地球工程领域涌现出许多热门新想法，其中之一是生物炭，这是一种木炭形式，一些人认为它将来可以显著帮助碳封存。Re:char是一家初创公司，在纽约布鲁克林一个共享艺术家阁楼的杂乱仓库的一角开展业务，他们正在小规模试验生物炭的生产。
re:char团队正在开发一种低成本的移动式热解炉，用于燃烧农业生物质废物并将其转化为生物炭，生物炭除了封存二氧化碳外，还可以用作肥料。该装置还能生产生物油，这是一种碳氢化合物燃料，可以用作取暖油、驱动柴油发动机，或燃烧以驱动微型涡轮机发电。像re:char这样的技术可能很快就能帮助小型、偏远农场一次性地提高作物产量、发电并脱离电网生存。听起来很棒。但这到底意味着什么，又是如何运作的呢？
那么，生物炭到底是什么？
生物炭是在缺氧条件下燃烧生物质时产生的，这个过程称为热解。这种物质最早是在亚马逊地区发现的，人们认为那里的农业群体在大约2500到6000年前曾用它来施肥亚马逊雨林中贫瘠的土壤。生物炭是一种极好的肥料，因为它含有对植物生长至关重要的营养物质，如氮、磷酸盐和钙。它还具有高度多孔性，有助于土壤保持水分，并为各种有利于植物生长的微生物提供良好的环境。而且它能将二氧化碳封存起来，可能长达数千年。任何生物质都可以产生生物炭，包括木材以及秸秆和茎等农业废弃物。热解过程还会产生碳氢化合物，这些碳氢化合物可以制成燃料。
黄金温度点
热解反应的结果取决于生物质的加热程度。科学家们仍在研究细节，但一些研究表明，在低于约900°F（约482°C）的温度下进行热解，会使燃烧生物质中的挥发性物质——碳氢化合物——在反应后仍保留在生物炭中。这种情况有两个缺点：首先，含有大量碳氢化合物的生物炭可能对土壤产生负面影响；其次，未能以蒸气或气体的形式释放碳氢化合物意味着无法将碳氢化合物制成燃料。
据re:char的联合创始人兼技术开发者Jason Aramburu介绍，制造生物炭的理想温度范围在900°F到1000°F（约482°C至538°C）之间。当在这一温度下进行热解时，会同时产生生物炭和碳氢化合物蒸气，这些蒸气可以被收集并冷凝成一种叫做生物油的物质。这种油可以直接加入锅炉用作供暖系统，也可以提炼后用于驱动柴油发动机（一些坚固的发动机甚至可能可以直接使用re:char装置产生的生物油）。Aramburu说，生物油在微型涡轮机上的效果最好，微型涡轮机是一种可以用气体或油驱动来发电的小型涡轮机。在更高的温度下（约1500°-1800°F，约815°-982°C），反应仍然有效，但会产生碳氢化合物气体而不是蒸气。这些气体可以用作燃料，但不如蒸气和生物油清洁，并且需要昂贵且耗时的过滤过程才能制成可用燃料。
目前的原型机可以全天候处理每天高达一吨的生物质。产出的50%是生物油，30%是生物炭，其余是气体，这些气体会被反馈到系统中进一步反应，生成更多的碳氢化合物蒸气。据re:char称，每磅加工过的生物质可以封存近四磅二氧化碳。
与目前每封存一吨二氧化碳成本约60美元的碳封存系统相比，re:char的装置成本要低得多。如果他们的装置使用寿命为十年（他们仍在完善细节），那么每封存一吨二氧化碳的成本将约为两到五美元。re:char设计的另一个关键方面是它的移动性。市面上已经有大型固定式热解炉，但它们价格昂贵且有很多活动部件，这意味着更容易出现故障。生物质必须被运往这些装置，而不是反过来，这会增加碳排放。就移动式热解炉而言，市面上也有其他选择。但re:char的设计目前是唯一一种能同时生产生物炭和生物油的小型移动式热解炉。
脱离电网
Re:char未来的目标是为小型农业生产制造其热解炉。想法很简单：操作人员在热解炉中燃烧废弃的农业生物质（谷壳、茎等）。产生的生物炭然后被施入土壤，提高肥力并从空气中封存二氧化碳。生物油通过微型涡轮机发电，为设备供电，并可能为附近的房屋供电。该装置对于偏远地区的小型农场尤其有前景，因为它可以帮助他们发电。
早期项目已经在进行中。密歇根大学的研究人员正在与re:char合作，测试基于Aramburu设计的一个原型，而在康涅狄格州诺福克的一个小型农场上，一个正在运行的原型机正在处理去年冬天冰雹风暴摧毁的树木产生的废木料。布鲁克林的办公室每周都会收到来自美国各地以及墨西哥、波多黎各和加拿大农民、牧场主和葡萄园主的几份请求。这些运营方会寄送生物质样品，以确定生物炭和生物油的质量和能量密度，评估该设备是否值得他们投资。还有一些团体表示有兴趣将这项技术带到发展中国家。
关于生物炭是否是应对气候变化的有效选择，目前仍在进行争论。一些人吹捧生物炭是一种奇迹材料，可以显著帮助碳封存。支持者包括美国宇航局戈达德太空研究所所长詹姆斯·汉森（James Hansen）和盖亚假说提出者、独立气候科学家詹姆斯·洛夫洛克（James Lovelock）等气候科学巨头。然而，另一些人则质疑是否应该将生物质通过这个过程处理，而不是直接将其用作燃料或帮助发电，例如通过掺烧燃煤电厂。哈佛大学气候科学家丹尼尔·施拉格（Daniel Schrag）表示，使用生物质制造生物油是小型农场从生物质中获取能源的一种合理方法，但他警告不要过分关注生物炭作为一种有效的碳封存技术：很难确切确定生物炭能将二氧化碳封存多久。
只有时间才能证明生物炭的有效性以及生物油是否能真正用于发电。但与此同时，请查看我们的照片集，了解re:char在布鲁克林的这个原型。
