Than sinh học (TSH) có tiềm năng tạo ra các lợi ích xã hội, kinh tế và môi trường, nhất là sử dụng trong nông nghiệp và góp phần giảm thiểu biến đổi khí hậu. Vì vậy, dù đã được sử dụng từ rất lâu nhưng công nghệ hiện đại cho TSH vẫn luôn được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu.
TSH (biochar) còn gọi than nhiệt phân, có được từ đốt cháy các loại thực vật đã được biết đến ít nhất từ 2000 năm trước ở vùng Amazon, được sử dụng trong nông nghiệp để làm giàu dinh dưỡng cho đất. Các công nghệ hiện đại sản xuất TSH được nhiều quan tâm hiện nay theo hướng thu nhận đồng thời nhiều sản phẩm, hiệu quả, giảm phát thải khí, không tác hại đến môi trường và đảm bảo nguồn nguyên liệu đầu vào.
1. Nguyên liệu để sản xuất TSH
TSH có thể được sản xuất từ bất kỳ loại sinh khối nào, từ đủ loại chất hữu cơ thải ra trong quá trình trồng trọt và chế biến nông sản như vỏ trấu, vỏ cà phê, vỏ dừa, mụn dừa, vỏ đậu phộng, bã mía, vỏ hạt điều, lá cao su; rác thải hữu cơ đô thị; và các loại rác hữu cơ khác. Khu vực Đông Nam Á, nếu tính sinh khối từ nông nghiệp và từ gỗ, Indonesia là nước giàu tiềm năng nhất, kế đến là Thái Lan và Việt Nam. Nguồn sinh khối ở Việt Nam đa dạng, ước trên 100 triệu tấn/năm, giàu tiềm năng nhất là trấu, lá/bã mía và cây rừng tự nhiên.
2. Hiệu quả nhờ công nghệ
Có nhiều cách để tạo ra TSH, quy trình tổng quát như nhau, điểm khác cơ bản là cách đốt (còn gọi là nhiệt phân hay carbon hóa). Trong tự nhiên, các vụ cháy rừng tạo ra sản phẩm cuối cùng chính là TSH; trong đời sống hàng ngày là các bếp lò; trong công nghiệp là những lò nhiệt phân phức tạp sẽ đốt cháy các loại sinh khối trong điều kiện yếm khí với nhiệt độ cao (hơn 400°C), sinh khối sẽ cháy không hoàn toàn và sản phẩm nhậ n được là TSH có dạng rắn giữa khoáng và hữu cơ. Trong quá trình nhiệt phân để sản xuất TSH sẽ phát sinh các dạng năng lượng gồm nhiệt, dầu sinh học, các loại khí tổng hợp, khí hydro, khí mê-tan, …, có thể sử dụng trong công nghiệp hay vận tải. Tùy vào công nghệ nhiệt phân sẽ thu được các sản phẩm với tỷ trọng khác nhau. Carbon hóa thủy nhiệt (hydrothermal carbonization) và nhiệt phân cực nhanh (flash pyrolysis) là các công nghệ thu được TSH nhiều nhất.
Các công nghệ hiện đại hạn chế thấp nhất việc thất thoát carbon, thu được đồng thời nhiều sản phẩm và khí thải ra từ các lò đốt cũng chứa ít CO2 nên ít gây hại môi trường. Theo khảo sát của IBI, công nghệ và thiết bị sản xuất TSH bằng lò nhiệt phân liên tục (continuous pyrolysis kiln) được các doanh nghiệp sử dụng nhiều nhất, kế đến là lò nhiệt phân gián đoạn (batch retort) và khí hóa,….
3. TSH: hữu ích và hiệu quả khi sử dụng phù hợp
TSH là một trong những sản phẩm được đánh giá có tính ứng dụng cao trong đời sống và thân thiện môi trường.
TSH còn được gọi là phân bón thế hệ mới, cải thiện độ phì nhiêu của đất, tăng khả năng giữ nước và các chất dinh dưỡng, bảo vệ các loại vi khuẩn sống trong đất, chống lại các tác động xấu của thời tiết, xói mòn đất, làm tăng sản lượng cây trồng và giải quyết được nguồn phế phụ phẩm trong ngành nông nghiệp. TSH không chỉ cải tạo đất mà còn được dùng như một loại chất đốt thay cho than đá, dầu mỏ đang có nguy cơ cạn kiệt. TSH làm vật liệu xử lý nước ô nhiễm, nước nhiễm kim loại nặng. Tại Nhật Bản, TSH được cấy thêm vi sinh vật để xử lý chất thải nhà vệ sinh, bảo vệ môi trường. Sử dụng TSH làm nguyên liệu sản xuất xi măng cũng là hướng đang được nhắm tới. TSH góp phần giảm hiệu ứng nhà kính, theo dự báo của IBI, sử dụng TSH có thể giúp hấp thụ 2,2 tỷ tấn carbon/năm vào năm 2050.
Tính kinh tế của công nghiệp TSH phần lớn phụ thuộc vào giá trị của các sản phẩm sau khi nhiệt phân, sự có sẵn của nguyên liệu đầu vào và tiết kiệm chi phí sản xuất. Xu hướng ưu tiên nghiên cứu là các công nghệ gia tăng hiệu quả sử dụng nhiệt lượng, khí, dầu sinh học phát sinh trong quá trình chuyển hóa sinh khối sang TSH. Đây cũng là mối quan tâm của các DN, bởi những sản phẩm này sẽ gia tăng lợi nhuận so với chỉ thu nhận TSH. Các kiểu phối hợp tận dụng năng lượng trong quá trình chuyển hóa sinh khối TSH được các DN sử dụng nhiều nhất là tận dụng nhiệt để sấy thực phẩm, nông sản.
5. Quy mô và công nghệ sản xuất ở Việt Nam.
Sử dụng TSH không mới ở Việt Nam. Đã có nhiều nghiên cứu công nghệ và chế tạo thiết bị để sản xuất và ứng dụng TSH như Viện Môi trường Nông nghiệp (Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam) nghiên cứu sản xuất thành công TSH từ dăm gỗ, mùn cưa, rơm, rạ, trấu, bã mía, ngô, cà phê; Mai Thị Lan Anh (Đại học Khoa học Thái Nguyên) có sáng chế TSH từ rơm rạ, củi, lõi ngô, trấu dùng làm phân bón; Đại học Nông Lâm (Đại học Huế) đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công lò đốt tạo TSH từ phế phụ phẩm nông nghiệp công suất từ 50 đến 300 kg trấu nguyên liệu/mẻ (2 giờ đốt), với các ưu điểm như tiết kiệm thời gian, công sức, ít tạo khói và khí thải, hiệu suất thu hồi TSH đạt từ 95 – 99%; Viện Thổ nhưỡng Nông hóa đã sử dụng TSH làm từ trấu để làm giá thể, đất nhân tạo và phân bón hữu cơ vi sinh để sản xuất hoa cây cảnh và các loại rau đặc sản.
Tuy nhiên, để TSH đóng góp hiệu quả trong việc đổi mới sản xuất ở nông thôn và cải thiện đời sống nông dân, vấn đề cần quan tâm là làm sao đưa các công nghệ và thiết bị sản xuất TSH ứng dụng vào thực tiễn hiệu quả và phù hợp với điều kiện của nông thôn Việt Nam.
Envitech Corp tổng hợp / theo Viện khoa học kỹ thuật Miền Nam