than (Masiello, 2004).
ĐẶC TÍNH THAN SINH HỌC
Than sinh học, một loại vật liệu xốp, giúp giữ nước và chất dinh dưỡng trong đất để cây hấp thụ khi lớn lên.
Với đặc tính hấp phụ, biochar có khả năng cố định kim loại nặng, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ và hormone; ngăn chặn sự rửa trôi nitrat và vi khuẩn gây hại vào hệ thống sông ngòi; và giảm phát thải N2O và CH4 từ đất.
Về đặc tính vật lý, biochar có màu đen, độ xốp cao, nhẹ, hạt mịn và có diện tích bề mặt lớn. Nhờ đó, biochar giúp làm tăng hoạt động của vi sinh vật, giữ nước và chất dinh dưỡng trong đất. Do đó, thường cho phép giảm sử dụng phân bón và hóa chất, cải thiện chất lượng đất và giúp tăng năng suất cây trồng.
CÁCH THỨC SẢN XUẤT THAN SINH HỌC
Có nhiều cách khác nhau để tạo ra than sinh học, nhìn chung tất cả đều liên quan đến việc đốt nóng sinh khối với ít hoặc không có oxy để loại bỏ các khí dễ bay hơi, để lại cacbon. Quá trình đơn giản này được gọi là phân hủy nhiệt, thường từ quá trình nhiệt phân hoặc khí hóa. Những phương pháp này có thể tạo ra năng lượng sạch dưới dạng khí nóng hoặc hắc ín & dấm gỗ cùng với than sinh học. Các nguồn năng lượng này có thể được thu hồi để sử dụng vào mục đích khác hoặc đơn giản là bị đốt cháy và giải phóng dưới dạng nhiệt.
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THAN SINH HỌC
Hệ thống sản xuất than sinh học thường được phân loại thành hệ thống nhiệt phân hoặc khí hóa.
Các hệ thống nhiệt phân
Hệ thống nhiệt phân sử dụng lò nung, nồi nung và các thiết bị chuyên dụng khác để chứa sinh khối và phân hủy nhiệt trong điều kiện thiếu oxy. Lò phản ứng được thông hơi để khí nhiệt phân (syngas) thoát ra ngoài. Khí nhiệt phân thường được gọi là “khí syngas hay khí tổng hợp”. Quá trình này trở nên tự duy trì khi khí syngas tạo ra được đốt cháy và nhiệt được giải phóng. Hiện nay có hai loại hệ thống nhiệt phân được sử dụng: nhiệt phân nhanh và nhiệt phân chậm. Nhiệt phân nhanh có xu hướng tạo ra nhiều hắc ín và dấm gỗ hơn trong khi nhiệt phân chậm tạo ra nhiều khí syngas hơn. THÔNG TIN VỀ LOẠI HÌNH VÀ QUY MÔ CÁC LÒ NHIỆT PHÂN.
Các hệ thống khí hóa
Hệ thống khí hóa tạo ra lượng than sinh học nhỏ hơn trong lò phản ứng được làm nóng trực tiếp với không khí được đưa vào. Đơn vị sản xuất càng loại bỏ được nhiều oxy thì càng có thể sản xuất được nhiều than sinh học. Sản xuất than sinh học được tối ưu hóa trong điều kiện không có oxy.
QUY MÔ VÀ LOẠI HÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THAN SINH HỌC
Hệ thống sản xuất khí hóa và nhiệt phân có thể được phát triển dưới dạng thiết bị di động hoặc cố định. Ở cấp địa phương hoặc khu vực, các hệ thống nhiệt phân và khí hóa có thể được vận hành bởi các hợp tác xã hoặc các ngành công nghiệp lớn hơn và có thể xử lý tới 4.000 kg sinh khối mỗi giờ. Các hệ thống khí hóa và nhiệt phân quy mô nhỏ có thể được sử dụng trong trang trại hoặc trong các ngành công nghiệp nhỏ hiện có sẵn trên thị trường với lượng sinh khối đầu vào từ 50 kg/giờ đến 1.000 kg/giờ.
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THAN SINH HỌC TIÊN TIẾN
Máy nhiệt phân cấp liệu liên tục giúp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm phát thải ô nhiễm mà thường gặp phải ở lò nung theo mẻ. Hoạt động tỏa nhiệt mà không có sự xâm nhập của không khí để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và sản lượng than sinh học. Thu hồi các sản phẩm phụ để giảm phát thải ô nhiễm và cải thiện hiệu quả kinh tế. Kiểm soát các điều kiện vận hành để cải thiện đặc tính than sinh học và cho phép thay đổi sản lượng phụ phẩm. Tính linh hoạt của nguyên liệu cho phép cả sinh khối gỗ và thân thảo (như tàn dư cây trồng hoặc cỏ) được chuyển đổi thành than sinh học.
Tổ chức Phát triển Công nghiệp Liên Hợp Quốc (UNIDO) đã chuyển giao từ Thụy Sĩ sang Việt Nam công nghệ nhiệt phân đơn giản, chi phí thấp nhằm giảm thiểu chất thải, chủ yếu cho ngành cà phê và lúa gạo kể từ năm 2017. Công nghệ này cho phép giảm thiểu chất thải nông nghiệp thông qua sản xuất nguồn năng lượng sạch và than sinh học. Đồng thời, tránh được ô nhiễm không khí và khí thải không tốt cho sức khỏe từ các cách xử lý chất thải cà phê thông thường và than sinh học được sản xuất có thể đóng vai trò là bể chứa carbon và cải tạo đất để duy trì sức khỏe của đất. Công ty TNHH Cơ khí Việt Hiền là đơn vị sản xuất trong nước đã được hỗ trợ để áp dụng và thương mại hóa công nghệ. Để biết thêm thông tin, vui lòng tham khảo tại đây.
NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BIOCHAR
Than sinh học có thể và nên được làm từ chất thải sinh khối. Sản xuất than sinh học từ chất thải sinh khối sẽ không tạo ra sự cạnh tranh về đất đai với bất kỳ lựa chọn sử dụng đất nào khác – chẳng hạn như sản xuất lương thực hoặc để đất ở trạng thái nguyên sơ.
Chất thải sinh khối thích hợp cho sản xuất than sinh học bao gồm phế phẩm cây trồng (cả phế phẩm đồng ruộng và phế phẩm chế biến như vỏ hạt, vỏ trái cây, bã mía, v.v.), cũng như rác sân vườn, rác thải thực phẩm và lâm nghiệp, và phân động vật. Một lượng lớn sinh khối nông nghiệp, đô thị và lâm nghiệp hiện đang bị đốt cháy hoặc để phân hủy lộ thiên và phát thải khí CO2 và CH4 trở lại khí quyển và/hoặc gây ô nhiễm nước ngầm và nước mặt ở địa phương – cụ thể đối với chất thải chăn nuôi. Sử dụng những vật liệu này để sản xuất than sinh học không chỉ loại bỏ chúng khỏi chu trình ô nhiễm mà còn có thể thu được than sinh học như một sản phẩm phụ của quá trình sản xuất năng lượng từ sinh khối này. Nguyên liệu đầu vào để sản xuất biochar không được chứa các chất độc ở mức không thể chấp nhận được như kim loại nặng có thể tìm thấy trong bùn thải và chất thải công nghiệp hoặc bãi chôn lấp.
Ảnh hưởng của nguyên liệu đến đặc tính dinh dưỡng của than sinh học
Thành phần của than sinh học (lượng carbon, nitơ, kali, canxi, v.v.) phụ thuộc vào nguyên liệu đầu vào cũng như thời gian và nhiệt độ nhiệt phân. Ví dụ, than sinh học được sản xuất từ nguyên liệu có hàm lượng kali cao hơn (như chất thải động vật) thường có hàm lượng kali cao hơn than sinh học làm hoàn toàn từ gỗ (thường có hàm lượng cacbon cao hơn). Tuy nhiên, điều kiện nhiệt phân ảnh hưởng lớn đến hàm lượng các đặc tính dinh dưỡng và vì vậy than sinh học cần được kiểm tra theo từng mẻ để xác định các đặc tính cụ thể.
Căn nhắc yếu tố kinh tế
Việc lựa chọn nguyên liệu đầu vào sẽ bị ảnh hưởng bởi nguồn sinh khối ở khu vực gần đó và tính sẵn có. Do chi phí thu gom, vận chuyển và lưu trữ nên việc sử dụng nguyên liệu địa phương thường mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất (nếu nguyên liệu đó cũng là một lựa chọn bền vững với môi trường). Dưới đây là những chi phí và lợi ích cơ bản nhất cần cân nhắc khi lựa chọn nguyên liệu đầu vào cho việc sản xuất than sinh học:
Sản xuất và thu gom nguyên liệu
Nếu nguyên liệu là chất thải, chẳng hạn như chất thải sinh khối đô thị, tàn dư trồng trọt hoặc phụ phẩm như bã mía, thì việc sản xuất sẽ ít gây ra vấn đề kinh tế hơn so với việc nguyên liệu được trồng nhằm mục đích sản xuất than sinh học – chẳng hạn như cỏ switchgrass – bao gồm chi phí và đầu vào cần thiết cho việc trồng và thu hoạch cây trồng. Doanh thu dưới dạng phí bổ sung (như phí xử lý chất thải) có thể thu được từ một số nguyên liệu thải nhất định.
Sử dụng đánh đổi
Điều này sẽ bao gồm giá trị dinh dưỡng tiềm tàng bị mất đi do sử dụng nguyên liệu để sản xuất than sinh học thay vì làm phân bón trực tiếp trên đồng ruộng. Cách thức hoạt động của sự đánh đổi này sẽ khác nhau tùy theo khu vực và nguyên liệu ban đầu. Ví dụ, phân gà có giá trị ở một số khu vực như một loại phân bón trực tiếp trong khi ở những khu vực khác, nó có thể được coi là chất thải và là chi phí xử lý.
Vận chuyển nguyên liệu
Khi sinh khối chất thải được tìm thấy ở xa nơi sử dụng, chi phí vận chuyển có thể rất cao. Trong một số trường hợp,cần giảm thiểu thể tích sinh khối bằng cách nghiền nhỏ hoặc tạo viên trước khi vận chuyển.
Lưu trữ và sơ chế nguyên liệu
Nhiều nguyên liệu thô sẽ cần phải được sấy khô trước khi nhiệt phân. Tùy thuộc vào việc lựa chọn nguyên liệu, quá trình sấy khô có thể diễn ra một cách thụ động thông qua việc bảo quản cẩn thận hoặc có thể cần can thiệp nhiều hơn – chẳng hạn như sử dụng máy sấy (do đó cần năng lượng và nhân công). Trong một số trường hợp, năng lượng để sấy khô có thể thu được từ quá trình nhiệt phân trước đó.
ỨNG DỤNG CỦA THAN SINH HỌC
Có một số ấn phẩm về than sinh học và những lợi ích tiềm năng của nó đối với những ứng dụng cụ thể. Ở Việt Nam, bốn con đường thương mại cho than sinh học được sản xuất bằng các đơn vị nhiệt phân quy mô nhỏ bao gồm nông nghiệp, xử lý nước thải, than hoạt tính và thị trường carbon. Để biết thêm thông tin về các chủ đề này, vui lòng tham chiếu Báo cáo phân tích thị trường than sinh học tại Việt Nam của UNIDO.
Cơ hội thương mại hấp dẫn nhất đối với than sinh học ở Việt Nam nằm ở lĩnh vực nông nghiệp, như ứng dụng than sinh học trong chất cải tạo đất trồng, nhằm cải thiện sức khỏe đất và tăng năng suất, chất lượng nông sản. Các ứng dụng tiềm năng khác của than sinh học bao gồm các ứng dụng xử lý nước/nước thải và làm than hoạt tính.