04.08.2025北京科吉環(huán)境技術發(fā)展有限公司
碳移除（CDR）項目是指從大氣中捕獲CO2并儲存在耐用的碳匯中的項目，作為應對氣候變化的關鍵技術路徑之一，其在全球碳治理體系中占據(jù)重要地位。在CDR自愿碳交易機制下，涵蓋了多種技術類型的項目，生物炭固碳便是其中被廣泛認可的一類。目前，Puro.earth發(fā)布的碳移除方法學中，就包含生物炭（Biochar）、地質儲存碳（Geologically Stored Carbon）、增強巖石風化（Enhanced Rock Weathering）等6類。
Puro.earth是依托區(qū)塊鏈與人工智能技術的碳信用額交易平臺，旨在增強碳市場透明度、追溯性和運行效率，憑借前沿技術和嚴謹審核機制，已成為歐洲領先的自愿碳市場平臺之一。與傳統(tǒng)碳抵消不同，其認證的CO2移除證書（CORC）更強調高質量CO2去除，為生物炭等CDR項目交易提供重要支撐。目前，國內嘉興通高科技公司在該平臺開發(fā)的生物炭碳移除項目已通過初步評估，進入認證階段，該項目以農作物秸稈、園林廢棄物等為原料，經專業(yè)熱解設備轉化為生物炭，每日可處理約50噸農業(yè)廢棄物，產出10噸生物炭。
依據(jù)目前研究成果，學者將生物炭定義為由動植物及農林廢棄物，在限氧或缺氧條件下經高溫熱解炭化形成的富碳固體產物。制炭原料主要為木質和非木質纖維素類生物質，基于不同生物質炭種類及環(huán)境條件，生物炭中大部分碳可保留幾十年甚至上千年，這使其成為CDR機制中極具潛力的固碳技術。
生物炭的固碳機制
生物質廢棄物通過失水、活性物質揮發(fā)、結構斷裂和崩塌等一系列熱解炭化過程對生物結構進行重構，完成從廢棄物原料到生物炭的轉變。隨著熱解炭化溫度升高，分子從非晶態(tài)碳結構逐步轉化為石墨微晶態(tài)結構，由芳香族化合物與礦物及其他功能基團組成生物炭的“骨架”，相比于生物質原料，生物炭晶體尺寸更大、整體結構更加有序。這種孔隙結構具有極高的碳穩(wěn)定性，能夠通過物理作用吸附和保護有機碳，并使其固持的碳能夠在土壤中長期留存。此外，孔隙結構有極高的比表面積，為溫室氣體提供了大量吸附位點，進一步增強了對溫室氣體的物理捕獲，實現(xiàn)物理降碳的目標。
生物炭的固碳效果不僅依賴于其物理特性，更源于其獨特的化學與生物機制協(xié)同作用。生物炭通過表面豐富的官能團、電荷特性及高吸附能力實現(xiàn)化學固碳，與土壤結合，將有機碳（POC）轉化為穩(wěn)定的有機-礦物復合體（MAOC），使其免遭微生物分解。此外，因其多孔結構，借助電荷轉移效應溫室氣體與表面官能團反應，能夠顯著減少氧化亞氮（N2O）的釋放。同時，通過化學作用抑制產甲烷菌并促進甲烷氧化菌活性，從而可降低甲烷（CH4）排放。在生物固碳方面，生物炭通過調控土壤微生物群落和功能，提升微生物碳利用效率，減少呼吸碳損失，增加微生物生物量碳積累，還通過強化根際過程，改善土壤肥力和結構，促進植物根系發(fā)育，增強根系生物量和分泌物，從而提高土壤碳含量。
圖1 生物炭在土壤碳封存的固持作用[1]
生物炭實際運用場
生物炭在生態(tài)修復和廢水處理中都具有極大實際應用價值。
在生態(tài)修復領域，生物炭作為一種多功能土壤改良劑，通過改善土壤健康、提升肥力和促進作物生長，顯著實現(xiàn)作物增收。利用生物炭進行土壤治理，其不同官能團與土壤陽離子交換，能有效提高土壤氮、磷含量，進而提升養(yǎng)分利用率。在熱帶和亞熱帶地區(qū)的酸性紫色土壤中，使用生物炭可顯著提升土壤pH值，增強養(yǎng)分可用性，降低鋁等有毒元素的溶解度。生物炭的孔隙結構為微生物提供了理想的棲息地，提高微生物活性，有助于土壤團聚體形成，改善土壤結構，為植物生長和養(yǎng)分循環(huán)創(chuàng)造更為有利的環(huán)境[6]。田間試驗數(shù)據(jù)顯示，生物炭的應用顯著增加土壤總氮含量，減少氮肥流失，從而提升氮肥利用效率[7]。
在工業(yè)領域的廢水處理中，生物炭可作為催化劑實現(xiàn)水體中污染物的高效去除，能將有機污染物礦化，或轉變成低毒性和易降解的副產物。不同原料制成的生物炭官能團不同，因其孔隙結構使其表面電荷有更多的吸附點位，增強了對金屬離子的吸附能力，從而可用于去除鉛、鎘、鉻等有毒重金屬，使其成為成本效益高的廢水處理材料。在處理養(yǎng)殖廢水的過程中，可利用沼渣為原料制作的生物炭經電化學氧化過程去除廢水中難降解的廢水有機物，有效緩解廢水造成的環(huán)境破壞[8~10]。
圖2 生物炭改造農田營養(yǎng)[11] 圖3 廢水處理[12]
基于Puro earth 平臺的生物炭碳移除項目開發(fā)流程
圖4 Puro earth 生物炭方法學封面[14]
2019年，Puro.earth推出生物炭的碳去除方法學，規(guī)定了申請生物炭碳移除項目的要求、生產要求、全生命周期評估以及如何量化100年碳去除量的方法，其原理是將廢棄生物質轉化為具有長期化學和生物穩(wěn)定性的生物炭，因其在環(huán)境中的高度抗降解能力實現(xiàn)去除CO2的目標。
1. 項目類型要求
1.1 生物炭類型與生產要求
合格的生物炭生產活動是將廢棄生物質通過熱解或氣化等缺氧/無氧過程轉化為生物炭，并要求生產過程中將熱解排放的甲烷排放降至極低水平，并依據(jù)摩爾氫與有機碳的比值，對生物炭材料穩(wěn)定性進行評估，當材料的（H/Corg）小于0.2時在環(huán)境中歸為難以分解的物質。
生物炭的原料必須來源于有可持續(xù)來源的生物質，或廢棄生物質，如農業(yè)廢棄物、生物可降解廢棄物、城市木材廢棄物或食物廢棄物（若為農業(yè)廢棄物，需保留30%殘留在田間以維持土壤健康）。生物炭只能投入在碳存儲的場景中，如土壤改良、廢水處理等，禁止作為燃料或還原劑使用。
在生產生物炭過程中可使用化石燃料，對過程產生的熱解氣應燃燒或回收，以此避免甲烷的排放，生物炭產品的H/Corg需小于0.7。全產業(yè)鏈應按照ISO 14040/44的標準開展生命周期評估（LCA），并證明整個鏈條過程的凈負排放。同時生產過程需要滿足國際及地方的相關環(huán)境保護和安全規(guī)定，防止火災、粉塵危害以及健康危害。
1.2 生產設施能力核查要求
核查內容包括，活動是否符合Puro標準的一般規(guī)則和本方法學的具體要求；評估環(huán)境與社會保障措施，需提供環(huán)境影響評估（EIA）、許可或其他相關文件，確保不對周邊生態(tài)和社區(qū)造成重大危害；驗證項目的“額外性”，證明CO2移除具備的碳金融（carbon finance）屬性，而非法律強制要求，并提供財務數(shù)據(jù)證明與分析。此外，核查員需檢查生產設施是否能夠以可靠方式測量和量化生物炭產量，以滿足CO2移除量化的要求，并負責收集核驗生產設施及供應商的信息，諸如生產合規(guī)證明、年產量信息、具有合規(guī)減排路徑。
2. CO2移除證書（CORC）的頒發(fā)要求
該證書核發(fā)依據(jù)是生物炭的生產過程符合方法學要求，明確生物炭生產商即為CO2移除供應商，并證明生物炭產品并非作為能源使用。
3. 生命周期評估（LCA）與基線
CO2移除供應商參考全生命周期的方法計算排放量和移除量，依照保守原則默認基準線排放為零，系統(tǒng)邊界為從搖籃到墳墓（cradle-to-grave），包括生物質生產與供應、轉化為生物炭、分配與使用全鏈條的排放。
圖5 Puro earth 生物炭方法學系統(tǒng)邊界
4. CO2移除量化方法
計算特定報告期內（即給定生物炭產量下）生物炭生產活動所產生的CO2移除（CORCs）數(shù)量。
4.1 100年凈碳封存總量方程
圖6 Puro earth 生物炭方法學計算公式
計算生物炭生產活動在給定報告期內碳移除信用（CORCs）總量的總公式。其中“噸”指公噸（即1000千克），所有項均為正值。
4.2 生物炭碳儲存量（Estored）
Woolf對生物炭的研究證明，生物炭的碳固持能力受到時間范圍（Time horizon）與土壤溫度（Soil temperature）的影響[13]。方法學中，將生物炭時間范圍定在100年，不同氣候條件下生物炭固碳效果存在顯著差異，因此，該方法必須應用在土壤年均溫度14.9°C左右（5°C至25°C之間）的農田。目前還未有研究針對非土壤地面使用生物炭的研究，如果用于非土壤地面，方法學將采用保守原則。
式中：
Qbiochar表示生物炭產量，指報告期內生產的生物炭總量，以干燥噸（t）生物炭為單位計量。必須注意排除所有水分，因為包含水分會高估實際固碳量。
Corg表示生物炭產品中的有機碳含量，以干燥有機碳重量與干燥生物炭重量的比值表示。該數(shù)值需通過具有代表性的采樣方法對制成的生物炭進行實驗室分析測定。若使用多樣化的生物質原料生產生物炭，則需特別注意對每種類型或批次單獨進行化學分析。
FTH,Tsp表示持久性因子，指生物炭有機碳在特定時間范圍TH內、特定土壤溫度TS條件下的持久性。該指標也被稱為生物炭碳穩(wěn)定性，以百分比(%)形式表示。
44/12是CO2摩爾質量與碳摩爾質量之比。該系數(shù)可將碳含量轉換為對應的CO2含量。
假設以生物炭A為例，干重1000t，使用唯一原料制造實驗室測得數(shù)據(jù)Corg為83.9%，土壤溫度14.9℃時間為100年時FTH,Tsp為88.6%，固持2727噸（t）CO2。
圖7 Puro earth 生物炭方法學碳移除計算示例[14]
4.3 生物質生產與供應排放量（Ebiomass）
應對生物質生產及供應至生物炭生產場所進行生命周期評估。生物質生產與供應的生命周期評估包含三項要素：
生物質生產：包括生物質種植和收獲過程中所有相關活動產生的溫室氣體排放，如機械和燃料的使用、肥料生產、施肥后土壤排放、機械制造和處置。
直接土地利用變化：代表因土地覆被或土地管理變化而在生物質種植地點產生的排放。這可能包括重新造林過程中CO2和其他溫室氣體的排放，也可能包括砍伐森林殘余物或農業(yè)殘余物時地上和地下碳儲量的損失。在多數(shù)情況下，直接土地利用變化被賦予零值，但必須通過明確的參考情況進行充分論證。
生物質運輸：包括將生物質從收獲地點運輸?shù)缴锾可a地點所產生的排放，包括理想狀態(tài)下的燃料排放，車輛和道路基礎設施排放。
4.4 生物炭制造過程排放（Eproduction）
該排放源來自生物炭生產過程的生命周期評估。包含從生物質轉化為生物炭過程中所有活動產生的溫室氣體排放。
生命周期評估中可能涉及的相關活動清單：
現(xiàn)場生物質處理（設施內生物質的運輸或輸送）；
生物質的干燥、削片、粉碎和/或篩分；
熱解反應器及后熱解設備運行（如熱解燃燒、煙氣處理系統(tǒng)）或氣化反應器及后處理設備運行；
生物炭淬火及其他后處理操作（如包裝、活化）；
現(xiàn)場生物炭處理（設施內生物炭的運輸或輸送）；
對于上述每項活動，都應涵蓋所有生命周期階段（制造、使用和處置）。例如，熱解反應器的運行應包括反應器的制造和安裝、運行反應器所需的物料和能源投入、反應器煙囪的直接空氣排放，以及反應器的維護和處置。同樣，生物質干燥和破碎則應包括干燥和破碎設備的制造與處置、設備運行時的直接能源消耗（如電力或供熱），以及設備運行和維護過程中涉及的其他消耗品。
4.5 生物炭使用（Euse）
排放源來自對預期生物炭用途的生命周期評估，包含生物炭在運輸和處置過程中產生的所有溫室氣體排放，直至被處理到無法分離的礦物基質使用為止。
1. 提交所需證明材料
生物炭生產設施產出的生物炭，通過審核員針對生產設施的第三方核查后即被認定具備獲得CO2移除證書的資格。第三方核查確保相應CO2移除確已發(fā)生，相關環(huán)境與社會保障措施落實到位，且該CO2移除行為符合方法學定義的永久性標準。
需要提供至少包含以下三個部分的材料：生物質相關、生物炭生產、生物炭使用。
生物質相關證明包括：來源與可持續(xù)性證明如森林生物質需FSC、SFI等認證；非森林廢棄物需證明可持續(xù)采集；LCA數(shù)據(jù)分階段呈現(xiàn)溫室氣體排放貢獻。
生物炭生產相關證明包括：連續(xù)計量生物炭干重記錄；實驗室分析數(shù)據(jù)有機碳、氫含量、H/Corg計算過程，以及應用相關的質量檢測；符合當?shù)丨h(huán)境法規(guī)，并提交污染物排放評估及改進措施。
生物炭使用相關證明包括：提供銷售協(xié)議或運輸文件，確保生物炭未作為燃料使用；土壤溫度選擇依據(jù)；通過Puro Registry唯一標識CORC，避免雙重計算等證明文件。
結語
目前生物炭固碳移除技術已取得了一定成果，固碳原理涉及物理、化學和生物等多個方面，在農業(yè)、工業(yè)及區(qū)域碳減排等領域都展現(xiàn)出了良好的應用前景。Puro.earth碳移除（CDR）方法學嚴格限定了生物炭的生產、使用和量化標準，確保其碳封存效益的可測量、可驗證和永久性，制定了合理的開發(fā)流程，為生物炭碳移除項目的開發(fā)、認證和交易提供了標準化框架，可作為其他碳移除技術方法學的參考模板。未來，仍需進一步深入研究生物炭固碳的機制，優(yōu)化開發(fā)流程，提高生物炭的質量和應用效率，以應對全球氣候變化和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標。
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