生物炭技術(shù)緩解溫室氣體排放的潛力評估.pdf

1、生物炭（Biochar）是一種富含碳的產(chǎn)品，是生物質(zhì)原料在無氧或缺氧的條件通過熱轉(zhuǎn)化過程（<700℃）而得到的一種細粒度、多孔性的碳質(zhì)材料。生物炭因其在土壤改良、緩解溫室效益等方面具有的巨大潛力成為目前研究的熱點問題，并取得了大量的研究成果。本文將對生物炭技術(shù)緩解我國溫室氣體排放的潛力進行評估，同時對生物炭生產(chǎn)和應(yīng)用過程中的能源投入、產(chǎn)出情況進行分析，以考察該技術(shù)的應(yīng)用對于緩解我國溫室氣體排放壓力和改善能源結(jié)構(gòu)方面的潛力。同時，經(jīng)濟因素

2、是一項新興技術(shù)被接受和廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)因素，因此本文還對生物炭技術(shù)生產(chǎn)和應(yīng)用過程的經(jīng)濟可行性進行了分析。最后，基于上述評估、分析的基礎(chǔ)上，利用SWOT（是指Strength：優(yōu)勢、Weakness：弱點、Opportunity：機遇和Threat：挑戰(zhàn)四個單詞的首字母縮寫）方法對我國發(fā)展和應(yīng)用生物炭技術(shù)的前景進行系統(tǒng)、全面的分析。本文的研究結(jié)果期望能夠為我國緩解溫室氣體排放、改善能源結(jié)構(gòu)提供一條可行的途徑，為廢棄生物質(zhì)資源的資源化利用提供

3、一種有效的技術(shù)手段。同時，還期望能夠為我國發(fā)展和應(yīng)用生物炭技術(shù)提供科學(xué)的數(shù)據(jù)和理論支持。本文的主要研究結(jié)果如下：
　?。?）通過對生物炭技術(shù)固碳、減排主要途徑的探討，可知固碳、減排途徑主要包括以下幾個方面：生物炭自身的碳封存潛力；可再生能源生產(chǎn)取代化石能源而獲得的減排潛力；作物生物量增加而從大氣中吸收更多的CO2；抑制農(nóng)業(yè)土壤中N2O的排放；減少化肥使用量而獲得的減排潛力；減少土壤有機碳（SOC）分解而獲得的減排潛力。
　　

4、（2）通過建立生命周期（LCA，Life Cycle Assessment）評估模型，對不同生物質(zhì)原料的生物炭生產(chǎn)及應(yīng)用的全生命周期過程的溫室氣體和能源平衡情況進行定量分析。研究結(jié)果表明：農(nóng)業(yè)、林木、家畜糞便和城市有機廢棄物的溫室氣體平衡（以CO2e計，CO2e為CO2當(dāng)量）依次為-829.30、-1105.83、-742.37、-1953.70 kg?t-1原料，都表現(xiàn)出積極的固碳、減排效果；從生命周期階段來看，前三種原料的固碳、減排

5、潛力最大的是生物炭的土壤封存和能源生產(chǎn)抵消化石能源使用獲得的減排，生物炭在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用過程中獲得的潛力相對較小，而城市有機廢棄物最大減排量是避免原處理過程產(chǎn)生的CH4排放；四種原料的能源生產(chǎn)潛力依次為334.06、-512.80、466.12、544.47 MJ?t-1原料，林木原料由于在收集階段需要消耗大量的能源，因此使得整個過程的能量平衡表現(xiàn)出凈負的結(jié)果；從生命周期階段來看，能源投入的主要階段為生物炭田間施用、原料收集和運輸三個階段

6、（合計的能量投入超過了總能量投入的90％以上）。
　?。?）在對不同原料的生物炭溫室氣體和能源平衡的生命周期分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合對我國四種生物質(zhì)資源的可持續(xù)利用總量的調(diào)查，計算了我國利用生物炭技術(shù)能夠獲得的緩解溫室氣體排放和能量生產(chǎn)潛力。研究結(jié)果表明：我國四種生物質(zhì)資源總量為23.14×108 t，可持續(xù)用于生物炭生產(chǎn)的總量為14.02×108 t；在上述資源背景下，我國能夠獲得的緩解溫室氣體排放總潛力為12.70×108 t，

7、相當(dāng)于我國2005年溫室氣體排放總量的17%；我國能夠獲得的可再生能源潛力為49.50×1010 MJ，相當(dāng)于13.75×1010 kWh?？梢?，生物炭技術(shù)對于同時緩解我國溫室氣體排放和改善能源結(jié)構(gòu)具有巨大的潛力。
　　（4）經(jīng)濟性是影響一項新興技術(shù)被接受和廣泛應(yīng)用的重要基礎(chǔ)，因此在本研究中還對生物炭技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟可行性進行了分析。研究結(jié)果表明：碳減排市場交易價格和生物炭施用周期是影響生物炭技術(shù)應(yīng)用經(jīng)濟可行性的兩個重要因素。在低碳

8、減排價格下，大部分原料（除城市有機廢棄物外）生物炭都具有正的生產(chǎn)成本，在此情景確定的生物炭價格，農(nóng)民應(yīng)用生物炭除了在長的施用周期（10年）外，其它施用周期時都表現(xiàn)出負的經(jīng)濟效益；而在高減排價格下，生物炭的生產(chǎn)成本都呈負的（除了林木生物炭），在此情景確定的生物炭價格下，農(nóng)民應(yīng)用生物炭在任何施用周期具有積極的經(jīng)濟效益產(chǎn)出；利用城市有機廢棄物為原料，在評估的任何情景中都表現(xiàn)出較大的經(jīng)濟潛力。根據(jù)本次經(jīng)濟分析的結(jié)果可知，隨著未來溫室氣體排放壓力

9、的不斷增大，碳減排價格必將升高，從而生物炭技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟吸引力也將逐步提高。另外，通過加強長期試驗研究，選擇一個合適的生物炭施用周期，對于解決目前生物炭應(yīng)用過程中存在的經(jīng)濟問題也具有重要意義。
　?。?）最后本研究利用SWOT（方法對我國發(fā)展和應(yīng)用生物炭技術(shù)的前景進行了系統(tǒng)全面的分析。通過分析可知：生物炭技術(shù)在固碳、減排、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、可更新能源生產(chǎn)、抑制農(nóng)業(yè)源污染、潛在經(jīng)濟吸引力和我國擁有豐富的生物質(zhì)資源等方面具有顯著的優(yōu)勢，而在可

10、依靠的技術(shù)基礎(chǔ)和研發(fā)水平、資金投入渠道少、生物質(zhì)資源時空分布的差異性和生物炭應(yīng)用預(yù)期效益的不穩(wěn)定等方面存在一定的弱勢；同時外部環(huán)境還為該技術(shù)帶來了多方面的機遇和挑戰(zhàn)：機遇表現(xiàn)在對減少農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放、緩解農(nóng)業(yè)源污染和土壤酸化、加強可更新能源、降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本和提高農(nóng)民收入等方面的需求，挑戰(zhàn)表現(xiàn)生物炭應(yīng)用的不可逆性、碳減排評估和認證機制的缺失、面臨與生物質(zhì)能源之間的競爭、相關(guān)政策研究和制定的落后等多方面挑戰(zhàn)。總體的研究表明，生物炭技術(shù)在