生物炭技術(shù)緩解溫室氣體排放的潛力評(píng)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(wú)氧或缺氧的條件通過(guò)熱轉(zhuǎn)化過(guò)程（<700℃）而得到的一種細(xì)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(diǎn)問(wèn)題，并取得了大量的研究成果。本文將對(duì)生物炭技術(shù)緩解我國(guó)溫室氣體排放的潛力進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)對(duì)生物炭生產(chǎn)和應(yīng)用過(guò)程中的能源投入、產(chǎn)出情況進(jìn)行分析，以考察該技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于緩解我國(guó)溫室氣體排放壓力和改善能源結(jié)構(gòu)方面的潛力。同時(shí)，經(jīng)濟(jì)因素

2、是一項(xiàng)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(duì)生物炭技術(shù)生產(chǎn)和應(yīng)用過(guò)程的經(jīng)濟(jì)可行性進(jìn)行了分析。最后，基于上述評(píng)估、分析的基礎(chǔ)上，利用SWOT（是指Strength：優(yōu)勢(shì)、Weakness：弱點(diǎn)、Opportunity：機(jī)遇和Threat：挑戰(zhàn)四個(gè)單詞的首字母縮寫(xiě)）方法對(duì)我國(guó)發(fā)展和應(yīng)用生物炭技術(shù)的前景進(jìn)行系統(tǒng)、全面的分析。本文的研究結(jié)果期望能夠?yàn)槲覈?guó)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(shí)，還期望能夠?yàn)槲覈?guó)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(guò)對(duì)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(gè)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(jī)碳（SOC）分解而獲得的減排潛力。
　　

4、（2）通過(guò)建立生命周期（LCA，Life Cycle Assessment）評(píng)估模型，對(duì)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(guò)程的溫室氣體和能源平衡情況進(jìn)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(jī)廢棄物的溫室氣體平衡（以CO2e計(jì)，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(lái)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(guò)程中獲得的潛力相對(duì)較小，而城市有機(jī)廢棄物最大減排量是避免原處理過(guò)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(gè)過(guò)程的能量平衡表現(xiàn)出凈負(fù)的結(jié)果；從生命周期階段來(lái)看，能源投入的主要階段為生物炭田間施用、原料收集和運(yùn)輸三個(gè)階段

6、（合計(jì)的能量投入超過(guò)了總能量投入的90％以上）。
　?。?）在對(duì)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(duì)我國(guó)四種生物質(zhì)資源的可持續(xù)利用總量的調(diào)查，計(jì)算了我國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)2005年溫室氣體排放總量的17%；我國(guó)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。可見(jiàn)，生物炭技術(shù)對(duì)于同時(shí)緩解我國(guó)溫室氣體排放和改善能源結(jié)構(gòu)具有巨大的潛力。
　?。?）經(jīng)濟(jì)性是影響一項(xiàng)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(duì)生物炭技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)可行性進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明：碳減排市場(chǎng)交易價(jià)格和生物炭施用周期是影響生物炭技術(shù)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)可行性的兩個(gè)重要因素。在低碳

8、減排價(jià)格下，大部分原料（除城市有機(jī)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?jī)r(jià)格，農(nóng)民應(yīng)用生物炭除了在長(zhǎng)的施用周期（10年）外，其它施用周期時(shí)都表現(xiàn)出負(fù)的經(jīng)濟(jì)效益；而在高減排價(jià)格下，生物炭的生產(chǎn)成本都呈負(fù)的（除了林木生物炭），在此情景確定的生物炭?jī)r(jià)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(jì)效益產(chǎn)出；利用城市有機(jī)廢棄物為原料，在評(píng)估的任何情景中都表現(xiàn)出較大的經(jīng)濟(jì)潛力。根據(jù)本次經(jīng)濟(jì)分析的結(jié)果可知，隨著未來(lái)溫室氣體排放壓力

9、的不斷增大，碳減排價(jià)格必將升高，從而生物炭技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)吸引力也將逐步提高。另外，通過(guò)加強(qiáng)長(zhǎng)期試驗(yàn)研究，選擇一個(gè)合適的生物炭施用周期，對(duì)于解決目前生物炭應(yīng)用過(guò)程中存在的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題也具有重要意義。
　　（5）最后本研究利用SWOT（方法對(duì)我國(guó)發(fā)展和應(yīng)用生物炭技術(shù)的前景進(jìn)行了系統(tǒng)全面的分析。通過(guò)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(jì)吸引力和我國(guó)擁有豐富的生物質(zhì)資源等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，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(shí)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(shì)；同時(shí)外部環(huán)境還為該技術(shù)帶來(lái)了多方面的機(jī)遇和挑戰(zhàn)：機(jī)遇表現(xiàn)在對(duì)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(qiáng)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(píng)估和認(rèn)證機(jī)制的缺失、面臨與生物質(zhì)能源之間的競(jìng)爭(zhēng)、相關(guān)政策研究和制定的落后等多方面挑戰(zhàn)?？傮w的研究表明，生物炭技術(shù)在