生物质炭成就有机水稻碳汇“第一拍”
□金 凤
字数：2128
2024-10-30
版名：文化
近日，一块位于江苏省南京市高淳区东坝街道和睦涧村的水稻田备受关注。2022年7月，高淳区与生态环境部南京环境科学研究所、南京农业大学、南京国环有机产品认证中心有限公司合作，向和睦涧村淳和水稻专业合作社的500亩有机水稻田投放了60吨生物质炭。观测数据显示，2022 年 11 月 30 日至2023年11 月30日，这片稻田病虫害发生率平均下降15%，土壤固碳量平均增加89%，稻田温室气体直接排放平均减少16%，净排放量平均减少51%，共产生碳汇130.67吨二氧化碳当量。
不仅如此，这些碳汇随后被一家公司以每吨 75 元、总价9800.25元的成交价拍下，成为全国生物质炭有机水稻产生碳汇的“第一拍”。种田人变“卖碳翁”，种水稻的同时收获好空气，还能将“碳票”换成钞票。成就这片水稻田的生物质炭到底为何物？生物质炭的应用是否能为碳减排提供有力支撑？
实现碳减排的同时吸附有机污染物
稻田是温室气体甲烷的重要排放源，我国每年稻田甲烷排放量约500万—800万吨。2022年5月，农业农村部、国家发展改革委共同印发《农业农村减排固碳实施方案》，将稻田甲烷减排行动置于十大行动之首。
生物质炭是否能为有机稻田固碳减排分忧，成为专家学者的关注点。事实证明，生物质炭的潜力不可小觑。
生物质炭是指将秸秆、树枝、菌渣等生物质废弃物，在无氧或限氧环境中，经高温热裂解所产生的富碳固态物质。南京农业大学资源与环境科学学院副教授程琨介绍，在无氧或限氧条 件 下 ，生 物 质 废 弃 物 在250℃—750℃发生热解。其碳水化合物结构崩解后，将产生生物质炭、木醋液和生物质可燃气。目前国内外生物质热解技术大致可分为三大类：一类是在小于500℃环境下的低温慢速热解，一类是在500℃—700℃的中温快速热解，一类是在700℃以上的高温闪速裂解。
“生物质炭用于农业生产能增加土壤有机质、改善土壤性质，提高土壤养分和水分保持能力，促进作物生长，提高作物产量并改善农产品品质。”南京农业大学资源与环境科学学院教授郑聚锋说，生物质炭一般呈碱性，施入土壤后可以中和土壤酸性，促使土壤中的重金属离子沉淀。同时，生物质炭还可以有效吸附土壤中的重金属，减少作物对重金属的吸收。
“我们和国内其他学术团队大量的田间试验显示，生物质炭可以显著降低我国南方镉污染稻田水稻籽粒对镉的吸收。”郑聚锋介绍，生物质炭具有较大比表面积、孔隙多，能够吸附并固定有机污染物在其表面，还能通过增强土壤中微生物的活性，提高微生物分解有机污染物的能力。因此，生物质炭施用于含有机污染物的土壤，可以有效阻控植物对有机污染物的吸收。
“我们团队在2017年也做过研究，发现在农田施加生物质炭基肥后，可以提升肥料的养分利用效率并降低温室气体排放。其中，氮素利用效率提升了43%，而碳排放降低了20%。”郑聚锋说。
在炭化装备研制等方面已有创新成果
在国际社会，生物质炭市场呈现出勃勃生机。国际生物质炭协会和美国生物质炭协会发布的《2023年全球生物质炭报告》显示，生物质炭生产商、经销商、增值生产商和设备制造商的营收在2023年超过了6亿美元，2021—2023年间的复合年均增长率达到了97%。预计到2025年，生物质炭相关产业营收将进一步增长至33亿美元。
郑聚锋介绍，相关文献显示，生物质炭每年在全球具备的碳移除潜力可达3亿吨—20亿吨二氧化碳当量。若得到广泛应用，生物质炭在中国的固碳减排潜力可接近9000万吨二氧化碳当量。
当前，在水体、土壤、大气中的污染物吸附、钝化、降解方面，国内已经研发出多种生物质炭基材料。此外，具有缓释高效功能的炭基复合肥等绿色肥料，也可以服务于农业面源污染治理。南京农业大学资源与环境科学学院副教授卞荣军举例，有团队将生物质炭表面改性后，让其能针对性地吸附多环芳烃等污染物，抑制氧化亚氮、氨气、甲烷的排放，从而实现农业减污降碳。也有研究团队在秸秆等原材料热解过程中，通过添加铁、锰等氧化物，让生物质炭的表面能吸附更多污染物。
畜禽粪便的科学处理与资源化利用有利于消减污染物、减少养分流失、促进规模化畜禽养殖业可持续发展。卞荣军介绍，有研究显示，将生物质炭与畜禽粪便共堆肥，可以增强发酵效果，并降低氨气的排放，减少堆肥中氮素损耗。
针对不同原料生物质炭特性开发专用产品
使用生物质炭是提升土壤碳汇的一条有效途径，同时生物质炭也可以把生物质废弃物综合利用起来，符合低碳、绿色、高效、循环和可持续的高质量发展理念。
在程琨看来，未来，针对不同原料生物质炭特性开发专用产品，是生物质炭产业发展的重要方向。“例如，林木类生物质炭碱性高、孔隙发达，可直接用于重金属污染农田治理。林木类、果壳类生物质炭还可以与畜禽粪污混合堆肥，通过接种有益微生物，制备土壤调理剂，用于盐碱土、连作障碍土壤治理和中低产田土壤快速改良。而秸秆类生物质炭由于养分含量高，可以和化学肥料结合制备成生物质炭基肥，部分替代化学肥料用于主要粮食作物生产。”程琨说。
生物质废弃物炭化过程中的产物，也将产生经济价值。程琨介绍，炭化过程中产生的木醋液，可以和生物质炭浸提液用于生产商品液体肥，一方面能为植物生长提供养分，另一方面可作为植物促生剂提高植物抗逆性。此外，木醋液还可用于制备醋酸、醋酸盐等化学品，在农业、养殖业、护肤美容、医疗保健等领域发挥作用。炭化过程中产生的生物质可燃气则是重要的清洁能源，可通过替代传统化石能源用于发电或供热，服务于能源安全。
（据《科技日报》，有删节）
不仅如此，这些碳汇随后被一家公司以每吨 75 元、总价9800.25元的成交价拍下，成为全国生物质炭有机水稻产生碳汇的“第一拍”。种田人变“卖碳翁”，种水稻的同时收获好空气，还能将“碳票”换成钞票。成就这片水稻田的生物质炭到底为何物？生物质炭的应用是否能为碳减排提供有力支撑？
实现碳减排的同时吸附有机污染物
稻田是温室气体甲烷的重要排放源，我国每年稻田甲烷排放量约500万—800万吨。2022年5月，农业农村部、国家发展改革委共同印发《农业农村减排固碳实施方案》，将稻田甲烷减排行动置于十大行动之首。
生物质炭是否能为有机稻田固碳减排分忧，成为专家学者的关注点。事实证明，生物质炭的潜力不可小觑。
生物质炭是指将秸秆、树枝、菌渣等生物质废弃物，在无氧或限氧环境中，经高温热裂解所产生的富碳固态物质。南京农业大学资源与环境科学学院副教授程琨介绍，在无氧或限氧条 件 下 ，生 物 质 废 弃 物 在250℃—750℃发生热解。其碳水化合物结构崩解后，将产生生物质炭、木醋液和生物质可燃气。目前国内外生物质热解技术大致可分为三大类：一类是在小于500℃环境下的低温慢速热解，一类是在500℃—700℃的中温快速热解，一类是在700℃以上的高温闪速裂解。
“生物质炭用于农业生产能增加土壤有机质、改善土壤性质，提高土壤养分和水分保持能力，促进作物生长，提高作物产量并改善农产品品质。”南京农业大学资源与环境科学学院教授郑聚锋说，生物质炭一般呈碱性，施入土壤后可以中和土壤酸性，促使土壤中的重金属离子沉淀。同时，生物质炭还可以有效吸附土壤中的重金属，减少作物对重金属的吸收。
“我们和国内其他学术团队大量的田间试验显示，生物质炭可以显著降低我国南方镉污染稻田水稻籽粒对镉的吸收。”郑聚锋介绍，生物质炭具有较大比表面积、孔隙多，能够吸附并固定有机污染物在其表面，还能通过增强土壤中微生物的活性，提高微生物分解有机污染物的能力。因此，生物质炭施用于含有机污染物的土壤，可以有效阻控植物对有机污染物的吸收。
“我们团队在2017年也做过研究，发现在农田施加生物质炭基肥后，可以提升肥料的养分利用效率并降低温室气体排放。其中，氮素利用效率提升了43%，而碳排放降低了20%。”郑聚锋说。
在炭化装备研制等方面已有创新成果
在国际社会，生物质炭市场呈现出勃勃生机。国际生物质炭协会和美国生物质炭协会发布的《2023年全球生物质炭报告》显示，生物质炭生产商、经销商、增值生产商和设备制造商的营收在2023年超过了6亿美元，2021—2023年间的复合年均增长率达到了97%。预计到2025年，生物质炭相关产业营收将进一步增长至33亿美元。
郑聚锋介绍，相关文献显示，生物质炭每年在全球具备的碳移除潜力可达3亿吨—20亿吨二氧化碳当量。若得到广泛应用，生物质炭在中国的固碳减排潜力可接近9000万吨二氧化碳当量。
当前，在水体、土壤、大气中的污染物吸附、钝化、降解方面，国内已经研发出多种生物质炭基材料。此外，具有缓释高效功能的炭基复合肥等绿色肥料，也可以服务于农业面源污染治理。南京农业大学资源与环境科学学院副教授卞荣军举例，有团队将生物质炭表面改性后，让其能针对性地吸附多环芳烃等污染物，抑制氧化亚氮、氨气、甲烷的排放，从而实现农业减污降碳。也有研究团队在秸秆等原材料热解过程中，通过添加铁、锰等氧化物，让生物质炭的表面能吸附更多污染物。
畜禽粪便的科学处理与资源化利用有利于消减污染物、减少养分流失、促进规模化畜禽养殖业可持续发展。卞荣军介绍，有研究显示，将生物质炭与畜禽粪便共堆肥，可以增强发酵效果，并降低氨气的排放，减少堆肥中氮素损耗。
针对不同原料生物质炭特性开发专用产品
使用生物质炭是提升土壤碳汇的一条有效途径，同时生物质炭也可以把生物质废弃物综合利用起来，符合低碳、绿色、高效、循环和可持续的高质量发展理念。
在程琨看来，未来，针对不同原料生物质炭特性开发专用产品，是生物质炭产业发展的重要方向。“例如，林木类生物质炭碱性高、孔隙发达，可直接用于重金属污染农田治理。林木类、果壳类生物质炭还可以与畜禽粪污混合堆肥，通过接种有益微生物，制备土壤调理剂，用于盐碱土、连作障碍土壤治理和中低产田土壤快速改良。而秸秆类生物质炭由于养分含量高，可以和化学肥料结合制备成生物质炭基肥，部分替代化学肥料用于主要粮食作物生产。”程琨说。
生物质废弃物炭化过程中的产物，也将产生经济价值。程琨介绍，炭化过程中产生的木醋液，可以和生物质炭浸提液用于生产商品液体肥，一方面能为植物生长提供养分，另一方面可作为植物促生剂提高植物抗逆性。此外，木醋液还可用于制备醋酸、醋酸盐等化学品，在农业、养殖业、护肤美容、医疗保健等领域发挥作用。炭化过程中产生的生物质可燃气则是重要的清洁能源，可通过替代传统化石能源用于发电或供热，服务于能源安全。
（据《科技日报》，有删节）
