文/記者 趙敏 攝影/記者 黃世澤

「燃糠式乾燥機」問世,以稻殼替代柴油作為烘乾稻穀與雜糧的熱源,降低農機對化石燃料的依賴;在節能減碳的趨勢下,花蓮農改場與三升農機研發「附掛式稻殼連續炭化裝置」,將原來只能作為燃料的稻殼再升級做成生物炭。炭化稻殼回歸土壤,不但可提高地力,還可以作為栽種介質、改良土壤、過濾、脫色、除臭等農業及生活應用資材,有機會開發出新應用型態的環保商品。

為因應氣候變遷對環境帶來的衝擊,響應巴黎「千分之四」倡議,農委會主委曹啟鴻上任後宣示發展「生物炭回歸土地」的農業科技新方向,希望將農業廢棄物轉化為生物炭,利用生物炭不易被分解的特性,達成封存大氣中二氧化碳的效果。

生物炭孔隙大,具有保水、保肥、活化土壤等優點,對於改善土壤環境與節能減碳有所助益。然而目前製作生物炭的方式大多屬於民間土法煉鋼,用金爐或鐵桶自行悶燒枯枝、稻殼等農業廢棄物,處理不當反而會引發空氣汙染,或是炭化程度不均,最後成品淪為灰燼,只含微量的碳成分,未達成所期望的固碳效果。

反觀花蓮區農業改良場(以下簡稱花蓮場)從民國97年、歷時6年研發的「附掛式稻殼連續炭化裝置」,是官方農業研究單位與民間農機產業密切合作的智慧結晶,也可說是目前少數能夠有效穩定製造生物炭,同時又具有產業應用潛力的農業技術。

負責研發的花蓮場作物環境課助理研究員倪禮豐解釋,「附掛式稻殼連續炭化裝置」附掛在常見的燃糠式乾燥機上,好處是乾燥機本身以稻殼為燃料,取材方便,若要製造生物炭,只要利用加熱爐的熱源進行稻殼炭化即可,過程也不會產生空氣汙染。由於具有市場潛力,民國102年技術移轉三升農機科技股份有限公司。

花蓮區農業改良場研發「附掛式稻殼連續炭化裝置」(圖中紅色部分),技轉三升農機科技公司。

農機門外漢,研究節能減碳一腳踏進生物炭領域

回想研發過程,外表清瘦的倪禮豐謙虛笑說這是偶然,因為他學農業化學,研究專長在土壤肥料,對機械運作完全陌生,但對於節能減碳的概念如何應用於農業,很感興趣。

花蓮場作物環境課助理研究員倪禮豐研發「附掛式稻殼連續炭化裝置」。

民國94年,市面上流行竹炭產品的生活運用,時任花蓮場長的侯福分訂製一臺以柴油燃燒的炭化爐,研究如何製作生物炭,倪禮豐也是那時一腳踏進生物炭的研究領域。當時倪禮豐聯想稻殼是大宗的農業廢棄物,到碾米廠就能免費索取,如果能夠作為炭化爐的燃料取代柴油,不但可以擺脫對化石燃料的依賴,也可降低成本。

當時,倪禮豐並不知道市場上已有農機業者開發出以稻殼為替代燃料的「燃糠式乾燥機」,直到民國97年輾轉詢問到擅長熱處理和廢棄物再利用的臺大生物產業機電工程學系榮譽教授蕭介宗,告知位在宜蘭縣三星鄉,同時也是花蓮場轄區內的三升農機,已生產環保型燃糠式稻穀烘乾機(即免用油粗糠爐乾燥機),倪禮豐才恍然大悟,自己的構想早就近在眼前了。

透過蕭介宗介紹,倪禮豐初次拜訪三升。三升農機董事長吳軍港除了向他介紹燃糠爐的原理,也根據個人經驗提到粗糠燃燒成灰燼後施灑於田間,芭樂長得較健康,風味也更好吃。

左為灰燼,右為炭化稻殼。炭化稻殼具多孔性、保水力及通氣性,固碳效果比灰燼更佳。

倪禮豐表示,農民習慣在田間燃燒農業廢棄物,認為灰燼可改善土壤肥力,卻普遍不清楚「炭」和「灰」在固碳效果上的差異。他解釋,一般灰燼雖然也含微量的碳,能改良土壤,但鹼性較強,碳封存度也較低。如果能夠將稻殼炭化,不但固碳效果較好,也可改善灰燼鹼性較強的問題。

當時倪禮豐計算,100公斤的稻穀碾完約可產生20公斤稻殼,而三升的燃糠式乾燥機烘乾100公斤稻穀只需約13公斤稻殼當燃料,剩下約7公斤的稻殼就有製成炭化稻殼的空間。他將製作炭化稻殼的構想告訴三升,吳軍港也非常有興趣,兩人一拍即合,倪禮豐於民國98與99年順利申請到產學合作計畫。

雙方多次溝通,倪禮豐先畫出裝置雛型,請三升具象化,期間宜蘭大學現任校長、生物機電工程學系教授吳柏青也提供許多新觀念及技術指導,最後設計在燃糠式乾燥機加熱爐上附掛稻殼連續炭化裝置,利用乾燥機在烘乾稻穀時產生的熱源進行稻殼炭化,平均每公噸的稻穀約可產生250到300公斤的炭化稻殼。這項炭化裝置於民國101年5月取得國內新型專利,是目前全臺唯一可以同時烘乾稻穀又製造炭化稻殼的農機。

開發炭化稻殼的商業應用,仍有成長空間

倪禮豐說,附掛式裝置可降低放置機具的空間成本,製造出來的炭化稻殼優點是炭化程度均一,能保有原本的形狀,而且只具微鹼性(pH值小於9),可中和酸化土壤,實際檢測也含豐富的矽和鉀肥,適合用作育苗或栽培的介質。相對於市售或農民自己悶燒的炭化稻殼,屬於炭和灰的混合物,鹼性較強,並不一定適用於田間。

不過,這項「附掛式稻殼連續炭化裝置」,設計上仍有很大的進步空間。倪禮豐說,燃糠爐裝上炭化裝置會降低烘乾稻穀的效率,加上原本烘穀過程中工作人員就很忙碌,現在又須兼顧炭化稻殼的溫度、負責進出料和滅火等,反而造成工作人員負擔。

另外,本來規劃製程中要蒐集稻殼經炭化處理時所產生的稻殼乾餾液,又稱稻殼醋液,可用來抑制作物病源菌或害蟲,實際上卻發現醋液冷卻時,焦油會附著在管壁上造成堵塞。因此現階段先去除冷卻設備,暫時不蒐集醋液,將燒出來的氣體直接導入燃燒室燒掉,成為熱能的一部分。倪禮豐表示,目前正研究如何修改管路設計,解決冷卻後管壁堵塞的問題。

至於炭化稻殼的應用,倪禮豐說,炭化稻殼產量有限,如果要大規模應用於田間栽培作物,根據文獻記載,1公頃施用1到50公噸炭化稻殼都有人用過,但以這樣的需求來說,成本問題有待克服。

花蓮場將炭化稻殼試用於南瓜栽培。

先試用於蔬菜栽培介質,未來裝置改良再拓展應用範圍

大面積施灑炭化稻殼的應用挑戰艱鉅,花蓮場改嘗試運用炭化稻殼作為栽培介質,替代不同比例的泥炭或珍珠石,觀察植物生長效果。倪禮豐說,泥炭放久了容易硬化,炭化稻殼的孔隙大,保水與再濕性較佳,而炭化稻殼和珍珠石的成本都是1公升2元,但珍珠石近年價格持續上揚而且仰賴進口,未來可能面臨貨源不穩定的問題,如果能用國內生產的炭化稻殼替代,就能降低對珍珠石的需求。

目前花蓮區農改場與宜蘭縣壯圍鄉的旺山休閒農場合作,分別在不同的南瓜盆栽中添加10%、20%、40%炭化稻殼進行觀察,結果發現添加10%、20%炭化稻殼的植株生長較快,反而添加40%炭化稻殼的植株生長較慢,倪禮豐推測可能與介質的酸鹼值有關,正進行分析與調整炭化稻殼的用量比例。

對於「附掛式稻殼連續炭化裝置」的未來發展,倪禮豐表示,他下一階段的改進目標將是思考如何縮小炭化裝置,並在不影響烘乾稻穀效率的情況下,有效量產炭化稻殼,同時研究將炭化稻殼局部應用在高經濟瓜果類、蔬菜及花卉的介質栽培技術,以期提升炭化稻殼的附加價值。(原文刊載於《豐年》雜誌 2016年8月號) 

記者
趙敏

農業報導新手,期許每天都能比昨天更接近新聞一些。

minchao@agriharvest.tw
記者
黃世澤

農傳媒攝影召集人,曾任報社攝影副召集人、雜誌資深攝影。
以攝影作品獲2011年吳舜文新聞獎專題新聞攝影獎、2012年、2013年兩岸新聞報導獎平面新聞攝影獎、2016年金鼎獎雜誌類最佳攝影獎。

seitei@agriharvest.tw

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