生物碳

有机垃圾加工而成的多孔碳

生物碳，是由有机垃圾，如动物粪便，动物骨头，植物根茎，木屑和麦秸秆等加工而成的一种多孔碳。这些构成生物碳的有机垃圾被称为“生物量”。

简介

在佐治亚大学农业大道附近，有一台非常独特的机器。这台机器犹如一个锦囊，蕴藏着解决多个环境危机的办法，比如温室效应，能源危机，以及食品和水资源短缺。作为国际上少数几个致力于探寻碳源循环利用途径的科学家，Brian Bibens骄傲地说：“这台制造加工生物碳的设备，是我们研究成果的结晶。”

Brian Bibens是“生物碳”领域的专家。在提炼生物碳时，Brian Bibens将生物量装在八角形的金属桶内以高温加热。在热化学效应下，生物量被高温分解，成为可用做肥料的类似于碳球状的物质。很多科学家冠以生物碳“黑色黄金”的美誉。

随着全球气候变化加剧，每个人都希望能够找到一种途径，以快速、经济地降低碳的排放量，至今仍然未有一个理想的解决方案。不过，这并不意味着就没有通往“碳零排放”的捷径。生物碳就是一个相对简易的方式。

植物在生长过程中会吸收二氧化碳。但是，一旦它们被砍伐或燃烧，它们所吸收的碳就又会被排回大气中。保证树木生存，尤其是热带地区的树木，是存储碳的一种方式。但是，如果植物被砍伐并在一个可控的、低氧环境中燃烧，就会生成木炭。木炭是碳的一种稳定的固体形态。如果你将生物碳与某种土壤混合在一起，就可以减少大量的从土壤中释放出来的甲烷和一氧化二氮等温室气体。《自然-地理科学》一项最新研究发现，生物碳可以抵销全球12%的碳排放量。

由植物形成的，以固定碳元素为目的的木炭被称为“生物碳”。土地中自然存在大量的碳元素，但是这些碳是不稳定的，受气候影响会释放二氧化碳。而生物碳则可以固定碳元素长达几百年。更重要的是，其生产过程中产生的副产品，对人们具有很大的吸引力。生产中，大约1/3原料变为生物碳，1/3变为可用于发电的物质，另1/3则形成原油。因此科学家表示：“生物碳使我们能够一次性解决三个重大危机：气候变化危机，能源危机，以及食品和水资源危机。”

地球本身拥有一个碳循环系统，碳可以被植物，土地，海洋和其他自然过程沉积下来。然而这些系统目已经严重超负荷了。据统计，2000到2007年，全球环境体系共沉积了48亿吨人类排放的碳，然而仍然有40亿吨的剩余。而生物碳每年可以沉积10到20亿吨碳元素。它的这种神秘的特性，使其成为研究气候变化最热门的领域。

历史背景

生活在巴西亚马逊河流域的人们长期使用一种特殊的肥料。这种肥料来源于当地，具有恢复贫瘠土壤肥力的能力。当地人把它称为“印第安人的黑土壤”。它多产、肥沃，与当地稀疏、贫瘠的土壤形成鲜明的对比。这种黑土壤在一些地区可以延绵几公顷，但是还没有人知道这些神秘的黑土壤到底是什么。有人猜测它是火山岩，或者是古代湖泊的沉积物，又或者是很久以前植被腐烂后的残留物。但很少有人会认为它是人为制造而成的。

现代研究证明，黑土壤是2500年，甚至6000年以前由生活在亚马逊流域的人们制造的。一般认为，他们使用的材料包括动物粪便，鱼，动物骨头和植物废物。但是生产黑土壤最关键的原料，也是黑土壤之所以呈现黑色的原因，是木炭的使用。

黑土壤中的木炭可以使土壤肥力维持一个世纪之久。几个世纪以来，生活在南美亚马逊流域的人们都靠这些原生态材料制造“黑土壤”来肥沃土地。几千年过去了，那儿的土壤不需耕耘灌溉，依旧十分肥沃。

佐治亚大学的科学家Steiner解释道： “千百年过去，这个区域依旧沃土依然，那是因为土壤中富含碳元素。” 因此，生物碳这一科学概念的提出，使人们看到了无需砍伐森林也可开拓农耕地的希望。

但在生物碳科技大规模投入运用之前，该技术仍进一步改良和完善。工厂可向全球各地农场购买农耕废料。这也是生物碳制造蕴含的一大商机。

优点

生物碳可以保护环境。鉴于其高含碳量和多孔的特性，它不仅可提高土壤蓄水储养的能力，还可保护土壤中的微生物。它像一个地下碳水槽，锁住二氧化碳，最终达到增加作物产量的效果。

美国国家海洋与大气局的统计数据显示，从20世纪80年代开始，大气中的二氧化碳含量就以惊人的速度攀升。八十年代的二氧化碳含量以每年百万分之一点五的速度上涨，而自2000年以来，这个速度被改写至每年百万分之二.

而生物碳则可吸收有机物质腐烂时释放至大气的二氧化碳；并帮助植物有效储存其光合作用所需的二氧化碳。通过这两种方式，生物碳起到了洁净空气的作用。

Christoph Steiner是生物碳领域的学科带头人。他说：“土地中自然存有大量的碳元素，因此，充分利用生物碳可降低大气中二氧化碳的含量。”

根据美国国家航空宇航局的科学家James Hansen的研究，如果生物碳可在全球范围内有效使用，那么大气中的二氧化碳含量可在50年内降低百万分之八。

生产生物碳过程中产生的副产品，对环境保护和能源生成也是大有益处的。生成过程中约1/3原料变为生物碳，1/3可被再加工用于发电，另1/3则可成为原油。生产时释放出的气体可被用于发电，而其他一些副产品可用于制药。

生物碳是面向未来的，低成本，可持续性的环保能源。而它的起源则可追溯到几千年前。

未解之谜

关于生物碳，还有许多未解之谜。例如，为什么它能改善土壤？人类还不知道确切的原因。科学家认为，这可能是许多因素共同决定的。木炭结构疏松，有利于营养素的储藏，就好像海绵能够保存许多水一样。另外，生物碳可以代替人工氮肥。而氮肥释放的氮氧化物比二氧化碳对温室效应的影响要高300多倍。

但是也有人指出，任何期望仅靠生物碳就能解决施肥问题的人都是错误的。生物碳并不足以像黑土壤一样作用于贫瘠的土地。黑土壤包含了许多其他来源的营养素，其中包括丰富的磷元素。毋庸置疑，生物碳在储存这些营养素上扮演了重要的角色，保证了植物根茎营养的供给。但前提是这些营养素必须由其他途径获得。目前为止还没有人能够成功地复制黑土壤。

然而，即使生物碳的效果并不完全满足人们的期望，它仍然是对付气候变化的重要手段。因为在众多降低大气碳水平的方法中，很少有像生物碳这样既简单又廉价的。

但是大量应用生物碳还有一些问题需要解决。首先，人们需要开发一个生产生物碳的模型，确保它既能降低温室气体，又能简单方便的在不发达国家的农场中应用。此外，发达国家大型农场的运营模式也需要进行调整，从而提高人们收集和处理废物的积极性，而这经常需要给与经济上的刺激。相反，发展中国家也许更需要科学的管理方法和技术。这些经济和交流方面的问题，是制约生物碳使用的真正阻力。

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