生物碳

 　　1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。所谓生物碳，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”。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。

　　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。然而这些系统目前已经严重超负荷了。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、独一无二的特性，使其成为研究气候变化最热门的领域。

　　2历史

　　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，具有极强的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，但是目前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。

　　3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，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。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。

　　4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?目前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，即使现在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。