在地球工程領域眾多熱門新概念中，生物炭是一種木炭，有人認為它未來可能對碳封存有顯著作用。 Re:char 是一家新創公司，目前在紐約布魯克林一間藝術家共享閣樓裡一個雜亂倉庫的角落辦公，正在進行小規模的生物炭生產實驗。
re:char團隊正在開發一種低成本的移動式熱解爐，用於燃燒農業生物質廢料並將其轉化為生物炭。生物炭不僅可以作為肥料，還能固碳。該裝置還能生產生質油，這是一種碳氫化合物燃料，可用作暖氣油、驅動柴油發動機，或燃燒驅動微型渦輪機發電。像re:char這樣的技術或許很快就能幫助偏遠地區的小型農場一舉實現提高作物產量、生產能源和脫離電網的三重目標。聽起來很棒。但這究竟意味著什麼？它又是如何運作的呢？
生物炭是什麼？
生物炭是在缺氧條件下燃燒生物質（稱為熱解）製成的。這種物質最初在亞馬遜地區被發現，據信當地農業群體在大約2500至6000年前就用它來改良雨林的貧瘠土壤。生物炭是一種極佳的肥料，因為它富含植物生長必需的營養物質，例如氮、磷和鈣。它還具有很高的孔隙率，有助於土壤保持水分，並為各種有益於植物生長的微生物提供良好的生存環境。此外，它還能將二氧化碳封存起來，其作用可持續數千年。任何生物質都可以製成生物炭，包括木材以及農作物廢料，例如穀殼和莖稈。熱解過程也會產生碳氫化合物，這些化合物可以製成燃料。
最佳甜蜜點
熱解反應的結果取決於生物質的加熱程度。科學家仍在研究其中的細節，但一些研究表明，在低於約900°F（約427°C）的溫度下進行熱解會導致燃燒生物質中的揮發性物質——碳氫化合物——在反應後仍被鎖定在生物炭中。這種情況有兩個弊端：首先，富含碳氫化合物的生物炭可能對土壤產生負面影響；其次，由於碳氫化合物無法以蒸氣或氣體形式釋放，因此無法將其轉化為燃料。
根據 re:char 的共同創辦人兼技術開發人員 Jason Aramburu 介紹，生物炭的最佳生產溫度介於 900°F 至 1000°F 之間。在此溫度下進行熱解，可同時生成生物炭和碳氫化合物蒸汽，後者可收集並冷凝成一種名為生物油的物質。這種油可以直接注入鍋爐用於供暖系統，也可以提煉後用於柴油引擎（一些耐用型引擎甚至可以直接使用 re:char 設備生產的生物油）。 Aramburu 表示，生物油最適合用於微型渦輪機，這種小型渦輪機可使用燃氣或燃油發電。在較高的溫度（約 1500°F 至 1800°F）下，反應仍然會發生，但生成的是碳氫化合物氣體而非蒸氣。這種氣體也可以用作燃料，但不如蒸汽和生物油清潔，需要昂貴且耗時的過濾過程才能轉化為可用的燃料。
目前的樣機每天可處理多達一噸生物質，並可全時運作。產出的一半是生物油，30%是生物炭，其餘部分以氣體形式排出，這些氣體被送回系統進行進一步反應，生成更多的碳氫化合物蒸氣。據 re:char 公司稱，每處理一磅生物質，就能封存近四磅二氧化碳。
與目前每噸二氧化碳捕獲和封存成本約為 60 美元的碳封存系統相比，re:char 的設備便宜得多。如果該設備的使用壽命為十年（他們仍在研究具體細節），那麼每噸二氧化碳封存的成本約為 2 至 5 美元。 re:char 設計的另一個關鍵優勢在於其移動性。目前市面上已有大型固定式熱解爐，但這些設備價格昂貴且活動部件眾多，這意味著它們更容易發生故障。生物質必須被運送到這些設備，而不是反過來，這會增加碳排放量。就移動式熱解爐而言，市面上也有其他產品。但 re:char 的設計是目前唯一一款能夠同時生產生物炭和生物油的小型移動式熱解爐。
離網生活
Re:char 的未來目標是生產小型農業作業的熱解爐。其原理很簡單：操作人員在熱解爐中燃燒農業廢棄生物質（穀殼、莖稈等）。產生的生物炭隨後被施用於土壤，提高土壤肥力並吸收空氣中的二氧化碳。生物油透過微型渦輪機發電，為設備供電，並有可能為附近的家庭供電。該裝置對偏遠地區的小型農場尤其有前景，因為它能幫助他們發電。
早期項目已經啟動。密西根大學的研究人員正與 re:char 公司合作，測試基於 Aramburu 設計的原型。此外，康乃狄克州諾福克市一家小型農場的運作原型機正在處理去年冬季冰暴中損毀的樹木廢棄物。位於布魯克林的測試點每週都會收到來自美國各地以及墨西哥、波多黎各和加拿大的農民、牧場主和葡萄園主的多個請求。這些農場主會寄送生物質樣品，以確定生物炭和生物油的品質和能量密度，從而評估該設備是否值得投資。一些團體也對將這項技術引入發展中國家表現出了濃厚的興趣。
關於生物炭是否是應對氣候變遷的可行方案，目前仍有爭議。有些人將生物炭吹捧為一種神奇的材料，認為它能顯著促進碳封存。支持者包括美國太空總署戈達德太空研究所所長詹姆斯漢森和蓋亞假說提出者、獨立氣候科學家詹姆斯·洛夫洛克等氣候科學界的明星人物。然而，也有人質疑，與其將生物質直接用作燃料或用於發電（例如與燃煤電廠聯合供料），不如將其加工成生物炭，這種做法是否合理。哈佛大學氣候科學家丹尼爾·施拉格表示，利用生物質生產生物油對於小型農場來說是一種合理的生物質能利用方式，但他同時警告說，不應將生物炭視為一種可行的碳封存技術：因為很難準確地確定生物炭能夠封存二氧化碳的時間有多長。
生物炭的有效性以及生物油是否真的能夠用於發電，只有時間才能證明。但同時，您可以瀏覽我們為您準備的 re:char 布魯克林原型機的圖片庫。
