生物炭技術緩解溫室氣體排放的潛力評估.pdf

1、生物炭（Biochar）是一種富含碳的產品，是生物質原料在無氧或缺氧的條件通過熱轉化過程（<700℃）而得到的一種細粒度、多孔性的碳質材料。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，同時對生物炭生產和應用過程中的能源投入、產出情況進行分析，以考察該技術的應用對于緩解我國溫室氣體排放壓力和改善能源結構方面的潛力。同時，經濟因素

2、是一項新興技術被接受和廣泛應用的基礎因素，因此本文還對生物炭技術生產和應用過程的經濟可行性進行了分析。最后，基于上述評估、分析的基礎上，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)展和應用生物炭技術的前景進行系統、全面的分析。本文的研究結果期望能夠為我國緩解溫室氣體排放、改善能源結構提供一條可行的途徑，為廢棄生物質資源的資源化利用提供

3、一種有效的技術手段。同時，還期望能夠為我國發(fā)展和應用生物炭技術提供科學的數據和理論支持。本文的主要研究結果如下：
　?。?）通過對生物炭技術固碳、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，對不同生物質原料的生物炭生產及應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。研究結果表明：農業(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當量）依次為-829.30、-1105.83、-742.37、-1953.70 kg?t-1原料，都表現出積極的固碳、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抵消化石能源使用獲得的減排，生物炭在農業(yè)生產應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生的CH4排放；四種原料的能源生產潛力依次為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出凈負的結果；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）。
　　（3）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果的基礎上，結合對我國四種生物質資源的可持續(xù)利用總量的調查，計算了我國利用生物炭技術能夠獲得的緩解溫室氣體排放和能量生產潛力。研究結果表明：我國四種生物質資源總量為23.14×108 t，可持續(xù)用于生物炭生產的總量為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，相當于13.75×1010 kWh。可見，生物炭技術對于同時緩解我國溫室氣體排放和改善能源結構具有巨大的潛力。
　?。?）經濟性是影響一項新興技術被接受和廣泛應用的重要基礎，因此在本研究中還對生物炭技術應用的經濟可行性進行了分析。研究結果表明：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應用經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成本，在此情景確定的生物炭價格，農民應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出負的經濟效益；而在高減排價格下，生物炭的生產成本都呈負的（除了林木生物炭），在此情景確定的生物炭價格下，農民應用生物炭在任何施用周期具有積極的經濟效益產出；利用城市有機廢棄物為原料，在評估的任何情景中都表現出較大的經濟潛力。根據本次經濟分析的結果可知，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，從而生物炭技術應用的經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用過程中存在的經濟問題也具有重要意義。
　　（5）最后本研究利用SWOT（方法對我國發(fā)展和應用生物炭技術的前景進行了系統全面的分析。通過分析可知：生物炭技術在固碳、減排、農業(yè)生產、可更新能源生產、抑制農業(yè)源污染、潛在經濟吸引力和我國擁有豐富的生物質資源等方面具有顯著的優(yōu)勢，而在可

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