Từ khóa: Kinh tế tuần hoàn; than sinh học; sinh khối nông nghiệp; nhiệt phân yếm khí; chu trình dinh dưỡng đất; nông nghiệp phát thải thấp.

Phân loại JEL Classifications: Q01; Q15; Q16; Q42; Q53; Q54

1. Cơ sở lý luận về kinh tế tuần hoàn và công nghệ nhiệt phân

Kinh tế tuần hoàn trong nông nghiệp là một hệ thống kinh tế mang tính phục hồi và tái tạo thông qua thiết kế dòng vật chất và năng lượng, hướng tới kéo dài vòng đời tài nguyên, giảm phát thải và hạn chế khai thác đầu vào sơ cấp, thay thế mô hình tuyến tính truyền thống dựa trên khai thác, sản xuất, tiêu dùng và thải bỏ bằng cấu trúc vòng khép kín, với sinh khối, phụ phẩm và năng lượng dư được đưa trở lại chu trình sản xuất. Trong lĩnh vực nông nghiệp, khái niệm kinh tế tuần hoàn gắn liền với quản lý sinh khối và dinh dưỡng đất, trong đó các phụ phẩm như rơm rạ, vỏ trấu, lõi ngô, vỏ dừa là nguồn tài nguyên đầu vào cho các quá trình chuyển hóa nhiệt hóa học nhằm tạo ra sản phẩm giá trị gia tăng cao như than sinh học, khí tổng hợp và dầu sinh học. Theo hướng tiếp cận sử dụng theo tầng của sinh khối, chu trình sinh học tập trung vào hoàn lưu dinh dưỡng, với sinh khối sau khi nhiệt phân thành than sinh học biochar được hoàn trả cho đất canh tác, đóng vai trò là kho lưu giữ dinh dưỡng dài hạn, hạn chế rửa trôi đạm, lân và kali, góp phần ổn định độ phì đất và giảm phụ thuộc vào phân bón hóa học cho các mùa vụ tiếp theo, phù hợp với các phân tích về tác động tích cực của biochar lên tính chất đất và hệ vi sinh vật đất trong nhiều điều kiện thổ nhưỡng khác nhau (Zhang và cộng sự, 2019; Hansen và cộng sự, 2017).

Song song với chu trình sinh học, chu trình kỹ thuật trong kinh tế tuần hoàn nông nghiệp tập trung vào thu hồi và tái sử dụng năng lượng sinh ra từ quá trình nhiệt phân sinh khối. Khí tổng hợp và dầu sinh học phát sinh trong lò nhiệt phân được sử dụng cho sấy nông sản, cung cấp nhiệt cho các công đoạn chế biến hoặc phát điện quy mô nhỏ, qua đó thay thế nhiên liệu hóa thạch và giảm phát thải khí nhà kính. Các nghiên cứu về than sinh học biochar từ vỏ dừa và phụ phẩm gỗ chỉ ra rằng mô hình tích hợp thu hồi năng lượng giúp cải thiện hiệu quả kinh tế tổng thể của hệ thống sản xuất, đồng thời tạo dư địa cho các ứng dụng nông nghiệp bền vững ở quy mô trang trại và hợp tác xã (Ajien và cộng sự, 2022).

Nền tảng khoa học của sản xuất than sinh học biochar nằm ở cơ chế chuyển hóa nhiệt hóa học của sinh khối trong điều kiện yếm khí hoặc oxy hạn chế. Sinh khối phức hợp lignin-cellulose (lignocellulose) bao gồm Hemixenluloza, xenluloza và hợp chất polymer thơm vô định hình lignin trải qua các giai đoạn phân hủy khác nhau theo dải nhiệt độ đặc trưng. Hemixenluloza, thành phần kém bền nhiệt, bắt đầu phân hủy trong khoảng 200°C đến 260°C, tạo ra các hợp chất dễ bay hơi và lượng than hạn chế. Xenluloza phân hủy mạnh hơn trong khoảng 240°C đến 350°C, đóng vai trò quyết định hình thành cấu trúc lỗ rỗng và diện tích bề mặt riêng của than sinh học biochar, yếu tố ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng giữ nước và hấp phụ dinh dưỡng. Lignin thể hiện độ bền nhiệt cao, phân hủy trong khoảng 280°C đến trên 500°C, tạo khung các-bon thơm ổn định, quyết định tỷ lệ thu hồi than và tiềm năng lưu giữ các-bon dài hạn trong đất. Do đặc tính này, các nguyên liệu giàu lignin như vỏ dừa hay vỏ hạt cứng thường cho hiệu suất thu hồi than sinh học biochar cao hơn so với rơm rạ hay thân cây ngô (Ajien và cộng sự, 2022).

Sự khác biệt giữa nhiệt phân và khí hóa thể hiện qua mục tiêu sản phẩm và điều kiện vận hành. Nhiệt phân chậm vận hành trong khoảng 350°C đến 600°C, thời gian lưu dài, oxy gần bằng 0, hướng tới tối đa hóa sản lượng than sinh học biochar với tỷ lệ thu hồi khoảng 30-35%. Ngược lại, khí hóa diễn ra ở nhiệt độ trên 700°C với lượng oxy hạn chế, mục tiêu chính là tạo khí tổng hợp phục vụ năng lượng, than sinh học biochar trở thành sản phẩm phụ với tỷ lệ 5-10%, thường có hàm lượng tro cao và cấu trúc kém ổn định hơn. Các nghiên cứu thực nghiệm trên đất trồng lúa mì tại châu Âu cho thấy than sinh học biochar từ khí hóa gỗ vẫn có khả năng gia tăng lưu giữ các-bon đất mà không làm biến động đáng kể dòng phát thải khí nhà kính hay năng suất cây trồng, khẳng định vai trò tiềm năng của nhiều loại than sinh học biochar khác nhau trong quản lý đất nông nghiệp bền vững (Trozzo và cộng sự, 2025; Baldoni và cộng sự, 2023).

Than sinh học biochar giữ vai trò kép trong chiến lược thích ứng và giảm nhẹ. Với diện tích bề mặt riêng có thể đạt 300-400 m²/g, cấu trúc xốp của than sinh học biochar giúp tăng khả năng giữ nước, cải thiện độ thông khí và giảm dao động ẩm độ đất, yếu tố đặc biệt quan trọng đối với vùng đất cát ven biển miền Trung hay đất bazan trồng cà phê tại Tây Nguyên trong điều kiện khô hạn kéo dài. Than sinh học biochar góp phần điều chỉnh pH đất, cố định kim loại nặng và hạn chế tác động xâm nhập mặn, nâng cao khả năng chống chịu của hệ thống canh tác trước các cú sốc khí hậu. Ở khía cạnh giảm nhẹ, than sinh học biochar chuyển các-bon sinh học từ chu trình ngắn sang dạng các-bon bền vững, có khả năng lưu giữ trong đất hàng trăm năm, tạo nền tảng khoa học cho việc công nhận than sinh học biochar là công nghệ phát thải âm trong các cơ chế thị trường các-bon và chính sách khí hậu quốc gia, phù hợp với các bằng chứng thực nghiệm về tích lũy các-bon đất và ổn định năng suất cây trồng khi ứng dụng than sinh học biochar trong nhiều hệ canh tác khác nhau (Hansen và cộng sự, 2017; Trozzo và cộng sự, 2025).

Áp dụng kinh tế tuần hoàn trong sản xuất biochar đòi hỏi lựa chọn công nghệ phù hợp nhằm tối ưu hóa thu hồi năng lượng, kiểm soát phát thải và bảo đảm chất lượng sản phẩm các-bon rắn. Công nghệ khí hóa đại diện cho nhóm thiết bị vận hành ở nhiệt độ rất cao, thường vượt 700°C, với lượng oxy cấp vào ở mức hạn chế thông qua hệ số đương lượng khoảng 0.2-0.3. Trong điều kiện đó, sinh khối chuyển hóa chủ yếu thành khí tổng hợp bao gồm CO, H₂ và CH₄ phục vụ phát điện hoặc cấp nhiệt liên tục cho dây chuyền sản xuất. Biochar hình thành như sản phẩm phụ với tỷ lệ thu hồi thấp, dao động 5-10% phụ thuộc loại nguyên liệu. Do tiếp xúc với hơi nước và CO₂ ở nhiệt độ cao, bề mặt biochar được hoạt hóa một phần, tạo diện tích bề mặt lớn và hàm lượng tro cao, phù hợp cho mục đích hấp phụ trong xử lý nước thải hoặc cải thiện chất lượng môi trường đất ở liều lượng thấp, nhận định phù hợp với các kết quả thực nghiệm về biochar từ khí hóa gỗ và tác động đến các-bon đất (Trozzo và cộng sự, 2025; Baldoni và cộng sự, 2023).

2. Công nghệ sản xuất than sinh học biochar

Công nghệ nhiệt phân lò quay hai lớp có mức độ hoàn thiện cao về mặt kỹ thuật cho quy mô công nghiệp. Cấu hình hai lồng quay đồng trục cho phép tách biệt hoàn toàn vùng nhiệt phân yếm khí với buồng đốt cung cấp nhiệt. Sinh khối được sấy khô và nhiệt phân trong lồng trong, khí sinh ra được dẫn sang lồng ngoài để đốt cháy và hồi nhiệt trở lại hệ thống, tạo trạng thái tự sinh nhiệt ổn định. Cơ chế đảo trộn liên tục giúp nhiệt phân đồng đều, giảm sai khác chất lượng giữa các mẻ sản phẩm. Tỷ lệ thu hồi than sinh học biochar đạt 30-40% đối với nguyên liệu khô, hàm lượng các-bon cố định cao, phù hợp cho mục tiêu lưu giữ các-bon dài hạn trong đất nông nghiệp. Khả năng kiểm soát quy trình chặt chẽ hỗ trợ hoạt động đo đạc, báo cáo và thẩm tra phục vụ thị trường tín chỉ các-bon, phù hợp định hướng phát triển các mô hình thương mại than sinh học biochar quy mô lớn, phù hợp với kết quả nghiên cứu của Ajien và cộng sự (2022).

Bảng 1. Công nghệ sản xuất than sinh học biochar

Nguồn: Tổng hợp

So với cấu hình hai lớp, nhiệt phân lò quay một lớp có thiết kế đơn giản hơn, chỉ sử dụng một lồng quay duy nhất với nguồn nhiệt cấp trực tiếp thông qua đầu đốt gas, dầu hoặc đốt một phần nguyên liệu. Do không có lớp cách ly hoàn chỉnh, việc kiểm soát oxy gặp nhiều thách thức, dẫn tới hiện tượng cháy cục bộ làm giảm tỷ lệ thu hồi than sinh học biochar xuống mức 20-25%. Than sinh học biochar thu được dễ lẫn tạp chất từ khí thải đốt và tro, làm suy giảm độ ổn định các-bon, công nghệ chỉ phù hợp trong điều kiện hạn chế nghiêm ngặt về vốn đầu tư ban đầu, khi mục tiêu kinh tế ngắn hạn được ưu tiên hơn hiệu quả tuần hoàn dài hạn.

Nhiệt phân lò tĩnh hai lớp, thường được biết đến dưới tên gọi lò retort, vận hành theo nguyên lý đặt sinh khối trong buồng kín, truyền nhiệt gián tiếp qua vách từ buồng đốt bên ngoài. Khí sinh ra được dẫn quay lại buồng đốt duy trì nhiệt độ ổn định cho chu trình. Than sinh học biochar thu được có độ sạch cao, hàm lượng các-bon cố định lớn, tỷ lệ thu hồi đạt 30-40%, tương đương lò quay hai lớp. Chi phí đầu tư thấp hơn đáng kể do cấu tạo đơn giản, phù hợp cho hợp tác xã và cộng đồng sản xuất nông nghiệp quy mô vừa và nhỏ. Hạn chế chính nằm ở chế độ vận hành theo mẻ, yêu cầu nhiều lao động cho khâu nạp và dỡ liệu. Cân bằng giữa chi phí, chất lượng sản phẩm và kiểm soát phát thải giúp công nghệ được xem là lựa chọn khả thi cho các mô hình kinh tế tuần hoàn địa phương, phù hợp với kết quả nghiên cứu ứng dụng than sinh học biochar tại trang trại và cộng đồng nông nghiệp (Hansen và cộng sự, 2017).

Nhiệt phân lò tĩnh một lớp bao gồm các dạng lò truyền thống như lò hầm, lò đống, hố đất hoặc thùng phuy đơn giản, vận hành bằng cách đốt trực tiếp sinh khối. Quá trình cháy không hoàn toàn tạo phát thải lớn gồm khói, bụi và CH₄ chưa oxy hóa hết, gây tác động tiêu cực tới môi trường không khí. Tỷ lệ thu hồi than sinh học biochar chỉ đạt 10-20% do phần lớn nguyên liệu bị đốt cháy để tạo nhiệt. Than sinh học biochar thu được không đồng đều, lẫn tro và mảnh sinh khối chưa nhiệt phân hoàn chỉnh, khó đáp ứng yêu cầu cải tạo đất bền vững. Công nghệ không phù hợp với mục tiêu giảm phát thải và sử dụng hiệu quả tài nguyên, đi ngược định hướng phát triển kinh tế tuần hoàn trong nông nghiệp hiện đại.

Tổng hợp so sánh cho thấy công nghệ khí hóa phù hợp các cơ sở cần năng lượng điện và nhiệt liên tục, lò quay hai lớp và lò tĩnh hai lớp thể hiện mức ưu tiên cao nhờ hiệu suất thu hồi than sinh học biochar, khả năng tự sinh nhiệt và kiểm soát phát thải tốt, trong khi lò quay một lớp mang tính giải pháp tình thế, còn lò tĩnh một lớp cần được hạn chế trong chiến lược phát triển dài hạn, nhận định phù hợp với các bằng chứng khoa học về hiệu quả môi trường và nông học của than sinh học biochar được ghi nhận trong nhiều nghiên cứu quốc tế (Zhang và cộng sự, 2019; Ajien và cộng sự, 2022).

3. Đặc tính nguyên liệu và tỷ lệ thu hồi than sinh học biochar

Dữ liệu thực nghiệm về sản xuất than sinh học biochar cho thấy tỷ lệ thu hồi giữa đầu vào và đầu ra biến động mạnh theo đặc tính vật lý và hóa học của nguyên liệu sinh khối. Gỗ tươi thường cho tỷ lệ khoảng 5/1, tương đương hiệu suất 20%, phản ánh thách thức lớn từ hàm lượng nước nội tại. Độ ẩm của gỗ mới khai thác thường dao động 45-50%, khiến năng lượng nhiệt ban đầu trong lò nhiệt phân phải ưu tiên cho quá trình hóa hơi nước với mức tiêu tốn 2260 kJ/kg. Nhu cầu năng lượng cao cho pha sấy làm giảm phần năng lượng dành cho phản ứng khử oxy và hình thành các-bon cố định, dẫn đến lượng than sinh học biochar thu được thấp. Các nghiên cứu về khí hóa và nhiệt phân gỗ chỉ ra rằng khi giảm độ ẩm nguyên liệu thông qua phơi sấy tự nhiên hoặc tận dụng nhiệt dư công nghiệp, hiệu suất các-bon rắn tăng rõ rệt và tỷ lệ thu hồi có thể cải thiện xuống mức 3/1 hoặc 3.5/1, phù hợp với các kết quả quan sát trong hệ thống chuyển hóa nhiệt hóa học quy mô lớn (Trozzo và cộng sự, 2025; Baldoni và cộng sự, 2023).

Vỏ keo có tỷ lệ thu hồi thấp hơn, khoảng 6/1 tương ứng hiệu suất gần 16.6%, xuất phát từ cấu trúc đặc thù của lớp vỏ cây. So với gỗ lõi, vỏ keo chứa hàm lượng khoáng chất cao hơn, mật độ các-bon thấp hơn và nhiều hợp chất thứ cấp như các hợp chất polyphenolic tự nhiên có vị chát và đắng tanin. Trong điều kiện kiểm soát oxy chưa tối ưu, phần hữu cơ dễ bị oxy hóa thành tro thay vì than hóa hoàn chỉnh. Dù tỷ lệ thu hồi thấp, than sinh học biochar từ vỏ keo lại mang tính kiềm rõ rệt nhờ hàm lượng Ca và K trong tro, tạo giá trị ứng dụng cao cho cải tạo đất chua tại vùng đất phèn đồng bằng sông cửu long (ĐBSCL) hay khu vực đồi núi phía Bắc. Các nghiên cứu về ảnh hưởng của than sinh học biochar lên tính chất đất axit ghi nhận cải thiện pH, hoạt tính vi sinh vật và khả năng giữ dinh dưỡng, củng cố vai trò của than sinh học biochar giàu khoáng trong hệ thống canh tác bền vững (Zhang và cộng sự, 2019; Hansen và cộng sự, 2017).

Trấu cho tỷ lệ thu hồi xấp xỉ 5/1 với hiệu suất 20%, chịu chi phối mạnh bởi thành phần cát thạch anh silica. Khoảng 20% khối lượng trấu tồn tại dưới dạng SiO₂, không bị phân hủy trong quá trình nhiệt phân và đóng vai trò bộ khung vô cơ cho cấu trúc than sinh học biochar. Phần hữu cơ chiếm 80% chuyển hóa thành các-bon rắn, khí và dầu sinh học. Khối lượng riêng thấp và cấu trúc xốp của trấu tạo khó khăn trong khâu nạp liệu, đặc biệt với hệ thống gián đoạn. Trong mô hình liên tục tại các nhà máy xay xát lúa, công nghệ khí hóa trấu giúp giải quyết hạn chế thể tích, đồng thời tạo than sinh học biochar giàu silic phù hợp cho canh tác lúa nước, hỗ trợ cứng thân cây và tăng khả năng chống chịu sâu bệnh. Các phân tích về chu trình dinh dưỡng lúa cho thấy silic đóng vai trò quan trọng tương đương dinh dưỡng đa lượng trong điều kiện canh tác thâm canh (Hansen và cộng sự, 2017).

Vỏ mắc ca và vỏ cà phê được xem như nhóm nguyên liệu cao cấp với tỷ lệ thu hồi khoảng 4/1, tương đương hiệu suất 25%. Đặc tính nổi bật nằm ở mật độ cao và hàm lượng lignin vượt trội. Lignin là thành phần khó phân hủy nhiệt nhất trong sinh khối phức hợp lignocellulose, đóng vai trò nền tảng cho hình thành khung các-bon thơm ổn định. Than sin học biochar từ các loại vỏ hạt cứng thể hiện độ bền cơ học cao, hàm lượng các-bon cố định lớn và khả năng hoạt hóa tốt, phù hợp cho sản xuất than hoạt tính giá trị kinh tế cao. Nghiên cứu than sinh học biochar từ vỏ dừa và phụ phẩm hạt cứng nhấn mạnh tiềm năng mở rộng chuỗi giá trị từ cải tạo đất sang vật liệu hấp phụ và ứng dụng công nghiệp, tạo dư địa cho mô hình kinh tế tuần hoàn tại vùng Tây Nguyên và khu vực trồng cây công nghiệp dài ngày.

Vỏ dừa thể hiện tỷ lệ thu hồi 8/1 tương đương hiệu suất 12.5%, thấp hơn đáng kể so với tiềm năng lý thuyết của sọ dừa thường đạt 3/1. Sai khác xuất phát từ cách phân loại nguyên liệu và công nghệ xử lý. Khi sử dụng vỏ dừa nguyên trái bao gồm cả lớp xơ dừa dày, hàm lượng nước cao và cấu trúc cellulose xốp làm tiêu tốn nhiều năng lượng cho giai đoạn sấy, giảm hiệu quả than hóa. Trường hợp áp dụng lò thủ công hiệu suất thấp, phần lớn sinh khối bị đốt cháy để cấp nhiệt, dẫn đến thất thoát các-bon rắn. Các nghiên cứu tổng quan khuyến nghị tách riêng sọ dừa cho sản xuất than hoạt tính chất lượng cao và xơ dừa cho giá thể nông nghiệp hoặc vật liệu sinh học, nhằm tối ưu hóa sử dụng tài nguyên sinh khối trong mô hình tuần hoàn (Ajien và cộng sự, 2022).

Gốc sắn cho tỷ lệ thu hồi khoảng 4.5/1 với hiệu suất gần 22%, phản ánh đặc tính trung gian giữa gỗ mềm và phụ phẩm nông nghiệp. Phần gốc chứa mô gỗ xốp, thường bị bỏ lại trên đồng ruộng hoặc đốt bỏ sau thu hoạch. Thu gom và nhiệt phân gốc sắn mang ý nghĩa kép về môi trường và nông học. Quá trình nhiệt phân tiêu diệt mầm bệnh tồn dư trong đất, trong khi biochar trả lại hàm lượng kali đáng kể cho hệ đất canh tác, yếu tố dinh dưỡng thiết yếu đối với cây lấy củ. Các nghiên cứu về dinh dưỡng kali trong canh tác sắn nhấn mạnh vai trò duy trì năng suất và độ phì đất dài hạn, cho thấy biochar gốc sắn có thể trở thành giải pháp phù hợp cho vùng nguyên liệu quy mô lớn (Chua và cộng sự, 2020).

4. Hướng dẫn áp dụng kinh tế tuần hoàn trong sản xuất thanh sinh học biochar

Hướng dẫn áp dụng kinh tế tuần hoàn trong sản xuất than sinh học biochar cho ngành nông nghiệp và môi trường bảo đảm khai thác hiệu quả sinh khối nông nghiệp, giảm phát thải và tái tạo hệ sinh thái đất, đặt trọng tâm vào thiết kế chuỗi sản xuất gắn liền với đặc tính nguyên liệu, công nghệ chuyển hóa và định hướng sử dụng sản phẩm đầu ra. Mục tiêu xuyên suốt hướng tới tối ưu hóa dòng vật chất và năng lượng, hạn chế thất thoát tài nguyên và tạo giá trị gia tăng bền vững cho khu vực nông thôn.

Nguyên tắc tập trung vào tối ưu hóa tài nguyên đầu vào thông qua lựa chọn công nghệ phù hợp với từng nhóm sinh khối. Sinh khối lignin cao như vỏ hạt cứng hay sọ dừa cần được định hướng vào các hệ thống nhiệt phân kiểm soát tốt nhằm duy trì cấu trúc các-bon bền vững và nâng cao giá trị sản phẩm. Sinh khối giàu tro hoặc silic như trấu hay vỏ keo cần gắn với giải pháp thu hồi năng lượng song song cải tạo đất. Nguyên tắc khép kín vòng năng lượng yêu cầu mọi cơ sở sản xuất phải thu hồi khí sinh ra từ quá trình nhiệt phân hoặc khí hóa để tự cung cấp nhiệt cho hệ thống, giảm phụ thuộc nhiên liệu hóa thạch. Nguyên tắc tái tạo hệ sinh thái nhấn mạnh nghĩa vụ hoàn trả than sinh học biochar cho đất nông nghiệp hoặc đưa vào chuỗi giá trị nông nghiệp sạch, coi than sinh học biochar như công cụ cải thiện độ phì và ổn định các-bon dài hạn.

Quy trình kỹ thuật chuẩn hóa bắt đầu từ khâu phân loại và sơ chế nguyên liệu. Sinh khối được chia thành nhóm lignin cao và nhóm silic hoặc tro cao nhằm định hướng công nghệ phù hợp. Yêu cầu bắt buộc đặt ra cho mọi nhóm nguyên liệu là giảm độ ẩm xuống dưới 20% trước khi đưa vào lò thông qua phơi sấy tự nhiên hoặc tận dụng nhiệt dư. Biện pháp này trực tiếp cải thiện tỷ lệ thu hồi từ mức 5/1 xuống khoảng 3.5/1, giảm tiêu hao năng lượng và tăng hiệu suất các-bon rắn. Công đoạn sơ chế được xem như nền tảng quyết định hiệu quả toàn bộ chuỗi sản xuất.

Các dạng lò đốt hở hoặc lò thủ công một lớp cần bị hạn chế do phát thải bụi mịn và khí nhà kính, gây tác động tiêu cực tới môi trường không khí và sức khỏe cộng đồng. Các hệ thống nhiệt phân hai lớp dạng lò tĩnh phù hợp quy mô nông hộ và hợp tác xã nhờ chi phí đầu tư vừa phải và khả năng tự sinh nhiệt. Các hệ thống lò quay hai lớp phù hợp doanh nghiệp nhờ khả năng vận hành liên tục, kiểm soát quy trình chặt chẽ và thuận lợi cho quản lý dữ liệu. Mọi công nghệ được khuyến khích đều phải tích hợp thu hồi khí tổng hợp syngas để đốt lại trong buồng nhiệt, tạo vòng năng lượng khép kín.

Giai đoạn ứng dụng sản phẩm đầu ra quyết định mức độ đóng góp của thanh sinh học biochar cho phát triển nông nghiệp bền vững. Nhiệt thừa từ hệ thống được ưu tiên sử dụng cho sấy lúa, cà phê và nông sản sau thu hoạch, giảm tổn thất và nâng cao chất lượng sản phẩm. Biochar không nên bón trực tiếp đơn lẻ mà cần phối trộn với phân chuồng hoai hoặc phân ủ hữu cơ compost ở tỷ lệ 5-10% nhằm tạo ra phân hữu cơ sinh học chức năng. Dạng phân phối trộn giúp cải thiện khả năng giữ dinh dưỡng, tăng hiệu quả sử dụng phân khoáng và hỗ trợ hệ vi sinh vật đất phát triển ổn định.

Cơ chế tài chính và tín chỉ các-bon thông qua hệ thống đo đạc, báo cáo và thẩm định số hóa đòi hỏi cơ sở sản xuất cần ghi nhận khối lượng nguyên liệu đầu vào, điều kiện nhiệt phân và khối lượng than sinh học biochar đầu ra để xác định hàm lượng các-bon bền vững. Dữ liệu được cập nhật lên cơ sở dữ liệu quốc gia phục vụ quản lý giảm phát thải ngành trồng trọt. Hoạt động thẩm định dựa trên các tiêu chuẩn quốc tế cho phép quy đổi lượng các-bon lưu giữ thành tín chỉ các-bon thương mại. Theo phương pháp ước tính phổ biến, một tấn than sinh học biochar tương đương khoảng 2.5 đến 3.0 tấn CO₂ quy đổi tùy hàm lượng các-bon cố định. Cơ chế tạo động lực kinh tế cho nông hộ, hợp tác xã và doanh nghiệp tham gia sản xuất than sinh học biochar theo định hướng tuần hoàn, đồng thời hỗ trợ thực thi chính sách giảm phát thải quốc gia trong dài hạn.

5. Kết luận và kiến nghị

Quá trình chuyển đổi sang kinh tế tuần hoàn trong sản xuất than sinh học biochar thể hiện định hướng phát triển dài hạn cho nông nghiệp Việt Nam trước áp lực biến đổi khí hậu, suy thoái đất canh tác và yêu cầu giảm phát thải khí nhà kính. Than sinh học biochar được tạo ra từ phụ phẩm nông nghiệp thông qua công nghệ nhiệt phân kiểm soát đóng vai trò như một dạng các-bon bền vững, vừa cải thiện chức năng sinh học của đất vừa góp phần dịch chuyển các-bon sinh học khỏi chu trình phát thải ngắn. Cách tiếp cận tuần hoàn đặt than sinh học biochar vào trung tâm mối liên kết giữa quản lý sinh khối, năng lượng và đất đai, qua đó nâng cao giá trị phụ phẩm vốn bị đốt bỏ hoặc thải ra môi trường. Khi áp dụng đồng bộ, mô hình mang lại lợi ích kép gồm tăng khả năng chống chịu của hệ thống canh tác trước hạn hán, xâm nhập mặn và biến động khí hậu, đồng thời tạo nền tảng khoa học cho tham gia thị trường các-bon.

Hiệu quả môi trường và kinh tế của than sinh học biochar phụ thuộc lựa chọn công nghệ. Hệ thống nhiệt phân hai lớp dạng lò quay hoặc lò tĩnh cho phép tách biệt vùng nhiệt phân yếm khí với buồng đốt, kiểm soát chặt chẽ oxy và nhiệt độ, từ đó duy trì hàm lượng các-bon cố định cao và giảm phát thải khói bụi. Khả năng thu hồi khí sinh ra để đốt lại tạo trạng thái tự sinh nhiệt, giảm nhu cầu nhiên liệu hóa thạch và gia tăng hiệu suất toàn chuỗi. Dạng lò hở hoặc lò một lớp truyền thống gây thất thoát tài nguyên, phát thải lớn và tạo sản phẩm chất lượng thấp, không phù hợp định hướng giảm phát thải dài hạn. Chênh lệch công nghệ phản ánh nhu cầu can thiệp chính sách nhằm định hướng đầu tư theo tiêu chí môi trường thay vì chi phí ngắn hạn.

Đặc tính nguyên liệu ảnh hưởng trực tiếp tới tỷ lệ thu hồi và giá trị ứng dụng của than sinh học biochar. Sinh khối giàu lignin như vỏ hạt cứng, sọ dừa cho than sinh học biochar bền vững cao, thích hợp lưu giữ các-bon lâu dài và mở rộng sang vật liệu hấp phụ. Sinh khối giàu silic hay khoáng như trấu tạo biochar cải thiện cấu trúc đất lúa và bổ sung dinh dưỡng vi lượng. Quản lý độ ẩm nguyên liệu trước nhiệt phân giữ vai trò quyết định do ảnh hưởng trực tiếp tới cân bằng năng lượng và hiệu suất các-bon rắn. Khi độ ẩm được hạ xuống dưới 20%, tỷ lệ thu hồi cải thiện rõ rệt, đồng thời giảm phát thải trong vận hành, nhấn mạnh vai trò của khâu sơ chế và quy hoạch vùng nguyên liệu gắn với nguồn nhiệt dư hoặc phơi sấy tự nhiên.

Định hướng chính sách cần tập trung vào chuẩn hóa công nghệ, hỗ trợ tài chính xanh và tích hợp than sinh học biochar vào chiến lược giảm phát thải quốc gia. Cần ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia đối với lò nhiệt phân than sinh học biochar, quy định bắt buộc cấu hình hai lớp nhằm bảo đảm hiệu suất và môi trường. Quy chuẩn đóng vai trò hàng rào kỹ thuật, loại bỏ dần công nghệ gây ô nhiễm và tạo mặt bằng chất lượng cho thị trường than sinh học biochar. Chính sách tín dụng xanh cần ưu tiên vốn vay dài hạn cho doanh nghiệp đầu tư lò quay hai lớp và cho hợp tác xã đầu tư lò tĩnh hai lớp, gắn điều kiện vay với tiêu chí thu hồi năng lượng và kiểm soát phát thải.

Quy hoạch vùng nguyên liệu cần được lồng ghép với các trung tâm chế biến nông sản như lúa gạo, cà phê, điều nhằm tận dụng phụ phẩm tại chỗ và nhiệt dư cho sấy, giảm chi phí vận chuyển và thất thoát năng lượng, góp phần hình thành cụm kinh tế tuần hoàn nông nghiệp tại địa phương, gia tăng thu nhập cho nông dân và hợp tác xã. Cần thúc đẩy phát triển thị trường các-bon thông qua hỗ trợ các dự án thí điểm hoàn thiện quy trình đo đạc, báo cáo và thẩm định cho than sinh học biochar. Tín chỉ các-bon từ than sinh học biochar được thương mại hóa là nguồn thu để quay lại tái đầu tư cho sản xuất nông nghiệp bền vững, tạo động lực kinh tế cho chuyển đổi công nghệ. Triển khai đồng bộ các giải pháp thúc đẩy biến khối lượng lớn phụ phẩm nông nghiệp thành nguồn lực cho cải tạo đất và giảm phát thải, góp phần hiện thực hóa cam kết khí hậu và nâng cao giá trị gia tăng cho nông nghiệp Việt Nam trong dài hạn.

PGS.TS. Nguyễn Đình Thọ

Trường Quản trị và Kinh Doanh, Đại học Quốc gia Hà Nội

TS. Nguyễn Gia Thọ

Viện Chiến lược, Chính sách Nông nghiệp và Môi trường

Tài liệu tham khảo:

Ajien, Azrine, Juferi Idris, Nurzawani Md Sofwan, Rafidah Husen, Hazman Seli. (2022). Coconut shell and husk biochar: A review of production and activation technology, economic, financial aspect and application, Waste Management & Research, 2023 Jan, 41(1):37-51. doi: 10.1177/0734242X221127167.

Baldoni, Nora, Matteo Francioni, Laura Trozzo, Marco Toderi, Flavio Fornasier,

Chua, Ming Fung, Laothao Youbee, Saythong Oudthachit, Phanthasin Khanthavong, Erik J. Veneklaas, Al Imran Malik. (2020). Potassium Fertilisation Is Required to Sustain Cassava Yield and Soil Fertility, Agronomy, MDPI, https://www.mdpi.com/2073-4395/10/8/1103.

Hansen, Veronika, Dorette Müller-Stöver, Valentina Imparato, Paul Henning Krogh, Lars Stoumann Jensen, Anders Dolmer, Henrik Hauggaard-Nielsen. (2017). The effects of straw or straw-derived gasification biochar applications on soil quality and crop productivity: A farm case study, Journal of Environmental Management, Volume 186, Part 1, 15 January 2017, Pages 88-95 doi: 10.1016/j.jenvman.2016.10.041.

Paride D'Ottavio, Giuseppe Corti, Stefania Cocco. (2023). Effect of wood gasification biochar on soil physicochemical properties and enzyme activities, and on crop yield in a wheat-production system with sub-alkaline soil, Biomass and Bioenergy, Volume 176, September 2023, 106914 doi: 10.1016/j.biombioe.2023.106914

Trozzo, Laura, Paride D’Ottavio, Ayaka Wenhong Kishimoto-Mo, Matteo Francioni. (2025). Wood gasification biochar enhances soil các-bon sequestration without affecting greenhouse gas fluxes or wheat yield in sub-alkaline soil, Soil and Tillage Research, Volume 251, September 2025, 106556 doi: 10.1016/j.still.2025.106556

Zhang, Mengyang, Muhammad Riaz, Lin Zhang, Zeinab El-desouki, Cuncang Jiang. (2019). Biochar Induces Changes to Basic Soil Properties and Bacterial Communities of Different Soils to Varying Degrees at 25 mm Rainfall: More Effective on Acidic Soils, Frontiers in Microbiology, doi:10.3389/fmicb.2019.01321.