拓展竹（木）炭農地土壤改良資材之應用.pdf
拓展竹（木）炭農地土壤改良資材之應用臺灣大學森林環境暨資源學系名譽教授王松永一、前言 台灣全島有15萬公頃竹林、由於工資高漲，材料屬性競爭，造成竹產業没落，林農未能每年伐除老竹，更造成竹林根系退化，竹林所具有之水土保持，固碳效果亦隨之衰退。 為改善此困境，農委會自民國91年起導入竹炭生產技術以來，竹炭產業相關產值，在林務局推動竹炭之CAS標章驗證，輔導業者參與台灣炭團體商標及輔導民間團體、縣市政府執行林產產銷輔導計畫下，已逐年增加。但至今其拓展遇到瓶頸，近幾年來僅維持4家廠商取得CAS標章驗證。 如何拓展其消費市場，需從原料端、生產加工端及消費需求端，有必要由上、中、下游進行整體考量。二、原料端方面 因國內生產工資及運輸費用均高漲，造成竹材加工廠原竹價格相當高，使得部分廠商只好自大陸地區進口竹材半成品，如竹拼板等，再進行終端產品的製造，而竹林每年未進行伐採收穫，實施撫育時，將使竹林退化。 在砍伐原竹之生產費用，林務局每公頃會補助2萬元，但其須依公私有林經營及輔導作業規範，需具備森林經營計畫，並應具備土地面積須超過30公頃，此意味著在附近林地需組織成林業（生產）合作社運作，才能獲得輔導與補助，此作法將可減低生產成本。三、生產加工端方面 竹炭係竹材經炭化後所得產品，其固碳率會依炭化溫度而異，但基本上它是一種半永久性產品，而能持續的使用，為拓展其市場需配合消費端之需求，在生產加工端調整其加工方法。 國內竹炭加工方法一直採用土窯燒製方法，不但費時，產量受限，且只能炭化竹桿狀材料。竹材餘料，如竹屑、竹顆粒、竹粉、竹粒片等，就無法進行炭化，對消費需求之粉狀竹炭，需於竹桿炭化後再破碎、研磨，增加其處理費用，且原料無法有效利用。 為擴大其用途領域，惟有採用機械爐進行炭化，進而以水蒸氣或二氧化碳在無氧炭化過程進行活化，以製造竹活性碳。三、生產加工端方面 機械炭化爐有平爐、流動炭化爐、旋轉炭化爐等，能炭化竹粉、竹粒片、竹屑等。 其中流動炭化爐、旋轉炭化爐等可使竹粉、竹粒片、竹屑置於輸送帶上面，在爐內邊流動邊炭化之裝置而且這些炭化爐可自動化，少數作業員即可運作。 這些機械炭化爐之建設費用，可依農委會公告之農產品初級加工場管理辦法有關規定申請補助，以減低投資與營運成本。四、消費需求端方面 竹（木）炭依炭化加工方法，如炭化溫度高低，炭化與活化處理等之不同，可產生各種不同特性之竹（木）炭，內部比表面積多寡，微細孔徑分布，固碳率高低，遠紅外線吸附效果等均會不同。 但不同特性之竹（木）炭仍然是具有半永久性材料之特性，為拓展竹（木）炭之市場規模，惟有促進不同領域使用需求，在此就農業領域進行說明（一）土壤改良資材使用 竹（木）炭具多孔性，微細孔徑（直徑0.0010.28），之內部表面積係俗稱黑炭1g有380420m2，白炭為200250 m2，如此大的比表面積，當竹（木）炭作為土壤改良資材時會產生作用而其中作為土壤改良資材被認為直接的理由，是土壤之透水性的改善效果。 因竹（木）炭在土壤排水不良時，會有透水性，相對的，土壤過度排水時會有保水效果。 表1為黑炭、白炭之保水性，透水性改善率。（W/W）木炭粉之混入率5黑炭白炭保水性改善率14.84.9透水性改善率88.94.9表1、黑炭、白炭之保水性透水性改善率（一）土壤改良資材使用 400炭化之木炭為微酸性，600700以上高溫炭化木炭為鹼性，因此低溫炭化木炭酸性會吸著鹼性之氨氣（Ammonia）或胺類（Amine），而高溫炭化之木炭會吸著有機酸、無機酸。 但竹炭則在低溫至高溫炭化均為鹼性。 當竹（木）炭施用於土壤中時，因竹（木）炭存在有多數微細孔隙，故多數微生物會聚集，周邊土壤之微生物相會改變。 竹（木）炭粉混入土壤中栽培作物時，土壤中之固氮菌（Azotobacter），細菌、放射菌、絲狀菌等會增加。Azotobacter：在土壤中獨立生活，分解糖類之同時，會將空氣中之氮固化，合成氨基酸（Amino acid）等有機物的細菌。（一）土壤改良資材使用 在高溫熱分解所得之竹（木）炭，已不含有機物、因此以有機物為營養源之微生物是不會在竹（木）炭中繁殖，但竹（木）炭中所含有微量的礦物質會被固氮菌藉由本身之氮加以固定而繁殖。氮會被蓄積起來時，以其為目的之植物的根會伸長過來，與根共生之VA菌根菌等生育、接著其他微生物亦會繁殖起來。 VA菌根菌會與植物之根共生，伸長至土中之菌絲會吸收溶解在土中之水分的、磷、鎂、鉀等礦物質或氮等養分，再輸送至植物的根，從根部得到碳水化合物而生長。菌根菌附著在根部，植物的生長會良好，礦物質不足，或病原菌所引起植物的病害會變少，其結果會促進植物的生長。 竹（木）炭燃燒後殘留之灰分，含有鈣、鉀、鐵、鎂等，通常竹炭灰分高達5，木炭灰分為23。 竹（木）炭在土中排水會良好，不僅通氣性佳，亦能適度的保持水分，又可防止肥料之流失，且具有使肥料緩慢釋放之作用。鹼性之竹（木）炭可調整土壤之酸度。在土壤中施用竹（木）炭之效果，其是如上述各種效果複合作用所產生的。（二）在土壤中施用竹（木）炭之固碳效果 在農地土壤中施用竹（木）炭進行土壤改質之同時，亦具有固碳效果。 例如：以600炭化之竹炭，收炭率為2433，平均28，密度為0.37g/cm3（370kg/m3），固碳率為60，假定作為農地土壤資材，欲混入竹炭範圍係在表土至深度15cm，則1公頃農地土壤體積為10,000 m2 0.15 m = 1,500 m3。混入竹炭為5，則竹炭量為1,500 m3 0.05 75 m3。 竹炭密度為375 kg/m3，即竹炭重量為375 kg/m3 75 m3= 28,125 kg。其固碳量為28,125 kg 60 = 16,875 kg，換算成固定（涵存）二氧化碳量為16,875 kg 3.67= 61.931 kg-CO2。即約為61.9公噸- CO2/ 公頃。五、結言 在CAS林產品項目中一般用途竹炭之定義，依用途區分，有列出調濕用，保鮮用，水處理用，飲用水用，除臭用，洗滌用，保健用，纖維紡織用，及其他共9項。木炭之定義，依用途區分：有列出燃料用、調濕用，保鮮用，水質處理用，除臭用，洗滌用，工藝用及其他共8項。 建議在竹炭、及木炭之一般用途，增加農地土壤改良資材用之品項，並訂定功能品質，鼓勵業界開發該品項，並申請CAS驗證，以拓展竹炭及木炭之產量。六、參考文獻洪崇彬、楊德新、王松永（2000）木炭基本物理特性之探討（1）木炭之收炭率，收縮率與真比重，台大實驗林研報14（1）：11-20。楊德新、洪崇彬、王松永（2000）木炭基本物理特性之探討（2）杉木炭之游離甲醛吸附與水質淨化，台大實驗林研報14（3）：109-116。蔡旭芳、王松永（2002）木炭粉被覆木質複合板與木炭板在電場之電磁波屏蔽效應，林產工業21（3）：207-216Song-Yung Wang, Chung-Pin Hung（2003）Electromagnetic shielding efficiency of the electric field of charcoal from six wood species，Journal of Wood Science 49（5）：450-454。洪崇彬、許德仁、王松永、蕭英倫、柯淳涵（2004）炭化條件對竹炭室內空氣淨化效能之探討，林產工業23（3）：183-197。王松永、洪崇彬、王俊凱、賴華雄（2005）竹材之活化製程與性能檢測，工業材料雜誌205期：86-92。孫上平、楊德新、王松永（2006）孟宗竹炭板之機能特性探討，林產工業25（4）：305-316盛峰、王松永（2007）炭化條件對孟宗竹與麻竹炭化物基本性質之影響（一）收炭率、收縮率、真密度及元素分析，林產工業26（2）：117-132。盛峰、王松永（2007）炭化條件對孟宗竹與麻竹炭化物基本性質之影響（二）電阻係數、吸濕性能、微細組織構造變化，林產工業26（3）：171-186。Song-Yung Wang, Ming Hsin Tsai, Sheng-Fong Lo and Ming-Jer Tsai（2008）Effects of manufacturing conditions on the adsorption capacity of heavy metal ions by Makino bamboo charcoal.，Bioresource Technology 99：7027-7033。郭佩鈺、薛惠今、陳勁豪、王松永、羅盛峰（2010）竹炭板之電磁波屏蔽效應，林產工業29（2）：99-107。Sheng-Fong Lo, Song-Yung Wang, Ming-Jer Tsai, Lang-Dong Lin（2012）Adsorption capacity and removal efficiency of heavy metal ions by Moso and Ma bamboo activated carbons.，Chemical Engineering Research and Design, 90（2012）1397-1406。Thanks for your attention
