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　　6.生物黑炭转化和应用的技术及社会问题

　　尽管生物黑炭具有广阔的应用前景，但科学界和生产应用部门仍对生物黑炭生产和应用的一些技术和社会问题存有争议。

　　首先，生物黑炭转化和应用中仍将产生一定的碳排放,这实际上是生物黑炭应用于减排的净温室气体平衡问题。尽管秸轩被处理成生物黑炭的过程仍然是排放过程（碳源过程），但是与秸轩全部还田条件下新鲜有机质迅速转化相比，由秸轩转化来的生物黑炭应用于土壤减慢了有机碳的更新，并通过减少其他温室气体排放和增加作物产量而表现为碳汇过程。按施用期2~5a估算，施用到土壤的生物黑炭，其生产过程需要消耗的能源CO2排放量甚至低于温带土壤本身的C〇2释放量。由于新鲜秸轩施入土壤会进一步被微生物分解而释放C〇2,如同能源消费中产生碳排放的效应。因此，秸轩转化为生物黑炭而施用于农田，使土壤碳汇增加，反而可以抵消部分化石燃料的消费。

　　其次，有舆论关心生物黑炭应用于农田土壤可能带来的不利因素，主要是生物黑炭转化和施用中烟灰和微量气体的问题，因为烟灰的大气传输和沉降有可能是加速北极冰盖融化的要素之_。不过，烟灰和微量气体也可能表现为云层形成的效应和全球变暗(globaldimming)或阳伞效应R28]。秸轩制成的生物黑炭不但主要含有稳定态碳，而且也含有活性和可降解的碳组分。当然，生物黑炭也可能含有燃烧中产生的有害物质，比如PAHs,但不太可能含二嗯唤,后者在燃烧温度超过1000°C时才产生。不过，至今还没有在生物黑炭产品中检出二噁暎的报道29]。即使是PAHs,其在生物黑炭中的含量也没有超出本体土壤的范围。

　　再次，生物黑炭转化和生产涉及农业废弃物收集运输问题，这关系到技术经济效益。当然,原料和生物黑炭运输和施用过程中发生的能源和成本消耗也应予以考虑。热裂解黑炭工厂靠近秸轩原料产地肯定是经济的和方便物流的，可带来更大的C〇2补偿效益。目前,从事生物黑炭转化技术和设备研发的机构都在致力于开发研制就地生物黑炭处理和生产系统。美国生物黑炭工程公司（BiocharEngineer?ingCorporation,BEC)是当前欧美国家开发生物黑炭机具的代表性企业，日本的一些公司等都在开发和推广宜用于农田的小型生物黑炭生产系统。目前，在美国已有农场式生物黑炭生产机械，单台套2.5万美元，处理效率50~1000kg?h。2009年7月，美国出现了一个生物黑炭产学研一体的机构生物黑炭系统公司（BiocharSystems),其核心企业是科罗拉多州的美国生物黑炭工程公司和弗吉尼亚的生态技术集团公司（EchoTechnologyGroup),他们推出了一种可装载于皮卡的小型生物黑炭生产系统--Biochar-1000,仅1.8t,体积小(1.5mx3.6mx2.1m),可处理原料W(水）<20%]500kg.h。未来技术的发展方向是适用农田的就地、快速和高效的生物黑炭转化和生产的便捷设备或装置。

　　最后，对相关产业的影响问题。部分非政府组织也担心，如果生物黑炭纳入碳交易，最终可能导致产生追求最大生物量作物（而不是农作物）的大项目，这将对全球农业特别是发展中国家乡村地区的粮食安全带来不利影响。恰恰相反，生物黑炭农业应用热潮的兴起，是因为秸轩等废弃物被固定为生物黑炭，不但避免了大部分废弃物能源释放，而且其农业应用有利于改良土壤，从而提高土壤生产力，生物黑炭的增产效应为粮食安全提供保障，而且通过提高土地产出率，还潜在增加了日益紧张的耕地供给量。

　　7.我国生物黑炭农业应用的前景

　　当前，我国工业能源温室气体排放量已经位居全球前列，我国承受着巨大的温室气体减排国际压力。近年来，我国政府积极参与了气候变化国际对话，承诺中国政府将与国际社会一起致力于减缓气候变化的行动。我国政府在气候变化国家行动方案中明确了将生态系统碳汇建设作为增强国家温室气体减排能力的主要途径。生物黑炭农业应用将在农业固碳减排中发挥重要作用。其一，我国土壤退化严重，分布广泛,施用生物黑炭可以改善土壤物理性质，提高水土保持能力，有利于防治生态退化和保障生态安全。其二，我国耕地质量总体欠佳，据最新估计，由于建设占地等因素，我国现有耕地中中低产耕地大约占3/4。农业部2004年资料表明，占面积65%的耕地的土壤w(有机质）<1.5%,应用生物黑炭可以显著提高土壤有机质含量，增大土壤有机碳库，这不但对于陆地固碳,而且对于耕地土壤培肥、提高农业生产力均具有重要意义。其三,我国具有丰富的生物质废弃物。我国农业每年产生各类农作物秸轩总量在7亿t左右，其中水稻、小麦、玉米等大宗农作物秸轩在5亿t左右，另外每年产生约21亿t养殖业废弃物。发展废弃物生物黑炭技术及其农业应用可以减少废弃物排放，促进循环农业和提高附加经济效益。

　　可以期望，农业废弃物生物黑炭技术在农业上的应用，能大大提高陆地生态系统固碳减排能力。我国农作物秸轩约有1/4被露天焚烧，已成为我国温室气体释放的重要来源。如果采用合适的技术将其就地转化成为生物黑炭，可以避免约50Tg?a-1的秸轩温室气体排放量（以C计）；以产量10.5thm-2的稻田为例，若秸轩全部转化为生物黑炭以秸轩中w(C)=40%,C转化率20%计），每年可增加土壤有机碳0.84t?hm-2,我国全部稻田(2900万hm2)可增加土壤碳汇20Tg以上。按IPCC第4次评估报告中提出的农业土壤可以减排20%计算，我国农田固碳潜力约为60Tg,可见，生物黑炭回田增加的碳汇可占农田总固碳潜力的1/3。如果全部农田秸轩能通过生物黑炭还田7亿t，秸轩中w(C)=40%,生物黑炭转化率20%],则相当于增加碳汇56Tg。按照全球温室气体排放的组成，农业约占10%~12%,则2006年我国农业温室气体排放总量约0.16Pg,生物黑炭转化与农田施用增加的碳汇能够抵消30%以上的农业温室气体排放总量，这是农业领域最显著的潜在减排途径。另外,根据生物黑炭施用对农田带来的肥料利用率提高、减排等效应，生物黑炭农业应用还可能产生额外的农田温室气体减排效果。

　　从国际动态来看，生物黑炭的碳汇作用可望纳入CDM碳补偿机制，进而可能加入国际碳贸易中进行交易。当前美国的碳交易价格为25美元.t-1,欧盟市场为20欧元?t,如果按上述估算，生物黑炭转化还田若1hm2增加5美元碳补偿,1亿hm2农田的潜在土壤碳汇交易额将达5亿美元以上，这可能有助于我国农业和农民在未来应对气候变化中获得巨大的碳补偿效益，这对于我国农业发展和农民增收是极其有利的。因此，开发秸轩就地处理生物黑炭技术，可以在固碳减排、提高土壤肥力和作物生产力以及增加农民收入方面收到三蠃效果。

　　然而，我国农业技术推广的一些实际困难可能制约这一技术的推广进程。国外农场规模大，秸轩的收集和运输的集约化经营成本较低，秸轩处理率较高，而我国农田规模小，经营分散,秸轩收集和运输成本很大，严重限制了秸轩利用加工产品技术的产业化。若要实现秸轩生物黑炭的应用，首先要解决分散农田的秸轩生物黑炭就地处理还田问题。我国企业界研制的秸轩炭化机体积庞大（最小的占地3m2,体积8m3),反应慢，投入量在100kgh-1以下，且不可移动。美国生物黑炭工程研究中心已经开发出适合农场的移动式就地处理系统，其秸轩投入量可达50～1000kg·h－1，但限于系统装备占地面积仍然较大（10m2)、造价较高（约2~3万美元）22,30]等问题，难以在中国直接引进应用。因而，这些技术和装备还不能直接用于我国农田秸轩生物黑炭就地处理。

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