在亞馬孫河流域，一種富含黑色物質的“印第安黑土”一直以來被當?shù)剞r民用作提高土壤肥力的特殊肥料?，F(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)，這種黑土其實是一種生物質炭，來自古老的動植物殘余，為亞馬孫盆地農業(yè)文明所留遺跡。目前，這種生物質炭的潛在功能正啟發(fā)科學家為應對氣候變化找尋新途徑。近日，一篇刊登在《自然地球科學》雜志的文章指出，全球制備和使用生物質炭的減排潛力可達到34億—63億噸二氧化碳當量。
隨著城市化的不斷發(fā)展，來源廣泛的固體廢棄物數(shù)量急劇增加，不僅造成環(huán)境污染，也產生大量的溫室氣體。其中，尤以占比最大的生物質廢棄物溫室效應最為嚴重，包括植物殘體、牲畜糞便、廚余垃圾、工農業(yè)生物垃圾等。據統(tǒng)計，固體廢棄物填埋場是美國溫室氣體甲烷的第三大排放源，2019年其甲烷排放量相當于2160萬輛汽車全年行駛的甲烷排放量，或1200萬戶家庭能源消耗的碳排放。
目前，生物質發(fā)電是生物質垃圾利用較為普遍的方式。不過，生物質廢棄物來源多樣，收集和轉化為電力的成本高昂，與低廉轉化產品價值之間存在顯著矛盾。為此，科學家積極尋找“變廢為寶”的新路徑，以實現(xiàn)對生物質廢棄物大規(guī)模和多途徑的利用，因此，生物質炭近年來受到越來越多的關注。
生物質炭由生物質在缺氧條件下經過高溫轉化而成，是一種富含碳素的多孔固體顆粒物質。大量有機廢棄物都可用作制備原料。這一“古老”的新生事物能將生物質中不穩(wěn)定的有機碳轉化固定，還因具備多重潛在價值引起土壤學家、農學家、環(huán)境學家、生態(tài)學家、能源學家的廣泛興趣。在農業(yè)領域，土壤中添加生物質炭可以改善持水能力和養(yǎng)分供應，增加微生物活性，利于作物增產;在工業(yè)領域，生物質炭可以用作電池電極或催化劑，比如電池中石墨的替代品;在環(huán)境領域，生物質炭作為優(yōu)良的吸附材料可以去除環(huán)境中的污染物，還可以吸附游離碳和氮化合物，減少生物質在轉化過程中溫室氣體的排放。
此外，生物質炭的制備方法簡單多樣，包括高溫熱解、水熱炭化、烘焙炭化、氣化炭化和傳統(tǒng)碳化等類型。制備場地也靈活多樣，從大型工業(yè)到小型家庭規(guī)模，甚至在農田場地都可以制得。因此，其在應用和推廣方面具有顯著優(yōu)勢。不過，目前生物質炭的有效性取決于其物理和化學特性，而這些特性受到廢棄物本身的可利用性和生產加工制造等因素的影響，對其機理還需進一步系統(tǒng)研究。
應該看到，對生物質廢棄物等固體廢棄物的轉化利用無論方式優(yōu)劣，都屬于末端處置。在對這部分技術探索優(yōu)化的同時，還應重視全生命周期管理，做好源頭減量化和過程資源化，才能在“末端無害化”中達到事半功倍的效果。目前一些發(fā)達國家借助市場介導、政府調控和科技入股等方式，逐步形成固體廢棄物收集、回收、加工及銷售的系統(tǒng)產業(yè)。在我國，相關產業(yè)正處于技術攻堅和商業(yè)化應用開拓的關鍵階段，需結合國內實際情況就研究方法、技術工藝、產品流通等環(huán)節(jié)建立健全標準化體系，加快構建完整產業(yè)鏈，推動固廢處理行業(yè)早日實現(xiàn)減污降碳的協(xié)同目標。(作者為中國科學院南京土壤研究所研究員 王芳)
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