官田菱殼生物炭製作與應用之大學社會責任實踐

生物炭（Biochar）近年來在農業循環經濟發展以及氣候變遷的議題上受到了高度的重視。生物炭究竟是什麼物質呢？怎樣製造？在此先簡略敘述生物炭做。

近年、バイオ炭（Biochar）は循環型農業経済の発展や気候変動という視点から高い注目を集めている。では、バイオ炭とはいったいどのような物質で、どのように製造されるのだろうか。まず、バイオ炭について簡単に説明する。

從化學的觀點而言，農業生產剩餘資材中的木質素成分在高溫狀況下較易轉換成具有高穩定度以及導電度，類似非常穩定石墨碳之結構（圖1），因此推估能將碳元素固定在土壤中高達數萬年之久。可以達到固炭以致有效減緩地球表面溫度上升之功能。且因為農業生產剩餘資材結構的關係，製成的生物炭大都能具有多孔洞性，因此做為土壤改良劑是生物炭另一項被期待的功能。實際上，若是能建立安全環保的生物炭製程，配合科學化的田間實驗印證，生物炭確實能具有固炭和土壤改良的雙重功能。

化学の観点から見ると、農業残渣に含まれるリグニンは、高温で容易に、高い安定性と導電率を持つ、非常に安定したグラファイトカーボンのような構造に変わりやすいため（図1）、土壌中で数万年の間炭素を固定していると推測される。炭素固定は地表の温度上昇を緩和する効果がある。なおかつ、農業残渣の構造の関係から、そこから作られるバイオ炭はほとんどが多孔質であることから、バイオ炭は土壌改良剤としての役割も期待されている。実際、安全で環境に優しいバイオ炭の製造プロセスが確立され、フィールド実験で科学的に証明されれば、バイオ炭はまさに炭素固定と土壌改良の2つの機能を持つことができる。

臺南市官田區位處於平坦嘉南平原，是屬嘉南大圳起源地，並有烏山頭水庫、埤塘灌溉渠道完整，以種植菱角聞名。占全國70 ％的生產面積，每年生產菱角達6000公噸、產生之廢棄物菱角殼約有3000公噸。由於菱角殼是含有高量木質素（Ligning）之農業廢棄資材、質地硬、不易以堆肥法處理。通常農民以棄置或焚燒等方式處理，造成當地環境衛生及空氣污染之長期困擾的問題。

台南市官田区は平坦な嘉南平原に位置し、嘉南大圳起点の地であり、烏山頭ダムとため池による灌漑排水が整備されており、菱角（ヒシの実）の栽培でも知られている。当地における菱角の生産面積は台湾全体の70 ％を占め、年間生産量は6000トンに達する。これに伴って廃棄される菱角の殻は約3000トンである。菱角の殻は農業廃棄物であるリグニンを多く含み、硬く、堆肥化には適さない。生産者は通常、そのまま廃棄、または焼却処理などの方法で処分しており、長期にわたり地域の環境汚染や大気汚染の問題を引き起こしている。

在2015年底官田區區長顏能通先生率先導入生物炭製造技術。他邀請當地之居民與個人組成一支研究團隊，試圖將菱角殼轉成菱殼生物炭。因為缺乏經費，因此只能採用最簡易的“上方點火法”的方式（圖2A）。以廢棄的鐵桶在底部打適量的洞，使空氣對流能達到燃燒所需的空氣量。

2015年末、官田区区長の顔能通氏が初めてバイオ炭の製造技術を導入した。顔区長は地域住民や個人に呼びかけて研究チームを発足させ、菱角の殻をバイオ炭にする試みを行った。資金が十分ではなかったため、最も簡易な“上方点火法”を採用した（図2A）。 不用になった金属製のバケツの底に適宜穴を開け、空気の対流によって燃焼必要な空気を取り込んだ。

然而如何建構一套完善的菱殼炭製造系統，製造過程中空氣汙染的問題最需要重視；指導改善這些複雜的燃燒過程時，流體力學的知識是最重要的科學依據。但是仍需要實際操作和測試，而且要不斷地修正，才能符合實際的現地使用。

しかし、完成度の高い菱殼炭製造システムを構築するためには、製造過程で生じる大気汚染の問題は最も重視しなければならない。流体力学の知識は、これらの複雑な燃焼プロセスの改善を導くための最も重要な科学的根拠である。しかし、実際に現場で使用できるようにするためには、実地の操作とテストが必要であり、なんども修正が必要である。