日本生物炭相關文獻
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日本生物炭相關文獻整理及翻譯
生物炭的成分、構造與特性
生物炭的成分
所謂木炭，是木材利用不完全燃燒或在隔絕空氣的條件下熱解的產物，其主要成分是「碳」，最重要的功能是提供穩定且易於調整的火力。木炭的成分與樹種略有關係，但主要是65%~85%的碳，其他包括揮發成分、水分、木灰(無機成分)，所共同組成。
以攝氏400度左右炭化的生物炭為例，其酸鹼值約在ph 8~8.5，而木灰中具有鈣、鉀，以及微量元素砷、硒等等，這些都是樹木生長的必要成分。因此，生物炭不僅可作為燃料使用，也可調整土質，補充土壤中的微量元素。
多孔隙組織構造
木材燒製成木炭的過程中，由於水分大量蒸散，因此體積會縮小1/3，但是原本木材天然組織並不會改變，而是轉為炭化。因此木炭的組織，不論是從橫向或縱向觀察，像是眾多微細小管的集合體，在電子顯微鏡下，可以看見無數大小不一的孔洞，使木炭呈現多孔隙的組織構造。
根據研究，這些細小的孔洞，其直徑約在1微米(μm)~1奈米(nm)，已經都是肉眼所不及的範圍，而這些細小的孔隙卻有著驚人的功能。
良好的吸附性
木炭的多細微孔隙構造，若換算成面積時，其面積將延展到相當的大，例如1公克木炭，若展開成平面，相當250平方公尺，也就是說木炭的極細微構造提供了非常大的表面積。因此基於木炭高密度極細微構造，使得木炭具有良好的吸附性、保水性、透水性與通氣性，這些都是木炭良好的物理性質。並且可以利用這些特性，分別使用在水中、空氣中與土壤中，例如吸附水中的雜質、色澤(脫色)、吸收空氣中的濕氣、調節濕度，甚至這些細微多孔隙構造也很適合著生真菌、細菌，再加上木炭具有保持土壤水分與釋放水分等功能，使得生物炭可當作改良土質的良好材料。
生物炭的種類、特徵與用途
木炭依據樹種、炭化方式可產生不同種類，以日本的分類方式來說，區分為白炭、黑炭、木屑炭(註)、平爐炭、乾留炭。其中以攝氏400度~500度碳化的稱為「乾溜炭」或「平爐炭」，攝氏600度~700度稱為「黑炭」，以攝氏1000度及以上碳化者稱為「白炭」。
此外，木炭亦可以採用原料區分，可分為闊葉硬木木炭、闊葉木木炭、松木木炭、竹炭、果核炭、壓積碳等等。
白炭的特徵與用途
白炭使用耐火性較強的石窯燒製，初期燒製方式與黑炭燒製過程大致相同，但最後精煉階段中滅火法的方式不同，因此產生不同炭質。由於一般燒炭時需要將燃燒室的木料著火三天，提升窯內溫度，然後以大約攝氏400度~500度燜燒一週。到最後階段，再慢慢讓外界的氧氣進入，一舉提高溫度至攝氏1000~1200度精煉。精煉結束後，開始進行滅火作業，以樹皮灰與炭燒後的木灰加水調製的滅火粉滅火，因此木炭上會出現白色粉末，也就是白炭一名的由來。
由於白炭所採用的木料以殼斗科的櫟樹、橡樹為主，其質地細密，因此高溫燒製成木炭後，具有燃燒時間長、火力穩定、發煙少、大量近紅外線等優點，所以在日本料理上，最適合作為蒲燒鰻、串燒、炭烤使用，是日本料理中重要的燃料。例如和歌山縣南部的紀州備長炭，使用烏岡櫟、青剛櫟製作，除當作燃料外，還可用作淨化水質。高知縣的土佐備長炭採用烏岡櫟製作，宮崎縣日向木炭使用青剛櫟製作，秋田白炭採用橡木製作，主要均是作為燃料之用。
黑炭的特徵與用途
黑炭在製作過程上與白炭最大的差異有二，一是黑炭精煉溫度只有攝氏600度~800度，第二則是在最後過程中採用完全密閉悶燒，並沒有再引進氧氣提升溫度，而是等待炭窯自然熄滅與降溫。木料選擇上，黑炭可採用的範圍較廣，在日本除了一般殼斗科樹木外，松木、麻櫟、槭樹、楓樹、日本山毛櫸等等。
黑炭的優點在於點火容易、燃燒快，容易快速獲得高溫，也是目前世界上的主流木炭。以日本來說，大阪府北部的池田炭，採用麻櫟燒製，是日本茶道用的高人氣木炭。岩手縣也有使用蒙古櫟燒製的木炭，相當具有名氣。
竹炭的特徵與用途
竹炭在製作上與白炭類似，窯溫調節也是從低溫攝氏400度，中溫攝氏600~700度，最後以高溫攝氏1000以上精煉。日本竹炭材料以孟宗竹、真竹、毛金竹、赤竹為主。由於竹炭的細微多孔隙比木炭還發達，可達到每1克700~800平方公尺，使它的吸附力大幅提升，甚至超過備長炭，這項特性使得竹炭相當適合作為消臭、濕度調節，以及土壤改良等利用方式。
其他不同材質的木炭
1.闊葉硬木木炭：主要使用硬質闊葉木材，如殼斗科櫟屬、栲屬等喬木。用櫟木燒製的炭俗稱櫟炭、剛炭或柞炭，其中材質較堅實者為青剛櫟和烏剛櫟等燒製的木炭，又稱為青(剛)炭或烏剛炭。
2.一般闊葉木木炭：同時採用硬、軟闊葉樹種混合燒製的炭。俗稱雜木炭。
3.松木木炭：使用松木或其他針葉木材所燒製的木炭。
4.果核炭：以椰子殼、桃核等植物果核為原料所燒製的木炭。
5.壓積炭：將木炭粉碎化後，添加合適的膠合劑，再進行壓製與燒製。壓積炭具有容重大、火力強且穩定、破碎率低、便於使用等優點。
註：木屑炭即是臺灣一般稱的原子炭，是採用鋸木屑壓縮壓縮成木材狀，再加以燒製炭化而成。
什麼是備長炭
備長炭在分類上屬於白炭，其名稱典故來自距今約330年的江戶元祿年間，在和歌山縣田邊市的備中屋長左衛門煉製這種木炭，後取其「備」、「長」二字，稱此為備長炭。
備長炭燒製溫度超過攝氏1000度，因此質地非常堅硬，硬度可達15~20度，接近鋼的水準，所以備長炭相互敲擊時，會發出金屬聲。雖然較難點著，但點燃後由於燃燒性好而溫度穩定，加上燃燒時間長，屬於高品質木炭，現在已成為高級白炭的代名詞。
日本多元的製炭方式
由於日本近三十年來持續推動生物炭經濟，以及社區總體營造，因此結合傳統與現代的燒炭方式，日本呈現多元的製炭方法，以提供給不同社區、非營利組織團體參考。
日本里山雜木林與炭材的關係
日本專家認為製炭與里山文化、行動息息相關，因此特別重視製作生物炭的推廣，其理由如下：
製炭原為造林的一環
日本曾有「環保木炭」的說法，這是因為在二次大戰前，日本家庭主要燃料來自林木，因此對柴薪植物的栽植與管理，日人是自江戶時期就有許多管理方式與生產技術。以往日人主要柴薪植物為殼斗科喬木，這些櫟樹、橡樹，在萌發生長期時，會被斷幹切除，以求接下來樹幹能一分為二，甚至分枝為三根支幹，增加柴薪產量。因此這些被疏伐的幹木，或作為柴薪直接燒掉，或者與其他多餘柴薪，一同做為製炭的木料，提供以往農村經濟產業，也產生良好的森林循環與炭循環。
不過日本里山林業一方面受到1960年代後，化石燃料逐漸普及，以及1980年代後國際自由貿易競爭，遭到北歐、加拿大等林業大國傾銷，使得本土林業瓦解，也讓傳統造林管理及相關生產循環等出現停滯。因此近二十年日本推動里山倡議，鼓勵地方民眾團體學習里山林相管理，林業資源重新利用，其中製炭便成了相當重要的活動與文化產業。
森林管理產生大量炭材
以往針葉人工林多需要疏伐，以提生檜木、杉木等木材成長空間，獲得較大的材積與較好的木材品質，因此疏伐下來的木材，成為主要製炭原料或燃料。但現在日本因林業衰退，致使森林管理逐漸消失，讓人工林變得更不健康。同理，日本的竹林也遇到相同問題，過去因竹材使用而衍伸出有效管理的方式，但現在也面臨缺乏人力與市場需求而衰退，因此如何推動人造林、竹林的管理，讓疏伐材料得以產生更高的使用效率，甚至成為經濟產業，便成為日本里山管理的課題。
廢棄木材回收
口語通稱的「雜木林」是指非經濟性樹種形成的森林，這些雜木林往往在開墾過程中，會有大量樹木被砍伐。或者一如行道樹、政府機關、學校的景觀樹木常需要修剪，或偶爾需要砍除時，也會出現許多木料。
這些俗稱的廢料，都具有生產生物炭、木酢液的功能，但面對大量木料在短時間內出現，儲放變成一個比較大的問題，加上木材種類多元，因此需要寬廣的放置場，可依照木材種類、良窳進行分類，再送到適合的場域進行加工，或相同木料進行生物炭與木酢液煉製，才能在品質上維持穩定與一致性。
日本製炭的歷程-初始期
自人類使用火以來，木炭便已出現在人類文化中，在日本約一萬年前的繩紋時代考古遺跡中即發現木炭，不過日本以炭窯製炭的方式卻相當晚，大約至佛教自中國東渡後，才由遣唐史帶回日本。例如著名的空海和尚，他在中國的修行地是浙江省杭州，而杭州當時便是重要的白炭產地。大約公元八世紀半，奈良東大寺鑄造大佛時，使用了約800噸木炭，證明當時日本已由中國習得築窯製炭之法，並已運用成熟。
炭需求量大增的中世-近代
自鐮倉時代開始，日本進入第一個幕府統治時期，基於對刀劍、甲冑生產有大量需求，在製鐵煉鋼推動下，黑炭生產技術快速發達，並且此時一般庶民對木炭的需求量也開始增加，甚至當時已有所謂販售木炭的專賣商業團體，稱為「炭座」，販售的交易市場稱為「鐮倉七座」。
到了室町時代，日本禪宗佛教將茶道廣為在貴族內傳播，因此開始有人改良適合茶道用的黑炭，安土桃山時代居士千利休還曾經協助開發適合茶道的木炭。江戶時代後，各地諸侯藩國發現製炭可成為財政稅收來源，因此各藩多獎勵生產高品質木炭，利如紀州藩的備長炭是烏剛櫟燒製的白炭，德川幕府則有直轄的伊豆天城炭，佐倉藩的佐倉炭則是使用麻櫟燒製的黑炭，秋田藩的秋田炭屬於青栲櫟製作的白炭，加賀藩的加賀炭是專門用做鍛造冶金的木炭，大版的橫山炭、光滝炭是茶道用的枝炭，這些都是當時著名的木炭。
二次大戰後的衰退與復興
二次大戰前，日本多數一般民眾尚未進入化石燃料，因此木炭的需求量相當高，即便經過二次世界大戰，日本經濟嚴重受創，人口因戰爭而減少，當時仍保有年產約200萬噸的木炭。但1950年代後期，木材燃料開始被化石燃料取代，一般家庭已大幅減少使用木炭，木炭生產量銳減。
1986年日本政府修訂《地力增進法施行令》，指定木炭為改良土壤土質的重要資材，因此才使得農業、高爾夫球場、水質處理、除臭、融雪等功能被廣泛應用，擺脫了木炭僅做為燃料使用的困境，大幅拓展使用範圍與使用量，讓木炭產業得以維持。
日本生物炭的用途與注意事項-日本完成使用指南
1990年代末期，日本社團法人全國燃料協會召開「日本木炭新用途協議會議」，集合學者、民間專家、木炭生產業者、販售業者，針對如何確保木炭的安全性，以及販售通路管理等進行討論，最終於1998年3月完成「木炭安全性確保系統使用指南」。
這份使用指南，除了傳統的燃料功能外，針對木炭的其他功能做出各種用途的「使用注意事項」，讓一般消費者能夠從販售處或包裝說明上，簡單且容易地了解，提供相當好的參考價值。
燃料用
1.燃燒木炭可能產生一氧化碳，室內使用時每小時內換氣二~三次。
2.燃燒的木炭可能發生火花飛濺，需小心灼傷或點燃易燃物、可燃物，化學纖維衣物需遠離燃燒中的木炭。
3.使用完畢需確實滅火。
4.需用於燃料外用途時，務必諮詢販售店家。
飲用水用
1.使用於飲用水之木炭需使用備長炭(白炭)，且不可食用。
2.需放置於幼兒無法拿取的位置。
3.使用前需用水洗，並經過煮沸方得使用。
4.不可使用洗滌劑清洗。(木炭會吸收洗劑)
5.以木炭淨水後，需於二日內飲用完畢。(木炭並無殺菌作用)
6.重複使用需在七天內以項目3方式處理，並經過4次後替換。
7.水1公升對應直徑2~3公分、長8公分，重量約50公克的木炭。
8.不可用於飲用水以外的其他飲料中。
9.以木炭淨化後的水為鹼性，若飲用後身體不適，應立即停止飲用，並諮詢醫師。
煮飯用
1.使用於煮飯之木炭需使用備長炭(白炭)，且不可食用。
2.需放置於幼兒無法拿取的位置。
3.使用前需用水洗，並經過煮沸方得使用。
4.不可使用洗滌劑清洗。(木炭會吸收洗劑)
5.每次使用後以水清洗，可使用約30次。
6.米3杯對應 2~3公分、長8公分，重量約50公克的木炭。
7.請勿使用煮飯外其他用途的木炭。
泡澡用
1.使用於煮飯之木炭需使用備長炭(白炭)，且不可食用。
2.使用前需用水洗。
3.不可同時使用入浴劑。
4.熱水流入式的浴缸從熱水注入時即可投入木炭，使用燒熱的水可於注水前放入木炭。
5.泡澡用木炭可使用三四次後以水清洗，迨陰乾後，於兩個月內可重複使用。
6.一般家庭泡澡使用量約1公斤，
7.若皮膚或體質發生異常，請諮詢醫生後再確定可否使用。
8.木炭不可直接觸皮膚。
9.不可用泡澡用木炭煮飯或淨化飲用水。
10.其他不了解處，務必諮詢製造商或販售店家。
水質改善用
1.水質改善木炭是指用於河川、湖沼、池塘，或其他如家庭排水、水產養殖、畜牧排水、工業排水等淨化使用。
2.汙濁度較高的原水需經過沉澱、過濾、曝氣等前處理，才可使用木炭改善水質。
3.水質改善用木炭主要依賴微生物分解，需注意水流量、流速。
4.使用木炭進行水質改善，是依賴好氧性微生物，因此需要注意水中氧氣含量，必要時需增加水中溶氧。
5.水溫低於攝氏15度時微生物活動力降低，因此冬季或寒冷地區使用時必須注意。
6.處理設施內會累積汙泥，降低水質淨化效率，應定時清除。
7.用於水質改善的木炭，不可用於煮飯、淨化飲用水、泡澡。
8.詳細資料應諮詢製造商或供應商。
土壤改良資材用
1.土壤改良用木炭，其製造目的為改良土壤，不可用於任何食用相關用途。
2.需放置於幼兒無法拿取的位置。
3.用於土壤改良材料的木炭在使用過程中，可能會散落並粘附在其他物體上。
4.需依據不同農作物調整使用量。
5.需依照不同土壤酸鹼值，適度調整使用量。
6.播種、栽植宜在土壤上灑上木炭並充分混合，以及澆水或降雨後再進行。
7.使用木炭作為土壤改良材料，請充分與土壤混和，以免降雨沖刷流失，降低效果。
8.土壤改良用途外的使用方式需諮詢製造商或銷售廠商。
住宅地板下濕度調節用
1.住宅濕度調節用木炭，其製造目的為濕度調節，不可用於任何食用相關用途。
2.需放置於幼兒無法拿取的位置。
3.施工前住宅地板下方需仔細清掃。
4.施工時需避免木炭細粉或粉塵外漏。
5.施工時木炭與金屬管接觸處需特別注意可能發生鏽蝕。
6.地板下方不可封閉換氣口。
7.鋪設處上方需保留距離地板下方20公分高。
8.住宅所在位置、土質條件、相關施工方式，以及使用木炭調節濕度等專業問題，應先諮詢製造商或販售店家。
蔬果保鮮用
1.蔬果保鮮用木炭，除用於蔬果保鮮，不可用於任何食用相關用途。
2.由於木炭具有良好的吸附性、吸臭性，因此必須保存於不透氣的密封塑膠袋中。
3.請放置遠離火爐、瓦斯爐或其他熱源處。
4.應注意包裝有無破損，以免炭粉外漏造成汙染。
5.蔬果保鮮用木炭具有除臭效果，如果您重視氣味使用上請注意。
6.使用過的木炭不可再用於淨化飲用水、泡澡、煮飯。
7.蔬果保鮮用途外的使用方式需諮詢製造商或銷售廠商。
除臭用
1.專為除臭製作的木炭，不可作為任何食品相關用途。
2.由於木炭具有良好的吸濕性、吸臭性，因此必須保存於不透氣的密封塑膠袋中。
3.請放置遠離火爐、瓦斯爐或其他熱源處。
4.應注意包裝有無破損，以免炭粉外漏造成汙染。
5.使用過的木炭不可再用於淨化飲用水、泡澡、煮飯。
6.除臭用途外的使用方式需諮詢製造商或銷售廠商。
使用木炭寢具
1.請放置遠離火爐、瓦斯爐或其他熱源處。
2.由於吸濕性強，需收藏於濕氣少的場所。
3.避免陽光直射，可採用每月三~四次陰乾方式處理。
4.避免清洗整個炭袋、炭墊或炭枕。
5.應注意包裝有無破損，以免炭粉外漏造成汙染，使用上避免撞擊拉扯，以免包裝破損。
6.使用過的木炭不可再用於淨化飲用水、泡澡、煮飯。
7.其他不了解之處，建議諮詢製造商或銷售廠商。
木炭特性的應用範疇
木炭無論在物理性、化學性上都有許多特點，因此在實際應用的範圍，除了上述的「民生用途」外，還有許多工業用途，而以下就其物裡用途、化學用途，以及其他用途等，製表簡要說明。
木酢液的用途
木酢液為燒炭時蒐集排出的煙，並加以冷卻取得的液體。剛採集的木酢液在靜置後分為三層，最下面的是黑色黏稠的焦油，中層是黃褐色的粗木酢液，最上層則是一層薄的木精油。而中層的粗木酢液必須經過過濾、蒸餾，將焦油完全去除後方能取得精製的高純度木酢液。
促進農作物生長
木酢液具有促進植物發芽生長的功能，不過要注意的是，剛蒐集的木酢液具有焦油與苯酚，對植物生長有害，因此農用木酢液必須精製，將有害物質去除。使用上採用低濃度噴灑，即稀釋500倍再使用。
病蟲害防治
根據研究，木酢液具有治療植物的功能，例如真菌、立枯病、灰色葡萄孢菌、白色銹病、霜黴病等等。
環境除臭
木酢液內含要大量醋酸，可中和糞尿中鹼性的氨(阿摩尼亞)，降低臭味。因此針對如流動廁所、公廁等，可使用木酢液加以除臭抑菌。此外，日本亦研發將木酢液與生物炭摻入動物飼料，以降低其排泄物的臭味。
入浴劑
使用木酢液作為入浴劑可提升皮膚的保濕性，並對於敏感性肌膚有舒緩效果。
生物炭與地方再生、環境教育案例
早在「里山倡議」前，日本社會已注意到因都市化後，偏鄉人口大量外流與高齡化、產業空洞化的問題，因此試圖以各種方式推動地方在地產業與傳統文化，藉此期待有新發展，其中燒炭除了是林業循環與管理的一部份外，也往往具有傳統文化價值，因此1990年代末期，遂開始有地方推動。
日本推動「燒炭里」
東京都八王子市的上恩方醍醐地區是整個東京都最偏遠的鄉鎮，但當地曾因製炭而繁榮，所以有民間團體在當地推動相關課程，試圖讓當地重燃「燒炭里」的光榮。
1997年7月當地首次推動「燒炭培訓班」(炭やき塾)，並連續推出兩期課程，在燒炭會副會長杉浦銀治先生的指導下，利用當地的土石建造一座傳統黑炭窯，並命名「醍醐黑炭窯」，展開了接下來的相關推廣課程。
在東京都首創這樣的先例，並透過向一般民眾的推廣後，後來又有其他地區陸續興建這樣的炭窯，例如東京多摩市的二號窯，愛知縣北社樂郡社樂町的三號窯，這些都逐步推動了醍醐地區的理念。
燒炭培訓班
首次推廣燒製生物炭課程，即招募到40位學員，由於燒炭並不只是燒製而已，必須從建造炭窯的相關知識與實際體驗開始做起，再進階到木炭燒製，因此課程分為兩期，每期均為四天三夜。
第一期建造炭窯，課程內容如下：
第一天：課程開場及簡介、手作窯壁，分三班分工輪流實做搬運窯土、裝設簡易移動窯、製作炭窯煙囪。
第二天：窯壁建造完成後，準備製作窯頂，分三班分工輪流建築窯頂、裝設煙囪、簡介木酢液相關知識。
第三天：完成窯頂，其他內容如前一天的項目。
第四天： 炭窯最後修飾作業，結業式。
第二期課程木炭燒製、山林木料整備工作，其課程內容如下：
第一天：課程開場及簡介、準備木料、整理炭窯、安裝木酢液蒐集裝置。
第二天：放置木料與點火、整理環境、木料染色、蒟蒻製作、竹林維護與整理。
第三天：蒐集木酢液、砍伐林木、燒炭交流會(專家演講日本木炭新用途、炭琴演奏、薩克斯風演奏)。
第四天：整理環境、植樹祭典、結業式。
三週後開窯取炭，完成課程。
復刻「案下炭」
東京都八王子市恩方地區，在昭和中期曾是白炭「案下炭」產地，該種木炭在當時廣為使用於煮飯烹飪、取暖等日常生活，並受到民眾歡迎。據說它的起源來自室町時代對鍛刀的需求，才製做出這種品質優良的木炭。
江戶時期案下炭不論在品質、技術、產量都相當好，成為東京(江戶)許多人的生活必需品，所以過去曾有「炭工之子不識父母容貌」一說，來形容炭窯工作繁忙到父母根本沒空照顧子女，必須每天早上四點出門，晚上九點回家的辛勞景況。
案下炭不僅火力強且燃燒持久，木炭相互敲擊時還會發出「鏗鏘」的金屬聲，並由於大量販售至東京，使得案下炭成為舊案下村、舊醍醐村等村民們的重要收入支柱。但1960年代後瓦斯、電力、石油等新能源普及，輝煌一時的案下炭便逐漸沒落。
1998年2月，在燒炭培訓班的學員及當地的尾崎忠雄先生推動下，重新讓案下炭復活。在八王子市醍醐．振宿町建造一座寬1.3~1.4米、長1.7米、高1.35米的炭窯，並在放入500公斤木料後，燒製出50公斤白炭，最後這些白炭以案下炭之名成為地方特產販售。
參考資料
岸本吉成。1988。農業富民。富民協會
恩方一村逸品研究所。2019。炭やき教本。創森社
三枝敏郎。1998。木酢液、炭と有機農業。創森社
2019。精選版 日本國語大辭典。小学館
林弥栄。2011。日本の樹木（増補改訂新版）。山と溪谷社