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。
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。
研究前景
1、可將碳元素鎖在土壤內達數百年
植物的腐爛自然而然會令土壤中含有大量的碳元素。但是這些碳相對而言是不穩定的,受氣候影響很大。一旦遇到像農耕這樣的變化,土壤就會釋放出二氧化碳。這使得它們既是碳源、又是碳匯。因此,用土壤來鎖定碳元素的想法對氣候學家而言沒有絲毫的吸引力。
生物炭與土壤鎖碳的不同之處在于,生物炭可以穩定地將碳元素鎖住長達數百年。其中的碳元素被礦化后很難再分解。更重要的是,除了它所具備的土壤改良功能外,其生產過程中產生的一些副產品更是具有很高的經濟吸引力。
生產過程中,大約1/3轉化為生物炭,1/3轉化為可用于燃燒發電的合成氣,還有1/3則形成原油替代品。這種替代品雖然無法用作運輸燃料,但卻可以用來制造塑料。因此澳大利亞著名的探險家、自然學家提姆·富蘭納瑞認為生物炭的這些特性“使我們能夠同時解決三四個重大危機:氣候變化危機,能源危機,以及食品和水資源危機。”使用生物炭不僅能夠使土壤肥沃,還能夠幫助土壤保持水分。
2、能有效減少空氣中碳含量
據全球碳計劃統計,2000到2007年,人類排放到大氣中的二氧化碳中每年有54%,約48億噸,被陸地和海洋中的碳匯(例如森林和海洋中的浮游生物等)所吸收。然而每年仍然有大約40億噸的剩余的碳需要我們想辦法去降低或者吸收。此外,由于陸地和海洋的變暖,天然碳匯的吸收量正在下降,這就意味著我們要么付出更大的努力減少空氣中的碳含量,要么停止向空氣中排放碳。
變廢為寶
三種可行的方式
1、集中化
——某一地區的所有生物質廢料都被送到中央處理廠進行集中處理,目前美國和加拿大的公司普遍采用這種方式;
2、非集中化方式
——每個農戶或小型農戶聯合體擁有屬于自己的技術含量相對較低的高溫分解爐。
3、流通的方法
一輛裝有高溫分解設備的合成氣動力車走鄉串戶,將制好的生物炭給農戶使用,將生物油收集起來,送到精煉廠將其變成可供車輛使用的液態生物燃料,這種方法可能更為可行。
管理與可持續發展研究所指出,在巴西,甘蔗的頂部一般在田間就地焚燒,而制糖產生的甘蔗渣可以被有效地轉化為生物炭。據估計,巴西每年收獲4億6千萬噸甘蔗,其中約2億3千萬噸可以用來進行高溫分解制造生物炭。
實踐過程
德國賓根的污水處理廠中,傳送帶將半干的污水流送入鋼容器中,空氣中散布著污泥成熟的氣味。污水通過容器變成閃亮的黑色顆粒,接著在經過這種短暫的生態“煉金術”處理之后,污物最終變成了木炭,埋藏于地下。將碳封存,防止其進入大氣。 該技術的支持者表示,該方式儲存碳非常有效。未來的全球氣候協定中,應該包括生物炭這種技術。
埋藏生物炭還可以提高土壤肥力,因為其蜂窩狀顆粒成為水分和肥料的儲存庫。英國東南地區的洛桑即將開始田間試驗,評估生物炭對土壤結構和水分的好處。澳大利亞、美國和德國的實驗已經顯現出一些成果,特別是在其他土壤貧瘠的地區。
生物炭受到了關注氣候變化人士的支持。賓根生物炭工廠設計工程師海爾馬特·葛波爾(Helmut Gerber)表示,他設計的高溫裂解設備,原本是為了解決污物灰燼堵塞常規鍋爐的問題。
通常情況下,污水處理是溫室氣體的重要來源,廢物經焚化(可產生更多排放)產生的粉灰用于建筑行業。在賓根,10%的污水流被輸入試驗性的高溫裂解工廠,工廠用最少的氧氣加熱廢物,分離出一氧化碳和甲烷,之后燃燒再為高溫裂解過程提供熱量。