生物炭炉对农业废弃物炭制能力之探讨.doc

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PAGE 1 1環球科技大學環境資源管理系助理教授 2環球科技大學環境資源管理系研究所 生物炭爐對農業廢棄物炭製能力之探討 張子見1,*林奕文2 摘 要 許多的科學家認為,生物炭(biochar)未來會是人類對抗二氧化碳的一大利器,因為它能夠輕易捕抓大氣裡的二氧化碳,儲存在土壤裡,並以其特性進而改善土質。 農業所產生之生質廢棄物一直都是造成溫室效應與全球暖化的主要原因之一,其中農業作業後所產生的諸如枯枝以及稻稈,通常都被隨意丟棄或者是露天焚燒。 本研究用意在於設計一生物炭爐,此生物炭爐是一種簡單又有效的生物炭製作爐,能夠供農民通過簡單的加溫裂解方式有效的處理多餘的農業廢棄物,又能夠將製作生物炭時產生之廢氣收集回收不致造成污染。 關鍵字:生物炭、農業廢棄物、成炭率 前言 文獻探討與應用 土壤有機質是土壤肥力的重要指標之一,也是陸地生態系統中重要的碳匯。土壤有機質可以改善土壤團聚體和穩定性、水分入滲和保持、養分吸持和交換、支持微生物活動等。 雖然生物炭的化學結構不同於有機質或土壤腐殖質,但是,生物炭與有機質或腐殖質一樣可以改良培肥土壤。依水稻而言,生物炭通過影響土壤碳、磷、交換性鋁、水溶鐵及土壤硬度而能夠顯著影響水稻生物量(何緒生等, 2011)。 過去許多地方,由於土壤無法充分保留氮跟磷,流失的養分會消耗土壤的肥力,加速土壤酸化,轉向增加了對農民的化肥成本,也間接降低了作物的產量,並影響到地表和地下水的質量(David, 2009)。 使用生物碳作為土壤改良劑的好處是,它可以將碳從大氣生物圈之中隔離,並將其轉移到土壤中。生物炭在土壤中可能會持續數千年,因為它是很頑固的微生物分解和礦化(潘根興等, 2009)。 雖然埋藏生物炭的實驗是剛剛才開始進行長期測試,,但是Julie等(2010)對一些對於埋入生物炭的土壤作研究發現,生物炭不只對一般性質的土壤,對於某些偏酸性以及貧瘠的土壤,在加入生物炭之後,種植農作物如大豆及玉米的產量明顯更加提升。 也因為它是在低氧環境下,是通過高溫裂解將木材、草、玉米稈或其它農作物廢物碳化。 \o 碳 這種由植物形成的,以固定碳元素為目的的物質。它的理論基礎是:生物質,不論是植物還是動物,在沒有氧氣的情況下燃燒,都可以形成木炭(The Economist, 2009)。 而研究也發現隨著土壤埋入生物炭的時間越久,該農地對農作物的產量也會逐年提升(Julie et al, 2010),雖然還需要更長時間的穩定觀察,但以目前的研究來說,生物炭的能力以足夠讓人振奮。 目前以台灣來說,因為關於生物炭的後續各種研究以及運用方式在國內尚屬起步階段,所以對作物品質的影響相關更為鮮見。但以國外來說,由於國外的農田大多廣袤而密集,因此國外的生物炭爐均屬於大型生物炭爐,大多以高速與處理量大為訴求,所設計的生物炭爐平均每次最高可達到每小時4000公斤的處理量。 以國外各種文獻做參考之後可以知道,世界各地的生物炭系統的發展,在許多不同的考量面都會有不同的使用方式,但是大抵分為田間農作物生產與土質培養、水質與空氣潔淨生產以及低碳社區整治幾個大方向。 在生物炭的使用方面,各國都有著許多實驗計畫在運行,如英國與美國密蘇里州都在大規模嘗試在田間土壤埋入生物炭做培養試驗。緬甸與泰國等發展中國家則傾向利用生物炭對當地水體污染的去除,除此還有更多的生物炭實驗在國外進行(IBI, 2009)。 多年以來台灣農牧業生質廢棄物的露天焚燒一直都是一個難以處理也不容忽略的問題,因此找出有效的處理方式減低露天焚燒造成的污染是我們當前急需的。研究發現生物炭能夠打斷植物的碳循環過程,封存碳元素於炭中數百年以上還能成為高經濟價值的產品。 因為台灣地區農田地區量小而分散,與國外大而廣袤的農田有相當差別,因此國外生物炭爐的研究主流都是在處理一次性大量的生質廢棄物,對於台灣雖有可借鑑之處,卻無法完全適當應用。因此本研究主要目的是為製作一個簡易卻又相當效能的小型生物炭爐,此生物炭爐的優點就在於小型、便於搬運與農民操作,適合小量的製作優質生物炭。 研究材料 本研究所使用之實驗炭化物料為農業或庭院等有機廢棄物,台灣農業與庭院廢棄物產量非常大,需要適當處理方不致造成環境的汙染。 表1 2009 年農業廢棄物生產量 項目 生產量 項目 生產量(公噸) 農業廢棄物(生物性) 4,849,602 農產廢棄物 2,086,528 林產廢棄物 - 漁產廢棄物 205,398 畜產廢棄物 2,390,645 資料來源:(行政院農委會, 2010b) 本次研究所使用之有機廢棄物

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