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生物炭

2014年09月17日 09:25   來源:深圳市新能源行業協會

詳細簡介


  生物炭不是一般的木炭,是一種碳含量極其豐富的木炭。它是在低氧環境下,通過高溫裂解將木材、草、玉米稈或其它農作物廢物碳化。這種由植物形成的,以固定碳元素為目的的木炭被科學家們稱為“生物炭”。它的理論基礎是:生物質,不論是植物還是動物,在沒有氧氣的情況下燃燒,都可以形成木炭。

  生物炭是一種經過高溫裂解“加工”過的生物質。裂解過程不僅可以產生用于能源生產的氣體,還有碳的一種穩定形式——木炭,木炭被埋入地下,整個過程為“碳負性”(carbon negative)。

  生物炭幾乎是純碳,埋到地下后可以有幾百至上千年不會消失,等于把碳封存進了土壤。生物炭富含微孔,不但可以補充土壤的有機物含量,還可以有效地保存水分和養料,提高土壤肥力。事實上,之所以肥沃的土壤大都呈現黑色,就是因為含碳量高的緣故。

  英國環保大師詹姆斯·拉夫洛克稱,生物炭是減輕災難性氣候變化的唯一希望。研究人員也表示,生物炭也能提高農業生產率,減少對碳密集肥料的需求。木炭碎料的孔洞結構十分容易聚集營養物質和有益微生物,從而使土壤變得肥沃,利于植物生長,實現增產的同時讓農業更具持續性。更妙的是,它把碳鎖定在生物群內,而非讓它排放到空氣中。

生產方式


  高溫分解制造

  數千年來,人們一直把木炭用做燃料,其制造過程很簡單:讓木材、稻草或者農作物廢棄物在缺氧的環境下燃燒,得到的物質就是木炭。傳統方法是將土覆蓋在點燃的生物質上使之長時間無焰燃燒。

  用傳統方法大規模工業化生產木炭不切實際。研究人員將目光投向了“高溫分解”法——在500℃到600℃的高溫下,將有機物質置于缺氧狀態下,對其有控制地進行高溫分解。除了獲得木炭,高溫分解還能夠生成合成氣和液態焦油等副產品,這兩種副產品都能用做發電或取暖的燃料。

  生物炭的產量取決于高溫分解過程的快慢??焖俑邷胤纸饽軌虻玫?0%的生物炭、20%的合成氣和60%的生物油。而慢速高溫分解可以產生50%的木炭和少量的油。英國管理與可持續發展研究所認為,由于現代高溫分解裝置能夠完全使用合成氣運轉,產出的能量是所需能源成本的3到9倍。

  變廢為寶方式

  很多其他材料也可以制造木炭,諸如農業產生的大量動植物廢料——麥稈、種殼、糞便等;人類制造的垃圾——比如下水污泥或其他生活垃圾都能派上用場。 使用垃圾廢料生產生物炭還有雙重減碳的效果。如果任垃圾肥料腐爛,它們會產生甲烷。甲烷也是一種溫室氣體,其對溫室效應的影響是二氧化碳的二十多倍。

  但是,難點在于如何經濟有效地收集這些廢料??死锼?middot;古德爾在《拯救地球的十種技術》中寫道:“在全球范圍內,大規模組織生物炭生產和固碳等活動,讓農民因將生物炭埋入土壤而得到報酬,實施起來有點難度。”

  此外,也需要給農戶們配備新設備來處理這些廢料。對于城市廢品處理來說,關鍵是將可以變為炭的有機廢品從其他垃圾中分離出來,并且還要證明這樣做比掩埋廢料更經濟有效。

  管理與可持續發展研究所建議,炭的生產可以采用小規模和工業化相結合的方式,如果稍加改進,就能夠在城市、鄉村甚至貧困地區經濟有效地生產生物炭。

  碳捕捉

  康奈爾大學的約翰內斯·萊曼是生物炭的堅定支持者,2009年4月份,他出版了新書《用生物炭管理環境》,他樂觀地估計,生物炭每年最多可以吸收10億噸溫室氣體,超過2007年排放總量85億噸的10%。 生物炭的這種富有潛力、獨一無二、甚至有些神秘的特性使其成為研究氣候變化最熱門的新興領域之一。

  用生物炭鎖定碳的理念已經贏得像詹姆斯·拉夫洛克這樣重量級科學家的支持。詹姆斯·拉夫洛克是一位特立獨行的科學家。他的蓋亞假說最近又重新開始風靡。”

  而康奈爾大學的科學家們正在萊曼的帶領下,研究如何將碳從富含生物炭的土壤中剝離出來;英國愛丁堡大學建立了生物炭研究中心;其他歐洲國家也緊隨其后;加拿大、澳大利亞等國家也紛紛開展了相關的研究項目。一些公司也踏上旅途,開始尋找使生物炭的生產進入商業化的渠道。

研究成果


  新聞報道

  據《每日科學》網報道,一直以來人們都在尋求固定二氧化碳從而減少其排放的辦法??茖W家表示,幾百年前,亞馬遜印第安人用來提高土壤肥力的生物炭(biochar),在現代世界可以幫助減緩全球氣候變化,大規模生產生物炭可吸收大量溫室氣體。相關研究報告發表在《環境科學與技術》周刊上。

  進行此項研究的凱莉·羅伯茨和同事指出,生物炭不是一般的木炭,是一種碳含量極其豐富的木炭。它是在低氧環境下,通過高溫裂解將木材、草、玉米稈或其它農作物廢物碳化。早在幾百年前,亞馬遜印第安人就會將生物炭和有機質摻入土中,創造出肥沃的黑土,今天這種木炭被稱為生物炭(biochar),用植物廢料,而非森林里的樹木制成。木炭碎料的孔洞結構十分容易聚集營養物質和有益微生物,從而使土壤變得肥沃,利于植物生長,實現增產的同時讓農業更具持續性。更妙的是,它把碳鎖定在生物群內,而非讓它排放到空氣中。

  成果作用

  這項研究涉及生物炭的“生命周期分析”,它的形成過程對減緩全球變暖所起的作用,以及使用它可能產生的影響。研究結果表明,制造生物炭是一種固定二氧化碳的經濟可行的方式,不僅固化了樹木和作物內已吸收的二氧化碳,其產物“生物碳”保存在土壤中,幾千年都不會發生變化,生產可再生能源的同時,還提高了土壤肥力,提高農作物產量。生物炭可以被埋入廢棄煤礦,或耕種時埋入土壤中。生物炭填埋還有利于改善土壤排水系統,并將80%左右的諸如一氧化氮和甲烷等溫室氣體封存在土壤中,阻止其排放到大氣中。

  現代方法

  制作生物炭的現代方法是在低氧環境下用高溫加熱植物垃圾,使其分解。日前,氣候專家找到了更清潔環保的方式,進行工業規模二氧化碳固定,利用巨型微波熔爐將二氧化碳封存在“生物炭”中,然后進行掩埋。這種特制“微波爐”將成為戰勝全球變暖的最新利器。因此,該技術每年可以減少向空氣中排放幾十億噸二氧化碳。日前不少人將生物炭技術視為目前為止解決氣候變暖問題的“尚方寶劍”,一種“氣候變化減緩”戰略和恢復退化土地的方式。有些專家甚至聲稱,生物炭可吸收如此多的二氧化碳,以至地球能恢復到工業化之前的二氧化碳水平。

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