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生物炭

2014年09月17日 09:25   来源:深圳市新能源行业协会

详细简介


  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。

生产方式


  高温分解制造

  数千年来,人们一直把木炭用做燃料,其制造过程很简单:让木材、稻草或者农作物废弃物在缺氧的环境下燃烧,得到的物质就是木炭。传统方法是将土覆盖在点燃的生物质上使之长时间无焰燃烧。

  用传统方法大规模工业化生产木炭不切实际。研究人员将目光投向了“高温分解”法——在500℃到600℃的高温下,将有机物质置于缺氧状态下,对其有控制地进行高温分解。除了获得木炭,高温分解还能够生成合成气和液态焦油等副产品,这两种副产品都能用做发电或取暖的燃料。

  生物炭的产量取决于高温分解过程的快慢。快速高温分解能够得到20%的生物炭、20%的合成气和60%的生物油。而慢速高温分解可以产生50%的木炭和少量的油。英国管理与可持续发展研究所认为,由于现代高温分解装置能够完全使用合成气运转,产出的能量是所需能源成本的3到9倍。

  变废为宝方式

  很多其他材料也可以制造木炭,诸如农业产生的大量动植物废料——麦秆、种壳、粪便等;人类制造的垃圾——比如下水污泥或其他生活垃圾都能派上用场。 使用垃圾废料生产生物炭还有双重减碳的效果。如果任垃圾肥料腐烂,它们会产生甲烷。甲烷也是一种温室气体,其对温室效应的影响是二氧化碳的二十多倍。

  但是,难点在于如何经济有效地收集这些废料。克里斯·古德尔在《拯救地球的十种技术》中写道:“在全球范围内,大规模组织生物炭生产和固碳等活动,让农民因将生物炭埋入土壤而得到报酬,实施起来有点难度。”

  此外,也需要给农户们配备新设备来处理这些废料。对于城市废品处理来说,关键是将可以变为炭的有机废品从其他垃圾中分离出来,并且还要证明这样做比掩埋废料更经济有效。

  管理与可持续发展研究所建议,炭的生产可以采用小规模和工业化相结合的方式,如果稍加改进,就能够在城市、乡村甚至贫困地区经济有效地生产生物炭。

  碳捕捉

  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。

研究成果


  新闻报道

  据《每日科学》网报道,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。

  成果作用

  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。

  现代方法

  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。

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