生物質(zhì)能是全生命周期分析意義上的碳“零排放”能源，國際氣候變化界對包括負排放在內(nèi)的生物質(zhì)溫室氣體總體減排效應(yīng)寄予很大的、甚至被稱為控制全球溫升1.5℃愿景“唯一”的希望。

本文闡述了生物質(zhì)負碳排放效應(yīng)發(fā)生的機制，全球和中國的理論潛力；探討了生物質(zhì)負碳排放的幾種切實可行途徑；指出生物（性）碳存留遠遠優(yōu)于地質(zhì)碳封存（CCS）且現(xiàn)實可行。

生物質(zhì)能是全生命周期分析（LCA）意義上的碳“零排放”能源，其負排放作用是迄今為止任何一種溫室氣體減排手段都不具備的，但迄今生物質(zhì)獨特的負碳排放作用在國內(nèi)幾乎未被人們認識和談及。

國際氣候變化界公認，如果要實現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的“1.5℃溫升愿景”，即到本世紀末，把全球因溫室氣體濃度升高而引發(fā)的溫度升高值控制在1.5℃以下，負排放技術(shù)（NETs）不可或缺，這些負排放技術(shù)也是實現(xiàn)碳中和和實現(xiàn)零排放的關(guān)鍵。

一、生物質(zhì)負碳排放的重要意義

生物質(zhì)可以通過植物和某些微生物吸收空氣中的CO2，而后生物殘體進入土壤，碳即能以腐殖質(zhì)形式長期保留于土層之中；也可以能源利用排放的CO2被捕獲（收集）后，用于種植植物和養(yǎng)殖藻類被吸收，存在于生物質(zhì)中；或以物理方式捕獲后在地層中存留。

這些生物存留做法最終將大氣中已存在的碳“吸出”，而后長期（或永久）封存起來，是任何非生物性碳減排措施所不具備的功能。

避免生物質(zhì)分解釋放沼氣甲烷，也具有溫室氣體負排放作用，如果完全實現(xiàn)所有凈零碳排放承諾，并且簽約國履行“全球甲烷承諾”，可以讓世界將全球變暖限制在1.8℃以內(nèi)。

1.生物性碳捕獲存留技術(shù)

生物性碳捕獲存留（BECCS）是一類典型的負碳排放技術(shù)，能將CO2從大氣中“吸除”并存留起來，從而降低大氣中CO2的濃度。

在IPCC（聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會）為將本世紀末全球CO2濃度控制在0.043%~0.048%范圍、以確保本世紀末全球溫升控制在2℃乃至1.5℃而提出的116個設(shè)想情景中，絕大多數(shù)均要依靠BECCS等碳凈負排放技術(shù)。

IPCC在2018年《全球升溫1.5℃》特別報告中模擬了4種溫室氣體減排的途徑，唯有大力推行BECCS等碳凈負排放技術(shù)的途徑，才能夠?qū)崿F(xiàn)到2100年累計減排12180億t的CO2當(dāng)量（CO2eq）。

2.生物質(zhì)的負碳排放潛力

全球BECCS“吸/存”CO2當(dāng)量（CO2eq）的能力估測可達80~100億t/年，相當(dāng)于當(dāng)今全球年CO2排放總量的1/4左右，其中非CO2溫室氣體的年負排放量達35億tCO2eq。

專家分析認為，中國要想實現(xiàn)碳中和目標，必須依靠大規(guī)模實施負排放，加上碳直接捕獲（DAC），合計每年減少40億tCO2eq排放。

二、生物質(zhì)負碳排放的機制和主要方式

1.生物質(zhì)負碳排放的機制

應(yīng)用生物質(zhì)產(chǎn)生負碳排放效應(yīng)，主要有2種機制。

其一是避免或減少生物質(zhì)在自然狀態(tài)分解腐爛時形成的CH4和CO2，并加以利用。

有機廢棄物的分解過程中碳形態(tài)變化

另一類機制則是生物（質(zhì)）碳存留，通過植物光合作用從大氣中吸收CO2，以碳水化合物為主的形態(tài)貯存在生物中，它們死亡后在土壤中轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)或加工成為生物炭，以有機肥和土壤改良劑形態(tài)存在土壤中。

2.生物質(zhì)負碳排放——生物性碳存留的主要方式

負碳排放途徑包括：BECCS、造林、生物質(zhì)制生物炭并用作土壤改良劑、改良農(nóng)業(yè)種植方式、通過工程措施從空氣中直接從空氣中捕捉CO2后加以利用（CCUS）或封存在深層廢礦井中、增強礦物碳化、向海洋施（鐵）肥以增加海生生物活動多吸碳、向海洋中添加堿以從大氣中吸收碳，前4種屬于生物質(zhì)存留，而后4種則是地質(zhì)性封存（CCS）。

物理方式的CO2捕獲加地質(zhì)封存是迄今討論最多的，但實際可行性很差，另外3種地質(zhì)性封存途徑目前仍停留在文章討論中。而生物性碳存留的4種途徑則是切實可行的負碳排放途徑。

（1）BECCS

迄今最為成熟的BECCS之一、負碳排放體量潛力最大的，是生物質(zhì)直接/與煤耦合發(fā)電而后捕獲發(fā)電過程產(chǎn)生的碳加以利用和存留。

在中國，燃煤發(fā)電和供熱取暖，運輸用油以及生物質(zhì)分解排放CH4是碳排放的4大源頭，其中又以煤電為最。

煤電大規(guī)模碳減排的唯一可行途徑是生物質(zhì)與煤耦合發(fā)電，用的生物質(zhì)包括用廢棄農(nóng)、林生物質(zhì)加工的壓縮顆粒和種植的能源植物，前者能直接產(chǎn)生負碳排放效應(yīng)，后者只是“零碳排放”燃料。

用廢棄農(nóng)、林生物質(zhì)耦合發(fā)電加CO2捕獲和存留，可獲得累加的負碳排放效應(yīng)。

專家測算，當(dāng)往煤中摻混35%生物質(zhì)量時，生物質(zhì)耦合煤發(fā)電再加上碳捕獲封存（CBECCS）系統(tǒng)，即可實現(xiàn)我國電力生產(chǎn)全生命周期的零碳排放。

（2）生物質(zhì)制生物炭生物封存碳

生物質(zhì)在某些特定溫度、氧含量和壓力條件下，會轉(zhuǎn)化為生物炭。

碳的狀態(tài)極穩(wěn)定，可以數(shù)百年不分解，生物炭攜帶的有機碳則通過有機肥或土壤改良劑形態(tài)進入土壤深層，能將碳長期甚至永久固定。

整個生產(chǎn)-利用過程呈典型的負碳排放特征，受到國際氣候變化界的高度重視。

（3）植樹和種植能源植物

植樹是生物質(zhì)固碳的重要方式，其負碳排放的作用在不同的環(huán)境下有差異，如植樹在寒帶地區(qū)有明顯的碳負排放效應(yīng)，在溫帶效果差，在熱帶則基本無效。

中國今后將主要通過“邊際土地”（包括沙化土地、沙地、荒漠和荒山等）拓展來增加植被面積，但這些地區(qū)絕大部分年降水量低于喬木樹生長的閾值。

一些豆科的灌木和草類具有強大的根系，高度耐旱，而且根、蘗的再生能力很強，在北方頻發(fā)的春旱條件下能照常萌發(fā)，能夠自生固氮，是“退耕”的優(yōu)選品種和主力。

同時，對植樹的固碳作用也要有客觀、科學(xué)的估計；不能忽視其他方面的生物質(zhì)固碳潛力。

（4）廢棄有機物和能源植物制沼氣-生物天然氣

CH4是重要的溫室氣體，其大氣增溫效應(yīng)占全部溫室氣體的20%~25%。當(dāng)前中國的各種有機廢棄物的丟棄和隨便堆埋的情況仍比較普遍，而這些都是CH4的重要來源。

沼氣的主要成分是CH4，其次是CO2，通過提純可制得CH4含量90%以上的生物天然氣。

沼氣-生物天然氣在減排溫室氣體和負碳排放方面有著多重效應(yīng)：利用有機廢棄物制造的沼氣，可在很大程度上避免未經(jīng)處理的有機廢棄物在自然堆埋狀態(tài)下發(fā)酵產(chǎn)生的CH4；有機廢棄物厭氧發(fā)酵在生產(chǎn)沼氣的同時，還會產(chǎn)生相當(dāng)量的沼液和沼渣，作為肥料進入土壤后可長時間不分解，把所含碳生物性存留于土壤中；規(guī)?；谜託庾鳉怏w和液體生物燃料時，必須對沼氣進行提純，即分離出其內(nèi)的CO2。

這就為集中處理利用CO2提供了前提條件；在所有的生物燃料中，沼氣經(jīng)提純而得的生物天然氣具有最低的CO2足跡。

(信息來源:科技導(dǎo)報，作者程序，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院、生物質(zhì)工程中心，教授，研究方向為生物質(zhì)能源，可持續(xù)農(nóng)業(yè)與農(nóng)村發(fā)展)