生物炭永續農業

草根意識工作室 劉晉宏

課程大綱

• 什麼是「生物炭」？
• 生物炭的特性與應用範圍
• 如何產製生物炭
• 如何使用生物炭
• 社區產業營造策略

什麼是「生物炭」？

什麼是「生物炭」？

• 各種農林廢棄物，經過高溫低氧「炭化」處理之後的產物

竹炭

炭化稻殼

油茶籽殼炭

菱角殼炭

什麼是「生物炭」？

• 炭品質：
• 炭化溫度500度以上，成份較精純，結構較完整，可以在土壤中留存更久，有固碳效益的炭。
• 原料：
• 以農業廢棄物或其它木質廢棄物為主，不應該為了做炭而砍樹。
• 不得含有過量的重金屬或化學污染物質，否則會在炭化過程中濃縮，或造成二次污染（如戴奧辛）。
• 土質改良應用：
• 應該搭配微生物菌共同使用，增加土壤生物多樣性。

生物炭的特性與應用範圍

• 生物炭是一種「多孔隙」的材料，對化學分子具有一定的「吸附能力」，也具有陽離子交換能力。
• 1公克的生物炭，其「表面積」高達100~350平方公尺。

生物炭的特性與應用範圍

• 不同溫度燒製出來的生物炭，吸附能力有所差異，促進作物生長的效果也有所不同。

生物炭的特性與應用範圍

• 生物炭的「吸附能力」，常被應用於除臭、淨水、吸濕等相關日常生活產品。

生物炭的特性與應用範圍

• 生物炭的「吸附能力」，若應用於土壤改良，可以吸附土壤中的重金屬。

^{Using biochar for remediation of soils contaminated with heavy metals and organic pollutants(Xiaokai Zhang, et al. 2013)}

可降鎘生物炭複合肥料，30％稻殼炭

生物炭的特性與應用範圍

• 生物炭的「吸附能力」，若應用於禽畜養殖場，添加於墊料床中，可以吸附環境臭味，並加速糞便發酵。

生物炭的特性與應用範圍

• 1公斤的炭可以吸收2~3公升的水，可以增加土壤的保水性，節省50％以上灌溉用水，緩衝「極端氣候」的危害。
• 也可以增加土壤保肥力，減少養份流失，節省肥料用量。

生物炭的特性與應用範圍

• 生物炭可以提供微生物棲地與養份，促進土壤微生物作用。

1. Biochar applied around a trees root zone or drip line.

2. Plant roots (white) linking up with common stringy soil fungus (pink). The plant carbohydrates produced from photosynthesis are shared with the fungus in return for nutrients and moisture.

3. Fungus linking up with Biochar full of moisture, nutrients and micro-organisms

4. Micro-organisms embedded into the porous structure of Biochar share nutrients with fungus in return for plant produced carbohydrates.

生物炭的特性與應用範圍

• 生物炭促進微生物作用的特性，還可以應用於家禽、家畜、水產養殖飼料，及寵物飼料的添加，改善腸道機能，減少動物用藥及硫酸銅或氧化鋅等化學添加。

生物炭的特性與應用範圍

• 生物炭促進微生物作用的特性，還可以應用於有機堆肥，可以吸附臭味、增加透氣、促進微生物作用、加速發酵。

加入4~5%(體積比)生物炭

節省20%堆肥時間

生物炭的特性與應用範圍

• 生物炭促進微生物作用的特性，若應用於厭氧發酵或沼氣發電，可以縮短41%的停滯期(lag phase)時間，增加18%甲烷產量，減少95%有害硫化氫。

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生物炭的特性與應用範圍

• 生物炭可以促進土壤「團粒化」，炭材本身的顆粒狀結構，也可以增加土壤的導水性與透氣性。

生物炭 2%

化學藥劑

PAM 10 ppm

無任何添加

紅壤

生物炭的特性與應用範圍

• 偏鹼性的生物炭，可以改善酸化的土壤。

生物炭的特性與應用範圍

• 生物炭還有一個延伸效益，那就是「固碳」，又或是所謂的「碳匯」，幫高排碳的工業「消業障」

工業燃煤，排放二氧化碳

生物炭技術，藏炭於田

生物炭的特性與應用範圍

• 日本Cool VEGE認證
• 地方政府輔導農民用生物炭種菜，由民間單位認證，核發認證標章。再由企業贊助農民，每包蔬菜日幣20元。

生物炭的特性與應用範圍

• 燒炭過程中產生的熱能，也是一種可再生的「綠色能源」

如何產製生物炭－原理

• 「炭化」的原理：富含木質素(Lignin)的生物質，經過高溫低氧的熱裂解 (Pyrolysis) 或 氣化 (Gasification) 反應處理後所製成的炭 (Charcoal)，都可以稱為「生物炭」。
• 炭化過程中，會產生可燃性氣體(Syngas)及焦油(Tar)

熱裂解（無氧）

氣化（有氧）

如何產製生物炭－原料

• 不同種類和型態的材料，適用不同的炭化方式。
• 一種材料有多種炭化方式，但一種爐具無法處理多種材料。

如何產製生物炭－設備

• 傳統炭窯

如何產製生物炭－設備

• 大型固定式集中處理設備

如何產製生物炭－設備

• 可移動式集中處理設備

如何產製生物炭－設備

• 小型分散式處理設備

如何產製生物炭－設備

• 就地解決，土坑燒炭法

如何產製生物炭－原料處理

• 一定要先曬乾或陰乾!!!

如何產製生物炭－簡易製炭法，品質檢驗結果

山林田野引火燃燒許可申辦方法

• 山林田野引火燃燒，以開墾、整地、驅除病蟲害等事由為限。
• 引火應於施放五日前向當地消防機關申請許可。
• 申請時應檢附資料如下：
• 申請書、引火四周略圖、土地所有權狀或租貸契約書或其他相關資料、警戒人員名冊
• 注意事項：
• 申請許可後，於引火前在引火地點四周設置3公尺寬之防火間隔，及配置適當之滅火設備，並將引火日期、時間、地點通知鄰接地之所有人或管理人。
• 於森林區域或森林保護區內引火者，應通知森林主管機關。
• 引火時間應為AM6：00－PM6：00之間引火，引火時並應派人警戒監視，滅火後始得離開。
• 違反本項申請規定而擅自引火燃燒者，處新台幣1000元以上6000元以下罰鍰。
• 申請燃燒不得違反環境保護法相關規定。

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如何使用生物炭

• 先不要急著把燒好的炭，放到土壤裡面！！！

生物炭直接加入土壤

有經過「活化」處理的生物炭

生物炭添加量

如何使用生物炭

• 如果要發揮最大的經濟效益，可以先把燒好的炭，依照顆粒大小過篩分級(務必要戴口罩，避免吸入粉塵)
• 3公分以上的，可以拿來烤肉。1～3公分的，用二層不織布包起來，做成除臭包。1公分以下的，混入堆肥、做飼料添加，或墊料添加。

如何使用生物炭

• 土壤改良：每平方公尺1～2公斤炭，與表土充分混合，並同時施用適量的肥料，不要單獨只用炭！
• 堆肥或墊料添加：體積比不超過5％
• 飼料添加：重量比0.5％

如何使用生物炭

• 加炭種植效果

生物炭產業操作策略

• 自己燒炭好麻煩，購買工廠量產的炭材就好？
• 市售的生物炭，每公斤約10~20元
• 但是，「炭」不是看起來黑黑的都一樣

農業用1kg=$23

水族用1kg=$100

生物炭產業操作策略

• 「炭」不是看起來黑黑的都一樣

平價除臭包1kg=$200

奢華除臭包1kg=$3,300

生物炭產業操作策略

• 「炭」不是看起來黑黑的都一樣
• 不同溫度下燒製的炭，其結構和物理化學特性有很大的差異！

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不同溫度製作的炭化稻殼

350度

500度

650度

生物炭產業操作策略

• 可能會有重金屬殘留的問題

社區產業營造策略

推動的挑戰

• 農村人口外移與老化，人力缺乏
• 製炭原料來源分散，收集與運輸成本過高（稻殼＆都市林木修剪枝除外）
• 製炭技術與設備需要精進（降低污染＆熱能回收再利用）
• 品質檢驗的國家標準，尚未立法通過
• 環保法規限制（廢棄物清理法＆空氣污染防制法）
• 農業法規限制（肥料管理法＆飼料管理法）
• 政府部門本位主義，橫向連結困難

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