GCB Bioenergy

Độ ổn định và sự phân hủy của biochar là rất quan trọng để hiểu sự bền vững của nó trong đất, đóng góp của nó vào việc lưu giữ carbon (C), và do đó, vai trò của nó trong vòng tuần hoàn C toàn cầu. Tuy nhiên, kiến thức hiện tại của chúng ta về khả năng phân hủy của biochar còn hạn chế. Bằng cách sử dụng 128 quan sát từ 24 nghiên cứu về CO₂ lấy từ biochar với đồng vị carbon ổn định (¹³C) và phóng xạ (¹⁴C), chúng tôi đã thực hiện phân tích meta sự phân hủy biochar trong đất và ước tính thời gian cư trú trung bình (MRT). Khối lượng biochar bị phân hủy tăng theo hàm số logarithm với thời gian thí nghiệm, trong khi tỷ lệ phân hủy giảm dần theo thời gian. Tỷ lệ phân hủy biochar khác nhau theo thời gian thí nghiệm, nguyên liệu, nhiệt độ nhiệt phân và hàm lượng đất sét của đất. Các giá trị MRT cho các bể carbon biochar dễ phân hủy và bền bỉ được ước tính lần lượt là 108 ngày và 556 năm, với kích thước bể là 3% và 97%. Những kết quả này cho thấy chỉ một phần nhỏ của biochar có sẵn cho sinh học và 97% còn lại đóng góp trực tiếp vào việc lưu giữ carbon dài hạn trong đất. Cơ sở dữ liệu thứ hai (116 quan sát từ 21 nghiên cứu) được sử dụng để đánh giá hiệu ứng khởi động sau khi thêm biochar. Biochar chỉ làm chậm quá trình khoáng hóa chất hữu cơ trong đất (SOM; trung bình tổng thể: −3.8%, 95% CI = −8.1–0.8%) so với đất không có biochar. Hiệu ứng khởi động âm đáng kể thường gặp ở các nghiên cứu có thời gian ngắn hơn nửa năm (−8.6%), biochar từ cây trồng (−20.3%), nhiệt phân nhanh (−18.9%), nhiệt độ nhiệt phân thấp nhất (−18.5%), và lượng ứng dụng nhỏ (−11.9%). Ngược lại, việc thêm biochar vào đất cát đã kích thích mạnh mẽ quá trình khoáng hóa SOM tăng 20.8%. Điều này cho thấy biochar kích thích hoạt động vi sinh vật đặc biệt trong các loại đất có độ màu mỡ thấp. Hơn nữa, các quá trình vô sinh và hữu sinh, cũng như các đặc tính của biochar và đất, ảnh hưởng đến sự phân hủy của biochar cũng được thảo luận. Chúng tôi kết luận rằng biochar có thể tồn tại trong đất theo thang thời gian hàng thế kỷ và có tác động tích cực đến động lực SOM và do đó đến việc lưu giữ carbon.

Biochar là vật liệu có hàm lượng carbon, xốp, được sản xuất thông qua quá trình xử lý nhiệt của các nguyên liệu hữu cơ trong môi trường hạn chế oxy. Nói chung, hầu hết biochar đều được coi là bền vững trước sự phân hủy hóa học và sinh học, do đó phù hợp cho việc lưu trữ carbon (C). Tuy nhiên, để đánh giá tiềm năng lưu trữ C của các loại biochar khác nhau, cần có một phương pháp đáng tin cậy để xác định tính ổn định của chúng. Một số kỹ thuật đã được đề xuất để đánh giá tính ổn định của biochar, ví dụ như phân tích gần đúng, tỷ lệ O:C và tỷ lệ H:C; tuy nhiên, chưa có phương pháp nào được công nhận rộng rãi hoặc được xác thực cho mục đích này. Biochar được sản xuất từ ba nguồn nguyên liệu (Gỗ thông, Trấu và Rơm lúa mì) ở bốn nhiệt độ (350, 450, 550 và 650 °C) và hai tốc độ nung (5 và 100 °C phút⁻¹) đã được phân tích bằng ba phương pháp xác định độ ổn định: phân tích gần đúng, phân tích cuối cùng và một công cụ phân tích mới được phát triển tại Trung tâm Nghiên cứu Biochar Vương quốc Anh, được gọi là công cụ lão hóa tăng tốc Edinburgh (công cụ ổn định Edinburgh). Như mong đợi, nhiệt độ khí hóa cao hơn dẫn đến tỷ lệ C ổn định và tổng C cao hơn do sự giải phóng các chất bay hơi gia tăng. Dữ liệu từ công cụ ổn định Edinburgh đã được so sánh với những dữ liệu thu được từ các phương pháp khác, tức là C cố định, chất dễ bay hơi, tỷ lệ O:C và H:C, để điều tra các mối quan hệ tiềm năng giữa chúng. Kết quả của sự so sánh này cho thấy có sự tương quan mạnh mẽ (R > 0.79) giữa C ổn định được xác định bởi công cụ ổn định Edinburgh và C cố định, chất dễ bay hơi và O:C, tuy nhiên, H:C cho thấy một sự tương quan yếu hơn (R = 0.65). Việc hiểu rõ ảnh hưởng của nguồn nguyên liệu và điều kiện sản xuất đến sự ổn định lâu dài của biochar là rất quan trọng cho chức năng của nó như một biện pháp giảm thiểu C, vì việc sản xuất và sử dụng biochar không ổn định sẽ dẫn đến sự trở lại nhanh chóng của C vào bầu khí quyển, từ đó có thể làm trầm trọng thêm biến đổi khí hậu thay vì giảm thiểu nó.

Năng lượng sinh học từ cây trồng được kỳ vọng sẽ đóng góp đáng kể vào việc giảm thiểu biến đổi khí hậu. Tuy nhiên, năng lượng sinh học không nhất thiết phải trung tính carbon, vì các phát thải CO₂, N₂O và CH₄ trong quá trình sản xuất cây trồng có thể làm giảm hoặc hoàn toàn bù đắp cho việc tiết kiệm CO₂ từ các nhiên liệu hóa thạch thay thế. Những khí nhà kính này (GHGs) cần được bao gồm trong tính toán dấu chân carbon của các cây năng lượng sinh học khác nhau dưới nhiều điều kiện đất và thực tiễn quản lý. Bài viết tổng hợp kiến thức hiện có về các rào cản nông học và môi trường cũng như cân bằng GHG của các cây năng lượng sinh học chính ở châu Âu, mặc dù tập trung vào các cây lâu năm chuyên dụng như Miscanthus và các loại cây cắt ngắn vòng. Những cây thế hệ thứ hai như vậy chỉ chiếm 3% sản lượng năng lượng sinh học hiện tại ở châu Âu, nhưng dữ liệu từ thực địa cho thấy chúng phát thải ít hơn 40% đến >99% N₂O so với các cây hàng năm thông thường. Điều này là kết quả của việc yêu cầu phân bón thấp hơn cũng như hiệu suất sử dụng N cao hơn, nhờ vào quy trình tái chế N hiệu quả. Các cây năng lượng lâu năm có tiềm năng thu giữ carbon bổ sung trong sinh khối đất nếu được trồng trên đất nông nghiệp cũ (0,44 Mg carbon trong đất ha⁻¹ năm⁻¹ cho cây poplar và willow và 0,66 Mg carbon trong đất ha⁻¹ năm⁻¹ cho Miscanthus). Tuy nhiên, không có tác động tích cực hoặc thậm chí tiêu cực đến cân bằng carbon nếu các cây năng lượng được trồng trên đất cỏ trước đây. Việc tăng cường sản xuất năng lượng sinh học cũng có thể dẫn đến những thay đổi về mục đích sử dụng đất trực tiếp và gián tiếp với những mất mát carbon tiềm ẩn lớn khi các thảm thực vật tự nhiên được chuyển đổi thành cây trồng hàng năm. Mặc dù các cây năng lượng lâu năm chuyên dụng có tiềm năng cao để cải thiện cân bằng GHG trong sản xuất năng lượng sinh học, nhưng vẫn còn nhiều rào cản nông học và kinh tế cần phải vượt qua.

Lignocellulose là nguồn sinh khối phong phú nhất trên Trái Đất, với ước tính sản xuất hàng năm đạt 181,5 tỷ tấn. Trong số 8,2 tỷ tấn đang được sử dụng, khoảng 7 tỷ tấn được sản xuất từ các nguồn đất nông nghiệp, cỏ và rừng chuyên dụng, trong khi 1,2 tỷ tấn còn lại đến từ các chất thải nông nghiệp. Cần có các phương thức sản xuất và sử dụng lignocellulose hiệu quả về kinh tế và môi trường để mở rộng nền kinh tế sinh học. Bài viết ý kiến này xuất phát từ mạng lưới nghiên cứu "Lignocellulose như một nền tảng tài nguyên mới cho vật liệu và sản phẩm mới" được tài trợ bởi tiểu bang Baden-Württemberg của Đức và tóm tắt các nghiên cứu gốc được trình bày trong số đặc biệt này. Nó đầu tiên thảo luận về cách tổ chức bền vững việc cung cấp sinh khối lignocellulosic và gợi ý rằng cây trồng sinh khối lâu năm (PBC) có khả năng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp sinh khối khu vực cho các nhà máy sinh khối lignocellulosic ở Châu Âu trong tương lai. Sản xuất PBC chuyên dụng có lợi thế cung cấp sinh khối với số lượng và chất lượng đáng tin cậy. Việc điều chỉnh chất lượng PBC thông qua nhân giống và quản lý cây trồng có thể hỗ trợ việc tích hợp các chuỗi giá trị lignocellulosic. Sau đó, hai khái niệm nhà máy sinh khối sử dụng sinh khối lignocellulosic được so sánh và thảo luận: nhà máy sinh khói syngas và nhà máy sinh khối lignocellulosic. Nhà máy sinh khối syngas ít nhạy cảm hơn với chất lượng sinh khối và có kỹ thuật tương đối tiên tiến, nhưng yêu cầu đầu tư cao và cơ sở hạ tầng quy mô lớn để có tính khả thi về kinh tế. Các nhà máy sinh khối lignocellulosic yêu cầu nhiều bước xử lý để tách lignin cứng đầu khỏi cellulose và hemicellulose và chuyển đổi các sản phẩm trung gian thành các sản phẩm có giá trị. Quy trình tinh chế cho các phần lignin và hemicellulose chất lượng cao vẫn cần được phát triển thêm. Một khái niệm về nhà máy sinh khối lignocellulosic mô-đun được trình bày có thể linh hoạt được điều chỉnh cho nhiều loại nguyên liệu và sản phẩm bằng cách kết hợp các công nghệ thích hợp tại cùng một địa điểm hoặc dưới hình thức phân cấp.

Việc ứng dụng biochar lên đất có thể làm tăng khả năng lưu trữ carbon (C) do các đầu vào của carbon hữu cơ bền vững. Tuy nhiên, các tác động của việc ứng dụng biochar lên dòng khí nhà kính trong đất (GHG) dường như có sự biến đổi giữa nhiều nghiên cứu trường hợp; do đó, tính hiệu quả của biochar như một tác nhân lưu trữ carbon để giảm thiểu biến đổi khí hậu vẫn chưa chắc chắn. Chúng tôi đã thực hiện một phân tích tổng hợp từ 91 bài báo đã công bố với 552 so sánh cặp để lấy trung tâm xu hướng của ba dòng GHG chính (tức là, CO₂, CH₄, và N₂O) trong phản ứng với việc ứng dụng biochar. Kết quả của chúng tôi cho thấy việc ứng dụng biochar đã làm tăng đáng kể dòng CO₂ trong đất lên 22,14%, nhưng lại giảm dòng N₂O xuống 30,92% và không ảnh hưởng đến dòng CH₄. Do đó, việc ứng dụng biochar có thể đóng góp đáng kể vào việc tăng tiềm năng nóng lên toàn cầu (GWP) của tổng dòng GHG trong đất do sự kích thích lớn của dòng CO₂. Tuy nhiên, dòng CO₂ trong đất bị ức chế khi biochar được thêm vào đất đã bón phân, cho thấy rằng việc ứng dụng biochar có thể không kích thích được dòng CO₂ trong lĩnh vực nông nghiệp, nơi mà việc bón phân đạm là phổ biến. Phản ứng của dòng GHG trong đất chủ yếu biến đổi theo nguồn nguyên liệu biochar và kết cấu đất cũng như nhiệt độ khí hóa của biochar. Độ pH của đất và biochar, tỷ lệ bón biochar, và vĩ độ cũng tác động lên dòng GHG trong đất, nhưng ở mức độ ít hơn. Các phát hiện của chúng tôi cung cấp một cơ sở khoa học để phát triển các chiến lược hợp lý hơn nhằm thúc đẩy việc áp dụng rộng rãi biochar như một phụ gia cho đất nhằm giảm thiểu biến đổi khí hậu.

Trung Quốc đang chịu áp lực thúc đẩy năng suất nông nghiệp để đáp ứng nhu cầu của một dân số đang gia tăng với chế độ ăn uống ngày càng tiêu tốn tài nguyên. Sự cải thiện năng suất này phải diễn ra trong bối cảnh các mục tiêu giảm cường độ carbon và một hệ thống nông nghiệp phân mảnh, kém hiệu quả về dinh dưỡng. Hơn nữa, chính phủ Trung Quốc ngày càng nhận thức được sự cần thiết phải hợp lý hóa quản lý 800 triệu tấn rơm cây trồng mà Trung Quốc sản xuất mỗi năm, trong đó lên tới 40% được đốt bỏ trên ruộng như một loại rác thải. Biochar được sản xuất từ các chất thải này và được áp dụng vào đất có thể góp phần vào năng suất nông nghiệp, hiệu quả sử dụng tài nguyên và các mục tiêu giảm carbon của Trung Quốc. Tuy nhiên, việc sử dụng rơm cây trồng của Trung Quốc cho sản xuất năng lượng sinh học đang phát sinh nhanh chóng. Do đó, việc hiểu rõ tính khả thi kinh tế tương đối và tiềm năng giảm carbon của việc định hướng các chất thải nông nghiệp vào biochar thay vì năng lượng sinh học là rất quan trọng. Sử dụng phân tích chi phí-lợi ích (CBA) và phân tích vòng đời (LCA), bài viết này so sánh tính khả thi kinh tế và tiềm năng giảm carbon của việc sản xuất biochar thông qua quá trình nhiệt phân với việc sản xuất năng lượng sinh học thông qua viên nén và khí hóa. Việc tái sử dụng rơm và đốt rơm trên ruộng được sử dụng làm kịch bản cơ sở. Chúng tôi phát hiện rằng việc viên nén rơm để sản xuất năng lượng nhiệt là công nghệ giảm carbon có hiệu quả chi phí nhất, yêu cầu một khoản trợ cấp $7 (MgCO₂e⁻¹) được giảm thiểu. Tuy nhiên, chế độ trợ cấp điện sinh học hiện tại của Trung Quốc khiến khí hóa (NPV $12,6 triệu) trở nên hấp dẫn hơn về mặt tài chính cho các nhà đầu tư so với cả việc viên nén (NPV $7,34 triệu) và nhiệt phân ($−1,84 triệu). Tiềm năng giảm carbon trực tiếp của quá trình nhiệt phân (1,06 MgCO₂e mỗi tấn rơm) cũng thấp hơn so với việc viên nén (1,35 MgCO₂e mỗi tấn rơm) và khí hóa (1,16 MgCO₂e mỗi tấn rơm). Tuy nhiên, các quá trình giảm carbon gián tiếp phát sinh từ việc áp dụng biochar có thể cải thiện đáng kể tiềm năng giảm carbon của kịch bản nhiệt phân. Tương tự, việc tăng giá trị nông học của biochar là điều thiết yếu để kịch bản nhiệt phân có thể cạnh tranh như một công nghệ giảm thiểu kinh tế khả thi và hiệu quả chi phí.

Các chất ô nhiễm tồn dư bao gồm hydrocarbon thơm đa vòng (PAHs), hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs), và các hạt nano carbon (nhựa) không thể tránh khỏi được hình thành trong quá trình nhiệt phân chất thải sinh khối và vẫn tồn tại trên sản phẩm phụ rắn gọi là biochar. Những chất ô nhiễm này có thể gây tác động xấu đến sự phát triển của thực vật cũng như cộng đồng vi sinh vật trong đất. Mặc dù biochar đã được đề xuất như một 'chiến lược âm carbon' để giảm thiểu khí thải nhà kính, nhưng tác động của việc áp dụng nó đối với sự tồn tại lâu dài và khả năng sinh khả dụng của các thành phần nguy hiểm vẫn chưa rõ ràng. Hơn nữa, sự xuất hiện đồng thời của các VOCs có trọng lượng phân tử thấp cùng với PAHs trong biochar có thể gây ra các tác động phytotoxic thêm. Tổng quan này mô tả nhu cầu cơ bản để làm sáng tỏ các cơ chế chính điều khiển sự lưu trữ so với phát thải của các chất hữu cơ này và động lực giữa sorbent (biochar) và vi sinh vật trong đất. Hơn nữa, có một nhu cầu cấp bách về các phương pháp tiêu chuẩn hóa để phân tích định lượng các PAHs và VOCs trong biochar dưới các điều kiện môi trường liên quan. Tổng quan này cũng được mở rộng để bao gồm các khoảng trống trong nghiên cứu hiện tại, bao gồm ảnh hưởng của việc áp dụng biochar lên số phận ngắn hạn và dài hạn của PAH và VOC và các chiến thuật kiểm soát thích hợp cho chất lượng biochar và rủi ro liên quan.

Năng lượng sinh học được dự kiến sẽ đóng một vai trò quan trọng trong cơ cấu năng lượng tương lai vì nó có khả năng thay thế nhiên liệu hóa thạch và góp phần vào việc giảm thiểu biến đổi khí hậu. Tuy nhiên, việc trồng trọt năng lượng sinh học quy mô lớn có thể gây áp lực đáng kể lên các nguồn tài nguyên đất và nước. Mặc dù sản xuất năng lượng sinh học có tưới tiêu có thể giảm áp lực lên đất do năng suất cao hơn, nhưng các yêu cầu về nước tưới đi kèm có thể dẫn đến sự suy thoái của các hệ sinh thái nước ngọt và gây ra xung đột với các người sử dụng tiềm năng khác. Trong bài viết này, chúng tôi nghiên cứu sự đánh đổi giữa yêu cầu về đất và nước trong sản xuất năng lượng sinh học quy mô lớn. Để làm điều này, chúng tôi áp dụng một quỹ đạo cầu exogenous cho năng lượng sinh học từ các cây năng lượng chuyên dụng, nhằm hạn chế khí thải nhà kính trong lĩnh vực năng lượng xuống còn 1100 Gt carbon dioxide tương đương đến năm 2095. Chúng tôi sau đó sử dụng mô hình phân bổ sử dụng đất và nước toàn cầu không gian rõ ràng MAgPIE để dự đoán những hệ quả của mục tiêu năng lượng sinh học này đối với tài nguyên đất và nước toàn cầu. Chúng tôi phát hiện ra rằng việc sản xuất 300 EJ yr⁻¹ năng lượng sinh học vào năm 2095 từ các cây năng lượng sinh học chuyên dụng có khả năng làm tăng gấp đôi lượng nước rút cho nông nghiệp nếu không có chính sách bảo vệ nước rõ ràng nào được thực hiện. Do lượng nước rút của con người hiện tại chủ yếu được chi phối bởi nông nghiệp và đã dẫn đến sự suy thoái hệ sinh thái và mất đa dạng sinh học, việc tăng gấp đôi này sẽ gây ra một mối đe dọa nghiêm trọng đối với các hệ sinh thái nước ngọt. Nếu sản xuất năng lượng sinh học có tưới tiêu bị cấm để ngăn chặn những tác động tiêu cực từ việc trồng trọt năng lượng sinh học lên các nguồn nước, yêu cầu về đất cho năng lượng sinh học nhằm đạt được mục tiêu năng lượng sinh học 300 EJ yr⁻¹ sẽ tăng đáng kể (+ 41%) – chủ yếu là trên diện tích chăn thả và rừng nhiệt đới. Do đó, việc tránh các tác động môi trường tiêu cực từ sản xuất năng lượng sinh học quy mô lớn sẽ đòi hỏi các chính sách cân bằng giữa các yêu cầu về nước và đất liên quan.

Đối với các loại cỏ lâu năm C4, Miscanthus × giganteus và Panicum virgatum (cỏ chuyển) để sản xuất năng lượng sinh học thành công, chúng phải duy trì năng suất cao trong thời gian dài. Các nghiên cứu trước đây dưới điều kiện khí hậu ít thuận lợi cho năng suất ở Tây Bắc Âu nhận thấy ít hoặc không có sự suy giảm năng suất ở M × giganteus trong thời gian dài. Nghiên cứu này cung cấp phân tích đầu tiên về việc liệu có xảy ra sự suy giảm năng suất ở M × giganteus dưới điều kiện Trung Tây của Hoa Kỳ hay không, thông qua các thử nghiệm cạnh tranh bên cạnh P. virgatum trong thời gian 8–10 năm tại bảy địa điểm khắp Illinois. Ảnh hưởng của độ tuổi cây giống đã được xác định bằng cách sử dụng mô hình hồi quy tuyến tính bao gồm các yếu tố thời tiết. Miscanthus × giganteus sản xuất năng suất gấp hơn hai lần P. virgatum với năng suất trung bình 23.4 ± 1.2 Mg ha⁻¹ yr⁻¹ và 10.0 ± 0.9 Mg ha⁻¹ yr⁻¹, tương ứng, được tính trung bình trong 8–10 năm. Mối quan hệ giữa năng suất với lượng mưa và số ngày sinh trưởng đã được xây dựng và sử dụng để ước tính năng suất đã được điều chỉnh cho các yếu tố ngẫu nhiên của thời tiết. Tại tất cả các địa điểm và ở cả hai loài, năng suất ban đầu tăng cho đến khi đạt mức tối đa trong mùa sinh trưởng thứ năm và sau đó giảm xuống mức ổn định nhưng thấp hơn trong năm thứ tám. Mô hình này rõ ràng hơn ở M × giganteus. Năng suất trung bình được quan sát trong khoảng thời gian dài hơn này là 8–10 năm thấp hơn so với năng suất của 5 năm đầu. Tuy nhiên, sự suy giảm này tương đối lớn hơn ở M × giganteus hơn ở P. virgatum, cho thấy ảnh hưởng lớn hơn của độ tuổi cây giống đối với M × giganteus. Dựa trên năng suất trung bình trong thời gian nghiên cứu này, việc đáp ứng tiêu chuẩn năng lượng tái tạo của Hoa Kỳ với yêu cầu 60 tỷ lít ethanol cellulosic vào năm 2022 sẽ cần 6.8 triệu ha M × giganteus hoặc 15.8 triệu ha P. virgatum. Những con số này dường như là khả thi đối với Hoa Kỳ, xét đến 16.0 triệu ha trong Chương trình Dự trữ Bảo tồn Đất nông nghiệp cộng với 13.0 triệu ha bỏ hoang từ nông nghiệp trong thập kỷ qua.

Biochar đã được khuyến nghị như một phương pháp lưu trữ carbon đồng thời cải thiện năng suất cây trồng và tính bền vững của hệ sinh thái nông nghiệp. Nó có thể được sản xuất từ nhiều loại nguyên liệu sinh khối khác nhau bằng các công nghệ chuyển đổi nhiệt hóa khác nhau, có hoặc không thu hồi sản phẩm năng lượng phụ, dẫn đến các loại than (chars) có chất lượng khác nhau và một loạt các kết quả giảm thiểu khí nhà kính (GHG) của hệ thống. Phân tích này mở rộng các nghiên cứu trước đây về tính bền vững bằng cách đề xuất một mô hình đánh giá chi phí hoạt động vòng đời cơ chế GHG và kinh tế cho việc đồng sản xuất biochar và bioenergy từ nguyên liệu thải sinh khối, với một nghiên cứu trường hợp cho khu vực trung bắc Colorado. Quá trình sản xuất được mô tả như một hàm liên tục của nhiệt độ cho các hệ thống nhiệt phân chậm, nhiệt phân nhanh và khí hóa. Lợi ích môi trường của biochar (C lưu trữ, N₂O kiềm chế, cải thiện năng suất cây trồng) được dự đoán dựa trên giá trị kiềm hóa kỳ vọng và độ bền. Giảm thiểu GHG của hệ thống được tính toán, và lợi nhuận ròng được ước tính phản ánh các chi phí sản xuất kinh tế thay đổi, giá trị nông học của biochar dựa trên giá trị thay thế vôi nông nghiệp hoặc phân bón, và giá trị giảm thiểu GHG, với các kết quả so với việc sử dụng char cho sản xuất năng lượng. Kết quả từ nghiên cứu trường hợp cho thấy các hệ thống nhiệt phân chậm có thể giảm thiểu tới 1.4 Mg CO₂eq/Mg nguyên liệu tiêu thụ, nếu sử dụng nguyên liệu phù hợp, giảm thiểu khí thải ô nhiễm từ sản xuất, và thu hồi các sản phẩm năng lượng phụ. Mô hình cho thấy rằng trong khi lợi nhuận tài chính thường cao hơn khi char được sử dụng cho năng lượng (biocoal) so với khi được sử dụng như một chất cải tạo đất (biochar), các char sản xuất qua các quá trình chuyển đổi nhiệt độ cao sẽ có giá trị giảm thiểu GHG cao hơn. Kịch bản biochar đạt được sự bình đẳng kinh tế với mức giá carbon chỉ từ $50/Mg CO₂eq cho các kịch bản tối ưu, bất chấp các giả định mô hình bảo thủ. Mô hình này là một bước tiến hướng tới đánh giá và tối ưu hóa thiết kế hệ thống biochar theo không gian trên các nguyên liệu khác nhau, công nghệ chuyển đổi và đất nông nghiệp.