新功能、新界面、新体验,扫描即可下载生物谷APP!
首页 » 生物炭能否给地球降降温?

生物炭能否给地球降降温?

来源:科技日报 2009-07-15 09:30

千百年来,巴西亚马逊盆地的农民一直使用一种特殊的肥料,该肥料能使贫瘠或者被破坏的土地重新焕发生机。当地人称它为“印第安黑土”,它稠密、丰富、肥沃,与当地稀松、贫瘠的土壤形成鲜明对比。

现代分析研究表明,它由2500多年前甚至6000多年前生活在亚马逊流域的人们制造出来,那时,人们使用常见的粪便、鱼类、动物骨骼和植物废料来制造这种土壤,这种土壤让这片贫瘠的土地繁衍出复杂的农耕文明。

其实,“黑土”的关键成分是木炭,也称为“生物炭”(Biochar)。

生物炭正在成为气候变化专家们关注和争论的焦点,因为其似乎潜在的巨大能量,也因为对其的研究还不够彻底,笼罩在其身上的“层层面纱”并未完全揭开,因此,各方人士众说纷纭,存在着极端不同甚至相反的观点。

生物炭固碳效果好

科学家们将这种以固碳为目的的木炭称为“生物炭”。其理论基础是:任何生物质在无氧环境下进行不充分燃烧,都可以形成木炭。

在亚马逊盆地“黑土”中的木炭所具有的黏性可以使肥效维持几个世纪之久,这给科学家们启迪:木炭是动植物燃烧后的残留物质,也是碳的一种形式。如果它可以长期完整地保存在土壤中而不被分解成二氧化碳释放出来,那么,我们也可以用这种方法将更多的碳元素“锁”在地球上,同时,还可以改良土壤的肥力,另外,其生产过程中产生的某些副产品也具有很高的经济价值。

据《纽约时报》5月1日报道,国际生物炭组织的主任戴比·瑞德指出,千百年来亚马逊原住民所制造的含有生物炭的土壤,与周围的土壤相比,前者含有的黑炭是后者的70倍,且养分远高于其他区域。而且,这种土壤还可以将碳保存在土壤中2000多年。

据英国《金融时报》2月27日报道,在生产生物炭的过程中,约三分之一的生物质变成木炭;三分之一转化为可用来燃烧发电的合成气;剩下的三分之一则变成原油替代品,这种替代品虽然很难用作运输燃料,但却可以用来制造塑料。

澳大利亚著名探险家、自然学家提姆·富兰纳瑞认为,生物炭的这些特性“使我们能够一次解决三四个重大危机:气候变化危机、能源危机、食品和水危机”——因为,将生物炭放在土壤中,不仅可以让土壤更加肥沃,还可以帮助土壤更好地蓄水。

全球减碳任务艰巨

目前,全球减碳形势面临严峻考验。虽然各国政府都在主张“低碳经济”,全球温室气体仍然处于排放的“快车道”中无法刹车。根据政府间气候变化专门委员会的估计,如果人类想要避免气候变化所带来的灾难性影响,温室气体排放必须在2015年到2020年间达到峰值。然而根据目前的估算,这是一个“不可能完成的任务”。

2008年11月,国际能源署指出,温室气体排放已经进入失控状态,除非我们能够找到简单廉价地从大气中吸收二氧化碳的方法,以及更快地在全球采用比现行的再生技术更加清洁的电力技术。

据全球碳计划统计,2000年到2007年间,人类每年排放到大气中的二氧化碳,其中54%(约48亿吨)被陆地和海洋碳化——例如森林和海洋中的浮游生物等所吸收。然而,每年仍然有约40亿吨剩余的碳需要我们想方设法降低或者吸收。

另外,随着陆地和海洋逐渐变暖,这些天然的碳吸收量慢慢下降,这意味着我们要么更努力地减少空气中的碳,要么停止向空气中排放碳。

生物炭引科学家“尽折腰”

为了给不断升温的地球降温,很多科学家将目光聚焦在“生物炭”上,希冀在改变世界碳平衡的过程中,生物炭能够施展拳脚,大有作为。

据《金融时报》2月27日报道,美国前副总统、环保主义者阿尔·戈尔指出,不可能仅凭某一副“灵丹妙药”来彻底解决气候变化问题,但却一定“存在着有效的解决方案”。只有减排或锁碳等手段多管齐下,人类才能将大气中的碳含量降低到安全线以下。而在众多可行的方法中,生物炭无疑是简单又廉价的。

英国《新科学家》2008年12月2日报道称,商人、气候变化评论员克里斯·古德尔在其出版的新书《拯救地球的十种技术》中,将“生物炭”列为“济世良方”,他认为,用生物炭捕捉碳元素相当稳定,能将碳“锁”在地下几百年,同时也可以让土壤变得更加肥沃;另外,还可以减少二氧化氮和甲烷等其他温室气体的排放。

英国东安格利亚大学地球系统学教授提姆·兰登认为,如果同时开展其他减碳技术,包括森林保护和森林再造;增加可再生能源的份额;大力推广节约能源等,世界或许能够达到为了防止气候灾害保持“碳平衡”所需要减少的排碳量。

康奈尔大学的约翰内斯·莱曼是生物炭的坚定支持者,今年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%。

用生物炭锁定碳的理念使很多科学家尽折腰,投身于这一事业。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。

据《纽约时报》5月1日报道,位于美国科罗拉多州的生物炭工程公司,正在进行一项探索性的研究,将更多的碳保存在地面的同时,让土壤更加肥沃,同时还可以赚钱。

国际生物炭组织同时也在去年的联合国波兹南会议中游说美国和其他国家的政府对生物炭研究提供经费资助。

高温分解制造生物炭

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。

变废为宝可得生物炭

还有什么其他方法可以得到生物炭呢?从控制气候变化的角度来看,砍伐森林简直就是“剜肉补疮”。其实,很多其他材料可以制造木炭: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。

他们提出了三种可行的方式。其一是集中化——某一地区的所有生物质废料都被送到中央处理厂进行集中处理,目前美国和加拿大的公司普遍采用这种方式;其二是非集中化的方式——每个农户或小型农户联合体拥有属于自己的技术含量相对较低的高温分解炉。

第三种是一种流通的方法:一辆装有高温分解设备的合成气动力车走乡串户,将制好的生物炭给农户使用,将生物油收集起来,送到精炼厂将其变成可供车辆使用的液态生物燃料,这种方法可能更为可行。

管理与可持续发展研究所指出,在巴西,甘蔗的顶部一般在田间就地焚烧,而制糖产生的甘蔗渣可以被有效地转化为生物炭。据估计,巴西每年收获4亿6千万吨甘蔗,其中约2亿3千万吨可以用来进行高温分解制造生物炭。

企业将生物炭商品化

一些企业正在试图将生物炭商品化,从而使之成为解决气候问题、土壤和能源问题的良方妙策。

碳补偿企业Climate  Care的创始人麦克·梅森略组建了新企业Biojoule,致力于研究生物炭技术商业化的可行性。加拿大安大略省的达茂能源公司一直从事生物碳的生产和制造,每天能够获得130多吨生物油。总部位于澳大利亚的Crucible  Carbon公司估计,如果使用他们的技术,用生物炭固炭的成本是每吨20澳元(折合13美元)。

新西兰的Carbonscape公司希望提出要种植9.3亿公顷植物来生产生物炭;能源讲师彼得·里德的口气更大:14亿公顷。

当美国、加拿大、澳大利亚的项目都强调对大的工厂进行商业化,将废弃的生物质变成能源和生物炭时,科罗拉多州的生物炭工程公司的方法是降低这个工艺流程的规模,使得其能够更广泛地在一个森林或者一个农场推广,减少原材料的交通费用和更大设备的成本费。

该公司总裁吉姆·佛瑞尼尔说,工人将废弃的木材放进设备中,使用炭来重建森林土壤,并且保存燃烧过程中产生的碳。随着技术不断进步,这个过程也可以产生甲醇等液态燃料。

但是,佛瑞尼尔表示,成本达几十万美元,经济效益还不能确定,还需要进一步的研究来优化这个过程,同时进一步探究其对生态系统造成的影响。

将改变生物系统多样性

然而,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。

针对当前争议激烈的“生物炭”问题,来自英国、美国、意大利、墨西哥、德国等国家的126个社会团体3月26日联名发表宣言:《生物炭,人类、土地和生态系统的新威胁》,在宣言中,他们明确表示反对“生物炭”,认为其对土地、人类和生态系统构成新的巨大威胁。

在宣言中,他们写道:不少人将在土壤中添加木炭得到生物炭看作一种“减缓气候变化”的策略,并且将其看作一种使土地重新焕发生机的方式。还有人认为,这种方式可以吸收大量二氧化碳,让地球恢复到工业化之前的二氧化碳浓度。其实,这些说法都站不住脚,也是不可行的。

宣言指出,如此大规模地生产生物炭,可能需要亿万公顷的土地(主要是植树),同时也会大大改变全球的土地结构和生态系统,造成的后果无法估量。

农业燃料(Agrofuel)就是活生生的例子——大规模地对土地进行转换会对生物多样性和生态系统造成巨大威胁,而生物多样性和生态系统在稳定和调节气候、确保食品和饮水安全方面起关键作用。因此,推广大规模制造“生物炭”将威胁包括土著居民在内的许多社会部落的生计。

目前,11个非洲国家的政府呼吁将农业土壤特别是生物炭包括在碳交易中。他们的妥协表明,他们试图增加南部农村地区的“私营部门融资”,并且希望通过这种方式把森林纳入碳交易中——这就是目前正在谈判的“减少森林砍伐和退化产生的排放”机制(REDD)。

但REDD提议遭到了否决,因为这些提议将森林生态系统商品化,这将给土著居民和生物多样性带来可怕的影响。如果把土壤列入机制中,将进一步扩大这些严重的影响。

英国《卫报》3月24日报道称,专栏作家、环保人士乔治·蒙比尔特对克里斯·古德尔在《拯救地球的十种技术》中提到的方法进行了否决,古德尔认为,只要在雨林里种上速生树种的混生林而不是单一树种,仍然可以保持动植物种类的丰富。

蒙比尔特在报道中写道,亚马逊地区生态学家菲利普·菲尔姆赛德已经证明,人工混生林从生物多样性的角度来看,对大型种植园所造成的破坏不会减少。

该宣言也指出,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,其中许多与商业利益相关,他们在世界各地游说推广生物炭,该游说组织提出的要求没有科学依据。

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。

很多问题仍悬而未决

而且,还存在着很多问题未得到解决。

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’。”

土壤学讲师萨兰·索西表示,印第安黑土使巴西贫瘠的土壤变得肥沃,然而仅靠生物炭自身无法做到这一点。沙克利认为:“印第安黑土中的其他物质含有另外的营养成分。例如富含磷元素的骨骼等(磷元素是植物茁壮生长所不可缺少的)。生物炭将这些营养成分黏附在一起。确保它们能够被植物的根部吸收,但这些养分不是生物炭提供的。”

该宣言指出,工业木炭与“亚马逊黑土”差异很大,“亚马逊黑土”是土著居民在数百年甚至数千年的时间变迁中创造的。生物炭公司和研究人员还无法重造“亚马逊黑土”。沙克利补充道:“至今还没有人能够成功地复制出印第安黑土。”另外,工业木炭生产以损失有机物为代价,而这些有机物为生产腐质土壤所必需,因此,如果用来生产生物炭,可能得不偿失。

第二,现在还不清楚土壤中的木炭是否是某种“碳汇”。

在很多情况下,在土壤中添加木炭会刺激微生物分解非生物炭的有机物质,科学家已经证明,这会增加土壤中的碳损失。虽然很多木炭可以在土壤中保存很久,但并非总是如此,很多微生物也能够分解木炭。

生物炭在土壤表面可能会向大气排放出“黑色的烟雾”,这也会加剧温室效应,但是,如果将木炭埋在深层土壤里,可能会改变或者破坏土壤的结构,导致二氧化碳释放进大气中。因此,宣称土壤中的生物炭能够成为“永久的碳汇”站不住脚。

另外,旨在帮助企业遏制碳排放的节碳基金研发总监伯特·德勒左那强调说,很难证明碳可以在土壤中保存数百年。即便最新发现生物炭具有改善土壤的功效,但我们所掌握的技术证据还远远无法为生物碳的发展绘制出一份宏伟而灿烂的蓝图。

有人也不认同该观点,他们认为:“古生物学家采用放射性碳定年法测定后认为,木炭中至少一半的碳在500年后还是被锁定的。”

第三,要达到生物炭支持者们设定的目标至少需要使用5亿公顷土地。现在,为了纸浆、造纸工业和农业燃料的工业化而单一种植的速生林和其他原料,已经产生了严重的社会和环境问题,加剧了气候变暖,对生物炭的大量新需求将大大恶化这些问题。

同时也会带来一定的风险:未来,生物炭的大肆扩展可能促进专为生产生物炭而设计的转基因树种的发展,也可能扩展速生林的种植范围,这两种结果都将带来非常严重的生态影响。

第四,产生木炭和能源的高温分解过程可能让土壤和空气遭受危险,同时也会增加化石燃料的燃烧以及威力强大的温室气体一氧化二氮的排放。

节碳基金研发总监伯特·德勒左那担心,把生物炭看作生物质加热后的主要产物可能没有抓住问题的要害。

节碳基金正在紧锣密鼓地大力发展高温分解工厂,但其目的是用生物质生产液态运输燃料,生物炭仅仅是快速高温分解工艺过程中产生的用途尚有争议的副产品而已。

德勒左那表示:“生产液态运输燃料对减排非常重要,而生物炭是否有同样的作用,尚不得而知。”他还认为,鼓励小型农场用传统的低技术含量方法制造生物炭可能比仅仅焚烧或者扔掉这些植物产生更多温室气体。

穷民富商是一种灾难

宣言声称,将土壤变成商品让工业界有利可图,但对穷人却是一种灾难。

在土壤中使用木炭以及木炭生产中的高温分解等技术,已经有人申请了专利。如果专利获得批准,那么,以后此类技术的任何利润都会落入企业的腰包,而不是泽被大众。

同时,将土壤列入碳市场,如同在碳交易中包括森林一样,将加强企业对重要资源的控制力度,引发新一轮“圈地运动”,将小农户、农村社区和土著居民排挤出土地。

该宣言认为,生物炭倡议不能解决气候变化的根本问题:即燃烧化石燃料和破坏生态系统以及砍伐森林和农业工业化而破坏健康的土壤。小规模的农业生态耕作和保护自然生态系统才是减轻气候变化影响的有效方式。我们应该全力支持并采取这些措施,而不是冒险采用由既得商业利益者推动的毫无根据的技术。

而且,土著居民和农民已经发明了很多照料土壤和生物多样性以实现可持续发展的方式,这些方式取决于当地的气候、土壤、作物和生物多样性。企图将土壤商品化和对土壤与耕作施行“一刀切”做法,其实都是对生物多样性的严重破坏。

如何为生物炭找到“婆家”

据《纽约时报》5月1日报道,要让生物炭更好地发挥作用,关键是为生物炭找到“婆家”——市场。今天,农夫们会付费来改良土壤,这会大大地推动生物炭技术的发展。美国内政部和农业部的研究人员正在研究能否用生物炭在受到污染的地方过滤出有毒的重金属。

另外,在森林部门,生物炭很可能与一些同森林大火管理相关的项目联系在一起。科罗拉多州森林管理官员约瑟夫·杜达表示:“这将允许我们管理更大范围的森林土地,而且成本也不高。”

要解决经济问题和沟通问题

《金融时报》报道称,从目前的情况来看,即使生物炭并不能完全满足人们寄予的厚望,它仍然是应对气候变化的重要手段。

真正的问题在于:首先,在贫困国家,要开发出一种能够有效降低温室气体排放,且简单易行、能在小规模农庄推广的生物炭生产模式;其次,在发达国家,需要让大型企业意识到收集和处理废料是一个聊胜于无的好方法。

政府需要制定经济鼓励措施让大型农商企业开展这项变废为宝的计划。而对发展中国家的贫困农民而言,政府需要将使土地恢复活力的生物炭技术信息传递给每个人,这是一个巨大的挑战。

总而言之,经济问题和沟通问题将是导致生物炭项目成败的真正关键,这两个问题也是让许多减碳措施不能大幅推广的“罪魁祸首”。因此,我们需要付出巨大的努力来避免生物炭项目重蹈其他气候问题解决方案的覆辙。(生物谷Bioon.com)

温馨提示:87%用户都在生物谷APP上阅读,扫描立刻下载! 天天精彩!


相关标签

最新会议 培训班 期刊库