一種新型、綠色、低碳環(huán)保材料——生物炭(Biochar)，近年來(lái)頻頻見(jiàn)諸國(guó)際權(quán)威雜志，被譽(yù)為“黑色黃金”。它是由水稻、小麥秸稈、木屑、礱糠及動(dòng)物糞便等有機(jī)垃圾加工而成的一種多孔富碳物質(zhì)。這項(xiàng)科學(xué)研究被寄予了有望一次性緩解困擾人類的氣候變化危機(jī)、能源危機(jī)以及食品和水資源危機(jī)。

不久前，由省農(nóng)科院牽頭，國(guó)家林業(yè)局竹子研究中心、浙江布萊蒙農(nóng)業(yè)科技股份有限公司等單位協(xié)同共建的省生物炭工程技術(shù)研究中心正式成立。這也是國(guó)內(nèi)第三個(gè)省級(jí)生物炭專門(mén)研究機(jī)構(gòu)。日前，記者走進(jìn)這個(gè)研究中心，一探究竟。

兩年實(shí)驗(yàn)甲烷少了

這是一次從實(shí)驗(yàn)室→工廠→田間→實(shí)驗(yàn)室的科研之旅。

在省農(nóng)科院環(huán)境資源與土壤肥料研究所生物炭專家辦公室，記者看到了近20種黑色狀的不同種類生物炭。它們分別來(lái)自秸稈、毛竹、椰子殼和生活垃圾等廢棄生物質(zhì)，大多呈圓柱形、球形和粉末狀。也有部分生物炭還能清楚看得出原來(lái)的形狀，像油菜稈炭呈細(xì)長(zhǎng)顆粒狀，豬糞炭呈碎屑狀。

記者隨手取出一塊竹炭，放在顯微鏡下觀察，它就像一塊孔狀不規(guī)則的海綿。研究中心主任楊生茂博士告訴記者，用竹子加工生產(chǎn)竹炭含碳量高達(dá)70%至80%，表面積達(dá)到每克140至180平方米。你能想象嗎，如果把1克竹炭的所有孔隙進(jìn)行平面切割，折合總面積竟然有一個(gè)中等戶型的房子那么大!

那么生物炭是怎樣來(lái)的呢?記者來(lái)到下一個(gè)站點(diǎn)，浙江布萊蒙農(nóng)業(yè)科技股份有限公司。在現(xiàn)場(chǎng)，記者看到工程技術(shù)研究中心自主研發(fā)的炭化爐，正在連續(xù)生產(chǎn)。爐內(nèi)，在低氧環(huán)境，400°C至800°C高溫下悶燒裂解，生物質(zhì)呈螺旋狀運(yùn)動(dòng)，兩到三個(gè)小時(shí)后，神奇的生物炭生產(chǎn)出來(lái)了!

據(jù)介紹，制作生物炭的關(guān)鍵在于加工工藝參數(shù)，如溫度、滯留期、壓力和均勻度的控制。炭化爐每小時(shí)能處理200到300公斤的作物秸稈，得炭率高達(dá)30%。

下一步，就是將生物炭如何返還土壤。在省農(nóng)科院海寧楊渡創(chuàng)新基地，記者發(fā)現(xiàn)科研人員正在進(jìn)行的系列生物炭及炭基肥料田間實(shí)驗(yàn)，這是一片三畝的水稻油菜輪作體系試驗(yàn)田地。在人為間隔的一塊塊試驗(yàn)田中間放著靜態(tài)氣體收集箱，一個(gè)月采兩次，分析生物炭對(duì)溫室氣體排放的影響及其變化規(guī)律。同時(shí)作物收獲時(shí)，每年取不同深度的土壤，帶回實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)分析土壤有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀等養(yǎng)分的變化。以便弄清楚它對(duì)土壤質(zhì)量、作物產(chǎn)量和溫室氣體排放的影響。

與此緊鄰的一塊蔬菜試驗(yàn)田。這里種著油白菜和小白菜，用以分析不同種類、不同用量的生物炭對(duì)蔬菜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響。還有一塊新建幼齡桃園試驗(yàn)田，樹(shù)根部位的土壤，明顯看得出比周邊區(qū)域更黑，這里施有生物炭和生物炭肥料，無(wú)機(jī)肥料和有機(jī)肥料。

田間采集的所有樣品都會(huì)回到實(shí)驗(yàn)室分析。在氣體分析室里，科研人員拿出一包60毫升的鋁箔氣體采樣袋，抽取30毫升，分別注入氣相色譜儀CO2、CH4、N2O進(jìn)樣口，5分鐘之后便可在聯(lián)機(jī)電腦上得到分析譜圖。每次采集180個(gè)樣品。從分析數(shù)據(jù)來(lái)看，稻田甲烷釋放量為每平方米每小時(shí)0.04毫克。“經(jīng)過(guò)2年的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)秸稈經(jīng)炭化還田后，稻田甲烷的釋放量有一定的減少。”

這樣的數(shù)據(jù)，已經(jīng)連續(xù)收集了兩年。楊生茂告訴記者，施用生物炭后土壤容重明顯變小了，土質(zhì)更疏松了;土壤有機(jī)質(zhì)含量增加;部分作物有增產(chǎn)效果。但長(zhǎng)期影響如何仍需要繼續(xù)研究。

國(guó)內(nèi)研究改良土壤

生物炭的發(fā)現(xiàn)，對(duì)科學(xué)界而言，無(wú)疑是一個(gè)令人興奮的消息。

楊生茂介紹說(shuō)，上世紀(jì)60年代，荷蘭科學(xué)家宋布魯克在巴西亞馬遜河流域，發(fā)現(xiàn)一片神奇黑色土地，區(qū)域內(nèi)的植物生長(zhǎng)郁郁蔥蔥，明顯比其他近鄰區(qū)域長(zhǎng)得茂盛健壯?？茖W(xué)家將土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)研究，發(fā)現(xiàn)這種土壤里面就含有生物炭成分。

近年來(lái)，隨著全球氣候變化，溫室氣體排放，耕地土壤退化，科學(xué)家再次將目光轉(zhuǎn)向生物炭。2009年，美國(guó)康奈爾大學(xué)科學(xué)家成立國(guó)際生物炭協(xié)會(huì)，正式開(kāi)始研究這一新興領(lǐng)域。接著，英國(guó)、澳大利亞等也相繼成立生物炭專門(mén)研究機(jī)構(gòu)及研究中心;2012年，我省正式成立了生物炭工程技術(shù)研究中心。

“科學(xué)界對(duì)其寄予了解決人類生活四個(gè)重大危機(jī)的期望，氣候變化危機(jī)、能源危機(jī)，以及食品和水資源危機(jī)。”楊生茂說(shuō)，生物質(zhì)炭化過(guò)程中，大約1/3轉(zhuǎn)化為生物炭，其余轉(zhuǎn)化為可燃燒的合成氣和原油替代品。

生物炭是這樣發(fā)揮作用的：作為土壤結(jié)構(gòu)改良劑，或者制成各種炭基肥料，起到提高土壤質(zhì)量，增加作物產(chǎn)量，改善品質(zhì)的作用;或者作為土壤污染修復(fù)劑等，起到減少污染的效果。直接回歸土壤，可增加土壤碳封存約40%至50%，這對(duì)于人類來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)直太必需了。來(lái)自全球碳計(jì)劃統(tǒng)計(jì)，每年人類排放到大氣中的二氧化碳中有54%、約48億噸，被陸地和海洋中的碳匯所吸收。剩余的約40億噸碳則需要人類想辦法去降低或者吸收。此外，由于全球氣候的變暖，天然碳匯的吸收量正在下降，這就意味著我們要么付出更大的努力減少空氣中的碳含量，要么停止向空氣中排放碳。

“此外，開(kāi)展生物炭研究，對(duì)于拓寬我國(guó)廢棄生物質(zhì)的高效資源化源頭處理途徑，具有重要的意義。”楊生茂說(shuō)。每年我國(guó)各種放棄生物質(zhì)資源豐富，僅作物秸稈高達(dá)7億至8億噸。由于技術(shù)、傳統(tǒng)和觀念等因素的制約，農(nóng)作物秸稈還田量?jī)H為15%左右，而直接燃燒或廢棄或隨意堆放的量卻超過(guò)30%，不但造成這些寶貴生物質(zhì)資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，而且隨意燃燒還污染環(huán)境，帶來(lái)交通安全隱患，增加了溫室氣體排放。

“目前，我們的工程中心已經(jīng)成功研發(fā)了適合不同生物質(zhì)炭化設(shè)備和肥料生產(chǎn)線，開(kāi)發(fā)了多種炭基控釋肥、炭基有機(jī)肥和土壤改良劑。”楊生茂說(shuō)，下一步的科研重點(diǎn)是生物炭生產(chǎn)工藝優(yōu)化，生物炭生產(chǎn)成本控制，生物炭系列產(chǎn)品的應(yīng)用及大面積推廣。