生物炭

生物炭是木炭是由热解产生的生物量在不存在的，但氧气，并且被用作土壤改良剂两个碳封存和土壤健康益处。生物炭是一种稳定的固体、富含碳，可以在土壤中生存数千年。正在研究生物炭作为固碳的一种手段，它可能是减轻全球变暖和气候变化的一种手段。它来自与以下过程相关的过程热解碳捕获和储存（PyCCS）。

生物炭可以增加土壤肥力的酸性土壤（低pH土壤），提高农业生产力，并提供针对一些保护叶面和土壤传播的疾病。关于生产中的定义，国际生物炭倡议将生物炭定义为“在氧气受限的环境中通过生物质的热化学转化获得的固体材料”。

生物炭是一种高碳，细颗粒的残留物，目前通过现代热解工艺产生。它是在没有氧气的情况下生物质的直接热分解（防止燃烧）、产生固体（生物炭）、液体（生物油）和气体（合成气）产物的混合物。热解的比产率取决于工艺条件，例如温度、停留时间和加热速率。这些参数可以优化以产生能量或生物炭。温度在400–500°C（673–773 K）时会产生更多的炭，而温度超过700°C（973 K）则有利于液体和气体燃料成分的产率。在更高的温度下，热解发生得更快，通常需要几秒钟而不是几小时。当温度在350–600°C（623–873 K）的范围内时，提高的加热速率也将导致热解生物炭产量的下降。典型的产量是60％生物油，20％生物炭和20％合成气。相比之下，缓慢的热解会产生更多的炭（约35％）；这有助于所观察到的土壤肥力黑土。一旦初始化，两个过程都会产生净能量。对于典型的输入，运行“快速”热解器所需的能量约为其输出能量的15％。现代热解工厂可以利用热解过程中产生的合成气，并输出运行所需能量的3–9倍。

除热解外，焙干和水热碳化过程还可将生物质热分解为固体物质。但是，这些产品不能严格定义为生物炭。烘焙过程中的碳产物仍包含一些挥发性有机成分，因此其性质介于生物质原料和生物炭之间。此外，即使水热碳化也可以产生富碳的固体产品，水热碳化也明显不同于传统的热转化过程。因此，水热碳化产生的固体产物 被定义为“水焦”而不是“生物炭”。

亚马逊的坑/沟法既不收获生物油也不合成气，并且释放大量的CO。
黑碳和其他温室气体（GHG）（以及潜在的毒素）排入空气，尽管温室气体的排放量少于生物量生长过程中捕获的温室气体。商业规模的系统处理农业废物，纸副产品，甚至市政废物，通常通过捕获和使用液体和气体产品消除这些副作用。在大多数情况下，将生物炭作为产出生产不是优先事项。

在集中式系统中，一个区域中的所有生物质都被带到中央工厂（即以生物质为燃料的热电站）进行处理成为生物炭。或者，每个农民或一组农民都可以经营技术含量较低的窑炉。最后，配备了热解器的卡车可以从一个地方移动到另一个地方以热解生物质。车辆动力来自合成气，而生物炭仍留在农场。该生物燃料被送到炼油厂或存储站点。影响系统类型选择的因素包括液体和固体副产品的运输成本，要处理的材料量以及直接馈入电网的能力。

用于制造生物炭的最常见农作物包括各种树种以及各种能源作物。这些能源作物中的一些（例如纳皮尔草）也可以在比树木短的时间内存储更多的碳。

对于并非专门用于生物炭生产的农作物，其残留物与产品之比（RPR）和收集因子（CF）不用于其他用途的残留物的百分比，请测量可用于热解的原料量收获初级产品后。例如，巴西每年收获约4.6亿吨甘蔗，RPR为0.30，甘蔗皮的CF为0.70，通常在田间燃烧。每年转化为大约100吨的残留物，可以将其热解以产生能量和土壤添加剂。加入蔗渣（蔗糖废料）（RPR = 0.29 CF = 1.0），否则会在锅炉中燃烧（效率低下），使热解原料总量增加至230 MT。但是，一些植物残渣必须保留在土壤中，以避免增加成本和氮肥的排放。

用于处理松散和叶状生物质的热解技术可产生生物炭和合成气。

另外，利用微波的“热催化解聚”最近已被用来在工业规模上有效地将有机物转化为生物炭，产生约50％的炭。

由原料和技术确定的生物炭的物理和化学性质对于生物炭在工业和环境中的应用至关重要。将不同的表征数据用于生物炭并确定其在特定用途中的性能。例如，国际生物炭倡议发布的指南提供了评估用于土壤的生物炭产品质量的标准化方法。生物炭的性质可以在几个方面进行表征，包括与不同生物炭性质相关的邻近和元素组成，pH值、孔隙率等。生物炭的原子比（包括H / C和O / C）与与有机物含量（例如极性和芳香性）相关的生物炭特性相关。van-Krevelen图可用于显示生产过程中生物炭原子比的演变。在碳化过程中，由于释放出含有氢和氧的官能团，H / C和O / C比率均下降。

• 森林或农业来源的生物质残留物的热解可产生生物燃料，而不会与作物生产竞争。
• 生物炭是一种热解副产物，可耕作到农田的土壤中以增强其肥力和稳定性，并用于中长期固碳。这意味着热带土壤的显着改善，对增加土壤肥力和改善西欧土壤的抗病性具有积极作用。
• 生物炭增强了自然过程：生物圈捕获二氧化碳。尤其是通过植物生产，但只有一小部分在相对较长的时间内被稳定地隔离（土壤、木材等）。
• 生物质生产以获取生物燃料和生物炭用于固碳在土壤中是一个碳负过程，即更多的CO₂从大气中除去后再释放，因此可以长期隔离。