Bởi: by Boonsong Thansrithong and Patrick Trail, ECHO Asia Impact Center Chiang Mai, Thailand


[Ghi Chú của Biên Tập: Hiện có nhiều thiết kế đầu đốt bằng than sinh học cho các quy mô và mục đích sử dụng khác nhau. Thiết kế cụ thể này đã trở thành một yêu thích của các nhân viên trang trại ECHO Châu Á, nhờ khả năng sản xuất cùng lúc lượng lớn nguyên liệu nhiệt phân giấm gỗ. Thiết kế này được sáng chế bởi một đối tác địa phương ở Thái Lan và lời cảm ơn cần được gởi đúng chỗ. Cảm ơn ông Arun Waikham đã cho phép chúng tôi chia sẻ thiết kế của ông với mạng lưới ECHO.]

 

Thuật Ngữ Quang Trọng

 

Đốt cháy: Một từ khác để chỉ sự cháy. Một phản ứng khi nhiên liệu được đốt nóng và phản ứng với oxy.

Nhiệt phân: Một quá trình phân hủy nhiệt (đốt cháy) trong điều kiện không có oxy.

Vật liệu hữu cơ: Bất kỳ vật liệu nào có chứa carbon, ví dụ: gậy, tre, trấu, phân khô, v.v.

Giấm gỗ: Còn được gọi là ‘khói lỏng’, sản phẩm phụ của quá trình nhiệt phân này có thể được sử dụng làm thuốc trừ sâu tự nhiên hoặc chất điều hòa sinh trưởng thực vật.

 

Than Sinh Học là gì?

Than sinh học là một dạng than củi được làm từ nhiều loại vật liệu hữu cơ khác nhau đã trải qua quá trình nhiệt phân, tức là môi trường nhiệt cao, ít oxy. Quá trình đơn giản nhưng độc đáo này cho phép lưu giữ và bảo tồn lượng cacbon thường bị mất trong quá trình đốt cháy. Trong quá trình đốt cháy (lửa thông thường), carbon tiếp xúc với oxy và bị mất vào khí quyển thông qua carbon dioxide (CO2) trong khói. Sự khác biệt này trong quy trình đốt là rất quan trọng và có thể được tận dụng ở trang trại quy mô nhỏ để cung cấp các vật liệu carbon có giá trị dùng để cải tạo đất, lọc nước và thậm chí chạy động cơ đốt trong.

Theo định nghĩa, "than sinh học" chỉ có thể được gọi bằng tên đó sau khi than củi được trộn hoặc "nạp" với nguyên liệu sinh học như phân trộn, phân bón, phân chuồng hoặc nước tiểu. Sự kết hợp của các nguyên liệu này tạo nên cơ sở cho từ ‘than sinh học’. Tự nó, than củi có giá trị và độ hữu dụng tương đối hạn chế. Tuy nhiên, khi kết hợp với bất kỳ nguyên liệu nào nói trên, than [sinh học] có thể trở thành một loại phân bón và chất cải tạo đất có giá trị.

Than củi chất lượng cao vẫn giữ được cấu trúc cacbon ban đầu của nó, khiến nó có độ xốp cao, tích điện, với diện tích bề mặt lớn. Ở dạng này, than củi có thể hoạt động như một miếng bọt biển và dùng để giữ chất dinh dưỡng, nước, và đặc biệt là đời sống sinh vật như vi sinh vật (Đọc: ‘Than sinh học – một Căn Nhà cho Vi Sinh của Đất’). Khi được "nạp" như đã mô tả ở trên, carbon có thể dùng để cầm và giữ các nguyên tố quan trọng này, làm cho nó trở thành chất nền hữu ích cho luống vườn, hỗn hợp bầu cây và các loại chất cải tạo đất khác. Than sinh học cũng rất hữu ích trong việc kiểm soát độ chua của đất. Với độ pH cao, than sinh học có khả năng tăng độ pH theo thời gian khi bón cho đất chua, điều có nhiều ở vùng nhiệt đới.

AN47 Biochar Fig1

Hình 1. Sản xuất than củi chất lượng cao và giấm gỗ thô sau một lần đốt bằng lò đốt than sinh học Do All (Làm Mọi Thứ). Ảnh chụp tại Trung Tâm Tài Nguyên Nông Trại Nhỏ ECHO Châu Á, Chiang Mai, Thái Lan.

Giấm Gỗ Là Gì?

Giấm gỗ, còn được gọi là ‘khói lỏng’ hoặc ‘axit gỗ’ là sản phẩm phụ của quá trình nhiệt phân các nguyên liệu từ cacbon. Được biết theo hóa học là axit pyroligneous, nó chứa axeton, axit axetic và methanol, nhưng được tạo thành chủ yếu (90%) là nước. Trong nhiều công dụng tiềm năng của nó, giấm gỗ chủ yếu được sử dụng như một loại thuốc trừ sâu tự nhiên và như một chất điều hòa sinh trưởng cho cây. Điều quan trọng cần lưu ý là giấm gỗ phải được pha loãng với nước trước khi bón cho cây (Burnette, 2010).

Để tinh chế giấm gỗ cho sử dụng, chất lỏng cô đặc màu nâu thu được trong quá trình sản xuất than củi được để kín trong thùng từ hai đến bốn tháng. Trong thời gian này, các thành phần sẽ lắng xuống thành bốn lớp riêng biệt. Lớp thứ nhất và thứ hai ở đáy thùng sẽ có màu đen, chứa nhựa gỗ và hắc ín. Lớp thứ ba (nằm bên dưới lớp chất lỏng trên cùng) là phần giấm gỗ có thể sử dụng được. Thành phần này sẽ có màu vàng nhạt đến nâu đỏ. Lớp thứ tư (trên cùng) được phân loại là dầu nhẹ và sẽ có một lớp nhựa gỗ ở trên cùng (Burnette, 2010). 

AN47 Biochar Fig2

Hình 2. Sản xuất giấm gỗ, sản phẩm phụ của quá trình nhiệt phân. Còn được gọi là 'khói lỏng', giấm gỗ được sản xuất bằng cách ngưng tụ khói được tạo ra trong quá trình sản xuất than củi.

 

Những Công Dụng Khác Của Than Củi Trong Trang Trại

Lọc Nước: khi tạo ra than củi chất lượng cao (than hoạt tính), nó thích hợp cho các hệ thống lọc nước, và là một trong những thành phần chủ chốt trong hệ thống lọc nước cát-sinh học thường dùng. Dạng than có độ xốp cao này có khả năng thu hút và hấp thụ các hợp chất và hóa chất có hại khác nhau trong nước.

Thức ăn bổ sung cho chăn nuôi: tương tự như công dụng lọc nước, than hoạt tính cũng có thể được sử dụng như một loại thuốc bổ sung trong thức ăn chăn nuôi, cả về khả năng hấp thụ các hợp chất có hại, và trung hòa axit với đặc tính pH thấp của nó.

Giá thể trồng cây cho vườn ươm: Xem Tài Liệu Kỹ Thuật ECHO #97 ‘Quản lý vườn ươm quy mô nhỏ’ để biết cách kết hợp than sinh học.

Những Tác Động Rộng Hơn của Việc Sản Xuất Than Sinh Học

Sản xuất than sinh học trên quy mô này mang lại một cơ hội nhỏ, nhưng rất quan trọng để giải quyết những thách thức lớn hơn liên quan đến khí hậu toàn cầu đang phải đối mặt. Qui trình này tạo cơ hội để cô lập carbon, khả năng bắt lấy và lưu trữ carbon mà lẽ ra sẽ bị mất vào bầu khí quyển theo khói. Ngoài những ích lợi của việc sử dụng than sinh học để cải tạo đất, nó cũng là một giải pháp thay thế cho việc đốt các tàn dư cây trồng và chất thải, và sau đó là thất thoát carbon vào khí quyển. Điều này đặc biệt quan trọng ở những nơi trên thế giới mà việc đốt tàn dư cây trồng là phổ biến và dẫn đến chất lượng không khí kém.

Thiết Kế Thông Số Kỹ Thuật

Các thiết kế dưới đây nói đến một lò nung bằng nhôm sử dụng nhiều lần có khả năng sản xuất than củi giấm gỗ chất lượng cao một cách hiệu quả. Thiết kế đặc biệt này độc đáo ở chỗ nó hạn chế sự tiếp xúc của vật liệu hữu cơ với oxy và trực tiếp với lửa, đồng thời có một buồng ngưng tụ đính kèm nơi giấm gỗ được thu thập từ khói. Có nhiều thiết kế lò nung khác, gồm cả kiểu lò nung thùng 200-L phổ biến hơn, nhưng thô sơ hơn (Burnette, 2013).

** Lưu ý rằng nguồn nhiệt chính được tách biệt với thiết kế này. Lò nung đặc biệt này được thiết kế để đặt trên ngọn lửa, hay nguồn nhiệt, và tránh mọi tiếp xúc trực tiếp giữa ngọn lửa và nguyên liệu carbon bên trong (xem lại Hình 1).

AN47 Biochar Fig3

Hình 3. Bản phác thảo tổng thể của lò đốt than sinh học 'do-all' (‘làm tất cả’). Trong thiết kế này, khói được chuyển hướng qua một bình ngưng (được gắn vào một ống để luân chuyển nước mát) để sản xuất giấm gỗ và quay trở lại buồng chính, nơi nó được ‘đốt lại’

AN47 Biochar Fig4

Hình 4. Cao 90cm và có đường kính 59cm, thiết kế này bao gồm một ống khói bên trong, nhờ đó khói được hút ra ngoài và qua một bình ngưng, rồi chuyển hướng trở lại đỉnh buồng để đốt lần hai. 

AN47 Biochar Fig5

Hình 5. Hình ảnh bên trong của đầu đốt than sinh học 'do-all'. Nhiên liệu (bất kỳ vật liệu gốc carbon nào) được đặt bên trong, quanh ống khói, và được bịt kín hoàn toàn để tránh tiếp xúc với lửa và oxy.

AN47 Biochar Fig6

Hình 6. Thông số kỹ thuật thiết kế của ống khói bên trong.

AN47 Biochar Fig7

Hình 7. Thông số kỹ thuật thiết kế của buồng ngưng tụ đặt bên (đường kính 17cm). Được thiết kế để gắn một vòi nước, để luân chuyển nước làm mát qua khoang chứa. Ở dưới cùng của buồng, giấm gỗ ngưng tụ sẽ được thu thập và sau đó thoát ra ngoài qua van tràn để thu hoạch.

Sản Lượng Than Sinh Học

Thiết kế lò này có thể tích khoảng 250 L. Khi chất đầy những miếng gỗ nhỏ (đũa đã qua sử dụng ở chợ địa phương), chúng tôi thấy lò chứa khoảng 35 kg nguyên liệu khô. Sau khi nhiệt phân khoảng 4 giờ, sản lượng khoảng 10kg than sinh học thành phẩm và 10 L giấm gỗ thô.

Kết Luận

Than sinh học khác với than củi chủ yếu ở mục đích sử dụng cuối cùng, thường là chất cải tạo đất và vật liệu 'carbon trung tính’. Do đó, điều quan trọng cần nhắc lại là than sinh học ở dạng này được tận dụng một cách hiệu quả nhất thông qua các vật liệu phế thải tại trang trại. Dùng nguyên liệu thô (nguyên liệu carbon) được sản xuất với mục đích duy nhất là sản xuất than sinh học sẽ trật mục tiêu về khả năng cô lập carbon. Chúng tôi khuyến nghị rằng dùng các chất thải trong trang trại và các phụ phẩm khác cho mục đích tạo ra than sinh học.

Tài Liệu Tham Khảo

Burnette, R. 2010. An Introduction to Wood Vinegar. ECHO Asia Notes. 7: 4-10. Available: https://www.echocommunity.org/en/resources/01ccd8a8-aa01-44c0-bd61-d62d8206eb26

Burnette, R. 2013. Charcoal Production in 200-Liter Horizontal Drum Kilns . ECHO Technical Notes. 76: 1-8. Available: https://www.echocommunity.org/en/resources/069529b4-0ce4-475c-99b8-326957e3afa7

Fifer, G., T. Motis. 2021. Small-scale Nursery Management. ECHO Technical Notes. 97: 1-20. Available: https://www.echocommunity.org/en/resources/f18a5550-662c-4838-86b4-a1b8a2b2347f

Hugill, B. 2013. Biochar – an Organic House for Soil Microbes. ECHO Technical Notes. 75: 1-4. Available: https://www.echocommunity.org/en/resources/070b6c33-4118-43c2-a26c-af58c60fe51a