04.08.2025北京科吉環(huán)境技術(shù)發(fā)展有限公司
碳移除（CDR）項目是指從大氣中捕獲CO2并儲存在耐用的碳匯中的項目，作為應(yīng)對氣候變化的關(guān)鍵技術(shù)路徑之一，其在全球碳治理體系中占據(jù)重要地位。在CDR自愿碳交易機(jī)制下，涵蓋了多種技術(shù)類型的項目，生物炭固碳便是其中被廣泛認(rèn)可的一類。目前，Puro.earth發(fā)布的碳移除方法學(xué)中，就包含生物炭（Biochar）、地質(zhì)儲存碳（Geologically Stored Carbon）、增強(qiáng)巖石風(fēng)化（Enhanced Rock Weathering）等6類。
Puro.earth是依托區(qū)塊鏈與人工智能技術(shù)的碳信用額交易平臺，旨在增強(qiáng)碳市場透明度、追溯性和運(yùn)行效率，憑借前沿技術(shù)和嚴(yán)謹(jǐn)審核機(jī)制，已成為歐洲領(lǐng)先的自愿碳市場平臺之一。與傳統(tǒng)碳抵消不同，其認(rèn)證的CO2移除證書（CORC）更強(qiáng)調(diào)高質(zhì)量CO2去除，為生物炭等CDR項目交易提供重要支撐。目前，國內(nèi)嘉興通高科技公司在該平臺開發(fā)的生物炭碳移除項目已通過初步評估，進(jìn)入認(rèn)證階段，該項目以農(nóng)作物秸稈、園林廢棄物等為原料，經(jīng)專業(yè)熱解設(shè)備轉(zhuǎn)化為生物炭，每日可處理約50噸農(nóng)業(yè)廢棄物，產(chǎn)出10噸生物炭。
依據(jù)目前研究成果，學(xué)者將生物炭定義為由動植物及農(nóng)林廢棄物，在限氧或缺氧條件下經(jīng)高溫?zé)峤馓炕纬傻母惶脊腆w產(chǎn)物。制炭原料主要為木質(zhì)和非木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)，基于不同生物質(zhì)炭種類及環(huán)境條件，生物炭中大部分碳可保留幾十年甚至上千年，這使其成為CDR機(jī)制中極具潛力的固碳技術(shù)。
生物炭的固碳機(jī)制
生物質(zhì)廢棄物通過失水、活性物質(zhì)揮發(fā)、結(jié)構(gòu)斷裂和崩塌等一系列熱解炭化過程對生物結(jié)構(gòu)進(jìn)行重構(gòu)，完成從廢棄物原料到生物炭的轉(zhuǎn)變。隨著熱解炭化溫度升高，分子從非晶態(tài)碳結(jié)構(gòu)逐步轉(zhuǎn)化為石墨微晶態(tài)結(jié)構(gòu)，由芳香族化合物與礦物及其他功能基團(tuán)組成生物炭的“骨架”，相比于生物質(zhì)原料，生物炭晶體尺寸更大、整體結(jié)構(gòu)更加有序。這種孔隙結(jié)構(gòu)具有極高的碳穩(wěn)定性，能夠通過物理作用吸附和保護(hù)有機(jī)碳，并使其固持的碳能夠在土壤中長期留存。此外，孔隙結(jié)構(gòu)有極高的比表面積，為溫室氣體提供了大量吸附位點，進(jìn)一步增強(qiáng)了對溫室氣體的物理捕獲，實現(xiàn)物理降碳的目標(biāo)。
生物炭的固碳效果不僅依賴于其物理特性，更源于其獨(dú)特的化學(xué)與生物機(jī)制協(xié)同作用。生物炭通過表面豐富的官能團(tuán)、電荷特性及高吸附能力實現(xiàn)化學(xué)固碳，與土壤結(jié)合，將有機(jī)碳（POC）轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的有機(jī)-礦物復(fù)合體（MAOC），使其免遭微生物分解。此外，因其多孔結(jié)構(gòu)，借助電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)溫室氣體與表面官能團(tuán)反應(yīng)，能夠顯著減少氧化亞氮（N2O）的釋放。同時，通過化學(xué)作用抑制產(chǎn)甲烷菌并促進(jìn)甲烷氧化菌活性，從而可降低甲烷（CH4）排放。在生物固碳方面，生物炭通過調(diào)控土壤微生物群落和功能，提升微生物碳利用效率，減少呼吸碳損失，增加微生物生物量碳積累，還通過強(qiáng)化根際過程，改善土壤肥力和結(jié)構(gòu)，促進(jìn)植物根系發(fā)育，增強(qiáng)根系生物量和分泌物，從而提高土壤碳含量。
圖1 生物炭在土壤碳封存的固持作用[1]
生物炭實際運(yùn)用場
生物炭在生態(tài)修復(fù)和廢水處理中都具有極大實際應(yīng)用價值。
在生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域，生物炭作為一種多功能土壤改良劑，通過改善土壤健康、提升肥力和促進(jìn)作物生長，顯著實現(xiàn)作物增收。利用生物炭進(jìn)行土壤治理，其不同官能團(tuán)與土壤陽離子交換，能有效提高土壤氮、磷含量，進(jìn)而提升養(yǎng)分利用率。在熱帶和亞熱帶地區(qū)的酸性紫色土壤中，使用生物炭可顯著提升土壤pH值，增強(qiáng)養(yǎng)分可用性，降低鋁等有毒元素的溶解度。生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)為微生物提供了理想的棲息地，提高微生物活性，有助于土壤團(tuán)聚體形成，改善土壤結(jié)構(gòu)，為植物生長和養(yǎng)分循環(huán)創(chuàng)造更為有利的環(huán)境[6]。田間試驗數(shù)據(jù)顯示，生物炭的應(yīng)用顯著增加土壤總氮含量，減少氮肥流失，從而提升氮肥利用效率[7]。
在工業(yè)領(lǐng)域的廢水處理中，生物炭可作為催化劑實現(xiàn)水體中污染物的高效去除，能將有機(jī)污染物礦化，或轉(zhuǎn)變成低毒性和易降解的副產(chǎn)物。不同原料制成的生物炭官能團(tuán)不同，因其孔隙結(jié)構(gòu)使其表面電荷有更多的吸附點位，增強(qiáng)了對金屬離子的吸附能力，從而可用于去除鉛、鎘、鉻等有毒重金屬，使其成為成本效益高的廢水處理材料。在處理養(yǎng)殖廢水的過程中，可利用沼渣為原料制作的生物炭經(jīng)電化學(xué)氧化過程去除廢水中難降解的廢水有機(jī)物，有效緩解廢水造成的環(huán)境破壞[8~10]。
圖2 生物炭改造農(nóng)田營養(yǎng)[11] 圖3 廢水處理[12]
基于Puro earth 平臺的生物炭碳移除項目開發(fā)流程
圖4 Puro earth 生物炭方法學(xué)封面[14]
2019年，Puro.earth推出生物炭的碳去除方法學(xué)，規(guī)定了申請生物炭碳移除項目的要求、生產(chǎn)要求、全生命周期評估以及如何量化100年碳去除量的方法，其原理是將廢棄生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為具有長期化學(xué)和生物穩(wěn)定性的生物炭，因其在環(huán)境中的高度抗降解能力實現(xiàn)去除CO2的目標(biāo)。
1. 項目類型要求
1.1 生物炭類型與生產(chǎn)要求
合格的生物炭生產(chǎn)活動是將廢棄生物質(zhì)通過熱解或氣化等缺氧/無氧過程轉(zhuǎn)化為生物炭，并要求生產(chǎn)過程中將熱解排放的甲烷排放降至極低水平，并依據(jù)摩爾氫與有機(jī)碳的比值，對生物炭材料穩(wěn)定性進(jìn)行評估，當(dāng)材料的（H/Corg）小于0.2時在環(huán)境中歸為難以分解的物質(zhì)。
生物炭的原料必須來源于有可持續(xù)來源的生物質(zhì)，或廢棄生物質(zhì)，如農(nóng)業(yè)廢棄物、生物可降解廢棄物、城市木材廢棄物或食物廢棄物（若為農(nóng)業(yè)廢棄物，需保留30%殘留在田間以維持土壤健康）。生物炭只能投入在碳存儲的場景中，如土壤改良、廢水處理等，禁止作為燃料或還原劑使用。
在生產(chǎn)生物炭過程中可使用化石燃料，對過程產(chǎn)生的熱解氣應(yīng)燃燒或回收，以此避免甲烷的排放，生物炭產(chǎn)品的H/Corg需小于0.7。全產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)按照ISO 14040/44的標(biāo)準(zhǔn)開展生命周期評估（LCA），并證明整個鏈條過程的凈負(fù)排放。同時生產(chǎn)過程需要滿足國際及地方的相關(guān)環(huán)境保護(hù)和安全規(guī)定，防止火災(zāi)、粉塵危害以及健康危害。
1.2 生產(chǎn)設(shè)施能力核查要求
核查內(nèi)容包括，活動是否符合Puro標(biāo)準(zhǔn)的一般規(guī)則和本方法學(xué)的具體要求；評估環(huán)境與社會保障措施，需提供環(huán)境影響評估（EIA）、許可或其他相關(guān)文件，確保不對周邊生態(tài)和社區(qū)造成重大危害；驗證項目的“額外性”，證明CO2移除具備的碳金融（carbon finance）屬性，而非法律強(qiáng)制要求，并提供財務(wù)數(shù)據(jù)證明與分析。此外，核查員需檢查生產(chǎn)設(shè)施是否能夠以可靠方式測量和量化生物炭產(chǎn)量，以滿足CO2移除量化的要求，并負(fù)責(zé)收集核驗生產(chǎn)設(shè)施及供應(yīng)商的信息，諸如生產(chǎn)合規(guī)證明、年產(chǎn)量信息、具有合規(guī)減排路徑。
2. CO2移除證書（CORC）的頒發(fā)要求
該證書核發(fā)依據(jù)是生物炭的生產(chǎn)過程符合方法學(xué)要求，明確生物炭生產(chǎn)商即為CO2移除供應(yīng)商，并證明生物炭產(chǎn)品并非作為能源使用。
3. 生命周期評估（LCA）與基線
CO2移除供應(yīng)商參考全生命周期的方法計算排放量和移除量，依照保守原則默認(rèn)基準(zhǔn)線排放為零，系統(tǒng)邊界為從搖籃到墳?zāi)梗╟radle-to-grave），包括生物質(zhì)生產(chǎn)與供應(yīng)、轉(zhuǎn)化為生物炭、分配與使用全鏈條的排放。
圖5 Puro earth 生物炭方法學(xué)系統(tǒng)邊界
4. CO2移除量化方法
計算特定報告期內(nèi)（即給定生物炭產(chǎn)量下）生物炭生產(chǎn)活動所產(chǎn)生的CO2移除（CORCs）數(shù)量。
4.1 100年凈碳封存總量方程
圖6 Puro earth 生物炭方法學(xué)計算公式
計算生物炭生產(chǎn)活動在給定報告期內(nèi)碳移除信用（CORCs）總量的總公式。其中“噸”指公噸（即1000千克），所有項均為正值。
4.2 生物炭碳儲存量（Estored）
Woolf對生物炭的研究證明，生物炭的碳固持能力受到時間范圍（Time horizon）與土壤溫度（Soil temperature）的影響[13]。方法學(xué)中，將生物炭時間范圍定在100年，不同氣候條件下生物炭固碳效果存在顯著差異，因此，該方法必須應(yīng)用在土壤年均溫度14.9°C左右（5°C至25°C之間）的農(nóng)田。目前還未有研究針對非土壤地面使用生物炭的研究，如果用于非土壤地面，方法學(xué)將采用保守原則。
式中：
Qbiochar表示生物炭產(chǎn)量，指報告期內(nèi)生產(chǎn)的生物炭總量，以干燥噸（t）生物炭為單位計量。必須注意排除所有水分，因為包含水分會高估實際固碳量。
Corg表示生物炭產(chǎn)品中的有機(jī)碳含量，以干燥有機(jī)碳重量與干燥生物炭重量的比值表示。該數(shù)值需通過具有代表性的采樣方法對制成的生物炭進(jìn)行實驗室分析測定。若使用多樣化的生物質(zhì)原料生產(chǎn)生物炭，則需特別注意對每種類型或批次單獨(dú)進(jìn)行化學(xué)分析。
FTH,Tsp表示持久性因子，指生物炭有機(jī)碳在特定時間范圍TH內(nèi)、特定土壤溫度TS條件下的持久性。該指標(biāo)也被稱為生物炭碳穩(wěn)定性，以百分比(%)形式表示。
44/12是CO2摩爾質(zhì)量與碳摩爾質(zhì)量之比。該系數(shù)可將碳含量轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的CO2含量。
假設(shè)以生物炭A為例，干重1000t，使用唯一原料制造實驗室測得數(shù)據(jù)Corg為83.9%，土壤溫度14.9℃時間為100年時FTH,Tsp為88.6%，固持2727噸（t）CO2。
圖7 Puro earth 生物炭方法學(xué)碳移除計算示例[14]
4.3 生物質(zhì)生產(chǎn)與供應(yīng)排放量（Ebiomass）
應(yīng)對生物質(zhì)生產(chǎn)及供應(yīng)至生物炭生產(chǎn)場所進(jìn)行生命周期評估。生物質(zhì)生產(chǎn)與供應(yīng)的生命周期評估包含三項要素：
生物質(zhì)生產(chǎn)：包括生物質(zhì)種植和收獲過程中所有相關(guān)活動產(chǎn)生的溫室氣體排放，如機(jī)械和燃料的使用、肥料生產(chǎn)、施肥后土壤排放、機(jī)械制造和處置。
直接土地利用變化：代表因土地覆被或土地管理變化而在生物質(zhì)種植地點產(chǎn)生的排放。這可能包括重新造林過程中CO2和其他溫室氣體的排放，也可能包括砍伐森林殘余物或農(nóng)業(yè)殘余物時地上和地下碳儲量的損失。在多數(shù)情況下，直接土地利用變化被賦予零值，但必須通過明確的參考情況進(jìn)行充分論證。
生物質(zhì)運(yùn)輸：包括將生物質(zhì)從收獲地點運(yùn)輸?shù)缴锾可a(chǎn)地點所產(chǎn)生的排放，包括理想狀態(tài)下的燃料排放，車輛和道路基礎(chǔ)設(shè)施排放。
4.4 生物炭制造過程排放（Eproduction）
該排放源來自生物炭生產(chǎn)過程的生命周期評估。包含從生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物炭過程中所有活動產(chǎn)生的溫室氣體排放。
生命周期評估中可能涉及的相關(guān)活動清單：
現(xiàn)場生物質(zhì)處理（設(shè)施內(nèi)生物質(zhì)的運(yùn)輸或輸送）；
生物質(zhì)的干燥、削片、粉碎和/或篩分；
熱解反應(yīng)器及后熱解設(shè)備運(yùn)行（如熱解燃燒、煙氣處理系統(tǒng)）或氣化反應(yīng)器及后處理設(shè)備運(yùn)行；
生物炭淬火及其他后處理操作（如包裝、活化）；
現(xiàn)場生物炭處理（設(shè)施內(nèi)生物炭的運(yùn)輸或輸送）；
對于上述每項活動，都應(yīng)涵蓋所有生命周期階段（制造、使用和處置）。例如，熱解反應(yīng)器的運(yùn)行應(yīng)包括反應(yīng)器的制造和安裝、運(yùn)行反應(yīng)器所需的物料和能源投入、反應(yīng)器煙囪的直接空氣排放，以及反應(yīng)器的維護(hù)和處置。同樣，生物質(zhì)干燥和破碎則應(yīng)包括干燥和破碎設(shè)備的制造與處置、設(shè)備運(yùn)行時的直接能源消耗（如電力或供熱），以及設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)過程中涉及的其他消耗品。
4.5 生物炭使用（Euse）
排放源來自對預(yù)期生物炭用途的生命周期評估，包含生物炭在運(yùn)輸和處置過程中產(chǎn)生的所有溫室氣體排放，直至被處理到無法分離的礦物基質(zhì)使用為止。
1. 提交所需證明材料
生物炭生產(chǎn)設(shè)施產(chǎn)出的生物炭，通過審核員針對生產(chǎn)設(shè)施的第三方核查后即被認(rèn)定具備獲得CO2移除證書的資格。第三方核查確保相應(yīng)CO2移除確已發(fā)生，相關(guān)環(huán)境與社會保障措施落實到位，且該CO2移除行為符合方法學(xué)定義的永久性標(biāo)準(zhǔn)。
需要提供至少包含以下三個部分的材料：生物質(zhì)相關(guān)、生物炭生產(chǎn)、生物炭使用。
生物質(zhì)相關(guān)證明包括：來源與可持續(xù)性證明如森林生物質(zhì)需FSC、SFI等認(rèn)證；非森林廢棄物需證明可持續(xù)采集；LCA數(shù)據(jù)分階段呈現(xiàn)溫室氣體排放貢獻(xiàn)。
生物炭生產(chǎn)相關(guān)證明包括：連續(xù)計量生物炭干重記錄；實驗室分析數(shù)據(jù)有機(jī)碳、氫含量、H/Corg計算過程，以及應(yīng)用相關(guān)的質(zhì)量檢測；符合當(dāng)?shù)丨h(huán)境法規(guī)，并提交污染物排放評估及改進(jìn)措施。
生物炭使用相關(guān)證明包括：提供銷售協(xié)議或運(yùn)輸文件，確保生物炭未作為燃料使用；土壤溫度選擇依據(jù)；通過Puro Registry唯一標(biāo)識CORC，避免雙重計算等證明文件。
結(jié)語
目前生物炭固碳移除技術(shù)已取得了一定成果，固碳原理涉及物理、化學(xué)和生物等多個方面，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)及區(qū)域碳減排等領(lǐng)域都展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。Puro.earth碳移除（CDR）方法學(xué)嚴(yán)格限定了生物炭的生產(chǎn)、使用和量化標(biāo)準(zhǔn)，確保其碳封存效益的可測量、可驗證和永久性，制定了合理的開發(fā)流程，為生物炭碳移除項目的開發(fā)、認(rèn)證和交易提供了標(biāo)準(zhǔn)化框架，可作為其他碳移除技術(shù)方法學(xué)的參考模板。未來，仍需進(jìn)一步深入研究生物炭固碳的機(jī)制，優(yōu)化開發(fā)流程，提高生物炭的質(zhì)量和應(yīng)用效率，以應(yīng)對全球氣候變化和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。
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