在亞馬孫河流域，一種富含黑色物質(zhì)的“印第安黑土”一直以來被當(dāng)?shù)剞r(nóng)民用作提高土壤肥力的特殊肥料。現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)，這種黑土其實是一種生物質(zhì)炭，來自古老的動植物殘余，為亞馬孫盆地農(nóng)業(yè)文明所留遺跡。目前，這種生物質(zhì)炭的潛在功能正啟發(fā)科學(xué)家為應(yīng)對氣候變化找尋新途徑。近日，一篇刊登在《自然地球科學(xué)》雜志的文章指出，全球制備和使用生物質(zhì)炭的減排潛力可達到34億—63億噸二氧化碳當(dāng)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(chǎn)生大量的溫室氣體。其中，尤以占比最大的生物質(zhì)廢棄物溫室效應(yīng)最為嚴(yán)重，包括植物殘體、牲畜糞便、廚余垃圾、工農(nóng)業(yè)生物垃圾等。據(jù)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(dāng)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(zhì)發(fā)電是生物質(zhì)垃圾利用較為普遍的方式。不過，生物質(zhì)廢棄物來源多樣，收集和轉(zhuǎn)化為電力的成本高昂，與低廉轉(zhuǎn)化產(chǎn)品價值之間存在顯著矛盾。為此，科學(xué)家積極尋找“變廢為寶”的新路徑，以實現(xiàn)對生物質(zhì)廢棄物大規(guī)模和多途徑的利用，因此，生物質(zhì)炭近年來受到越來越多的關(guān)注。
生物質(zhì)炭由生物質(zhì)在缺氧條件下經(jīng)過高溫轉(zhuǎn)化而成，是一種富含碳素的多孔固體顆粒物質(zhì)。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(zhì)中不穩(wěn)定的有機碳轉(zhuǎn)化固定，還因具備多重潛在價值引起土壤學(xué)家、農(nóng)學(xué)家、環(huán)境學(xué)家、生態(tài)學(xué)家、能源學(xué)家的廣泛興趣。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，土壤中添加生物質(zhì)炭可以改善持水能力和養(yǎng)分供應(yīng)，增加微生物活性，利于作物增產(chǎn);在工業(yè)領(lǐng)域，生物質(zhì)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(lǐng)域，生物質(zhì)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(zhì)在轉(zhuǎn)化過程中溫室氣體的排放。
此外，生物質(zhì)炭的制備方法簡單多樣，包括高溫?zé)峤?、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(nóng)田場地都可以制得。因此，其在應(yīng)用和推廣方面具有顯著優(yōu)勢。不過，目前生物質(zhì)炭的有效性取決于其物理和化學(xué)特性，而這些特性受到廢棄物本身的可利用性和生產(chǎn)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(yīng)該看到，對生物質(zhì)廢棄物等固體廢棄物的轉(zhuǎn)化利用無論方式優(yōu)劣，都屬于末端處置。在對這部分技術(shù)探索優(yōu)化的同時，還應(yīng)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(dǎo)、政府調(diào)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(chǎn)業(yè)。在我國，相關(guān)產(chǎn)業(yè)正處于技術(shù)攻堅和商業(yè)化應(yīng)用開拓的關(guān)鍵階段，需結(jié)合國內(nèi)實際情況就研究方法、技術(shù)工藝、產(chǎn)品流通等環(huán)節(jié)建立健全標(biāo)準(zhǔn)化體系，加快構(gòu)建完整產(chǎn)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(biāo)。(作者為中國科學(xué)院南京土壤研究所研究員 王芳)
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