▲河北滦南县，农民用剩余的稻草制作草捆。由这种农业残留物制成的生物炭是一种已经成熟的技术，可以帮助去除大气中的二氧化碳。图片来源：Yongxin Zhang / Alamy所谓碳中和目标，即人类活动造成的二氧化碳排放，与人为二氧化碳吸收量在一定时期内达到平衡的目标。为了实现它，各国的气候变化减缓战略，越来越依赖负排放技术。2019年，政府间气候变化委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，简称IPCC）发布的1.5℃特别报告称，到2100年，负排放技术累计大约能移除1000~10000亿吨二氧化碳。负排放技术对中国实现双碳目标也十分重要。相关研究表明，中国在2050年或2060年的负排放需求最高达到每年约29亿吨二氧化碳，中值为每年约10亿吨，相当于目前中国能源相关碳排放的四分之一到十分之一。2022年，中国科技部也发布了通知，指出要提升碳捕集、利用与封存技术（Carbon Capture, Utilization and Storage，简称CCUS）、绿色碳汇等负碳技术能力。▲目前，中国实践中最成熟的二氧化碳去除方法是植树造林。此外，钢铁等行业还开展了碳捕获与封存的示范项目。该技术在二氧化碳产生点捕获二氧化碳，然后将压缩后的二氧化碳注入深部盐水层或枯竭油气藏等深层地质构造中。目前中国还没有其他负排放技术商业化，虽然有生物炭项目，但主要关注利用最终产品的农业价值。制图：James Round / 对话地球
负排放技术包括基于化学过程的负排放技术，和基于生物质的负排放技术。基于化学过程的负排放技术则包括直接捕集和封存空气中的碳（Direct air carbon capture and storage，简称DACCS）、加速风化等；基于生物质的负排放技术，分别是植树造林、生物能源结合碳捕集与封存（Bioenergy with Carbon Capture and Storage，简称BECCS）、生物炭等。
▲工业生产的生物炭，用于土壤改善。图片来源Edwin Remsberg / Alamy▲安徽的一家生物炭工厂。图片来源：Institute of Urban Environment, Chinese Academy of Sciences / Xinhua / Alamy近日，笔者所在的清华大学能源环境经济研究所的一项研究表明，中国生物炭负排放潜力最大可达到每年9.2亿吨二氧化碳，如果加上森林碳汇的负排放潜力，中国有可能在不依靠其他未成熟技术的条件下实现碳中和。研究建议，可以优先选择华中、华南和华东地区作为生物炭应用试点地区。 从改良土壤到应对气候变化生物炭其实是一种古老的技术，它起源于几个世纪前的亚马逊农田。稻壳、秸秆、林业残留物等系列生物质资源，通过350°C至900°C的慢速热解，就转化为富含稳定有机质的生物炭（主要成分是碳）以及合成气等副产品。因其稳定性高、孔隙率大，生物炭最初被作为土壤改良剂，改良土壤质量，提升作物产量，也被称为“黑色黄金”。
▲生物炭可以由不同类型的生物质，例如农业残余物如秸秆或林业残留物。生物质从大气中捕获二氧化碳，通过光合作用将其转化为碳。它通过称为热解的过程转化为生物炭，该过程涉及在没有氧气的条件下将材料在高温下加热。热解可以产生有用的副产品，例如通常用于发电或供热的合成气。生物炭将生物质碳锁定在一种类似木炭的物质中，这种物质可以稳定存在数百年。它通常被添加到土壤中，改善水分和养分保留，促进作物生长（图表：James Round / 对话地球）。生物炭的制造过程表明，这本质上是一种“生物质负排放技术”：首先生物质的光合作用从大气中去除二氧化碳，然后经燃烧或者热解，生物质中约30%~40%的有机碳转化为不易分解的碳固定下来，百年后仍保存约3/4，从而实现碳固存。制成的生物炭可以返回土壤，合成气副产品可以替代化石燃料。相比生物能源结合碳捕集与封存（Bioenergy with carbon capture and storage，简称BECCS），生物炭技术无需高昂的碳捕集与封存成本，热解技术较为成熟，即便在未通电的偏远乡村也能顺利制备。在过去的二十年里，生物炭在减缓气候变化领域崭露头角，被纳入《IPCC 2006年国家温室气体清单指南2019年修订版》，成为助力碳中和目标实现的新兴力量。 负排放潜力巨大此研究测算了中国16种农作物残留物、10种林业残留物、草类残留物和潜在的能源作物资源量，估计了中国生物炭的负排放潜力。结果表明，在考虑原料收集效率、保持生态平衡、扣除其他基本用途的可持续情景下，中国生物炭的负排放潜力最大可达到每年9.2亿吨二氧化碳，几乎能满足所有符合2°C目标深度脱碳途径的负排放要求，也就是每年0.1亿吨~11亿吨二氧化碳。
