竹炭在農業資材應用與節能減碳之貢獻 - 農業知識入口網

依林務局（2004）資料，竹林面積約有152,300公頃，占全島林地面積之7.24％。竹林為多年生禾木科植物，竹稈大多通直，生長快速，成熟期短，約3～5年生即可砍伐利用，若能集約經營，其單位面積之生物量可與人工林相當，因此可符合京都議定書對森林之碳吸存定義中，第3條4項於1990年以後，以可永續經營之方法，使森林之多樣機能能發揮之一連串作業，即永續經營者，該森林之碳吸存可被認同。在日本人工林經永續經營者，其碳吸存量每年為1.77公噸 公頃。而國內經集約經營之竹林，每公頃之碳吸存量應不會低於上述數值。

一、竹材之炭化

1. 土窯之炭化
此係將經前處理竹材置入窯內，在窯口以少量木材作為燃料燃燒，以引起窯內之竹材自燃，於適當時間後，即可封閉窯口，避免空氣進入窯內，在無氧狀態下，使竹材自熄，冷卻至常溫後，再取出竹炭。炭收率約25～30％，碳含率約85％，此意味著1噸竹炭可固定850kg碳，這些碳可自碳循環系中移除，達到所謂真正減碳效果。

2. 機械窯炭化
機械窯炭化之能源，為電源，或瓦斯等，依木陶瓷製造，在800℃，無氧狀態下碳化時，消費能源為33,900MJ/m3，會排放碳量678kg/m3，若竹炭消費能源視為相同，並排放等量之碳，而竹炭，含碳率85％計算，其固碳量為850kg/m3。因此碳化時碳收支＝製造時碳排放量－製品中碳含量，即678～850＝～172kg/m3，即雖於炭化過程因能源消費會排放678 kg/m3，而實際上，因竹炭碳含量為850 kg/m3，而尚涵存有172 kg/m3，碳量。這些碳以地表上之碳循環系中移除，達到真正減碳的效果。

二、竹炭在農業資材應用

竹（木）炭為多孔質材料，尤其微孔（孔徑＜2nm）及中孔（孔徑2～50nm）所占比例相當高，又有高含碳率（＞85％），故其用途範圍廣，有藉多孔質特性之過濾、吸附、脫臭、吸濕等機能，與藉高含碳率特性之導電性，電磁波屏蔽，遠紅外線輻射等機能等，而在此僅就農業資材用途說明。

1. 複合型土壤改良材料
當將竹炭粉與土壤混合使用時，在竹炭會有多數微生物棲息，其周邊土壤之微生物相會改變。當栽培作物時，土壤中固氮菌、細菌、放線菌、絲狀菌等會增加。竹材在高溫、熱分解所形成之竹炭，係不含有機物，因此，以有機物為營養源之微生物係不能在竹炭中繁殖。但在竹炭中含有微量礦物質，本身會固氮之固氮菌係能繁殖，如能蓄積氮素量時，以其為標的之植物的根會伸長至該處，根與共生之VA菌根菌會共同生育著，更會促進其他微生物之繁殖。

VA菌根菌會與植物之根共生，伸長至土壤中之菌絲會吸收溶解於水中之磷、鎂、鉀等礦物質或氮素等養分，將其送至植物之根部，再從根部獲取所需碳水化合物生長著。菌根菌附生在根部時，植物之生長會變好，由於礦物質不足或病原菌所引起植物之病害亦會變小，竹炭之存在會促進作物之生長。竹炭可使土壤中排水良好，通氣性亦佳，又可適度的保持水分，可防止肥料之流失，具有可使肥料緩慢釋出之作用。鹼性之竹炭（pH為9.0～10.9），可調節土壤之酸度，農地長期施用氮、磷、鉀等肥料後，容易變成酸性化，如能施用鹼性竹炭進行中和改良，可增進其生產力。

2. 畜牧場之消臭劑應用
竹炭及竹醋液均可作為消臭劑。竹醋液主成分為醋酸之酸性物質，對於氨氣等鹼性惡臭之消臭有很大效果，竹炭具有很大細孔容積，對於惡臭亦有捕集之效果。而在大規模糞尿處理設施或廢棄物之消臭亦可利用木（竹）炭和木（竹）醋液之混合物。在東京都畜產試驗場曾利用木醋液與木炭混合物進行雞糞臭之消臭實驗，結果得知氨氣濃度會降低，具有消臭效果。另外，有在雞之飼料中添加浸漬過木醋液之木炭，其排泄物之惡臭亦會減低，依此方法氨氣濃度會減氐20～40％，硫化氫濃度會減低85％。

3. 蔬菜、水果鮮度保持劑應用
蔬菜、水果、花卉等是藉由其所釋出之乙烯（ethylene）氣而成熟老化。利用木（竹）炭之多孔性，尤其細孔吸收乙烯氣體，可達到保鮮之鮮度保持劑效果。將木（竹）炭微粉混入紙張內，成為木炭含有紙已有市售品。在葡萄箱內乙烯氣濃度在第2天為1.25ppb，相對的當置入木炭含有紙之葡萄箱內時，即試驗區之乙烯氣濃度為0.40ppb，可見乙烯氣會大幅度降低，葡萄可維持其鮮度。木（竹）炭含有紙對於百合花等花卉之鮮度維持亦有其效果。竹炭亦具有與木炭相類似效果。

三、竹炭在減碳、固碳之貢獻

空氣中或水中之CO2經由植物光合作用結果，以碳被固定，製作成有機物（生質能biomass），這些生質能經由生分解或熱分解成為CO2進行循環著。地球溫暖化氣體之濃度會受到地表上循環碳總量之影響。溫室效應氣體濃度亦會受到生質能之貯存總量及海水之CO2吸收、蒸散量，農業土地利用形態（耕種、不耕種等）等之影響。但石化燃料之使用所引起碳流入會造成循環碳總量之增加與溫室效應氣體濃度之上升已很明白。

因此，為循環碳總量之減少或維持，對於流入該處之流入量以上之碳的排出（隔離）是必要的。即碳回收、貯留（隔離）〔carbon capture and storage（sequestration）, CCS〕，此CCS係以任何方法（如竹材炭化成竹炭）將地表上之碳進行回收、安定的貯藏或隔離結果可積極的使大氣中之CO2濃度減低者。地表上之循環碳，有機物之炭化結果，可製作成無機還原碳（竹炭），將其埋入地中以進行隔離。由於此CCS結果，循環碳總量可成為減碳（carbon minus），地下蓄積碳量會增加。如前述竹（木）炭是一種複合型土壤改良材料，在此使用生質能竹炭進行CCS時，可試算其CO2隔離量，即真正的減碳、固碳。

試算條件：竹炭含水率10％，固定碳率85％（水分除外），假定土壤中竹炭含有比率5％（V/V），耕種面積10,000m2，耕種深度0.2m，竹炭比重0.44時，依下式可算出1公頃之（10,000 m2×0.2m×5％（投入量）×0.44＝44噸）。竹炭含量為44噸。而可隔離碳量由下式算出，（44公噸 公頃×90％×85％）＝33.66噸 公頃。每公頃農地可隔離碳量為33.66噸，亦相當於固碳量。此意味著農地1公頃可將33.66噸循環碳透過還原碳方式永久貯藏或隔離在土壤中，達成實質的減碳、固碳效果。如能促進竹林生物量增加，製造更多竹炭，並將竹炭投入更大面積農地，其隔離碳量，減碳量亦即固碳量亦會增大。

四、結言

節能、減碳以減緩地球溫暖化已為國際間關注課題。竹（木）材組成元素有50％碳，屬於碳中性，今後如能集約經營竹林，增加其單位面積生物量，並擴大竹炭生產規模，製造更多竹炭。目前已有十家竹炭工廠取得CAS優良林產品驗證，尚有數家未通過CAS驗證。如此可使竹林於生長期間自大氣中吸入之循環碳，由有機碳轉變成無機還原碳（炭），進行碳隔離，如將其埋入農地中時，每公頃農地土壤中可永久性貯存33.66噸隔離碳，則10,000公頃農地可貯存336,600噸隔離碳。此與木構造建築物以其構成材料之木材所含碳（碳中性）作為隔離碳達成減碳、固碳之效果相同。建造一棟40坪建坪木構造建築物會較鋼筋混凝土造建築物減碳14,483噸，並會固定隔離循環碳7,228噸達成減碳、固碳效果。

文圖 王松永
臺灣大學森林環境暨資源學系 名譽教授