生物炭

预见未来有未来 2018-12-24

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生物炭是生物有机材料（生物质）在缺氧或绝氧环境中，经高温热裂解后生成的固态产物。既可作为高品质能源、土壤改良剂，也可作为还原剂、肥料缓释载体及二氧化碳封存剂等，已广泛应用于固碳减排、水源净化、重金属吸附和土壤改良等，可在一定程度上为气候变化、环境污染和土壤功能退化等全球关切的热点问题提供解决方案。

基本信息

英文名：biochar
中文名：生物炭

性质：纯碳
生产方法：废弃生物质高温热裂解及气化制造
领域：环境

简介

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生物炭不是一般的木炭，是一种碳含量极其丰富的木炭。它是在低氧环境下，通过高温裂解将木材、草、玉米秆或其它农作物废物碳化。这种由植物形成的，以固定碳元素为目的的木炭被科学家们称为“生物炭”。它的理论基础是：生物质，不论是植物还是动物，在没有氧气的情况下燃烧，都可以形成木炭。

生物炭是一种经过高温裂解“加工”过的生物质。裂解过程不仅可以产生用于能源生产的气体，还有碳的一种稳定形式——木炭，木炭被埋入地下，整个过程为“碳负性”（carbon negative）。

生物炭几乎是纯碳，埋到地下后可以有几百至上千年不会消失，等于把碳封存进了土壤。生物炭富含微孔，不但可以补充土壤的有机物含量，还可以有效地保存水分和养料，提高土壤肥力。事实上，之所以肥沃的土壤大都呈现黑色，就是因为含碳量高的缘故。

英国环保大师詹姆斯·拉夫洛克称，生物炭是减轻灾难性气候变化的唯一希望。

研究人员也表示，生物炭也能提高农业生产率，减少对碳密集肥料的需求。木炭碎料的孔洞结构十分容易聚集营养物质和有益微生物，从而使土壤变得肥沃，利于植物生长，实现增产的同时让农业更具持续性。更妙的是，它把碳锁定在生物群内，而非让它排放到空气中。

研究成果

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一直以来人们都在寻求固定二氧化碳从而减少其排放的办法。科学家表示，几百年前，亚马逊印第安人用来提高土壤肥力的生物炭(biochar)，在现代世界可以帮助减缓全球气候变化，大规模生产生物炭可吸收大量温室气体。相关研究报告发表在《环境科学与技术》周刊上。

进行此项研究的凯莉·罗伯茨和同事指出，生物炭不是一般的木炭，是一种碳含量极其丰富的木炭。它是在低氧环境下，通过高温裂解将木材、草、玉米秆或其它农作物废物碳化。早在几百年前，亚马逊印第安人就会将生物炭和有机质掺入土中，创造出肥沃的黑土，今天这种木炭被称为生物炭（biochar），用植物废料，而非森林里的树木制成。木炭碎料的孔洞结构十分容易聚集营养物质和有益微生物，从而使土壤变得肥沃，利于植物生长，实现增产的同时让农业更具持续性。更妙的是，它把碳锁定在生物群内，而非让它排放到空气中。

这项研究涉及生物炭的“生命周期分析”，它的形成过程对减缓全球变暖所起的作用，以及使用它可能产生的影响。研究结果表明，制造生物炭是一种固定二氧化碳的经济可行的方式，不仅固化了树木和作物内已吸收的二氧化碳，其产物“生物碳”保存在土壤中，几千年都不会发生变化，生产可再生能源的同时，还提高了土壤肥力，提高农作物产量。生物炭可以被埋入废弃煤矿，或耕种时埋入土壤中。生物炭填埋还有利于改善土壤排水系统，并将80%左右的诸如一氧化氮和甲烷等温室气体封存在土壤中，阻止其排放到大气中。
制作生物炭的现代方法是在低氧环境下用高温加热植物垃圾，使其分解。日前，气候专家找到了更清洁环保的方式，进行工业规模二氧化碳固定，利用巨型微波熔炉将二氧化碳封存在“生物炭”中，然后进行掩埋。这种特制“微波炉”将成为战胜全球变暖的最新利器。因此，该技术每年可以减少向空气中排放几十亿吨二氧化碳。日前不少人将生物炭技术视为目前为止解决气候变暖问题的“尚方宝剑”，一种“气候变化减缓”战略和恢复退化土地的方式。有些专家甚至声称，生物炭可吸收如此多的二氧化碳，以至地球能恢复到工业化之前的二氧化碳水平。

前景

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可将碳元素锁在土壤内达数百年

植物的腐烂自然而然会令土壤中含有大量的碳元素。但是这些碳相对而言是不稳定的，受气候影响很大。一旦遇到像农耕这样的变化，土壤就会释放出二氧化碳。这使得它们既是碳源、又是碳汇。因此，用土壤来锁定碳元素的想法对气候学家而言没有丝毫的吸引力。
生物炭与土壤锁碳的不同之处在于，生物炭可以稳定地将碳元素锁住长达数百年。其中的碳元素被矿化后很难再分解。更重要的是，除了它所具备的土壤改良功能外，其生产过程中产生的一些副产品更是具有很高的经济吸引力。

生产过程中，大约1/3转化为生物炭，1/3转化为可用于燃烧发电的合成气，还有1/3则形成原油替代品。这种替代品虽然无法用作运输燃料，但却可以用来制造塑料。因此澳大利亚著名的探险家、自然学家提姆·富兰纳瑞认为生物炭的这些特性“使我们能够同时解决三四

个重大危机：气候变化危机，能源危机，以及食品和水资源危机。”使用生物炭不仅能够使土壤肥沃，还能够帮助土壤保持水分。

能有效减少空气中碳含量

据全球碳计划统计，2000到2007年，人类排放到大气中的二氧化碳中每年有54%，约48亿吨，被陆地和海洋中的碳汇（例如森林和海洋中的浮游生物等）所吸收。然而每年仍然有大约40亿吨的剩余的碳需要我们想办法去降低或者吸收。此外，由于陆地和海洋的变暖，天然碳汇的吸收量正在下降，这就意味着我们要么付出更大的努力减少空气中的碳含量，要么停止向空气中排放碳。

康奈尔大学的约翰内斯·莱曼是生物炭的坚定支持者，2009年4月份，他出版了新书《用生物炭管理环境》，他乐观地估计，生物炭每年最多可以吸收10亿吨温室气体，超过2007年排放总量85亿吨的10%。生物炭的这种富有潜力、独一无二、甚至有些神秘的特性使其成为研究气候变化最热门的新兴领域之一。

用生物炭锁定碳的理念已经赢得像詹姆斯·拉夫洛克这样重量级科学家的支持。詹姆斯·拉夫洛克是一位特立独行的科学家。他的盖亚假说最近又重新开始风靡。”

而康奈尔大学的科学家们正在莱曼的带领下，研究如何将碳从富含生物炭的土壤中剥离出来；英国爱丁堡大学建立了生物炭研究中心；其他欧洲国家也紧随其后；加拿大、澳大利亚等国家也纷纷开展了相关的研究项目。一些公司也踏上旅途，开始寻找使生物炭的生产进入商业化的渠道。