「燒炭減碳」,聽起來十分矛盾,其實大有玄機。原來早年農友燒稻草、稻殼產生的炭,在學理上稱作「生物炭」,只要埋入土中,便能將大氣中的碳抓進來儲藏,形成鹼性生物炭,可以保持水分、改良酸性土質,讓土壤更健康。

不過在空氣汙染嚴重的今日,是否還合適就地燒炭?答案是不行,但屏東科技大學說,只要用鐵製汽油桶覆蓋,以低氧方式燃燒、燒完後自然降溫,既能提高成炭率,也能避免空汙;而要做到更精緻、均質,環球科技大學和花蓮農改場分別有做出大小機器供農友參考。

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photo credit: Biochar Graphic via photopin (license)

燒炭減碳,有效改善酸性土

要了解生物炭(biochar),得先明白「炭」和「碳」的差別。花蓮區農業改良場土壤肥料研究室助理研究員倪禮豐說,碳指生物圈的碳元素(Carbon),像二氧化碳;而炭雖然也含有碳元素,但卻是生物不能分解利用,性質較穩定的炭,即便埋入土中,有可能數百到數千年都不會分解,例如木炭,以及農業上常講的生物炭。

生物炭對環境最直接的正面效益,便是降低全球暖化。倪禮豐說,現在大氣中的「碳」之所以造成全球暖化,主要是來自從地底開挖的化石燃料,形同在既有的碳循環中加入更多的碳;但生物炭的原料是既有碳循環中的作物、植物,因此不會有排碳的問題,反而因掩入土中幾百年都不易分解,有助於移除大氣中的二氧化碳、降低全球暖化。

「所以節能減碳是要減少使用化石燃料這些多餘的『碳』,而不是減少生物炭的使用。」倪禮豐說。

另一方面,由於生物炭是經「加熱」(化學稱熱裂解反應)後,讓酸性物質揮發,遺留下鹼性物質,因此能直接用做土壤改良。

屏東科技大學農園生產系主任王鍾和說,除白蘿蔔等少數蔬菜作物外,絕大多數包含十字花科、葉菜類等蔬菜都相當怕酸,但台灣土壤因人為施肥或環境因素,土壤普片呈現酸性土,埋入鹼性生物炭有助於酸鹼中和,有利蔬菜種植。

同時生物炭的孔隙相當多,既能鬆軟土壤,也能是微生物的生長空間。王鍾和說,孔隙還能吸附帶電物質,因此還能發揮保水,並避免肥料電解質過度釋出到土壤中的功能。

露天焚燒不合適,鐵桶低氧焚製

既然生物炭有助農耕和環境,又該如何取得呢?最直接的方法便是將稻草、稻殼、木材等植物、農業廢棄物就地焚燒,其中的「碳」便會變作「炭」;然而在細懸浮微粒PM2.5猖獗的今日,已不能再用這種粗糙的方式製作生物炭。

另一方面,這種方式製作的生物炭容易炭化程度不均。倪禮豐解釋,露天環境中燃燒,越靠近起火點,原料炭化程度越高,甚至因太高溫而化作灰燼、全被燒光光,而溫度過低的材料則炭化程度不夠,「只是被燻黑而已。」因此才會在一些市售的生物炭資材中發現一些又灰、又黑不夠的成分。

因此以設備精準控制時間、溫度來製作生物炭會是最理想的手段。倪禮豐說改良場曾自主設計,在烘米機外加掛一台「製炭機」,利用烘米機產生的熱能來製作生物炭。只是因烘米旺季時,業者根本無暇顧及製炭,如何增廣應用性是目前努力方向。

2、3層樓高的烘穀機,其實只有右側橘色的部分是附掛的製炭機。(圖/花蓮區農改場提供)
2、3層樓高的烘穀機,其實只有右側橘色的部分是附掛的製炭機。(圖/花蓮區農改場提供)
花蓮農改場嘗試利用烘米機多餘的熱能,將農業廢棄物稻殼製成生物碳。(圖/花蓮區農改場提供)
花蓮農改場嘗試利用烘米機多餘的熱能,將農業廢棄物稻殼製成生物碳。(圖/花蓮區農改場提供)

協助彰化埔鹽大有社區自製生物炭的環球科技大學觀光與生態旅遊系主任張子見則是有開發出一款小型「鐵爐」,成本便宜、能有利於農友使用,而且鐵爐還能營造低氧環境,避免氧氣過多、全都燒成灰。

一般生物炭製作的溫度從攝氏400到700度C都有,不過張子見則是維持在攝氏250度C、熱裂解15分鐘,他表示測試結果發現成炭率較高,而一次可以做出2公斤的稻殼生物炭。

王鐘和則說,如果農民不打算使用機器,利用鋼、鐵製成的汽油桶也能製作。其實每年他都會帶學生直接將稻殼直接丟入汽油桶中,點燃稻草後直接丟入,再蓋上鐵桶進行低氧焚燒,「可以適度在底部開小管當煙囪,但不能跑太多氧氣進去。」大約一天的時間便能自然冷卻,形成生物炭。

簡言之,無論農民打算採用哪種方式製炭,得記得要維持在低氧狀態,避免太多物質因高溫汽化、逸散到空氣中汙染環境。至於如何均勻炭化,則考驗每位農民的技術。

一個鐵桶直接改造,加裝小型煙囪,便可在低氧的情況下製炭。(圖/王鐘和提供)
一個鐵桶直接改造,加裝小型煙囪,便可在低氧的情況下製炭。(圖/王鐘和提供)

生物炭效果需要繼續研究

不過生物炭的來源不同,理論上製成的生物炭效果亦不同,但國內目前少有深入或專一的研究。

倪禮豐說,自己只有嘗試在育苗的泥炭介質土中摻入約5到40%進行觀察,其中番茄和南瓜在早期苗都會長得較慢,不適合過度添加;但待日後根系茁壯日後,番茄能提早開花,而南瓜在葉片生長、開花速度上都比同時期農民培育的快。

張子見則說,理論上不同原料和溫度都會有差異,不過他是站在推廣角度,期盼農民直接就地利用,避免為追求大量生產而運輸、產生碳排放,還沒有進行更仔細的分析。

至於使用方式,王鐘和則說只要打碎、連同中耕機一起翻土即可,深度最佳是表土30公分以下,不過他說一般機器恐怕只能處理到10公分,而果農也能使用生物炭改善土質。

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1 則回應

  1. 是否有這篇國外的研究資料,可以分享給大家?

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