Than bùn là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa than bùn

Than bùn (peat) là vật liệu hữu cơ bán phân hủy tích tụ trong môi trường đầm lầy, nơi điều kiện kị khí và ẩm ướt ngăn cản quá trình phân giải hoàn toàn của chất hữu cơ. Thành phần chủ yếu gồm các xác thực vật chưa bị phân hủy hết, đặc biệt là rêu Sphagnum, cỏ, lá cây và mảnh gỗ nhỏ. Với độ ẩm cao, than bùn thường chứa 80–90% nước và 10–20% vật chất khô, trong đó hàm lượng carbon chiếm 50–60% khối lượng khô.

Đặc điểm cấu trúc xốp và nhiều lỗ chân lông giữa các sợi thực vật khiến than bùn có khả năng giữ nước và dinh dưỡng vượt trội, đồng thời có tính cách nhiệt và cách âm nhất định. Người ta phân biệt than bùn với than đá và than nâu ở chỗ than bùn mới chỉ trải qua giai đoạn đầu của quá trình than hóa, còn tồn tại nhiều nhóm chức tự nhiên của xác thực vật.

• Hàm lượng carbon cao, giữ CO₂ trong lớp bề mặt đất.
• Độ ẩm 80–90%, giữ nước và dinh dưỡng cho thực vật.
• Cấu trúc xốp, khả năng cách nhiệt và cách âm.

Quá trình hình thành

Quá trình hình thành than bùn bắt đầu khi thực vật ở vùng đầm lầy phát triển mạnh mẽ, nguồn hữu cơ tích tụ dày lên hàng nghìn năm. Dưới điều kiện kị khí và thiếu oxy, vi sinh vật không thể phân hủy hoàn toàn xác thực vật, chỉ tiếp cận giai đoạn phân hủy sơ cấp, dẫn đến tích tụ chất hữu cơ chưa phân hủy.

Tốc độ tích tụ trung bình chỉ khoảng 0.5–1 mm mỗi năm, tùy vào nguồn cung thực vật và điều kiện vi sinh. Trong điều kiện pH thấp (ác tính nhẹ) và nhiệt độ mát mẻ, quá trình phân hủy càng chậm, tạo ra lớp than bùn giàu chất chống oxy hóa tự nhiên. Sự thay đổi mực nước đầm lầy, khí hậu và thủy văn vùng cũng ảnh hưởng mạnh đến tỷ lệ tích tụ và phân huỷ.

Yếu tố	Ảnh hưởng	Ghi chú
Mực nước	Giữ kị khí, giảm phân hủy	Ổn định mực nước tối ưu
pH	Acid nhẹ chậm phân hủy	pH 4–5.5 thường gặp
Nhiệt độ	Thấp làm chậm vi sinh	Vùng ôn đới, lạnh
Loài thực vật	Rêu Sphagnum ưu thế	Cung cấp lignin và cellulose

Phân loại than bùn

Than bùn được phân thành ba nhóm chính dựa trên mức độ phân hủy của vật chất hữu cơ:

• Fibric Peat (Suaeda): vật liệu còn giữ cấu trúc thực vật rõ rệt, có sợi dài; độ phân hủy thấp (hú ứng <25%).
• Hemic Peat: vật liệu đã phân hủy một phần, sợi thực vật ngắn và mềm; mức độ phân hủy trung bình (25–55%).
• Sapric Peat: vật liệu phân hủy gần hoàn toàn, dạng bùn đặc, sợi thực vật không nhận biết; độ phân hủy cao (>55%).

Sự phân loại này ảnh hưởng trực tiếp tới ứng dụng của than bùn: fibric peat dùng làm chất trồng, sapric peat thích hợp cho sản xuất than hoạt tính, trong khi hemic peat thường dùng làm mùn cải tạo đất.

Phân bố địa lý

Khoảng peatlands chiếm 3% diện tích đất liền toàn cầu, với trữ lượng carbon gấp đôi lượng lưu trữ trong rừng nhiệt đới Amazon. Vùng Bắc Âu và Tây Siberia chứa bãi than bùn ôn đới lớn nhất, trong khi Đông Nam Á (Indonesia, Malaysia) nổi bật với đầm lầy than bùn nhiệt đới.

Ở châu Âu, các khu vực như Scotland, Ireland và Scandinavia là điểm nóng than bùn. Bắc Mỹ có bãi than bùn rộng tại Canada và Alaska. Than bùn nhiệt đới Đông Nam Á thường phân bố ở lưu vực sông Mekong và đầm lầy Kalimantan, Indonesia.

Vùng	Diện tích (triệu ha)	Đặc điểm
Scandinavia & Nga	200	Peatlands ôn đới
Canada & Alaska	150	Đầm lầy bắc cực
Indonesia & Malaysia	30	Đầm lầy nhiệt đới
Vương quốc Anh & Ireland	12	Peat bogs truyền thống

Cấu hóa học và đặc tính vật lý

Than bùn chứa 45–60% carbon, 2–5% nitơ, cùng với hàm lượng lignin, cellulose và các hợp chất humic phức tạp. Các nhóm chức như hydroxy, carboxyl và methoxyl vẫn còn lưu lại trên thành phần tan trong dung môi, góp phần vào khả năng giữ nước và tương tác ion.

Độ xốp của than bùn thường đạt 60–80%, cho phép nó giữ nước gấp 10–20 lần trọng lượng khô. Độ dẫn nhiệt (thermal conductivity) thấp, khoảng 0.05–0.1 W/m·K, khiến than bùn được ứng dụng làm lớp cách nhiệt tự nhiên trong xây dựng sinh thái.

Chỉ tiêu	Giá trị	Ghi chú
Hàm lượng carbon	50–60%	Trên khối lượng khô
Hàm lượng nước	80–90%	Trên khối lượng ướt
Độ xốp	60–80%	Thể tích lỗ so với thể tích tổng
Độ dẫn nhiệt	0.05–0.1 W/m·K	Ứng dụng cách nhiệt

Ứng dụng kinh tế

Than bùn được khai thác làm nhiên liệu đốt ở các vùng ít tiếp cận than đá, đặc biệt tại Scotland, Ireland và Đông Nam Á. Khi đốt, than bùn cho nhiệt trị khoảng 8–12 MJ/kg khô, phù hợp dùng trong lò sưởi gia đình và cấp nhiệt quy mô nhỏ.

Trong nông nghiệp và làm vườn, than bùn đóng vai trò chất trồng (growing medium) phổ biến nhờ khả năng giữ nước và điều tiết pH. Hỗn hợp than bùn với vermiculite hoặc perlite giúp tạo môi trường lý tưởng cho hạt giống nảy mầm và cây con phát triển.

• Sản xuất than hoạt tính: thành phần hữu cơ carbon cao thích hợp để khử độc và lọc nước.
• Nguyên liệu cách nhiệt sinh thái: tấm cách nhiệt từ than bùn ép đùn.
• Chất ổn định đất trồng: cải thiện cấu trúc đất nghèo dinh dưỡng.

Tác động môi trường

Khai thác than bùn là nguồn phát thải CO₂ và CH₄ lớn khi lớp bảo phủ đầm lầy bị dỡ bỏ, oxy hóa vật chất hữu cơ. Đất than bùn khi khô sẽ phân hủy nhanh, giải phóng khí nhà kính lên đến 20–30 tCO₂e/ha mỗi năm, theo ước tính của IPCC.

Sự hủy hoại bãi than bùn làm mất môi trường sống của nhiều loài đặc hữu, như các loài chim nước và động vật lưỡng cư. Mực nước ngầm hạ thấp còn dẫn đến hiện tượng sụt lún mặt đất, làm tăng nguy cơ cháy đầm lầy và ảnh hưởng hệ thủy văn địa phương.

• Phát thải khí nhà kính: CO₂, CH₄.
• Mất đa dạng sinh học: rêu, chim, lưỡng cư đặc hữu.
• Sụt lún đất và cháy đầm lầy mãn tính.

Bảo tồn và phục hồi

Chiến lược bảo tồn đầm lầy than bùn bao gồm quản lý mực nước để duy trì điều kiện kị khí, ngăn chặn phân hủy hữu cơ. Cộng đồng và cơ quan chức năng thường sử dụng đê ngăn nước và tái tạo kênh mương để giữ nước trên bề mặt.

Phục hồi đầm lầy yêu cầu trồng lại rêu Sphagnum và các loài thực vật bản địa, đồng thời điều chỉnh pH và dinh dưỡng để tạo môi trường sống phù hợp. Dự án phục hồi tại Vườn Quốc gia Flow Country (Scotland) ghi nhận mức tăng tích tụ than bùn lên đến 3 mm/năm sau 10 năm can thiệp.

• Giữ mực nước ổn định: tái tạo mương, đê ngăn.
• Trồng lại rêu Sphagnum: bằng phương pháp lát tấm hoặc giâm hom.
• Giám sát carbon: đánh giá tích tụ và phát thải qua đo mẫu định kỳ.

Thách thức và triển vọng

Cân bằng nhu cầu năng lượng và bảo tồn môi trường là thách thức lớn. Việc chuyển đổi sang năng lượng tái tạo giúp giảm áp lực khai thác than bùn, nhưng chi phí đầu tư ban đầu cao và phụ thuộc điều kiện địa phương.

Công nghệ mới như pyrolysis và torrefaction than bùn tạo than sinh học (biochar) mang lại giá trị gia tăng, vừa giảm phát thải khí nhà kính vừa cải tạo đất trồng. Nghiên cứu về carbon capture and storage (CCS) tại nguồn khai thác than bùn hứa hẹn ngăn chặn hầu hết CO₂ thoát ra khí quyển.

• Pyrolysis than bùn → biochar: giữ carbon lâu dài.
• CCS tại mỏ than bùn: thu hồi CO₂ tại chỗ.
• Phát triển năng lượng tái tạo thay thế.

Tài liệu tham khảo

1. IPCC – Wetlands and Peatlands
2. IUCN – Peatlands
3. FAO – Peatlands and Climate Change
4. JSTOR – Peatlands: Ecology and Management
5. ScienceDirect – Biochar from Peat