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。
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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)。 Ehvacr
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。
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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。 暖通在线
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。 版权为ehvacr.com
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。 暖通空调zaixian
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。
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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。
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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。 版权为ehvacr.com
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。” 暖通在线
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。 nuantongkongtiaozaixian
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。
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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。
美国康奈尔大学农业与生命科学学院教授约翰纳斯·雷曼(Johannes Lehmann)曾经出版了一本书,详细讲述了生物炭的优缺点。在他看来,完全不必把气候变化引入生物炭领域,仅靠其提高土壤肥力的优点,以及处理垃圾的能力,就足以让老百姓主动采用这项技术。 不过,也有人认为使用“生物炭”固碳只是某些人一厢情愿的“美好愿望”而已,根本无法实现,而且还可能对地球带来无法估量的灾难。
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《生物炭,人类、土地和生态系统的新威胁》,指出,在背后推动生物炭发展的“国际生物炭组织”是一个游说集团,主要由生物炭和农业燃料新兴公司以及学者组成,该游说组织提出的要求没有科学依据,他们在世界各地游说推广生物炭,其中涉及许多与商业利益相关的阴谋。 暖通空调在线
另外也有人担心,国际生物组织提出的经济刺激将促进生物炭工业化的发展,由此可能导致不好的后果:一些公司除了仅仅利用废物外,还会降低土壤的质量或者加速砍伐森林。
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第一,没有持久而严格的证据表明,木炭能使土壤更为肥沃。据《金融时报》报道,爱丁堡大学的西蒙·沙克利说:“可能是多个因素共同作用的结果:木炭的多孔结构使它能像海绵一样保存水分和水中营养物质,这正是贫瘠的土壤所匮乏的。另外,其多孔结构使它成为许多重要菌种繁殖的‘温床’。”
德国宾根的污水处理厂中,传送带将半干的污水流送入钢容器中,空气中散布着污泥成熟的气味。污水通过容器变成闪亮的黑色颗粒,接着在经过这种短暂的生态“炼金术”处理之后,污物最终变成了木炭,埋藏于地下。将碳封存,防止其进入大气。 该技术的支持者表示,该方式储存碳非常有效。未来的全球气候协定中,应该包括生物炭这种技术。
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埋藏生物炭还可以提高土壤肥力,因为其蜂窝状颗粒成为水分和肥料的储存库。英国东南地区的洛桑即将开始田间试验,评估生物炭对土壤结构和水分的好处。澳大利亚、美国和德国的实验已经显现出一些成果,特别是在其他土壤贫瘠的地区。 版权为ehvacr.com
生物炭受到了关注气候变化人士的支持。宾根生物炭工厂设计工程师海尔马特·葛波尔(Helmut Gerber)表示,他设计的高温裂解设备,原本是为了解决污物灰烬堵塞常规锅炉的问题。 暖通空调在线
通常情况下,污水处理是温室气体的重要来源,废物经焚化(可产生更多排放)产生的粉灰用于建筑行业。在宾根,10%的污水流被输入试验性的高温裂解工厂,工厂用最少的氧气加热废物,分离出一氧化碳和甲烷,之后燃烧再为高温裂解过程提供热量。 nuantongkongtiaozaixian
“碳负性”过程经过计算,污物中60%的碳可以封存在木炭中,木炭埋藏在地下,预计能在1000年或更长时间里,防止碳进入大气。由于污物最初来自能从大气中去除二氧化碳的植物,所以整个过程称为“碳负性”。
像其他地区正在开发的工厂一样,宾根的高温裂解工厂可以转变任何碳基物质,其中包括塑料。这意味着高温裂解可以从农业废物、食品废物和生物质中获取能量。但问题是,它比以常规方式燃烧生物质产生的能量少。 暖通空调在线
壳牌石油公司开展显示出对生物炭作为碳储存机制的浓厚兴趣。生物炭能够捕捉生物质中一半的碳,释放1/3的潜在能量。 尽管益处多多,生物炭的进展还是面临着很大的障碍,比如以低廉的价格完善和传播该技术等等。此外,目前金融系统主要资助从生物质和废物中生产能量,对碳储存技术的支持甚少;生物炭需要全球范围的鼓励政策。 版权为ehvacr.com
正在进行的生物炭土壤益处研究是该技术中一个关键问题。多孔的生物炭能够吸引虫子,捕捉可能从土壤中流失的养分,减少对碳密集肥料的需求。 美国纽约康奈尔大学(Cornell University)研究认为,掩埋生物炭可能让土壤储存有机碳的能力增加一倍。澳大利亚的研究表明,生物炭可以减少土壤排放温室气体一氧化二氮。德国拜罗伊特大学(University of Bayreuth)的新研究显示,生物炭可以使贫瘠土壤中的植物生长加倍。 拜罗伊特大学研究人员布鲁诺·格拉泽(Bruno Glaser)博士表示:“生物炭研究始于1947年。但是直到上个世纪80年代,生物炭一直才被人们想起。现在,关于生物炭的效果有很多令人兴奋的发现。”格拉泽博士正在德国北部研究生物炭作用于贫瘠土壤的效果。 暖通在线
英国纽卡斯尔大学(Newcastle University)大卫·曼宁(David Manning)教授同样也是生物炭的支持者。他说,通过实施正确的激励措施,生物炭封存的碳数量有可能达到航空业排放量。
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生物炭高温裂解炉已经开发出来,将在发展中国家使用。今年12月,各国将在丹麦哥本哈根展开谈判,商议2012年之后的全球气候协定。洪都拉斯和几个非洲国家正努力让生物炭成为新协定中的气候变化减缓手段和适应性技术。 暖通-空调-在线
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