生物碳

 　　1簡介

　　在佐治亞大學(xué)農(nóng)業(yè)大道附近，有一臺非常獨(dú)特的機(jī)器。這臺機(jī)器猶如一個錦囊，蘊(yùn)藏著解決多個環(huán)境危機(jī)的辦法，比如溫室效應(yīng)，能源危機(jī)，以及食品和水資源短缺。作為國際上少數(shù)幾個致力于探尋碳源循環(huán)利用途徑的科學(xué)家，Brian Bibens驕傲地說：“這臺制造加工生物碳的設(shè)備，是我們研究成果的結(jié)晶。”

　　Brian Bibens是“生物碳”領(lǐng)域的專家。所謂生物碳，是由有機(jī)垃圾，如動物糞便，動物骨頭，植物根莖，木屑和麥秸稈等加工而成的一種多孔碳。這些構(gòu)成生物碳的有機(jī)垃圾被稱為“生物量”。在提煉生物碳時，Brian Bibens將生物量裝在八角形的金屬桶內(nèi)以高溫加熱。在熱化學(xué)效應(yīng)下，生物量被高溫分解，成為可用做肥料的類似于碳球狀的物質(zhì)。很多科學(xué)家冠以生物碳“黑色黃金”的美譽(yù)。

　　由植物形成的，以固定碳元素為目的的木炭被稱為“生物碳”。土地中自然存在大量的碳元素，但是這些碳是不穩(wěn)定的，受氣候影響會釋放二氧化碳。而生物碳則可以固定碳元素長達(dá)幾百年。更重要的是，其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，對人們具有很大的吸引力。生產(chǎn)中，大約1/3原料變?yōu)樯锾迹?/3變?yōu)榭捎糜诎l(fā)電的物質(zhì)，另1/3則形成原油。因此科學(xué)家表示：“生物碳使我們能夠一次性解決三個重大危機(jī)：氣候變化危機(jī)，能源危機(jī)，以及食品和水資源危機(jī)。”

　　地球本身擁有一個碳循環(huán)系統(tǒng)，碳可以被植物，土地，海洋和其他自然過程沉積下來。然而這些系統(tǒng)目前已經(jīng)嚴(yán)重超負(fù)荷了。據(jù)統(tǒng)計，2000到2007年，全球環(huán)境體系共沉積了48億噸人類排放的碳，然而仍然有40億噸的剩余。而生物碳每年可以沉積10到20億噸碳元素。它的這種神秘的、獨(dú)一無二的特性，使其成為研究氣候變化最熱門的領(lǐng)域。

　　2歷史

　　生活在巴西亞馬遜河流域的人們長期使用一種特殊的肥料。這種肥料來源于當(dāng)?shù)?，具有極強(qiáng)的恢復(fù)貧瘠土壤肥力的能力。當(dāng)?shù)厝税阉Q為“印第安人的黑土壤”。它多產(chǎn)、肥沃，與當(dāng)?shù)叵∈?、貧瘠的土壤形成鮮明的對比。這種黑土壤在一些地區(qū)可以延綿幾公頃，但是目前還沒有人知道這些神秘的黑土壤到底是什么。有人猜測它是火山巖，或者是古代湖泊的沉積物，又或者是很久以前植被腐爛后的殘留物。但很少有人會認(rèn)為它是人為制造而成的。

　　現(xiàn)代研究證明，黑土壤是2500年，甚至6000年以前由生活在亞馬遜流域的人們制造的。一般認(rèn)為，他們使用的材料包括動物糞便，魚，動物骨頭和植物廢物。但是生產(chǎn)黑土壤最關(guān)鍵的原料，也是黑土壤之所以呈現(xiàn)黑色的原因，是木炭的使用。

　　黑土壤中的木炭可以使土壤肥力維持一個世紀(jì)之久。幾個世紀(jì)以來，生活在南美亞馬遜流域的人們都靠這些原生態(tài)材料制造“黑土壤”來肥沃土地。幾千年過去了，那兒的土壤不需耕耘灌溉，依舊十分肥沃。

　　佐治亞大學(xué)的科學(xué)家Steiner解釋道： “千百年過去，這個區(qū)域依舊沃土依然，那是因為土壤中富含碳元素。” 因此，生物碳這一科學(xué)概念的提出，使人們看到了無需砍伐森林也可開拓農(nóng)耕地的希望。

　　但在生物碳科技大規(guī)模投入運(yùn)用之前，該技術(shù)仍進(jìn)一步改良和完善。工廠可向全球各地農(nóng)場購買農(nóng)耕廢料。這也是生物碳制造蘊(yùn)含的一大商機(jī)。

　　3優(yōu)點(diǎn)

　　生物碳可以保護(hù)環(huán)境。鑒于其高含碳量和多孔的特性，它不僅可提高土壤蓄水儲養(yǎng)的能力，還可保護(hù)土壤中的微生物。它像一個地下碳水槽，鎖住二氧化碳，最終達(dá)到增加作物產(chǎn)量的效果。

　　美國國家海洋與大氣局的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，從20世紀(jì)80年代開始，大氣中的二氧化碳含量就以驚人的速度攀升。八十年代的二氧化碳含量以每年百萬分之一點(diǎn)五的速度上漲，而自2000年以來，這個速度被改寫至每年百萬分之二.

　　而生物碳則可吸收有機(jī)物質(zhì)腐爛時釋放至大氣的二氧化碳;并幫助植物有效儲存其光合作用所需的二氧化碳。通過這兩種方式，生物碳起到了潔凈空氣的作用。

　　Christoph Steiner是生物碳領(lǐng)域的學(xué)科帶頭人。他說：“土地中自然存有大量的碳元素，但是這些碳是不穩(wěn)定的，受氣候影響會釋放二氧化碳。而生物碳則可以固定碳元素長達(dá)幾百年。因此，充分利用生物碳可降低大氣中二氧化碳的含量。”

　　根據(jù)美國國家航空宇航局的科學(xué)家James Hansen的研究，如果生物碳可在全球范圍內(nèi)有效使用，那么大氣中的二氧化碳含量可在50年內(nèi)降低百萬分之八。

　　生產(chǎn)生物碳過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，對環(huán)境保護(hù)和能源生成也是大有益處的。生成過程中約1/3原料變?yōu)樯锾迹?/3可被再加工用于發(fā)電，另1/3則可成為原油。生產(chǎn)時釋放出的氣體可被用于發(fā)電，而其他一些副產(chǎn)品可用于制藥。

　　生物碳是面向未來的，低成本，可持續(xù)性的環(huán)保能源。而它的起源則可追溯到幾千年前。

　　4解之謎

　　關(guān)于生物碳，還有許多未解之謎。例如，為什么它能改善土壤?目前人類還不知道確切的原因。科學(xué)家認(rèn)為，這可能是許多因素共同決定的。木炭結(jié)構(gòu)疏松，有利于營養(yǎng)素的儲藏，就好像海綿能夠保存許多水一樣。另外，生物碳可以代替人工氮肥。而氮肥釋放的氮氧化物比二氧化碳對溫室效應(yīng)的影響要高300多倍。

　　但是也有人指出，任何期望僅靠生物碳就能解決施肥問題的人都是錯誤的。生物碳并不足以像黑土壤一樣作用于貧瘠的土地。黑土壤包含了許多其他來源的營養(yǎng)素，其中包括豐富的磷元素。毋庸置疑，生物碳在儲存這些營養(yǎng)素上扮演了重要的角色，保證了植物根莖營養(yǎng)的供給。但前提是這些營養(yǎng)素必須由其他途徑獲得。目前為止還沒有人能夠成功地復(fù)制黑土壤。

　　然而，即使現(xiàn)在生物碳的效果并不完全滿足人們的期望，它仍然是對付氣候變化的重要手段。因為在眾多降低大氣碳水平的方法中，很少有像生物碳這樣既簡單又廉價的。

　　但是大量應(yīng)用生物碳還有一些問題需要解決。首先，人們需要開發(fā)一個生產(chǎn)生物碳的模型，確保它既能降低溫室氣體，又能簡單方便的在不發(fā)達(dá)國家的農(nóng)場中應(yīng)用。此外，發(fā)達(dá)國家大型農(nóng)場的運(yùn)營模式也需要進(jìn)行調(diào)整，從而提高人們收集和處理廢物的積極性，而這經(jīng)常需要給與經(jīng)濟(jì)上的刺激。相反，發(fā)展中國家也許更需要科學(xué)的管理方法和技術(shù)。這些經(jīng)濟(jì)和交流方面的問題，是制約生物碳使用的真正阻力。