CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc - Công ty cổ phần đầu tư phát triển An Thành Phương Tác giả: TGĐ Nguyễn Đăng Hùng Đề xuất đề án : SẢN XUẤT BIOCHAR CHO NÔNG NGHIỆP BỀN VỮNG I TỔNG QUAN Tình hình rác thải, phụ phẩm nông nghiệp Việt Nam Việt Nam nước nông nghiệp với thành tựu có theo bảng thống kê sản xuất hai loại lương thực Việt Nam 2015, sản lượng lúa 45 triệu ngô đạt 5,15 triệu Còn chăn nuôi theo kết điều tra chăn nuôi tổng cục thống kê, thời điểm 10/2012, nước ta có triệu bò, 2,6 triệu trâu, 26,5 triệu lợn 308,5 triệu gia cầm Sự phát triển sản lượng lương thực số lượng đàn gia súc đồng nghĩa với tăng phế phẩm chất thải Theo Báo Nông Nghiệp Việt Nam ngày 05/03/2012, hoạt động sản xuất nông nghiệp phát thải 84,5 triệu chất thải từ trồng trọt, 82,5 triệu chất thải từ chăn nuôi chiếm 80% chất thải chăn nuôi 90% chất thải trồng trọt chưa qua xử lý Hiện nay, phế phụ phẩm nông nghiệp chủ yếu nước ta bao gồm vỏ trấu, lõi ngô, bã mía, mùn cưa, vỏ dừa với tổng sản lượng đạt 100 triệu (nếu tập trung lại) GS-TS.Phạm Văn Lang - nguyên Viện trưởng Viện CĐNN&CNSTH cho biết : “Riêng sản lượng trấu thu gom khu vực đồng sông Cửu Long lên tới 1,4-1,6 triệu tấn” Ngoài ĐBSCL, khu vực khác Tây Nguyên cho lượng chất thải sinh khối đạt từ 0,3-0,5 triệu từ cà phê Còn vùng Tây Bắc đem lại tới 55.000-60.000 mùn cưa từ việc khai thác chế biến gỗ Đặc biệt chất thải từ nhà máy mía đường, nước có đến 10-15% tổng lượng bã mía không sử dụng vừa gây ô nhiễm môi trường, vừa không tận dụng Biochar đặc tính Biochar gọi than nhiệt phân, có từ đốt cháy loại thực vật biết đến từ 2000 năm trước vùng Amazon, sử dụng nông nghiệp để làm giàu dinh dưỡng cho đất Hình Biochar kích thước lỗ mao quản Than sinh học có diện tích bề mặt lớn cấu trúc lỗ rỗng phức tạp (1g có diện tích bề mặt 1.000m2) nên có khả hấp thụ nước, tạo thành “hồ”, “bể” nước mặt đất để giữ lại lượng nước dinh dưỡng lớn cho đất Nhờ cung cấp môi trường sống an toàn cho vi sinh vật đất Nhiều nhà nghiên cứu cho Biochar người bạn tốt đất (Land’s Best Friend) có lợi ích như: tăng trưởng thực vật, giảm phát thải oxit nitơ (ước tính 50%), triệt khử nhiều phát thải mê-tan, giảm nhu cầu phân bón (ước tính 10%), giảm rửa trôi chất dinh dưỡng, giảm độ chua đất, tăng pH đất, lưu trữ carbon bồn rửa ổn định lâu dài, tăng tập hợp đất sợi nấm tăng, giảm độc tính nhôm, cải thiện việc xử lý đất nước, tăng mức đất có sẵn để dùng Ca, Mg, P K, tăng hô hấp 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 họ đậu, tăng khả trao đổi cation II BIOCHAR CHO NỀN NÔNG NGHIỆP BỀN VỮNG Nguyên liệu sản xuất Biochar Biochar sản xuất từ loại sinh khối nào, từ đủ loại chất hữu thải trình trồng trọt chế biến nông sản vỏ trấu, vỏ cà phê, vỏ dừa, mụn dừa, vỏ đậu phộng, bã mía, vỏ hạt điều, cao su; rác thải hữu đô thị; loại rác hữu khác Khu vực Đông Nam Á, tính sinh khối từ nông nghiệp từ gỗ, Indonesia nước giàu tiềm nhất, Thái Lan Việt Nam (BĐ 1) Nguồn sinh khối Việt Nam đa dạng, ước 100 triệu tấn/năm, giàu tiềm trấu, lá/bã mía rừng tự nhiên (Bảng 1) BĐ 1: Tiềm nguồn sinh khối khu vực Đông Nam Á, năm 2009 Nguồn: Nguyễn Đình Quân, Khung cảnh thị trường ngành sản xuất viên gỗ nén Việt Nam 2014-2015 Bảng 1: Tiềm nguồn sinh khối Việt Nam Nguồn: Nguyễn Đặng Anh Thi, Bio-Energy in Vietnam, 2014 Dựa nguồn sinh khối nơi mà doanh nghiệp nghiên cứu đầu tư khai thác Kết khảo sát IBI (International Biochar Initative) từ doanh nghiệp sản xuất TSH nhiều nước khác cho thấy, sinh khối từ gỗ nguồn nguyên liệu sử dụng nhiều (gần 50%), nguồn thải từ nông nghiệp (khoảng 20%) Nguồn sinh khối từ động vật khoảng 4% (BĐ 2) BĐ 2: Nguyên liệu đầu vào để sản xuất TSH Nguồn: Stefan Jirka, Thayer Tomlinson, International Biochar Initiative, 2014 Lợi ích sản phẩm biochar 2.1 Sử dụng biochar cho đồng ruộng Biochar theo nhiều nghiên cứu nước giới sản phẩm thân thiện với môi trường sử dụng loại phân bón cho đất Tuỳ theo loại đất khác mà thể mức độ cải thiện cấu trúc lý hoá đất khác Ở vùng đất Amazon, có loại đất đen tên Terra-Petra, loại đất tốt cho trồng tạo nên từ bổ sung tàn dư thực vật bị cháy sau trình sử dụng đun nấu người Amazon cổ từ vụ cháy rừng từ xưa Theo nhiều phân tích nhiều nhà khoa tàn dư bị cháy có cấu trúc tương tự biochar Hình Sự khác biệt đất có biochar đất nguyên Loại đất bổ sung tàn dư thực vật cháy (có tính chất đặc tính tương tự loại biochar) hình bên phải loại đất vùng lân cận mà không bổ sung loại tàn dư đó.Loại đất đen có cấu trúc tốt chứa nhiều chất dinh dưỡng cho trồng nên trồng loại đất thường có sản lượng cao nên loại đất có giá cao thị trường Trên giới có nhiều công thức cách bón khác nhau, thường thường biochar áp dụng với lượng 30-150 tấn/ha vùi vào đất Do bổ sung biochar vào đất tạo điều kiện thích hợp cho trồng phát triển đạt suất cao Hình Quá trình bón Biochar cho đất 2.2 Tăng suất trồng Biochar cải thiện cấu trúc tính chất đất tạo điều kiện thích hợp cho loại trồng phát triển, từ tăng suất trồng tạo tăng thêm nguồn thu cho người nông dân Tuỳ theo loại đất khác mà thể ảnh hưởng suất biochar khác nhau, với loại đất năm ảnh hưởng không rõ ràng ảnh hưởng thể rõ ràng qua năm năm sau Những thử nghiệm giới cho kết khả quan vể cải thiện cấu trúc đất tăng suất trồng Hình Thực tế khả phát triển trồng bón Biochar Bảng 2: Ảnh hưởng Biochar( TSH) lên sản lượng lúa Việt Nam Ghi chú: Thái Nguyên TSH từ rơm, Thanh Hóa TSH từ trấu + tre + gỗ; NPK 90, 60, 60 kg/ha; compost gồm phân trâu bò + chất thải nông nghiệp Nguồn: Vinh NC, Hien NV, Anh MTL, Johan Lehmann, Stephen Joseph; Biochar treatment and its effects on rice and vegetable yields in mountainous areas of Northern Vietnam Bảng 3: Ảnh hưởng TSH lên sản lượng rau Việt Nam Ghi chú: TSH từ rơm (ở Thái Nguyên)/ trấu ( Thanh Hóa) + tre + gỗ; NPK 90, 60, 60 kg/ha; compost gồm phân trâu bò + chất thải nông nghiệp Nguồn: Vinh NC, Hien NV, Anh MTL, Johan Lehmann, Stephen Joseph; Biochar treatment and its effects on rice and vegetable yields in mountainous areas of Northern Vietnam Bảng 4: Ảnh hưởng Biochar( TSH) lên sản lượng đậu phộng Ninh Thuận 10 Ghi chú: TSH từ lò đun trấu: 12 tấn/ha; NPK: 30, 26, 75 kg/ha; phân xanh: tấn/ha Nguồn: Sebastian M.Scholz, Thomas Sembres, Kelli Robert,…; Biochar Systems for Smallholders in Developing Countries 2.3 Giảm hiệu ứng nhà kính Bổ sung biochar vào đất mô tả giải pháp để cô lập cacbon có khí Sinh khối thực vật hình thành sống mùa năm thường bị phân hủy nhanh chóng Sinh khối loại phân hủy giải phóng CO2 (được cố định sinh khối) trở lại bầu khí Trái lại, chuyển hóa sinh khối thành biochar cho phân hủy chậm nhiều, hướng C từ vòng tuần hoàn sinh học nhanh vào vòng tuần hoàn C chậm (có thể lên đến hàng chục năm, hàng trăm năm) Do có khả làm tăng pH đất nên biochar góp phần giảm phát thải khí CH4 N2O vào khí Khả ứng dụng nhân rộng Với tính chất lợi ích biochar thu được, phổ biến rộng rãi với người nông dân khả ứng dụng vô lớn Một lượng lớn chất thải chăn nuôi phế phẩm nông nghiệp tận dụng Việc ứng dụng sản xuất biochar lò thiết kế tác giả phù hợp với hoạt động nông nghiệp kể đến như: Vào sau thu hoạch sản phẩm nông nghiệp sấy khô cách đơn giản lò, tránh vất vả cho người dân Khi thời tiết mưa nắng thất thường biến đổi khí hậu diện tích phơi phóng dần bị thu hẹp Hoạt động say sát việc gắn liền với hộ gia đình sau mùa vụ, phế phẩm từ trình say xát vỏ trấu, vỏ trấu dùng làm nguyên liệu để tạo biochar, nhiệt đầu đốt hồng ngoại chuyển thành lượng điện Biochar từ chất thải chăn nuôi thu hàng ngày đem bón vào đất làm tăng suất trồng, tăng nguồn thức ăn cho gia súc Từ người nông dân tăng số lượng đàn gia súc thu lợi nhuận từ việc tăng suất trồng Lợi nhuận nhìn thấy rõ trình áp dụng sản xuất biochar so với việc sử dụng phương pháp thông thường chất thải chăn nuôi bón trực tiếp vào đất nguồn lượng 11 thu cho đun nấu hàng ngày chất lượng đất trồng dần cải thiện so với sử dụng chất thải chăn nuôi trực tiếp vào đất, thêm vào mặt môi trường lượng lớn khí nhà kính CH4 không bị phát thải vào môi trường Theo tính toán với hộ gia đình chăn nuôi có bò, hàng ngày thải 20-30kg chất thải rắn, sau sấy khô chúng có khối lượng khoảng 15kg sản phẩm từ lò sản xuất cho 8kg biochar dạng khô Dựa hàm lượng chất dinh dưỡng N,P,K có sản phẩm biochar thu hàm lượng chất dinh dưỡng N,P,K có phân bón hoá học NPK, tính toán so sánh cho thấy sau tuần lượng biochar thu 55kg khô, chúng tương đương với 110 ngàn đồng tiền phân bón hoá học NPK thị trường III ĐỀ XUẤT Ý TƯỞNG XÂY DỰNG NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIOCHAR Nguyên liệu chính: - Phụ phẩm nông nghiệp: Vỏ trấu, rơm rạ, thân trồng … - Phụ phẩm lâm nghiệp: Mùn cưa, gỗ dăm… Điều kiện công nghệ: Có nhiều cách để tạo Biochar, quy trình tổng quát , điểm khác cách đốt (còn gọi nhiệt phân hay carbon hóa) Sản phẩm thu phụ thuộc vào yếu tố công nghệ Bảng 5: Tỷ lệ sản phẩm thu theo công nghệ nhiệt phân Nhiệt phân cực nhanh (flash pyrolysis) công nghệ thu TSH nhiều Vì vậy, ý tưởng đưa chọn điều kiện công nghệ sau: - Nhiệt độ lò nhiệt phân: 6000 C Áp suất : Mpa Thời gian lưu: 20 phút/ mẻ nguyên liệu 12 Từ đó, hạn chế thấp việc thất thoát carbon, thu đồng thời nhiều sản phẩm khí thải từ lò đốt chứa CO nên gây hại môi trường Đồng thời tiết kiệm chi phí mặt lượng Sơ đồ công nghệ Hệ thống gồm thiết bị : Sấy nguyên liệu Lò nhiệt phân Pha trộn xử lý Biochar thô Xử lý khí thải Quy mô nhà máy Quy mô sản xuất mức công nghiệp lớn , suất khoảng 80-100 tấn/ ngày, sử dụng công nghệ bán tự động đảm bảo suất chất lượng than cao đồng máy mua sắm, thiết kế, lắp ráp nội địa phù hợp với khả đầu tư Công ty Hệ thống phải sản xuất chủng loại chất lượng than tùy theo nhu cầu thị trường, sản phẩm ép viên đa dạng theo nhu cầu thị trường (quả bàng, briquete hay pellet) Nguyên liệu đa dạng băm nghiền thành dạng mùn cưa (hạt [...]... 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... 60% Biochar + 40% Phân lân, ka-li ; tạo ra một sản phẩm phân bón mới đưa ra thị trường thương mại hóa IV Kết luận về hiệu quả kinh tế -xã hội của đề tài Ở Việt Nam, phụ phẩm nông nghiệp đa phần được coi là chất thải Việc tận dụng phụ phẩm sản xuất biochar sẽ giúp tận dụng tối đa sản phẩm nông nghiệp, mang lại hiệu quả kinh tế tối đa cho người dân và doanh nghiệp Bên cạnh đó, nhà nước sẽ giảm được chi... thức về tầm quan trọng cũng như khả năng bảo tồn thiên nhiên của người dân, doanh nghiệp và các tổ chức liên quan khác Bên cạnh đấy, quyền lợi và thu nhập của người dân cũng sẽ được đảm bảo thông qua các hợp đồng hợp tác với các doanh nghiệp đứng ra sản xuất Do đó biochar có thể coi là một biện pháp mới cho nông nghiệp bền vững ở Việt Nam 16 ... 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 III ĐỀ XUẤT Ý TƯỞNG XÂY DỰNG NHÀ MÁY SẢN... XUẤT BIOCHAR 1 Nguyên liệu chính: - Phụ phẩm nông nghiệp: Vỏ trấu, rơm rạ, thân cây trồng … - Phụ phẩm lâm nghiệp: Mùn cưa, gỗ dăm… 2 Điều kiện công nghệ: Có nhiều cách để tạo ra Biochar, quy trình tổng quát như nhau , điểm khác cơ bản là cách đốt (còn gọi là nhiệt phân hay carbon hóa) Sản phẩm thu được cũng phụ thuộc vào yếu tố công nghệ Bảng 5: Tỷ lệ sản phẩm thu được theo công nghệ nhiệt phân Nhiệt... Công ty Hệ thống phải sản xuất được các chủng loại và chất lượng than tùy theo nhu cầu thị trường, sản phẩm được ép viên đa dạng theo nhu cầu thị trường (quả bàng, briquete hay pellet) Nguyên liệu đa dạng được băm nghiền thành dạng mùn cưa (hạt ... cation II BIOCHAR CHO NỀN NÔNG NGHIỆP BỀN VỮNG Nguyên liệu sản xuất Biochar Biochar sản xuất từ loại sinh khối nào, từ đủ loại chất hữu thải trình trồng trọt chế biến nông sản vỏ trấu, vỏ cà... doanh nghiệp tổ chức liên quan khác Bên cạnh đấy, quyền lợi thu nhập người dân đảm bảo thông qua hợp đồng hợp tác với doanh nghiệp đứng sản xuất Do biochar coi biện pháp cho nông nghiệp bền vững. .. đa sản phẩm nông nghiệp, mang lại hiệu kinh tế tối đa cho người dân doanh nghiệp Bên cạnh đó, nhà nước giảm chi phí xử lý môi trường Ngoài ra, thị trường Carbon phát triển, người dân doanh nghiệp