布鲁克林家庭酿造生物炭

地球工程领域最热门的新想法之一是生物炭，有人认为这种木炭未来可能对碳封存大有裨益。Re:char 是一家新兴公司，位于纽约布鲁克林区一栋共享艺术家阁楼的杂乱仓库的一角，目前正在小规模试验生物炭生产。

re:char 团队正在开发一种低成本的移动式热解器，用于燃烧农业生物质废物并将其转化为生物炭，生物炭除了封存二氧化碳外，还充当肥料。该装置还生产生物油，这是一种碳氢化合物燃料，可用作取暖油、驱动柴油发动机，或燃烧以驱动微型涡轮机并发电。像 re:char 这样的技术可能很快就能帮助小型偏远农场增加作物生长、产生能源并一举摆脱电网束缚。听起来很棒。但这意味着什么，它是如何工作的？

那么生物炭是什么？

生物炭是在无氧条件下燃烧生物质时产生的，这一过程称为热解。这种物质最早是在亚马逊地区发现的，据信大约在 2,500 至 6,000 年前，那里的农业群体用它来给雨林贫瘠的土壤施肥。生物炭是一种很好的肥料，因为它含有大量对植物生长至关重要的营养物质，如氮、磷酸盐和钙。它还具有高度的多孔性，有助于土壤保持水分，并为各种有益于植物生长的微生物提供良好的环境。而且它能将二氧化碳封存起来，可能长达数千年。任何生物质都可以产生生物炭，包括木材，以及农作物废料，如壳和茎。热解过程还会产生碳氢化合物，可以制成燃料。

热点

热解反应的结果取决于对生物质的加热程度。科学家仍在研究细节，但一些研究表明，在低于 900°F 的温度下进行热解会导致燃烧生物质中的挥发性物质（碳氢化合物）在反应后仍被锁在生物炭中。这种情况有两个负面影响：首先，含有大量碳氢化合物的生物炭实际上可能会对土壤产生负面影响；其次，无法以蒸汽或气体形式释放碳氢化合物意味着你无法将碳氢化合物制成燃料。

据 re:char 联合创始人兼技术开发人员 Jason Aramburu 介绍，制造生物炭的最佳温度在 900° 至 1000°F 之间。在此温度下进行热解时，会产生生物炭和碳氢化合物蒸汽，这些蒸汽可以收集起来并浓缩成一种称为生物油的物质。这种油可以直接倒入锅炉，用于加热系统，也可以提炼后用于柴油发动机（一些耐用的发动机甚至可以直接使用 re:char 设备中的生物油）。Aramburu 表示，生物油最适合用于微型涡轮机，这种小型涡轮机可以使用天然气或石油发电。在更高的温度下（约 1500°-1800°F），反应仍然有效，但产生的是碳氢化合物气体而不是蒸汽。这种气体可以用作燃料，但它不像蒸汽和生物油那么干净，需要昂贵而漫长的过滤过程才能将其制成可用的燃料。

目前的原型机全天运行，每天可处理多达一吨的生物质。一半的产出物是生物油，百分之三十是生物炭，其余的则以气体形式排出，这些气体通过系统反馈并进一步反应生成更多的碳氢化合物蒸汽。根据 re:char 的说法，每处理一磅生物质就能吸收近四磅二氧化碳。

目前的碳封存系统每捕获和封存一吨二氧化碳的成本约为 60 美元，相比之下，re:char 的装置要便宜得多。如果他们的装置的使用寿命为 10 年（他们仍在制定细节），那么每封存一吨二氧化碳的成本约为 2 至 5 美元。re:char 设计的另一个关键方面是它是可移动的。大型固定式热解器已经在市场上销售，但这些热解器价格昂贵，并且有很多活动部件，这意味着它们可以在更多的地方分解。生物质必须运输到这些装置，而不是相反，这会增加碳排放量。至于移动式热解器，还有其他可用的。但 re:char 的设计是目前唯一一款既能生产生物炭又能生产生物油的小型移动式热解器。

离网

Re:char 的未来目标是为小规模农业生产制造热解器。这个想法很简单：操作员在热解器中燃烧废弃的农业生物质（谷壳、茎秆等）。然后将产生的生物炭重新用于土壤，提高土壤肥力并从空气中吸收二氧化碳。生物油通过微型涡轮机发电，为设备供电，并可能为附近的家庭供电。该装置对于偏远地区的小型农场尤其有前景，因为它可以帮助他们发电。

早期项目已在进行中。密歇根大学的研究人员正在与 re:char 合作测试基于 Aramburu 设计的原型，康涅狄格州诺福克的一个小农场正在使用一个工作原型来处理去年冬天冰暴中被摧毁的树木的废木料。布鲁克林工厂每周都会收到来自美国各地以及墨西哥、波多黎各和加拿大的农民、牧场主和葡萄园主的数个请求。这些企业会发送生物质样本，以确定生物炭和生物油的质量和能量密度，看看该设备是否值得投资。一些希望将这项技术带到发展中国家的团体也对此表示了兴趣。

关于生物炭是否是应对气候变化的可行选择，人们一直在争论。一些人吹捧生物炭是一种神奇的材料，可以大大有助于碳封存。支持者包括气候科学巨星，如美国宇航局戈达德太空研究所所长詹姆斯·汉森和盖亚假说的提出者、独立气候科学家詹姆斯·洛夫洛克。然而，其他人质疑将生物质经过这个过程是否有意义，而不是直接将其用作燃料或帮助发电，例如，通过共同为煤电厂供电。哈佛大学气候科学家丹尼尔·施拉格说，使用生物质制造生物油是一种从小规模农场中获取能源的合理方法，但他警告不要将生物炭作为一种可行的碳封存技术：很难确定生物炭封存二氧化碳的具体时间。

只有时间才能告诉我们生物炭的有效性以及生物油是否真的可以用于发电。不过，请同时查看我们的 re:char 布鲁克林原型照片库。