Cây gai dầu công nghiệp đã được khoa học chứng minh là hấp thụ nhiều CO2 trên mỗi ha hơn bất kỳ khu rừng hoặc cây trồng thương mại nào và do đó là một bể chứa carbon lý tưởng (1). CO2 được liên kết vĩnh viễn trong sợi được sử dụng cho mọi thứ từ dệt may đến vật liệu xây dựng. Sợi gai dầu hiện đang được BMW ở Đức sử dụng để thay thế nhựa trong chế tạo ô tô.
Cây gai dầu công nghiệp có thể được trồng lại liên tục và do đó, đáp ứng các tiêu chí về tính lâu dài của cây trồng theo quy định của Nghị định thư Kyoto.
Cây gai dầu công nghiệp không phải là cần sa. Cây gai dầu công nghiệp là nhiều loại Cần sa Sativa với hàm lượng hóa chất Tetrahydrocannabinol (THC), thành phần thần kinh của cần sa, dưới 0,2% tính theo trọng lượng. Cây gai dầu đã được phát triển để phát triển sợi dài và có thể được trồng với mật độ cao, tối đa hóa sinh khối được tạo ra trên một đơn vị diện tích canh tác. Jersey Hemp là một nhà sản xuất sinh khối cấp thấp hiện đang tập trung vào việc sử dụng thực phẩm và dinh dưỡng của cây.
Jersey Hemp và The Carbon Farm tin rằng cây gai dầu công nghiệp được canh tác tái tạo có thể đóng góp đáng kể vào tham vọng của Jersey là trung hòa carbon vào năm 2030.
Một lịch sử ngắn gọn của cây gai dầu
Trong lịch sử, việc trồng cây gai dầu đã có ở Jersey từ thế kỷ 15, đáng chú ý nhất là để sản xuất dây thừng cho tàu hải quân. Vào giữa những năm 1930, việc phát minh ra nylon và sự phổ biến của nhựa đã chứng kiến một xu hướng chung xa rời mọi thứ tự nhiên. Đồng thời, việc sử dụng cần sa như một loại thuốc giải trí đã gia tăng và cây gai dầu đã được đưa vào lệnh cấm trồng bất kỳ loại cây nào thuộc họ cần sa. Với áp lực chính trị từ Hoa Kỳ, sự kỳ thị đối với việc trồng cây gai dầu đã trở nên toàn cầu.
Các chính phủ trên khắp thế giới đã dần nhận ra rằng loại cây trồng có giá trị này không phải là mối đe dọa và đã khuyến khích trồng cây gai dầu như một biện pháp cô lập CO2 (2).
Các nhà sản xuất cây gai dầu lớn trên toàn cầu bao gồm Canada, Pháp và Trung Quốc. Ở một số quốc gia, nông dân đã được thưởng các khoản tín dụng carbon để trồng trọt. (3)
Cây gai dầu có thể được trồng trên đất nông nghiệp hiện có (không giống như hầu hết các dự án lâm nghiệp) và có thể được đưa vào như một phần luân canh cây trồng của trang trại với tác động tích cực đến năng suất, khả năng kháng sâu bệnh và bệnh tật cho cây trồng tiếp theo.
Quần đảo Channel đã dẫn đầu thị trường cây gai dầu của Vương quốc Anh bằng cách khuyến khích sự phát triển của cây gai dầu công nghiệp và cấp giấy phép cho các công ty đáp ứng các tiêu chí nghiêm ngặt. Jersey Hemp đã được trao giấy phép trồng cây gai dầu vào năm 2017.
Khoa học đằng sau cây gai dầu như một bể chứa carbon
Một ha cây gai dầu công nghiệp có thể hấp thụ 22 tấn CO2 (4). Nếu điều kiện đất có đủ chất hữu cơ trong đất (SOM), từ 5-10% và tỷ lệ nấm: vi khuẩn chính xác cho cây gai dầu hiện diện, “Trong điều kiện thích hợp, 30-40% carbon cố định trong lá xanh có thể được chuyển đến đất và nhanh chóng bị mùn hóa, dẫn đến tỷ lệ cô lập các-bon trong đất ở mức 5-20 tấn CO2 mỗi ha mỗi năm”. (5)
Có thể trồng 2 vụ mỗi năm trong điều kiện thổ nhưỡng phù hợp và khả năng phát triển nhanh chóng của cây gai dầu, lên đến 4 mét trong 100 ngày, khiến nó trở thành ứng cử viên tuyệt vời cho việc hấp thụ CO2 và giữ lại carbon trong đất – hiệu quả hơn so với nông-lâm nghiệp.
cây trồng carbon
Sinh khối thực vật được tạo ra bởi quá trình chuyển đổi quang hợp của carbon trong khí quyển để tạo thành carbohydrate được vận chuyển đến các khu vực thực vật cần tăng trưởng. Sự hấp thụ carbon của cây gai dầu có thể được xác nhận bằng các tính toán bắt nguồn từ năng suất trọng lượng khô (6). Tổng trọng lượng tươi sinh khối được ghi lại tại cầu cân vì lý do thương mại và cấp phép trước khi xử lý và trọng lượng khô được ghi lại sau khi xử lý để tuân thủ. Có thể thu được các số liệu chính xác về tổng sản lượng sinh khối và lượng hấp thụ carbon, mang lại mức độ chắc chắn không có được thông qua bất kỳ quy trình hấp thụ carbon tự nhiên nào khác, chẳng hạn như bù đắp carbon cho việc trồng cây.
Ước tính lượng carbon hấp thụ được tính toán bằng cách kiểm tra hàm lượng carbon của các phân tử tạo nên các sợi của thân cây gai dầu. Thân cây gai dầu công nghiệp bao gồm chủ yếu là cellulose, hemicellulose và lignin theo tỷ lệ sau:
- Cellulose chiếm 70% trọng lượng khô của thân cây. Cellulose là một polymer tuyến tính đồng nhất được xây dựng từ các đơn vị glucose lặp đi lặp lại. Hàm lượng cacbon của xenlulozơ chiếm 45% khối lượng phân tử của nó (7).
- Hemicellulose chiếm 22% trọng lượng khô của thân cây. Hemicellulose cung cấp một liên kết giữa cellulose và lignin. Nó có cấu trúc phân nhánh bao gồm nhiều loại đường pentose khác nhau với hàm lượng carbon là 48% (7).
- Lignin là 6% trọng lượng khô của thân cây. Lignin là một vật liệu tăng cường thường nằm giữa các vi sợi cellulose. Phân tử lignin có cấu trúc phức tạp dễ biến đổi với cacbon chiếm 40% khối lượng phân tử (8).
Theo đó, mỗi tấn (T) sinh khối cây gai dầu công nghiệp chứa 0,445 tấn carbon được hấp thụ từ khí quyển (44,46% trọng lượng khô của thân cây). (9)
Theo IPCC (10) 12 tấn carbon tương đương với 44 tấn CO2, tương đương với 1,63 tấn CO2 hấp thụ trên mỗi tấn sinh khối cây gai dầu được thu hoạch. Trên cơ sở sử dụng đất, sử dụng năng suất cây gai dầu của Jersey Hemp và Vương quốc Anh trung bình từ 5,5 đến 8 T/ha, điều này tương đương với 8,9 đến 13,4 tấn CO2 được hấp thụ trên mỗi ha (ha) canh tác cây gai dầu.
Đối với mục đích ước tính, chúng tôi sử dụng con số hấp thụ CO2 trung bình là 10 T/ha trong tán cây trên mặt đất, con số mà chúng tôi cho là ước tính khá thận trọng. Điều này được sử dụng để dự đoán sản lượng carbon, nhưng lượng bù CO2 sẽ dựa trên sản lượng trọng lượng khô được đo sau khi làm khô sinh khối.
Rễ và lớp mùn lá (không bao gồm phần rễ xơ khó đo lường) còn lại tại chỗ chiếm khoảng 20% khối lượng của vật liệu được thu hoạch trong các thử nghiệm đồng ruộng ban đầu. Kết quả là hàm lượng carbon được hấp thụ và còn lại trong đất ước tính là 0,084 tấn/tấn vật liệu thu hoạch. (42% w/w) (11).
Ước tính năng suất là 5,5 – 8 tấn sinh khối trên mỗi ha, tương đương với 0,46 đến 0,67 tấn carbon hấp thụ trên mỗi ha hoặc 1,67 đến 2,46 tấn/ha CO2 (1) còn lại tại chỗ sau khi trồng cây gai dầu. Cho phép độ ẩm khí quyển 16% theo trọng lượng khô, ước tính cuối cùng về sự hấp thụ CO2 như sau: -
CO2 được hấp thụ trên mỗi tấn thân cây gai dầu 1,37 tấn
CO2 Hấp thụ trên một ha (thân cây) (Jersey) 7,47 đến 11,25t
CO2 Hấp thụ trên một ha (rễ và lá) Jersey) 1,40 đến 2,06t
Cây gai dầu công nghiệp là một loại cây trồng tự bù đắp.
Theo Aether, hoạt động canh tác ở Jersey đã thải ra tổng lượng khí CO2 tương đương 14.814 tấn GHG vào năm 2017 (12). Đất nông nghiệp của Jersey có diện tích 6.000 ha. Con số này tương đương với trung bình khoảng 2,5 tấn CO2 trên mỗi ha - tổng lượng khí thải phát sinh. Việc sử dụng các biện pháp canh tác tái tạo có nghĩa là không cần bổ sung phân bón tổng hợp và nhu cầu sử dụng thuốc diệt cỏ và thuốc trừ sâu là tối thiểu, làm cho cây gai dầu trở thành cây trồng giảm CO2 tuyệt vời và là cây trồng hấp dẫn cho các lựa chọn bù đắp carbon.
Đất và hấp thụ carbon trong đất
Cây gai dầu có thể được trồng trên đất cát với lượng nước tưới tối thiểu. Nó có thể được canh tác trên đất nông nghiệp hiện có, không giống như hầu hết các dự án lâm nghiệp, và có thể được đưa vào như một phần của luân canh cây trồng của trang trại, với tác động tích cực đến năng suất cũng như khả năng kháng sâu bệnh của cây trồng tiếp theo. Do đó, nó phù hợp với kế hoạch đa dạng hóa nông nghiệp của Chính phủ Jersey.
Nông nghiệp ở Jersey chủ yếu bao gồm trồng khoai tây và chăn nuôi bò sữa. Các phương pháp canh tác khoai tây hoặc bò sữa đều không mang lại sinh khối cây trồng đáng kể cho đất và phương pháp truyền thống áp dụng vrack (rong biển địa phương) ngày nay hiếm khi được thực hiện. Kết quả là, đất nông nghiệp của Jerseys đang thiếu chất hữu cơ trong đất (SOM) trong lớp đất mặt. Lý tưởng nhất là SOM nên chiếm khoảng 5-10% khối lượng lớp đất mặt, tuy nhiên, ở những cánh đồng khoai tây và bò sữa bị cạn kiệt, SOM trung bình nằm trong khoảng 2,5-3,25% theo ước tính của chính phủ. Các phương pháp canh tác cạn kiệt chất dinh dưỡng và hóa chất truyền thống loại bỏ SOM và góp phần phát thải khí nhà kính. Ngược lại, các biện pháp tái tạo đất làm tăng hàm lượng carbon trong đất và hỗ trợ quá trình cô lập CO2.
Jersey Hemp tuân theo một quy tắc quản lý sức khỏe của đất được gọi là “luật lợi nhuận”. Luật quy định rằng bất cứ thứ gì bạn lấy đi khỏi đất, bạn phải trả lại dưới hình thức này hay hình thức khác. Khi canh tác cây gai dầu loại bỏ nitơ, phốt pho, kali và chất hữu cơ, Trang trại Carbon trả lại những lợi ích này và các lợi ích chu trình dinh dưỡng khác, bằng cách sản xuất và áp dụng phân trộn Biocomplete™ – một phương pháp được khuyến khích bởi Soil Food Web (13). Đất là một tài khoản ngân hàng – bạn không thể rút nhiều hơn số tiền bạn đưa vào và đó là lý do tại sao Jersey Hemp đã đầu tư vào cơ sở ủ phân hữu cơ tại trang trại của họ.
Covid-19 có mang đến cơ hội cho nông nghiệp không?
“Covid-19 đã chỉ ra rằng thiên nhiên có thể phục hồi trong thời gian rất ngắn nếu chúng ta ngừng gây ô nhiễm cho nó và người nông dân giảm đầu vào có hại bằng cách chuyển đổi sang các phương thức canh tác tái tạo” (14).
Trong khi địa điểm ủ phân chung của Jerseys bị đóng cửa trong thời kỳ cao điểm của cuộc khủng hoảng covid, rác thải vườn, cùng với rác hữu cơ khác, bao gồm cả rác thực phẩm, đã được đốt. Trong thời gian này, giáo xứ St. Savior đã giao 34,5 tấn chất thải xanh cho Trang trại Warwick (Jersey Hemp) để làm phân trộn. Chúng tôi ước tính rằng điều này đã ngăn cản 9.000 tấn CO2 trong một tháng đi vào bầu khí quyển dưới dạng CO2.
Phân hữu cơ Biocomplete™ được sản xuất tại Trang trại Warwick chứa hàm lượng cao chất keo humate, trong đó 60% là carbon. Phân hữu cơ được rải trên các cánh đồng hữu cơ được canh tác bằng cách sử dụng phương pháp không làm đất với cây che phủ tối thiểu 8 chiều. Việc bổ sung phân compost có hàm lượng hữu cơ cao vào đất làm tăng hàm lượng cacbon trong đất, cung cấp nguồn dinh dưỡng cho vi sinh vật đất, đồng thời cố định đạm, huy động kali, phốt pho và các chất dinh dưỡng khác. Trong các điều kiện thích hợp, 30-40% lượng carbon cố định trong lá xanh có thể được chuyển vào đất và nhanh chóng được làm ẩm, dẫn đến tốc độ hấp thụ carbon của đất vào khoảng 5-20 tấn CO2 mỗi ha mỗi năm. (5)
Theo Lehmann và Marcus Kleber của Đại học bang Oregon “Chất hữu cơ trong đất tạo nên và hấp thụ nhiều carbon hơn cả thảm thực vật trên thế giới và bầu khí quyển cộng lại. Vì vậy, những thay đổi nhỏ trong hàm lượng carbon trong đất có tác động rất lớn đến khí hậu.” (15). Những phát hiện tương tự đã được chứng thực tại COP21, nơi phần lớn các quốc gia ủng hộ sáng kiến 4 trên 1000 của Pháp (16).
Phần kết luận
Các số liệu trên không tính đến lượng carbon dioxide bổ sung được loại bỏ bằng cách thay thế các nguyên liệu thô không bền vững bằng các sản phẩm cuối cùng có nguồn gốc từ cây gai dầu được thu hoạch, vốn tiếp tục khóa CO2. Việc không có thiết bị như máy khử mùi ở Jersey hạn chế các lựa chọn của chúng tôi về mặt này. Theo American Lime Technology, Hemcrete khóa khoảng 110kg CO2 trên mỗi m3 tường so với 200kg CO2 do bê tông tiêu chuẩn thải ra. Nó cũng loại trừ việc tiết kiệm carbon từ việc thay thế các sản phẩm có nguồn gốc từ cây và để cây tiếp tục hấp thụ CO2.
Trước đây, sinh khối của Jersey Hemp đã được sử dụng như một thành phần giàu carbon cho phân hữu cơ hoàn chỉnh về mặt sinh học được sử dụng để tăng axit humic trong đất trên các cánh đồng tại trang trại Warwick.
Là một loại cây trồng, cây gai dầu thân thiện với môi trường và có khả năng kháng côn trùng tự nhiên mà không cần thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu hoặc thuốc diệt nấm. Cây gai dầu phát triển nhanh hơn so với cây gỗ và do đó bắt đầu hấp thụ CO2 từ giai đoạn rất sớm.
Cây gai dầu công nghiệp cần bảo trì hạn chế và tăng lượng carbon trong đất khi được canh tác tái tạo vì đặc điểm rễ ăn sâu của nó.
Cây gai dầu phát triển ở nhiều loại đất và điều kiện khác nhau mà không cần hỗ trợ hóa học. Nó cải thiện cấu trúc đất đồng thời bảo vệ và liên kết đất khi nông dân thay thế phân bón bằng phân hữu cơ hiếu khí chất lượng. Rễ dài của cây gai dầu hỗ trợ quá trình liên kết và chống xói mòn. Cây gai dầu là một chất ức chế cỏ dại tự nhiên do sự phát triển nhanh chóng của tán cây che khuất ánh sáng nên cỏ dại không thể mọc bên dưới. Ngoài ra, cây gai dầu bổ sung chất dinh dưỡng cho đất bằng cách khai thác các chất dinh dưỡng trong lớp đất phụ mà các loại cây khác không thể tiếp cận.
Cannabinoids có trong sinh khối cây gai dầu được biết là có khả năng chống côn trùng và tiêu diệt tuyến trùng nốt sần ở rễ cũng như các loài gây hại khác trong đất khi trở lại đất, dẫn đến năng suất khoai tây được cải thiện vào mùa sau (17)
Cây gai dầu làm sạch chất độc khỏi mặt đất bằng một quá trình gọi là xử lý bằng thực vật. Nó được sử dụng ở Nga để loại bỏ các nguyên tố phóng xạ sau thảm họa hạt nhân Chernobyl. Công việc được thực hiện ở Đức (18) gợi ý rằng cây gai dầu có thể được trồng trên đất bị ô nhiễm kim loại nặng, trong khi sợi hầu như không chứa kim loại. Cây gai dầu hiện đang được thử nghiệm như một ''cây trồng sạch'' để phục hồi đất đã bị ô nhiễm bởi hóa chất nông nghiệp và nơi đất bị chua do mưa axit. Trồng cây gai dầu sẽ khôi phục lại sự cân bằng PH.
Cây gai dầu công nghiệp có tiềm năng thay thế các nguyên liệu thô không bền vững. Số lượng lớn các sản phẩm và nguyên liệu thô có nguồn gốc từ cây gai dầu được tạo ra từ quá trình canh tác quy mô lớn có thể thay thế nhiều sản phẩm và vật liệu không bền vững gốc dầu, đặc biệt là trong xây dựng, khóa lượng CO2 thu được và tạo ra lợi ích thứ cấp cho môi trường toàn cầu. Đặc biệt, cây gai dầu có khả năng thay thế một lượng đáng kể các sản phẩm có nguồn gốc từ cây, làm giảm nhu cầu đối với quần thể cây hiện có, do đó duy trì sự hấp thụ CO2 của chúng.
Cây gai dầu tạo ra sợi bền hơn và linh hoạt hơn bông, lanh hoặc đay, những loại sợi thường có yêu cầu về nước và hóa chất đầu vào cao. Quá trình xử lý bổ sung theo yêu cầu của cây gai dầu được bù đắp một phần bởi tiềm năng tái chế của nó. Cây gai dầu công nghiệp có hàng ngàn công dụng mà hầu như không có chất thải.
Việc trồng cây gai dầu công nghiệp ở Jersey đóng một vai trò quan trọng trong việc giảm ô nhiễm, bảo tồn nguồn nước quý giá và cải thiện chất lượng đất.
Cây gai dầu công nghiệp là một phương tiện cô lập carbon và liên kết nó vĩnh viễn trong các vật liệu mà nó được sản xuất. Việc công nhận cây gai dầu công nghiệp như một nguồn tạo ra các khoản tín dụng carbon cùng với các phương pháp canh tác tái tạo sẽ làm cho việc trồng trọt của nó trở nên hấp dẫn hơn trong tương lai.
Mỗi phần trăm carbon bổ sung trong đất được coi là tương đương với £240,00 – £480,00 phân bón được lưu trữ dưới lòng đất (19). Các trang trại tái tạo đang chứng kiến mức carbon trong đất tăng từ mức cơ bản là 1-2% lên tới 5-8% trong mười năm. Trang trại Carbon đặt mục tiêu tăng SOM thêm 3% mỗi năm thông qua việc thực hiện phân tích đất sinh học và thực hiện các chương trình cải tạo đất.
Việc áp dụng các biện pháp canh tác tái tạo có thể giúp đóng góp cho tham vọng Net Zero của Jerseys, cải thiện an ninh nguồn nước của Jerseys và tăng cường an toàn sinh học và hệ sinh thái.
Người giới thiệu
- James Vosper, BSCHons, FRGS GoodEarth Resources Pty Ltd
- http://www.agriplexgroup.com.au
- https://ihempmichigan.com/wp-content/uploads/Industrial-Hemp-as-Carbon-Farming.pdf
- Grießhammer, R. và C. Hochfeld. 2009
- Christine Jones 2009 https://www.amazingcarbon.com/
- Anne Belinda Thomsen, Soren Rasmussen, Vibeke Bohn, Kristina Vad Nielsen và Anders Thygese (2005) Nguyên liệu thô từ cây gai dầu: Ảnh hưởng của giống cây trồng, điều kiện sinh trưởng và tiền xử lý đối với thành phần hóa học của sợi. Phòng thí nghiệm quốc gia Riso Roskilde Đan Mạch Tháng 3 năm 2005. ISBN 87-550-3419-5.
- Puls, J., J. Schuseil (1993). Hóa học của hemicellulose: Mối quan hệ giữa cấu trúc hemicellulose và các enzym cần thiết cho quá trình thủy phân. Trong: Biên tập viên Coughlan MP, Hazlewood GP. Hemicellulose và Hemicellulase. Chuyên khảo nghiên cứu báo chí Portland, 1993.
- Hon, DNS (1996) Một sự sáng tạo theo chiều hướng mới trong hóa học lignocellulose. Biến đổi hóa học của vật liệu lignocellulose. Marcel Dekker. Tập đoàn New York
- Roger M Gifford (2000) Hàm lượng cacbon của rễ cây thân gỗ, Báo cáo kỹ thuật N.7, Văn phòng Nhà kính Australia.
- IPCC (2007) Báo cáo đánh giá lần thứ tư, báo cáo tổng hợp về biến đổi khí hậu. Nhà xuất bản Đại học Cambridge. Vương quốc Anh.
- Bjerre, AB, AS Schmidt (1997). Phát triển các quy trình hóa học và sinh học để sản xuất etanol sinh học: Tối ưu hóa quy trình oxy hóa ướt và đặc tính của sản phẩm, Riso-R-967(EN), Phòng thí nghiệm quốc gia Riso, Roskilde, Đan Mạch.
- CI Inventory Guide_FinalDeliverable.docx hiện có trên Gov.je
- https://www.soilfoodweb.com
- Mây Lal “Đất là một thực thể sống, có thể tăng sản lượng nông nghiệp, giảm thiểu biến đổi khí hậu”
- Lehmann và Markus Kleber, thuộc Đại học bang Oregon, đã công bố “Bản chất gây tranh cãi của chất hữu cơ trong đất” trên tạp chí Nature, ngày 23 tháng 11
- https://www.4p1000.org/
- Thử nghiệm cây gai dầu Jersey, 2018/2019 được quan sát bởi Đại học Cranfield
- Karus và Leson 1994
- Drawdown 2017 – P.Hawken
