近日，
香港科技大学土木与环境工程学系曾超华
(Daniel C.W. Tsang)
教授在环境领域权威学
术期刊
One
Earth
上发表了题为
“Scaling Biochar Solutions for Urban Carbon Dioxide Removal”
的评论文章
。生物炭在二氧化碳去除和实现碳中和方面发挥着至关重要的作用，但由于技术经济壁垒和有限的产学政合作，生物炭的多种应用仍未得到充分开发。加强科学创新、跨学科合作以及强有力的政策和法规支持对于最大限度地发挥其积极的气候影响至关重要
。
生物炭是一种来自生物质的稳定的富碳产品，政府间气候变化专门委员会（
Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC
）在
2018
年和
2022
年强调了生物炭作为可持续的二氧化碳去除（
Carbon Dioxide Removal, CDR
）解决方案的重要性。生物炭已被证明可提高郊区和城市地区的碳储存，促进可持续农业、城市耕作、可持续景观美化和绿色建筑的发展。生物炭可根据不同的应用功能进行科学定制，从而提高其在二氧化碳去除效率，并扩大其在可持续发展实践中的用途。为了最大限度地发挥生物炭在二氧化碳去除和实现碳中和目标中的效益，必须在关键问题上全力攻坚，如技术挑战（扩大生产规模和确保产品一致性）、经济障碍（市场激励不足和初始成本高昂）、监管差距（政策框架和行业准则不完善）以及公众认知挑战（生物炭的神化和误解）等。同时，各利益相关方必须齐心协力推动生物炭技术的发展，促进多学科合作，制定支持性政策框架，确保生物质来源的可持续性，并通过有针对性的教育活动和战略合作伙伴关系提高公众和行业的参与度。本评论阐明了提高城市二氧化碳去除技术的有效性和促进生物炭技术大规模商业化的关键战略，重点关注支持全球碳管理倡议的创新应用。通过利用生物炭在不同应用领域的负碳排放潜力，并提高其在城市环境中的可拓展性，可扩大其在全球碳减排和长期脱碳方面的有效性
。
图文导读
图
1.
以科学为依据的生物炭生产
(A)
及其在城市二氧化碳清除和可持续发展目标推进中的应用
(B & C)
。
目前在推广生物炭技术以促进城市二氧化碳去除方面面临的挑战
1. 生产规模
目前生物炭生产的范围既有大规模的工业生产，也有较小规模的农场生产，每种生产都服务于不同的社会经济环境，同时为可持续发展目标做出贡献。然而，其规模、性能和效率之间的权衡是一项重大挑战。大型设施可提供更严格的质量控制、更高的产品纯度和价值以及更好的碳和能源平衡，但需要大量的资本投资和集中物流，这在欠发达地区往往是不可行的。相反，分散式小规模生产虽然有利于当地经济和减少碳足迹，但也存在能源效率低和质量不稳定的问题。这种不一致性可能会阻碍生物炭的推广与应用，损害其作为可靠的二氧化碳去除解决方案的可信度
。
2. 储存和物流
生物炭的储存和其他物流问题会阻碍生物炭的有效分配，进而影响其作为城市二氧化碳去除可持续解决方案的可扩展性。特别是当生物炭来自偏远或农村地区时，运输成本和对环境的影响会破坏生物炭战略的可持续性。同时，储存条件对生物炭理化性质的影响等关键问题经常被忽视，加之由于供应链受季节性生产和不同地区不同需求的影响而动态波动，管理生物炭库存又成为另一项挑战。目前，物流基础设施尚未整合物联网（
IoT
）、人工智能（
AI
）、机器人技术和遥感技术，要简化生物炭物流并满足生物炭配送的需求，从而保持生物炭的质量并减少碳排放，往往具有挑战性。
3.
经济
生物炭二氧化碳去除解决方案的经济状况受到碳交易市场和碳税的影响，这可能会产生投资激励并影响可扩展性前景。碳交易市场的波动性给生物炭项目的投资者和开发商带来了潜在风险，使得生物炭项目的经济回报因地区而异，从而使投资决策复杂化。同时，这些波动会阻碍金融投资，并因为收益的不可预测性使生物炭的吸引力低于其他更稳健的投资项目。因此，应对这些金融和市场挑战需要谨慎的战略规划，开发稳健的商业模式，让生物炭项目在碳市场和绿色金融的波动环境中茁壮成长。
4.
工程和监管
从农业到建筑业，各行各业采用生物炭都必须克服工程和监管方面的挑战。例如，将生物炭作为建筑材料使用时，需要对其特性（如长期耐久性和稳定性）进行验证，确保其符合工程设计规范所要求的性能标准。城市中的生物炭应用（如废水处理和城市耕作）也存在类似情况。生物炭应用的潜在环境风险，需要进行严格的测试和验证，并修订工程标准，确保生物炭的安全和有效使用。目前，由于缺乏地方
/
区域行业标准，各行业对生物炭质量的监管变得更加复杂，阻碍了政府和监管机构的推广该技术的能力。此外，行业实践往往比较保守，主要利益相关者更愿意使用既定的协议和大量供应商可广泛提供的材料。缺乏统一的标准会导致生物炭被排除在主要市场之外，限制其对城市二氧化碳去除和达成碳中和目标的积极作用。如果不解决这些问题，尽管生物炭具有二氧化碳去除和促进达成碳中和目标的巨大益处，该技术在应对气候变化中的积极作用难以得到充分利用。
规模化生物炭技术的解决方案
1.
更先进的科学技术
成功推广生物炭规模化应用于二氧化碳去除的关键在于采用严谨、科学的制备方法，重点为目的为导向的设计以及技术和可持续性指标方面的多尺度性能评估。通过科学的生产条件设计和废弃生物质选择，可以定制不同等级的生物炭产品，满足不同的应用场景。此外，了解生物炭的生命周期和对环境的长期影响对其在二氧化碳去除中的应用至关重要。对废弃生物炭进行再利用或再生的创新战略也为通过工业共生扩大生物炭二氧化碳去除解决方案的采用范围提供了一种可持续的方法。未来的研究应结合实验和机理研究，利用低碳和具有成本效益的方法改善生物炭的功能。评估生物炭的整个生命周期和应用范围，进一步提高生物炭的二氧化碳去除效能，并通过为碳审计和企业报告展示可衡量的效益来扩大特定行业的接受度。整合人工智能和物联网等数据驱动型技术可以彻底优化生物炭从生产到应用的供应链，并支持我们建立一个全面的生物炭数据库。同时人工智能和物联网的战略性应用有助于制定最佳和可持续的生产计划，最大限度地降低存储和运输成本。
2.
多样化的创新应用
生物炭的多样化创新应用超出了传统农业土壤改良的范畴，使其成为城市二氧化碳去除的多功能工具。在城市绿化和农业方面，生物炭有助于提高土壤肥力和保水性，支持城市植被，缓解城市热岛效应。生物炭在污染控制方面的作用同样举足轻重，例如，生物炭可有效去除废水和地表径流中的污染物，从而保护城市环境免受污染。此外，在建筑领域，生物炭正在成为水泥和集料的可持续替代品，可改善机械性能，减少对环境的影响。这些发展显示了生物炭在可持续城市地区的二氧化碳去除潜力。
3.
金融战略和市场开发
生物炭在二氧化碳去除方面的益处已得到证实，这刺激了全球生物炭市场的发展（预计到
2025
年将增至
33
亿美元）。为具有可验证固碳能力的生物炭产品建立稳定的碳交易市场，对于促进生物炭城市二氧化碳去除解决方案与净零经济的融合至关重要。标准化和可交易的生物炭产品将促进更大规模的交易，提高市场流动性，从而支持生物炭解决方案的经济可行性。为了缩短生物炭的投资回收期，提高其商业吸引力，必须有针对性地支持高端利基市场。政府激励措施可显著促进生物炭城市二氧化碳去除解决方案的广泛采用。完善生物炭商业模式，量化生物炭的多方面效益，包括减少废物、改善环境健康和碳封存，可吸引更广泛的绿色金融投资。这些促进金融市场发展的战略措施对于为生物炭作为城市二氧化碳去除战略的重要组成部分奠定坚实的经济基础至关重要。
图
2.
碳市场计划和利益相关者在生物炭城市二氧化碳去除解决方案中的作用。
