SCI TOTAL ENVIRON|以各种原料为基础的生物炭作为土壤改良剂的温室气体排放生命周期评估

论文内容

研究背景：

联合国环境规划署指出，过去十年来，人类活动产生的二氧化碳等温室气体排放浓度一直在增加，这导致了气候变化的加剧(UN Environment, 2019)。农业、林业和其他土地利用部门约占所有人为温室气体排放活动的四分之一，生物炭是在缺氧或限氧条件下通过生物质热解产生的富碳物质，世界上大量生产的废弃生物质为制备生物炭提供了丰富的来源，生物炭作为一种土壤改良剂可以减少温室气体的排放，不仅是因为它与土壤的直接相互作用，而且还因为它在整个生命周期中的作用。制备生物炭所需的废弃生物质的收集和运输与温室气体排放有关，收集和利用废弃生物质制备生物炭可以避免其燃烧产生的温室气体排放。LCA是一种量化产品或活动生命周期对环境影响的方法学工具(Chau等，2015)。在生命周期分析中，考虑产品或活动的整个生命周期，也称为从摇篮到坟墓。应用LCA方法评价生物炭温室气体排放影响的研究较多，但较少关注不同类型生物炭对土壤修复的温室气体排放影响。因此，本文旨在进一步阐明生物炭影响温室气体排放的途径和机制，并探讨不同类型的生物炭作为土壤改良剂在其整个生命周期内对温室气体排放的影响。

研究内容：

本研究系统回顾了现有的生物炭作为土壤改良剂的LCA研究，比较了不同原料的生物炭在不同生命周期阶段对温室气体排放的影响。本研究为提高对不同类型生物炭全生命周期温室气体排放影响的认识，促进生物炭作为土壤改良剂的应用提供了理论依据。

生物炭施用过程是在生物炭有效添加量和添加方法不变的情况下，施用生物炭作为土壤改良剂后，改变土壤中气体排放的过程。大多数学者研究了生物炭应用过程对温室气体排放的影响，研究结果因生物炭类型和应用系统的不同而不同。

研究了生物炭的pH、SA、含碳量与温度的关系，比较了不同类型生物炭性质的差异。从图中可以看出，随着温度的升高，生物炭的pH、SA和含碳量都在增加。不同原料类型的生物炭碳含量和SA存在显著差异。从图中可以看出，WWB含碳量最高，最高达90.5%;而SSB的最大含碳量仅为25.6%。还可以看出，WWB、CSB、SSB和LMB之间的pH值没有显著差异。WWB的SA和碳含量高于其他三种类型的生物炭，这决定了在一些研究中废木材成为生物炭的首选原料

生物炭理化性质与固碳能力的相关性研究

生物炭特性对应用过程中温室气体排放的影响机理

作物秸秆、废木材、畜禽粪便和污水污泥生物炭的主要生命周期过程，以及生命周期内的温室气体排放。这四种生物炭的生命周期基本一致，只是在原料预处理方面存在一定差异。CSB制备前的原料预处理过程包括干燥、储存和粉碎(Kameyama等人，2010);废木材的处理方式多种多样，包括干燥、储存、研磨、切碎或制粒(Homagain等人，2015);畜禽粪便的处理方法与农作物秸秆和废木材类似(Rajabi Hamedani et al .， 2019)，污水污泥的处理通常包括脱水和热干燥(Huang et al .， 2022)。原料的收集一般可以避免废弃物燃烧和积累过程中的温室气体排放，这部分避免的气体排放很少被学者纳入生命周期范围。原料预处理阶段通常会释放二氧化碳，包括在物料运输过程中使用机械和运输产生的二氧化碳，但这部分排放在整个生命周期中所占比例较小。因此，物料输送过程与原料预处理阶段相结合。生物炭是通过热解产生的，这个过程需要燃烧化石燃料来提供能量，通常伴随着温室气体的释放。从前面的分析可以看出，生物炭的应用过程会对温室气体产生不同程度的影响，因此本文将生物炭的应用过程划分为一个单独的生命周期阶段。

分析了不同类型生物炭在LCA不同阶段对温室气体排放的贡献，通过文献给出的已知转换关系，将GWP单位统一为kgCO2eq/t生物炭。

研究结论：

本文对生物炭作为土壤改良剂对温室气体排放的影响进行了系统的综述。由此可见，在土壤中施用生物炭无疑是一种很有前途的减碳方法，对减缓气候变化具有积极影响。主要结论如下:1、生物炭对温室气体排放的影响途径包括原料供应、热解过程和应用过程。原料供应过程通过避免废弃生物质的燃烧或积累对温室气体排放产生间接影响，而热解过程和应用过程则是生物炭热解及其在土壤中的应用对温室气体排放产生直接影响。2、生物炭的理化性质对土壤温室气体排放和大气碳循环起着重要作用。生物炭的高孔隙率和大比表面积增加了土壤孔隙结构，减少了土壤有机碳的分解。生物炭可以通过调节土壤ph来调节微生物，抑制CH4的排放。生物炭中的养分可以用来促进绿色植物的光合作用，从而促进大气CO2的循环3、在生物炭土壤系统各生命周期阶段中，生物炭施用过程对温室气体排放的贡献最大(−2740.10 to −646.18 kgCO2eq)，生物炭的固碳能力占生物炭应用过程的90%以上。WWB的固碳潜力最大(−2740.10 to −1513.07 kgCO2eq)，其次是CSB(−2485.83 to −1617.40 kg CO2eq), LMB (−1654.45 kg to −715.00 kgCO2eq)和SSB (−1397.42 to −932.64 kg CO2eq)。

期刊信息

期刊：Science of the Total Environment

影响因子（2022）：9.8

中科院分区：环境科学与生态学一区TOP

转自：“农科学术圈”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！