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1. 生物質(zhì)種類及常見類別

生物質(zhì)包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動物及其生產(chǎn)的廢棄物。有代表性的生物質(zhì)如農(nóng)作物、農(nóng)作物廢棄物、木材、木材廢棄物和動物糞便。一般可分為三大類：農(nóng)業(yè)資源、林業(yè)資源、城市固體/半固體廢物。

1.1 農(nóng)業(yè)資源

農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的廢棄物。常見類別包括農(nóng)作物秸稈(玉米穗軸、玉米秸、稻殼、稻草、高粱秸、麥秸、豆秸和棉稈等)；淘汰果樹、疫木和廢棄枝條（蘋果木、梨木等）；食用菌廢棄菌袋（木耳菌袋、香菇菌袋等）；畜禽糞便及其墊草混合物（牛糞、羊糞等）；農(nóng)業(yè)加工業(yè)的廢棄物（中藥渣、甘蔗渣、甜菜渣和泡過酒的人參等）等。

1.2 林業(yè)資源

林業(yè)生物質(zhì)資源是指森林生長和林業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有機(jī)廢棄物，常見類別包括薪炭林、在森林撫育和間伐作業(yè)中的廢棄物（零散木材、殘留的樹枝、樹葉和木屑等）；木材采運(yùn)和加工過程中的廢棄物（鋸末、木屑、梢頭、板皮和截頭等）；林業(yè)副產(chǎn)品的廢棄物（如果殼和果核等）。

1.3 城市固體/半固體廢物

城市固體/半固體廢物主要是由城鎮(zhèn)居民生活垃圾，商業(yè)、服務(wù)業(yè)和建筑垃圾等富含有機(jī)質(zhì)的廢棄物構(gòu)成。如城市污泥、施工清表產(chǎn)生的廢棄物等。其組成成分比較復(fù)雜，受當(dāng)?shù)鼐用竦钠骄钏?、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、城鎮(zhèn)建設(shè)、自然條件、傳統(tǒng)習(xí)慣以及季節(jié)變化等因素影響。

2. 生物質(zhì)炭化類型及優(yōu)缺點(diǎn)

生物質(zhì)主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，生物質(zhì)的炭化過程即是這３種成分的熱分解過程。目前，國內(nèi)外比較成熟的炭化方法主要包括熱解法、微波炭化法和水熱炭化法。

2.1 熱解法

熱解法是常用的炭化方法，也是本炭化設(shè)備使用的方法。熱解法指生物質(zhì)原料在300-900°C下發(fā)生的無氧或限氧熱解反應(yīng)。此方法生產(chǎn)的生物炭比表面積大，更符合農(nóng)業(yè)領(lǐng)域需要。

2.2 微波炭化法

與傳統(tǒng)的熱解法相比，微波炭化法利用微波輻射使生物質(zhì)原料內(nèi)部原子和分子相互摩擦，迅速產(chǎn)生熱能，快速升溫達(dá)到理想的高溫條件，縮短了反應(yīng)時(shí)間。

2.3 水熱炭化法

大多數(shù)生物質(zhì)原料水分含量高，因此熱解法和微波炭化法都需要使用干燥步驟來降低反應(yīng)過程中的能量損失，水熱炭化法恰好彌補(bǔ)了這個(gè)不足。水熱炭化法是將生物質(zhì)原料與水混合置于封閉的反應(yīng)器中，通過熱化學(xué)反應(yīng)對生物質(zhì)原料進(jìn)行炭化。水熱過程主要分為水熱碳化、水熱液化和水熱氣化等３個(gè)過程。

2.4 總結(jié)

熱解法、微波炭化法和水熱炭化法制備生物質(zhì)炭都有各自的優(yōu)勢。熱解制備法操作較為簡便且制得的生物質(zhì)炭比表面積較大，更有利于農(nóng)業(yè)應(yīng)用；微波炭化法反應(yīng)時(shí)間較快；水熱炭化法可降低原料干燥過程中的能量損失。

3. 生物炭類型及優(yōu)缺點(diǎn)

生物炭類型主要包括原木炭、機(jī)制木炭和型炭三大類。具體如下：

原木炭：炭化原料為硬木（木馬黃、小葉桉等）或果木（蘋果木、梨木等）。

機(jī)制木炭：木質(zhì)碎料（木屑等）擠壓加工成的炭質(zhì)棒狀物。

型炭：用生物質(zhì)廢料炭化后制成炭粉，由炭粉擠壓形成。

三類炭孔隙度、熱值、灰分比較分析：

三類炭孔隙度比較中，原木炭最高，大于機(jī)制炭，大于型炭。

三類炭熱值比較中，機(jī)制炭最高，大于原木炭，大于型炭。

三類炭灰分比較中，原木炭最低，小于機(jī)制炭，小于型炭。

綜合分析，原木炭更疏松多孔，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用效果好于其他兩種炭。

4. 炭化后的主要產(chǎn)品及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用

本公司研發(fā)的生物質(zhì)炭化設(shè)備主要應(yīng)用熱解法，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的有機(jī)廢棄物（生物質(zhì)）高溫慢速熱解成固體（生物炭）、液體（木醋液、木焦油）和氣體（木煤氣）三類產(chǎn)品。這些產(chǎn)品經(jīng)深加工后可得到多種環(huán)境友好、兼具社會效益和經(jīng)濟(jì)效益的深加工產(chǎn)品。通過將這些產(chǎn)品再次投入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，可改良土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力、調(diào)節(jié)土壤酸堿度、殺菌、驅(qū)蟲，從而提高作物品質(zhì)和產(chǎn)量，形成良性循環(huán)。推進(jìn)各種農(nóng)業(yè)資源在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中往復(fù)多層與高效流動，最終形成一套完整的循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)較少廢棄物的生產(chǎn)和提高資源利用效率的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。生物炭在土壤中高度的穩(wěn)定性還可以起到良好的“碳封存”效應(yīng)，其在全球尺度上碳封存潛力可達(dá)0.8×109t·a-1；能夠抑制土壤中溫室氣體的排放，起到“減碳”效應(yīng)；能夠替代或減少化肥的使用達(dá)到“零碳”效應(yīng)，助力低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展。

4.1 生物炭

生物炭理化性質(zhì)穩(wěn)定，抗生物分解能力強(qiáng)。這是生物炭具有“碳封存”功能、可還田改土并具有可持續(xù)和累積發(fā)揮作用的基礎(chǔ)。

生物炭具有豐富的微孔結(jié)構(gòu)，比表面積大，吸附能力強(qiáng)，表面官能團(tuán)豐富。生物炭施入土壤后，一方面可降低土壤容重，促進(jìn)土壤微團(tuán)聚體的形成，改善土壤結(jié)構(gòu)和水、肥、氣、熱狀況。另一方面可為土壤微生物提供庇護(hù)場所，促進(jìn)微生物群落的繁衍生息。同時(shí)具有增加土壤陽離子交換量、提高化肥利用率、消減養(yǎng)分淋溶損失和水體污染的作用。

生物炭含有植物生長所必需的大量元素和中微量元素，可為作物生長發(fā)育提供一定必要的補(bǔ)充，進(jìn)而減少化學(xué)肥料的投入。

生物炭徑級萬目以上可制作納米碳肥，納米碳肥料的特點(diǎn)：

（1）納米碳肥料能在光合作用下使土壤中養(yǎng)分增加，促進(jìn)植物根系活性化，提高植物生命力；

（2）納米碳的高吸附性和緩釋放性，使納米碳肥料進(jìn)入土壤后能溶于水，增加植物根系吸收水分和養(yǎng)分的潛能；

（3）植物還可以通過根系吸收納米碳粒附著的養(yǎng)分，進(jìn)入植物根莖、葉，縮短植物生長周期并達(dá)到增產(chǎn)效果；

（4）納米碳肥料可以使土壤中有益噬碳微生物、小生物大量繁殖，促進(jìn)土地生態(tài)循環(huán)，逐漸改善土壤狀況，長遠(yuǎn)帶動減少肥料施用；

（5）在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面，使用納米碳液水產(chǎn)養(yǎng)殖劑可使水中富氧分子大幅增加，能夠有效增強(qiáng)對水產(chǎn)養(yǎng)殖生物的免疫力，從而杜絕抗生素的施用。

 相關(guān)深加工產(chǎn)品：納米碳肥、納米碳液體肥、炭基有機(jī)肥、炭基土壤改良劑。

4.2 木醋液

木醋液對種子萌芽具有促進(jìn)作用，有數(shù)據(jù)表明，木醋液浸種可促進(jìn)根系生長、鮮重和干物質(zhì)積累增加，提高活力指數(shù)，幼苗長勢更強(qiáng)。

木醋液可促進(jìn)作物生長，提高作物品質(zhì)，有數(shù)據(jù)表明，通過用木醋液不同濃度噴施葉菜，發(fā)現(xiàn)其可提高蔬菜產(chǎn)量、維生素C含量，降低葉菜硝酸鹽含量，從而提高蔬菜品質(zhì)。另外，木醋液不同濃度噴施葉菜，會降低土壤硝酸鹽含量，但顯著提高土壤鐵、錳、銅、鋅含量，從而提高土壤微量元素的有效性。

木醋液具有抑菌作用，有數(shù)據(jù)表明，木醋液對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌3種供試細(xì)菌均有較強(qiáng)的抑制作用。

木醋液與農(nóng)藥混合使用可提高藥效，減少藥物用量，但木醋液提高農(nóng)藥藥效的機(jī)理尚無定論。有研究認(rèn)為，木醋液主要通過提高農(nóng)藥的溶解度來發(fā)揮作用。

木醋液對土壤具有改良作用，添加不同稀釋倍數(shù)的木醋液會影響沙地土壤微生物的生物量和酶活性。向沙土添加木醋液可以顯著降低土壤pH值，顯著提高土壤氧化碳、水溶性碳氮、可溶性酚以及無機(jī)氮的含量，適合北方石灰性土壤使用。

木醋液對某些昆蟲害蟲的成蟲具有明顯驅(qū)避作用，對部分害蟲幼蟲還有顯著殺傷作用。比如在銹壁虱、菜青蟲、家蠅、水稻鉆心蟲、黃粉蟲幼蟲防控試驗(yàn)中，它的防效明顯。木醋液的驅(qū)避作用與木醋液中的酚類物質(zhì)關(guān)系密切。

    相關(guān)深加工產(chǎn)品：土壤改良劑、生物農(nóng)藥、pH調(diào)節(jié)劑。

4.3 木焦油

木焦油生物質(zhì)熱解所得到的一種焦黑色油狀液體，其主要成分大部分是一元酚與二元酚。木焦油早期已應(yīng)用于木材的防腐劑。有研究表明，木焦油對包括蘋果腐爛病、獼猴桃潰瘍病、核桃潰瘍病、花椒干腐病在內(nèi)的多種植物病原菌具有良好的的抑制效果。

相關(guān)深加工產(chǎn)品：生物農(nóng)藥。

4.4 木煤氣

木煤氣是木材氣化時(shí)的主要產(chǎn)物，或木材干餾時(shí)在冷凝分離出木焦 油和木醋液等液體產(chǎn)物后剩下的不凝性氣體。含有一氧化碳、氫氣、甲烷等可燃性氣體。燃燒木煤氣可為碳化設(shè)備提供能源，提高資源利用效率。代替燃燒有機(jī)質(zhì)，減少碳排放，促進(jìn)低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展。

木煤氣含有的二氧化碳，可用氫氧化銨吸收，制成碳酸氫銨肥料。

相關(guān)深加工產(chǎn)品：能源、化肥。