Việc sản xuất than sinh học (chất rắn giàu carbon (C) được hình thành do quá trình nhiệt phân sinh khối) và lưu trữ nó trong đất đã được đề xuất như một phương tiện để giảm thiểu biến đổi khí hậu bằng cách cô lập carbon, đồng thời cung cấp năng lượng và tăng năng suất cây trồng. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều điều chưa chắc chắn về tác động, khả năng và tính bền vững của than sinh học ở cấp độ toàn cầu. Trong bài báo này, chúng tôi ước tính tiềm năng kỹ thuật bền vững tối đa của than sinh học để giảm thiểu biến đổi khí hậu. Lượng phát thải ròng hàng năm của carbon dioxide (CO₂ ) , metan và oxit nitơ có thể giảm tối đa 1,8 Pg CO₂ – C tương đương (CO₂ – Ce ) mỗi năm (12% lượng phát thải CO₂ -Ce do con người gây ra hiện nay ; 1 Pg = 1 Gt), và tổng lượng phát thải ròng trong suốt một thế kỷ giảm 130 Pg CO₂ – Ce , mà không gây nguy hiểm cho an ninh lương thực, môi trường sống hoặc bảo tồn đất. Than sinh học có tiềm năng giảm thiểu biến đổi khí hậu lớn hơn so với việc đốt cùng một loại sinh khối được khai thác bền vững để sản xuất năng lượng sinh học , ngoại trừ trường hợp đất màu mỡ được cải tạo trong khi than đá là nhiên liệu được bù đắp.
Giới thiệu
Từ năm 2000, lượng khí thải carbon dioxide (CO2) do con người tạo ra đã tăng hơn 3% mỗi năm¹ , đẩy các hệ sinh thái của Trái đất vào quỹ đạo biến đổi khí hậu nhanh chóng, vừa nguy hiểm vừa không thể đảo ngược² . Để thay đổi quỹ đạo này, cần có một chương trình các biện pháp giảm thiểu kịp thời và đầy tham vọng. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng, để ổn định nhiệt độ bề mặt trung bình toàn cầu, tổng lượng khí thải nhà kính (GHG) do con người tạo ra phải được giữ dưới một giới hạn trên tối đa, do đó cho thấy rằng tổng lượng khí thải ròng do con người tạo ra trong tương lai phải tiến gần đến mức không² , 3 , 4 , 5 , 6 . Nếu nhân loại vượt quá ngưỡng phát thải tích lũy an toàn tối đa này (một giới hạn có thể đã bị vượt quá⁷ ), thì không có biện pháp giảm phát thải nào có thể đưa khí hậu trở lại giới hạn an toàn. Khi đó, các chiến lược giảm thiểu nhằm loại bỏ lượng CO2 dư thừa khỏi khí quyển sẽ trở nên quan trọng hơn so với việc giảm phát thải tương đương.
Việc sản xuất than sinh học, kết hợp với việc lưu trữ nó trong đất, đã được đề xuất như một phương tiện khả thi để giảm nồng độ CO2 trong khí quyển. Tiềm năng giảm thiểu biến đổi khí hậu của than sinh học chủ yếu xuất phát từ bản chất khó phân hủy cao của nó , làm chậm tốc độ carbon (C) được cố định bằng quang hợp được trả lại khí quyển. Ngoài ra, than sinh học mang lại một số lợi ích cộng hưởng tiềm năng. Nó là một nguồn năng lượng sinh học tái tạo; nó có thể cải thiện năng suất nông nghiệp, đặc biệt là ở những vùng đất kém màu mỡ và bị thoái hóa, nơi nó có thể đặc biệt hữu ích cho những nông dân nghèo nhất thế giới; nó làm giảm sự thất thoát chất dinh dưỡng và hóa chất nông nghiệp trong dòng chảy; nó có thể cải thiện khả năng giữ nước của đất; và nó có thể được sản xuất từ chất thải sinh khối . Trong số các chiến lược khả thi để loại bỏ CO2 khỏi khí quyển, than sinh học là một ví dụ nổi bật, nếu không muốn nói là độc nhất vô nhị, về khía cạnh này.
Than sinh học có thể được sản xuất ở nhiều quy mô khác nhau, từ các cơ sở công nghiệp lớn đến các trang trại riêng lẻ , và thậm chí cả ở cấp độ hộ gia đình , khiến nó phù hợp với nhiều tình huống kinh tế xã hội khác nhau. Nhiều công nghệ nhiệt phân khác nhau hiện có sẵn trên thị trường, tạo ra các tỷ lệ than sinh học và các sản phẩm năng lượng sinh học khác nhau, chẳng hạn như dầu sinh học và khí tổng hợp. Các sản phẩm năng lượng sinh học dạng khí thường được sử dụng để tạo ra điện; dầu sinh học có thể được sử dụng trực tiếp cho các ứng dụng sưởi ấm cấp thấp và, tiềm năng, như một chất thay thế diesel sau khi xử lý thích hợp. Các quá trình nhiệt phân được phân loại thành hai loại chính, nhanh và chậm, đề cập đến tốc độ biến đổi sinh khối. Nhiệt phân nhanh, với thời gian lưu trú của sinh khối tối đa vài giây, tạo ra nhiều dầu sinh học hơn và ít than sinh học hơn so với nhiệt phân chậm, trong đó thời gian lưu trú của sinh khối có thể dao động từ vài giờ đến vài ngày.
