NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT THAN SINH HỌC TỪ RƠM RẠ VÀ TRẤU ĐỂ PHỤC VỤ NÂNG CAO ĐỘ PHÌ ĐẤT, NĂNG SUẤT CÂY TRỒNG VÀ GIẢM PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH Mai Văn Trịnh, Trần Viết Cường, Vũ Dương Quỳnh, Nguyễn Thị Hoài Thu SUMMARY Produce biochar from rice straw and rice husk to improve soil fertility, crop yields and reduce greenhouse gas emissions Analyze results of the rice residue showed that total carbon, organic carbon content and potassium in rice straw is higher than in rice husk. In contrast, nitrogen and P 2 O 5 in the rice straw is lower than rice husk. With rice husk, biochar produced by canned combustion in barrel (PP3) has total carbon, organic carbon, nitrogen and P 2 O 5 higher than from open burning methods (PP1 and PP2). With rice straw, biochar produced by canned combustion in barrel (PP7) has total carbon, organic carbon, nitrogen and K 2 O higher than open burning methods (PP4, PP5 and PP6). Recovery ratio of total carbon from rice straw is lower than from rice husk, in which the highest recovery ratio of total carbon are from indirect pyrolysis. Keywords: rice straw, rice husk, biochar, pyrolysis. I. §ÆT VÊN §Ò Than sinh học (TSH) là thuật ngữ dùng để chỉ các bon đen (black carbon) hay biochar, được tạo ra từ quá trình nhiệt phân các vật liệu hữu cơ trong môi trường không có hoặc nghèo ôxy để không xảy ra phản ứng cháy. Nó đang được nhiều nhà khoa học trên thế giới ví như là “vàng đen” cho ngành nông nghiệp. TSH có thể tạo ra từ nhiều phế ph phNm trong nông nghip khác nhau như rơm r, v tru, v ht, bã mía v.v Sau mi v thu hoch, mt lưng ln ph ph phNm nông nghip b t cháy hoc  phân hy gii phóng CO 2 và CH 4 vào khí quyn gây nên s ô nhim khói bi và hiu ng khí nhà kính (IPCC, 2007). Quá trình nhit phân to TSH, các bon có trong vt liu hu cơ không b mt i hoàn toàn mà tn ti  dng khó b phân gii bi các yu t môi trưng ca t. S dng nhng vt liu trên to TSH  bón vào t không ch gim ô nhim môi trưng, mà còn giúp tăng cưng trao i cation, kh năng gi nưc, dưng cht và bo v vi khuNn có li cho t, tăng sc sn xut ca t trng, m bo an ninh lương thc, gim lưng phân bón va óng vai trò như b cha carbon t nhiên trong môi trưng t. c bit nó rt d làm và có chi phí thp. Vit N am có mt tim năng áng k là nhng ph ph phNm nông nghip. Theo ưc tính, Vit N am vi sn lưng lúa là 38 triu tn/năm (GSO, 2009) thì s có tương ng 38 triu tn rơm r, 6 - 7 triu tn tru. N goài lúa còn có khong 1,4 triu tn lá mía (ch tính lưng nông dân t ti rung) và mt lưng không nh các ngun ph phNm khác như c, lá, mùn cưa, bã mía ây là ngun vt liu rt phong phú và y ha hn cho sn xut TSH  phc v cuc sng. Xut phát t thc t nêu trên, bài vit này mô t các th nghim và phân tích ánh giá tìm ra phương pháp sn xut TSH ti ưu t tru và rơm r, d dàng áp dng  vùng nông thôn Vit N am. II. Vật liệu và phơng pháp nghiên cứu 1. Vt liu nghiờn cu Rm r v tru. 2. Phng phỏp nghiờn cu PP1: t tru: õy l phng phỏp sn xut TSH theo cỏch c truyn m ngi dõn vn lm l to mt nhõn nhit gia, sau ú trựm tru mi lờn trờn nhõn tru. Sau khi lp tru bờn ngoi chuyn thnh mu en thỡ tin hnh thờm hi nc kt thỳc phn ng chỏy. PP2: t tru ci tin: Lm nh phng phỏp mt nhng t ng khúi gia v ph tru xung quanh. ng khúi cú tỏc dng tng tc c chỏy v gim thi gian sn xut TSH. PP3: t tru giỏn tip: Lũ t c thit k lm 2 khoang, khoang gia c nhột vt liu cn sn xut than khụng tip xỳc vi la, khoang bờn ngoi dựng cha cỏc vt liu t to nhit. Khi vt liu khoang ngoi chỏy s to 1 nhit nng ln chuyn húa carbon t vt liu hu c khoang trong thnh TSH. Phn ng chỏy ca lũ t kiu ny cú th xy ra trong thi gian khong 4h. PP4: t rm r: TSH c to t rm r ging nh phng phỏp 1 v phn ng chỏy c giỏm sỏt cht ch mc khụng xut hin ngn la v c can thip kp thi bng hi Nm khi ton b lng carbon c chuyn sang TSH cú mu en. PP5: t rm r ci tin: Rm r c cho vo mỏy phay, cht ngn hn 2cm, phi khụ v t nh phng phỏp 4. PP6: t rm r trong bung kớn: Rm r khụ c nhi trong bung t cú dung tớch nht nh cú gn ng khúi. Di chõn bung t cú 2 ca nhúm la i xng nhau. Tin hnh nhúm la v úng ca lũ rm chỏy õm . i khi rm chỏy ym khớ gn xong, tin hnh o ngc bung vt liu chỏy ht, ra ngoi v dựng hi nc dp tt quỏ trỡnh chỏy. PP7: t rm r giỏn tip: Lũ t c lm tng t nh phng phỏp 3 nhng vt liu cho vo khoang gia l rm r thay vỡ tru. o m, tớnh toỏn: p dng cho tt c 7 phng phỏp. Vt liu trc khi t v sn phNm sau khi t c xỏc nh bng cỏch ly mu v phõn tớch cỏc ch tiờu cỏc bon tng s (TC, %); cỏc bon hu c tng s (TOC, %) phõn tớch bng h thng phõn tớch Multi N/C2100S - Analytik - jena, c; N (%) theo phng phỏp Keldalh; P 2 O 5 (%) theo phng phỏp Bray 2; K 2 O (%) theo phng phỏp t bng Quang k ngn la. III. Kết quả và thảo luận Nghiờn cu th nghim cỏc phng phỏp sn xut TSH t vt liu rm r v tru n gin hiu qu v d dng ỏp dng vi nụng dõn. Mi phng phỏp u cú u v nhc im riờng. Vi cỏc phng phỏp n gin, khụng tn nguyờn vt liu v thi gian thc hin thỡ cho hm lng cỏc bon thu c thp. Ngc li mt s phng phỏp tn thi gian v nguyờn vt liu hn li thu c hm lng cỏc bon cao hn. T nhng nghiờn cu cho ra mt s kt qu nh sau: Bảng 1. Kết quả phân tích vật liệu và TSH trong nghiên cứu STT Phương pháp đốt Mô tả phương pháp TC (g/kg) TOC (g/kg) N% P 2 O 5 % K 2 O% Hiệu suất thu hồi TC (%) 1 Trấu Trước đốt 228,2 105,5 0,17 1,16 0,43 2 Rơm Trước đốt 552,0 237,2 0,07 0,27 0,81 3 PP1 Đốt trấu 256,3 31,9 0,05 0,28 0,58 33,69 4 PP2 Đốt trấu cải tiến 335,9 27,6 0,02 0,33 0,77 44,16 5 PP3 Đốt trấu gián tiếp 340,5 41,9 0,07 0,39 0,78 44,76 6 PP4 Đốt rơm rạ 343,7 10,2 0,16 0,53 0,55 18,68 7 PP5 Đốt rơm rạ cải tiến 353,8 121,2 0,17 0,85 0,62 19,23 8 PP6 Đốt rơm rạ trong buồng kín 316,0 130,4 0,19 0,34 0,72 17,17 9 PP7 Đốt rơm rạ gián tiếp 524,5 215,6 0,24 0,47 0,81 28,51 T¹p chÝ khoa häc vµ c«ng nghÖ n«ng nghiÖp ViÖt Nam 4 Trưc khi t, lưng các bon tng s và các bon hu cơ tng s trong rơm có giá tr ln hơn so vi hàm lưng có trong tru, tương ng cacbon tng s trong rơm là: 552,00 g/kg và trong tru là: 228,20g/kg. Vi hàm lưng các bon hu cơ tng s có trong rơm là 237,2g/kg và hàm lưng có trong tru là 105,5g/kg. Các phương pháp khác nhau cho hàm lưng cacbon thu ưc là khác nhau. i vi TSH làm t tru (các phương pháp PP1, PP2 và PP3): Hàm lưng TC ca các phương pháp ưc xp theo th t PP3>PP2>PP1 nhưng hàm lưng TOC li theo thư t PP3>PP1>PP2. Hiu sut thu hi C  phương pháp 3 cũng là cao nht vi t l 44,76%. i vi TSH làm t rơm (các phương pháp PP4, PP5, PP6 và PP7) thì hàm lưng TC sp xp theo th t PP7>PP5>PP4>PP6 và hàm lưng TOC ưc sp xp theo th t PP7>PP6>PP5>PP4, trong ó hiu sut thu hi các bon  PP7 là cao nht vi t l là 28,51%. Hàm lưng các nguyên t dinh dưng có trong TSH cũng khác nhau theo các phương pháp sn xut than khác nhau. Theo mt s nghiên cu nưc ngoài, các nguyên t dinh dưng có trong TSH có th không có hiu lc ngay i vi cây trng bi vì a s chúng  trng thái khó tiêu. i vi hàm lưng nitơ  các phương pháp to TSH t tru: PP1, PP2 và PP3 cho thy, hàm lưng nitơ có trong PP3 là cao nht, tip n là PP1 và thp nht là PP2, vi các giá tr tương ng là 0,07%, 0,05% và 0,02%. Vi các phương pháp to TSH t rơm r: PP4, PP5, PP6, PP7 cho thy, hàm lưng nitơ có trong PP7 là cao nht, tip n là PP6, PP5 và thp nht là PP4 vi giá tr tương ng là 0,24%, 0,19%, 0,17%, 0,16%. Vi hàm lưng P 2 O 5 có trong TSH cho thy, vi PP3 có hàm lương cao nht và thp nhp là PP1. Vi hàm lưng tương ng theo th t gim dn là: PP3>PP4>PP6> PP7> PP5>PP2> PP1. Kali là nguyên t tro, thưng thì nó không b mt i sau quá trình t cháy. Theo kt qu phân tích TSH cho thy, hàm lưng kali có trong TSH làm t tru ưc xp theo th t PP3>PP2>PP1. Hàm lưng kali có trong TSH làm t rơm cũng ưc sp xp theo th t như sau PP7>PP6>PP5> PP4. Nếu quan sát kỹ ta thấy hàm lượng đạm và kali hầu như gắn liền với hàm lượng TC trong cả 2 loại vật liệu rơm và trấu, nghĩa là khi TC cao thì N và K cũng tăng. IV. KÕt luËn - Hàm lượng cacbon tổng số, cacbon hữu cơ và kali trong rơm cao hơn hàm lượng có trong trấu. Ngược lại hàm lượng nitơ và P 2 O 5 trong rơm thấp hơn so với trấu. - Than sinh học làm từ trấu theo phương pháp đốt gián tiếp (PP3) cho hàm lượng cacbon tổng số, cacbon hữu cơ, nitơ và P 2 O 5 cao hơn các phương pháp đốt trực tiếp (PP1 và PP2). - Than sinh học làm từ rơm rạ theo phương pháp đốt gián tiếp (PP7) cũng cho hàm lượng cacbon tổng số, cacbon hữu cơ, nitơ và K 2 O cao hơn các phương pháp trực tiếp (PP4, PP5 và PP6). - Hiệu suất thu hồi các bon từ rơm rạ thấp hơn từ trấu. PP3 đối với vật liệu từ trấu và PP7 đối với vật liệu từ rơm rạ cho hiệu suất thu hồi các bon là cao nhất. TÀI LIỆU THAM KHẢO T¹p chÝ khoa häc vµ c«ng nghÖ n«ng nghiÖp ViÖt Nam 5 1. GSO, 2009. Trung tâm dữ liệu thống kê, Tổng cục Thống kê Việt Nam. 2. IPCC. 2007. Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report, eds., Solomon S, Qin D, Manning M, Chen Z, Marquis M, Averyt K - B, Tignor M, Miller H - L (Cambridge Univ. Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA). Người phản biện PGS. TS. Nguyễn Văn Viết . NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT THAN SINH HỌC TỪ RƠM RẠ VÀ TRẤU ĐỂ PHỤC VỤ NÂNG CAO ĐỘ PHÌ ĐẤT, NĂNG SUẤT CÂY TRỒNG VÀ GIẢM PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH Mai. nitơ và K 2 O cao hơn các phương pháp trực tiếp (PP4, PP5 và PP6). - Hiệu suất thu hồi các bon từ rơm rạ thấp hơn từ trấu. PP3 đối với vật liệu từ trấu và