具備抵抗氣候變遷潛力的暗黑物質:淺談生物炭之應用

具備抵抗氣候變遷潛力的暗黑物質:淺談生物炭之應用

皇家園藝學會土壤和氣候變遷科學家Marc Redmile-Gordon說過:
「就算明天馬上停止燃燒化石燃料,我們仍有大量的二氧化碳需要清除,而生物炭是實現這個目的最有效的方法之一。」
讓我們一同來揭開,平凡無奇的木炭如今,如何化腐朽為神奇,變成對抗全球暖化的環保新利器吧!


【認識生物炭】

生物炭(Biochar)泛指將有機物(例如木材、樹葉或枯死的植物)在高溫下以經不完全燃燒的方式,亦即熱裂解(Pyrolysis)過程,生成的炭化固體。而此反應中會伴隨產生乾餾液、焦油等液體,與一氧化碳等氣體。

生物炭具生物惰性,化學穩定度高,不易被生物降解,研究指出,生物炭在自然環境下的半衰期高達100~1000年甚至更長(Kurt, 2014),因此若將有機物燒成生物炭,生物炭將以固體形式封存於土壤中,降低碳元素以溫室氣體型態進入大氣中的機會,最終降低碳排量。

【你還在生物炭/活性碳傻傻分不清楚嗎?】

生物炭v.s.活性碳表格

【生物炭在農業上的應用】

1.中和酸性土壤
生物炭呈鹼性,其經熱裂解反應後,酸性物質揮發,可被直接應用於土壤改良。台灣土壤由於人為過度施肥以及氣候因素,普片呈現酸性土質(約70%土地),因此埋入鹼性生物炭有助於土壤改良,且絕大多數包含十字花科、葉菜類等蔬菜都喜愛鹼性土壤。

2.保水、保肥、增產
生物炭具有高比表面積、高表面電荷密度等特性,能吸附土壤養分,提高肥料利用率,進而提高作物產量。臺東改良場研究顯示,於每公頃田間添加2公噸生物炭,土壤中有機質、鉀、鈣及矽含量均提升,而水稻分蘗數增加 11.7 %,且總產量增加16.1%。

3.促進根圈微生物生長
生物炭具多孔性的結構,可以改善土壤物理性、化學性及生物性,並作為微土壤微生物棲所,增加微生物群落多樣性。更驚人的研究顯示,生物炭甚至可以增加遭受重金屬汙染之土壤的微生物族群,在鎘污染的土壤中,添加2.5%的生物炭,則其微生物族群由32.68%顯著提升至135.52% (Zhang et al., 2017)。


【生物炭其他功效】

生物炭除了作為抵禦全球暖化的物質之外,現今都市林之中其實存在著非常多農業廢棄資材,據行政院農業委員會2017年統計資料顯示,臺灣產生461萬公噸農業廢棄物,其中以畜產廢棄物占 49%及農產廢棄物占46%為大宗,而約有30 %農業廢棄物直接進行就地掩埋、燃燒,除資源被未有效再利用,更衍生二次環境污染;約有50%農業資材以堆肥的形式再地用,但伴隨著惡臭、較高生產成本以及較低附加價值等問題。因此,若能將部分農業剩餘資材燒製成為生物炭,將以一個對環境較友善的方式,解決部分廢棄物的問題,並同時發揮循環經濟的最高價值。

生物炭是一種興新的可再生資源,並極具處理困擾我們多年各種環境議題的潛力,除了改善與促進土壤特性,亦兼具環境與資源的雙重「減碳」效益。一般來說,據諸多研究證實,將適量的生物炭混拌入土壤,對農耕普遍有益,但未必能保證每種生物炭在任何土壤與耕作環境條件下,都會帶來正面成果,正面效益攸關生物炭的燒製溫度、持溫時間、本身孔隙度和添加比例等等因素。因此,建立生物炭品質檢驗標準與相關法規是一個必須的歷程。期許生物炭這個具備抵禦氣候變遷潛力的物質,以正確的姿態與方式,進入大眾的視野,在農業的舞台上,開啟嶄新的篇章。

參考資料:

行政院農業委員會. 2017. 農業統計年報.
Spokas, K. A. 2010. Review of the stability of biochar in soils: predictability of O:C molar ratios. Carbon Management. 1: 289–303.
Zhang, X., Xia, Y.S., Shang, Y.J., Zhao, Q.Q., Shi, J., 2017. Effects of biochar (BC) on microbial diversity of cadmium (Cd) contaminated soil. China Environ. Sci. 37:252–262.