Biochar: Phương pháp xử lý rơm rạ trong môi trường nghèo oxy giúp giảm khí phát thải và phát triển bền vững

Dưới đây là bài dự thi "Biochar: Phương pháp xử lý rơm rạ trong môi trường nghèo oxy giúp giảm khí phát thải và phát triển bền vững" của bộ ba tác giả Vũ Hoài Nam, Nguyễn Trung Hưng và Nguyễn Minh Xuân:

Lúa là cây lương thực quan trọng nhất ở Việt Nam, đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo an ninh lương thực và sinh kế cho hàng triệu nông dân. Theo Tổng cục Thống kê, năm 2022, tổng diện tích đất gieo trồng lúa là khoảng 3,9 triệu ha. Trong nhiều vùng, người nông dân có thể gieo trồng 2 - 3 vụ lúa mỗi năm, dẫn đến tổng diện tích gieo trồng lúa hàng năm ở Việt Nam đạt khoảng 7,7 triệu ha.

Tuy nhiên, ngành trồng lúa cũng là nguồn phát thải khí nhà kính lớn, với gần 50 triệu tấn khí CO2 quy đổi (CO2e) mỗi năm, chiếm 50% tổng lượng phát thải từ nông nghiệp. Trung bình, mỗi ha đất trồng lúa phát thải khoảng 12 tấn CO2e/năm. Điều này có nghĩa là để sản xuất 0,9 tấn gạo, trung bình sẽ sinh ra một tấn CO2e. Các loại khí nhà kính chủ yếu phát thải từ hoạt động trồng lúa bao gồm CH4 (methane), N2O (nitrous oxide) và CO2 (carbon dioxide). Mỗi năm, Việt Nam thu hoạch hơn 43 triệu tấn lúa, và theo ước tính, cứ mỗi tấn lúa sẽ tạo ra khoảng 1 tấn rơm rạ. Điều này đồng nghĩa với việc mỗi năm, Việt Nam tạo ra khoảng 43 triệu tấn rơm rạ - một nguồn tài nguyên khổng lồ chưa được khai thác hiệu quả.

Hiện nay, khoảng 80% rơm rạ tại Việt Nam vẫn bị đốt bỏ ngoài đồng, gây lãng phí tài nguyên và làm tăng phát thải khí nhà kính. Nếu có thể tận dụng nguồn rơm rạ này để sản xuất năng lượng sinh học, tiềm năng tạo ra nguồn năng lượng tái tạo từ rơm rạ là rất lớn. Đốt rơm rạ sau mỗi mùa thu hoạch là hiện tượng phổ biến ở Việt Nam, đặc biệt là các vùng nông thôn miền Bắc và miền Tây Nam Bộ. Nó đã và đang gây ra những tác động xấu đến môi trường. Theo thống kê của Bộ Tài nguyên và Môi trường, mỗi năm có hàng chục triệu tấn rơm rạ bị đốt bỏ tại các cánh đồng Việt Nam, thải ra khoảng 13 triệu tấn CO2 vào bầu khí quyển.

Không chỉ dừng lại ở CO2, đốt rơm rạ còn tạo ra khí methane (CH4) và nitrous oxide (N2O), hai loại khí nhà kính mạnh hơn CO2 gấp nhiều lần. Theo ước tính của Tổ chức Nông lương Liên Hiệp Quốc (FAO), mỗi tấn rơm rạ đốt ngoài trời sẽ thải ra khoảng 60-80 kg CH4 và 300-500 kg N2O, làm tăng nhanh quá trình biến đổi khí hậu. Ngoài khí thải, việc đốt rơm rạ còn gây ảnh hưởng đến chất lượng đất và nguồn nước. Lửa có thể phá hủy các sinh vật sống trong đất, làm giảm độ phì nhiêu và khả năng giữ nước của đất. Việc này không chỉ ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất cây trồng trong các vụ mùa tiếp theo mà còn dẫn đến xói mòn đất, mất đi lớp đất màu mỡ bề mặt.

Trong bối cảnh toàn cầu đang đối mặt với biến đổi khí hậu, việc cắt giảm phát thải khí nhà kính là nhiệm vụ cấp bách và cần thiết để bảo vệ hành tinh. Nhiệt độ trái đất đã tăng khoảng 1.2⁰C so với mức trước công nghiệp và có thể tiếp tục tăng nếu không có các hành động kịp thời. Các hiện tượng thời tiết cực đoan như bão, lũ lụt, và hạn hán ngày càng trở nên phổ biến, gây ra thiệt hại lớn về tài sản và ảnh hưởng nặng nề đến sinh kế của hàng triệu người. Tình trạng ô nhiễm môi trường cũng đang trở thành thách thức lớn, với mức ô nhiễm không khí ở nhiều khu vực vượt mức an toàn cho sức khỏe con người.

Các quốc gia nông nghiệp như Việt Nam, nơi nền kinh tế chủ yếu dựa vào canh tác nông nghiệp, đang đối mặt với những thách thức nghiêm trọng liên quan đến phát thải khí nhà kính. Theo báo cáo của Tổ chức Nông Lương Liên Hợp Quốc (FAO), việc đốt rơm rạ, một phương pháp xử lý phế phẩm nông nghiệp phổ biến ở nhiều khu vực, đã góp phần tạo ra khoảng 2% tổng lượng khí metan toàn cầu, một loại khí nhà kính có tác động làm ấm trái đất gấp 25 lần so với CO₂. Việt Nam, với diện tích trồng lúa lớn và lượng rơm rạ khổng lồ, cần có những giải pháp cụ thể và hiệu quả để giảm thiểu lượng khí phát thải từ các hoạt động nông nghiệp.

Tại Hội nghị COP26 diễn ra vào tháng 11/2021, Việt Nam đã cam kết thực hiện những bước đi quan trọng nhằm giảm phát thải khí nhà kính và đạt được các mục tiêu khí hậu toàn cầu. Cụ thể, Việt Nam cam kết:

- Giảm 30% lượng phát thải khí nhà kính vào năm 2030 so với kịch bản phát thải dự kiến.

- Tăng cường sử dụng năng lượng tái tạo, với mục tiêu đạt tỷ lệ 30% năng lượng tái tạo trong tổng năng lượng tiêu thụ của đất nước.

- Cải cách các phương pháp nông nghiệp để giảm phát thải từ chăn nuôi và trồng trọt, trong đó có việc xử lý rơm rạ một cách bền vững.

Việc không có giải pháp bền vững để xử lý rơm rạ sẽ tiếp tục tạo ra những vấn đề nghiêm trọng về môi trường, năng suất nông nghiệp và sức khỏe cộng đồng. Để thực hiện cam kết tại COP26 và đạt được các mục tiêu khí hậu, triển khai các giải pháp giúp giải quyết vấn đề xử lý rơm rạ sau thu hoạch là điều vô cùng cần thiết. Từ xu hướng bảo vệ môi trường và phát triển bền vững hiện nay, Biochar là một trong những giải pháp hợp lý.

Biochar là một dạng vật liệu giống như than được tạo ra từ việc nhiệt phân các nguyên liệu hữu cơ dưới điều kiện nhiệt độ cao và thiếu oxy. Quá trình này giúp biến các chất hữu cơ thành một dạng carbon ổn định, với cấu trúc xốp đặc trưng và khả năng lưu giữ carbon trong đất lâu dài.

Đặc điểm chính của Biochar

- Cấu trúc xốp: Biochar có cấu trúc xốp và diện tích bề mặt lớn, giúp cải thiện khả năng giữ nước và trao đổi chất dinh dưỡng trong đất.

- Lưu giữ carbon: Biochar giúp lưu giữ carbon trong đất trong thời gian dài, làm giảm lượng khí CO₂ phát thải vào khí quyển.

Cải thiện đất: Nó cải thiện cấu trúc đất, tăng khả năng giữ nước, cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng và hỗ trợ sự phát triển của vi sinh vật đất có lợi.

Lựa chọn Biochar từ rơm rạ 

Rơm rạ là một phụ phẩm nông nghiệp có sẵn và dễ tiếp cận, đặc biệt sau mỗi vụ thu hoạch lúa tại các quốc gia có nền nông nghiệp phát triển như Việt Nam. Sử dụng rơm rạ để sản xuất biochar mang lại nhiều lợi ích đáng kể, không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn nâng cao chất lượng đất và góp phần vào việc giảm phát thải khí nhà kính.

Dưới đây là những lý do chính:

- Tài nguyên sẵn có: Rơm rạ là sản phẩm phụ phổ biến trong nông nghiệp, đặc biệt tại các vùng trồng lúa. Mỗi năm, Việt Nam sản xuất hơn 43 triệu tấn lúa, từ đó tạo ra một lượng lớn rơm rạ tương đương. Theo ước tính, cứ mỗi tấn lúa thu hoạch sẽ có một tấn rơm rạ được tạo ra, tức là Việt Nam có tới khoảng 43 triệu tấn rơm rạ mỗi năm. Thay vì bị đốt bỏ ngoài đồng như hiện nay, rơm rạ có thể được tận dụng để sản xuất biochar, một nguồn tài nguyên có thể tái chế và giảm thiểu lãng phí. Điều này đặc biệt có ý nghĩa trong bối cảnh tài nguyên nông nghiệp ngày càng cần được sử dụng hiệu quả để đáp ứng nhu cầu sản xuất lương thực bền vững.

- Giảm ô nhiễm môi trường: Việc đốt rơm rạ sau vụ mùa đang gây ra tình trạng ô nhiễm không khí nghiêm trọng. Theo báo cáo của Bộ Tài nguyên và Môi trường, mỗi năm, việc đốt hàng chục triệu tấn rơm rạ đã thải ra khoảng 13 triệu tấn CO₂ vào bầu khí quyển, cùng với khí CH₄ (methane) và N₂O (nitrous oxide), những loại khí nhà kính mạnh hơn CO₂ nhiều lần. Methane có khả năng làm ấm trái đất gấp 25 lần so với CO₂, trong khi N₂O còn mạnh hơn khoảng 300 lần. Sản xuất biochar từ rơm rạ không chỉ giải quyết vấn đề rơm rạ bị đốt bỏ mà còn giảm thiểu phát thải khí nhà kính một cách đáng kể. Theo một nghiên cứu, việc chuyển hóa rơm rạ thành biochar có thể làm giảm lượng CO₂ phát thải từ rơm rạ đến 50%, góp phần vào việc giảm tác động đến biến đổi khí hậu.- Cải thiện chất lượng đất: Biochar từ rơm rạ có cấu trúc xốp với diện tích bề mặt lớn, giúp cải thiện cấu trúc đất, tăng khả năng giữ nước và trao đổi chất dinh dưỡng. Đặc biệt, đất canh tác tại nhiều vùng nông nghiệp thường bị suy kiệt dinh dưỡng do canh tác liên tục, dẫn đến xói mòn và giảm khả năng sản xuất. Biochar có thể cải thiện khả năng giữ nước của đất tới 20%, giúp cây trồng phát triển tốt hơn trong các điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Không chỉ vậy, biochar còn là nơi trú ẩn cho các vi sinh vật có lợi, giúp kích thích sự phát triển của hệ sinh thái đất, từ đó làm cho đất trở nên màu mỡ hơn, cải thiện năng suất cây trồng mà không cần sử dụng quá nhiều phân bón hóa học.
- Lưu trữ carbon: Một trong những lợi ích quan trọng nhất của biochar là khả năng lưu giữ carbon trong đất thay vì phát thải ra khí quyển dưới dạng CO₂. Theo ước tính, biochar có thể lưu giữ tới 50% lượng carbon ban đầu trong rơm rạ, và carbon này có thể được lưu trữ trong đất hàng trăm năm. Điều này không chỉ giúp giảm lượng khí nhà kính phát thải mà còn làm chậm lại quá trình biến đổi khí hậu. Sử dụng biochar trong nông nghiệp có tiềm năng lưu giữ hàng triệu tấn CO₂ mỗi năm, đặc biệt là tại các quốc gia trồng lúa lớn như Việt Nam.

- Tăng cường sinh kế nông nghiệp bền vững: Sử dụng biochar từ rơm rạ không chỉ giúp cải thiện năng suất cây trồng mà còn hỗ trợ phát triển một hệ thống nông nghiệp bền vững hơn. Biochar làm giảm sự phụ thuộc vào phân bón hóa học, một nguồn tài nguyên không tái tạo và có thể gây hại cho môi trường nếu sử dụng quá mức. Với khả năng cải thiện chất lượng đất và tăng cường sức khỏe của hệ sinh thái đất, biochar giúp nông dân giảm chi phí sản xuất trong khi vẫn nâng cao hiệu quả canh tác. Điều này góp phần vào việc đảm bảo sinh kế lâu dài cho người nông dân, đồng thời giúp giảm thiểu các tác động tiêu cực của nông nghiệp đến môi trường.

Cách làm biochar từ rơm rạ

Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu

Rơm rạ khô: Thu gom rơm rạ sau vụ thu hoạch lúa. Đảm bảo rơm rạ đã khô hoàn toàn, vì rơm ẩm sẽ khó cháy và không hiệu quả trong quá trình tạo biochar.

Thiết bị đốt: Có thể sử dụng thùng phuy kim loại hoặc lò đất tự chế. Nếu sử dụng lò đất, hãy chắc chắn lò có thể giữ nhiệt tốt và dễ kiểm soát.

Dụng cụ hỗ trợ: Cần có xẻng, gậy hoặc thanh kim loại để khuấy và kiểm soát quá trình đốt.

Bước 2: Xây dựng lò đốt đơn giản

Thùng phuy: Cắt bỏ một nửa nắp của thùng phuy để tạo miệng lò; Đục lỗ nhỏ xung quanh phần thân dưới của thùng phuy để tạo lối thoát khí.

Lò đất: Xếp gạch hoặc xây lò từ đất sét, với chiều cao khoảng 50-60 cm và đường kính đủ rộng để chứa rơm rạ.

Bước 3: Quá trình đốt

Xếp rơm rạ: Chất rơm rạ vào lò, xếp chặt để không có khoảng trống lớn. Đảm bảo rơm đã khô để dễ cháy.

Đốt lửa: Đốt từ từ từ trên xuống dưới. Sử dụng lửa đều để đốt rơm, không để lửa cháy quá mạnh vì có thể làm mất chất lượng biochar.

Khuấy nhẹ: Dùng gậy hoặc thanh kim loại khuấy nhẹ để đảm bảo lửa cháy đều. Quan sát để lửa không cháy quá to và biến thành tro.

Giảm lửa: Khi rơm đã chuyển sang màu đen và có khói nhẹ, dừng thêm oxy bằng cách đậy kín lò hoặc phủ đất để dập lửa từ từ.

Bước 4: Thu hoạch Biochar

Để nguội: Sau khi lửa tắt hoàn toàn, để lò nguội trong khoảng 12-24 giờ trước khi lấy biochar ra.

Thu hoạch: Gỡ bỏ biochar, đảm bảo sản phẩm đã nguội và không còn khói.

Bước 5: Sử dụng Biochar

Trộn vào đất: Trộn biochar vào đất với tỷ lệ 5-10% để cải thiện chất lượng đất. Biochar giúp đất giữ nước tốt hơn và cung cấp dinh dưỡng lâu dài cho cây trồng.

Ủ với phân chuồng: Có thể ủ biochar cùng phân chuồng để tăng độ phì nhiêu của phân bón và cải thiện chất lượng đất.

Việc sản xuất biochar từ rơm rạ không chỉ là một giải pháp hữu ích để tận dụng tài nguyên phụ phẩm nông nghiệp mà còn mang lại nhiều lợi ích bền vững cho môi trường và nền nông nghiệp. Bằng cách chuyển hóa rơm rạ thành biochar, nông dân có thể giảm thiểu ô nhiễm môi trường, cải thiện chất lượng đất, tăng cường năng suất cây trồng, và đóng góp vào nỗ lực toàn cầu chống biến đổi khí hậu.