近日，一块位于江苏省南京市高淳区东坝街道和睦涧村的水稻田备受关注。2022年7月，高淳区与生态环境部南京环境科学研究所、南京农业大学、南京国环有机产品认证中心有限公司合作，向和睦涧村淳和水稻专业合作社的500亩有机水稻田投放了60吨生物质炭。观测数据显示，2022年11月30日至2023年11月30日，这片稻田病虫害发生率平均下降15%，土壤固碳量平均增加89%，稻田温室气体直接排放平均减少16%，净排放量平均减少51%，共产生碳汇130.67吨二氧化碳当量。 不仅如此，这些碳汇随后被一家公司以每吨75元、总价9800.25元的成交价拍下，成为全国生物质炭有机水稻产生碳汇的“第一拍”。种田人变“卖碳翁”，种水稻的同时收获好空气，还能将“碳票”换成钞票。成就这片水稻田的生物质炭到底为何物？生物质炭的应用是否能为碳减排提供有力支撑？ 实现碳减排的同时吸附有机污染物 稻田是温室气体甲烷的重要排放源，我国每年稻田甲烷排放量约500万—800万吨。2022年5月，农业农村部、国家发展改革委共同印发《农业农村减排固碳实施方案》，将稻田甲烷减排行动置于十大行动之首。 生物质炭是否能为有机稻田固碳减排分忧，成为专家学者的关注点。事实证明，生物质炭的潜力不可小觑。 生物质炭是指将秸秆、树枝、菌渣等生物质废弃物，在无氧或限氧环境中，经高温热裂解所产生的富碳固态物质。南京农业大学资源与环境科学学院副教授程琨告诉科技日报记者，在无氧或限氧条件下，生物质废弃物在250℃—750℃发生热解。其碳水化合物结构崩解后，将产生生物质炭、木醋液和生物质可燃气。目前国内外生物质热解技术大致可分为三大类：一类是在小于500℃环境下的低温慢速热解，一类是在500℃—700℃的中温快速热解，一类是在700℃以上的高温闪速裂解。 “生物质炭用于农业生产能增加土壤有机质、改善土壤性质，提高土壤养分和水分保持能力，促进作物生长，提高作物产量并改善农产品品质。”南京农业大学资源与环境科学学院教授郑聚锋说，生物质炭一般呈碱性，施入土壤后可以中和土壤酸性，促使土壤中的重金属离子沉淀。同时，生物质炭还可以有效吸附土壤中的重金属，减少作物对重金属的吸收。 “我们和国内其他学术团队大量的田间试验显示，生物质炭可以显著降低我国南方镉污染稻田水稻籽粒对镉的吸收。”郑聚锋介绍，生物质炭具有较大比表面积、孔隙多，能够吸附并固定有机污染物在其表面，还能通过增强土壤中微生物的活性，提高微生物分解有机污染物的能力。因此，生物质炭施用于含有机污染物的土壤，可以有效阻控植物对有机污染物的吸收。 生物质炭除被直接施用进行土壤改良外，还可与氮、磷、钾等化学肥料按照一定比例混合后，制成生物质炭基肥，作为新型肥料在农田中广泛应用。郑聚锋曾统计过国内247个观测点的炭基肥田间试验数据，发现施加了炭基肥后，玉米、大豆、水稻、蔬菜等作物增产率达7.8%—16.8%，所有作物平均增产10.9%。 “我们团队在2017年也做过研究，发现在农田施加生物质炭基肥后，可以提升肥料的养分利用效率并降低温室气体排放。其中，氮素利用效率提升了43%，而碳排放降低了20%。”郑聚锋说。 在炭化装备研制等方面已有创新成果 在国际社会，生物质炭市场呈现出勃勃生机。国际生物质炭协会和美国生物质炭协会发布的《2023年全球生物质炭报告》显示，生物质炭生产商、经销商、增值生产商和设备制造商的营收在2023年超过了6亿美元，2021—2023年间的复合年均增长率达到了97%。预计到2025年，生物质炭相关产业营收将进一步增长至33亿美元。 郑聚锋介绍，相关文献显示，生物质炭每年在全球具备的碳移除潜力可达3亿吨—20亿吨二氧化碳当量。若得到广泛应用，生物质炭在中国的固碳减排潜力可接近9000万吨二氧化碳当量。 “目前我国的生物质炭研究在炭化装备研制、生物质炭工程技术创新、气炭肥多联产技术创制等方面，已经积累了一些创新成果。”南京农业大学资源与环境科学学院副教授卞荣军说，当前，在水体、土壤、大气中的污染物吸附、钝化、降解方面，国内已经研发出多种生物质炭基材料。 此外，具有缓释高效功能的炭基复合肥等绿色肥料，也可以服务于农业面源污染治理。卞荣军举例，有团队将生物质炭表面改性后，让其能针对性地吸附多环芳烃等污染物，抑制氧化亚氮、氨气、甲烷的排放，从而实现农业减污降碳。也有研究团队在秸秆等原材料热解过程中，通过添加铁、锰等氧化物，让生物质炭的表面能吸附更多污染物。 畜禽粪便的科学处理与资源化利用有利于消减污染物、减少养分流失、促进规模化畜禽养殖业可持续发展。卞荣军介绍，有研究显示，将生物质炭与畜禽粪便共堆肥，可以增强发酵效果，并降低氨气的排放，减少堆肥中氮素损耗。 生物质炭与农业化肥的“联姻”也展现出应用前景。“在化肥中添加生物质炭，可以利用生物质炭的孔隙和官能团，将化肥中的养分保持在土壤中，减少养分损失，从而提升养分利用效率。”卞荣军说。 不过，在卞荣军看来，生物质炭产业化还处于技术攻坚和商业化应用开拓的关键阶段，相关生产标准尚待建立。例如提升热解装备的连续化生产能力，以及生物质热解过程中尾气的净化，都是当前需要重点关注的问题。 程琨则认为，当前生物质炭推广仍存在使用成本过高等短板。特别是生产成本和运输成本较高，每吨生物质炭的使用成本大约在1500元以上。 针对不同原料生物质炭特性开发专用产品 使用生物质炭是提升土壤碳汇的一条有效途径，同时生物质炭也可以把生物质废弃物综合利用起来，符合低碳、绿色、高效、循环和可持续的高质量发展理念。2019年，联合国政府间气候变化专门委员会将生物质炭土壤固碳量的计算纳入《IPCC 2006年国家温室气体清单指南2019修订版》，这为生物质炭生态效益转化为经济效益提供了契机。 在程琨看来，未来，针对不同原料生物质炭特性开发专用产品，是生物质炭产业发展的重要方向。“例如，林木类生物质炭碱性高、孔隙发达，可直接用于重金属污染农田治理。林木类、果壳类生物质炭还可以与畜禽粪污混合堆肥，通过接种有益微生物，制备土壤调理剂，用于盐碱土、连作障碍土壤治理和中低产田土壤快速改良。而秸秆类生物质炭由于养分含量高，可以和化学肥料结合制备成生物质炭基肥，部分替代化学肥料用于主要粮食作物生产。”程琨说。 生物质废弃物炭化过程中的产物，也将产生经济价值。程琨介绍，炭化过程中产生的木醋液，可以和生物质炭浸提液用于生产商品液体肥，一方面能为植物生长提供养分，另一方面可作为植物促生剂提高植物抗逆性。此外，木醋液还可用于制备醋酸、醋酸盐等化学品，在农业、养殖业、护肤美容、医疗保健等领域发挥作用。炭化过程中产生的生物质可燃气则是重要的清洁能源，可通过替代传统化石能源用于发电或供热，服务于能源安全。 “针对生物质炭化技术进行多元化产品开发，通过专业化的农业绿色低碳技术服务、碳资产管理服务，可以构建‘炭基农业’新模式，服务农业新质生产力发展。”对于生物质炭的未来，程琨信心满满。 查看详细>>

中国先进研究堆全面开放应用取得重要进展。荷兰代尔夫特理工大学的Marnix Wagemaker教授团队与中核集团原子能院核物理研究所中子散射团队合作，在国际期刊《Nature》(《自然》)上发表了锂离子电池领域的最新研究成果，或将大幅提升锂电池循环寿命和快充性能。 近日，中核集团重大科研设施中国先进研究堆全面开放应用取得重要进展!荷兰代尔夫特理工大学的Marnix Wagemaker教授团队与中核集团原子能院核物理研究所中子散射团队合作，在国际顶级期刊《Nature》(《自然》)上发表了锂离子电池领域的最新研究成果，题目为“Chemical short-range disorder in lithium oxide cathodes”(“锂离子氧化物正极中的化学短程无序”)。这是两个团队在《Nature Sustainability》(《自然可持续性》)和《Nature Communication》(《自然通讯》)期刊合作发表论文后的又一创新成果，或将大幅提升锂电池循环寿命和快充性能。 此次研究围绕有序层状氧化物开展，这是目前锂离子电池中最重要的正极材料之一。在进行深度充电时，该结构框架容易受到晶格应力、结构或机械化学降解的影响，导致电池容量急剧下降，从而导致电池寿命缩短。Wagemaker教授团队联合原子能院、中国科学院物理所、清华深研院等单位，提出了一种解决方法，成功将化学短程无序(Chemical short-range disorder,CSRD)引入到氧化物正极中，精确调节了锂和钴元素在晶格中的局域分布，使其跨越几个最近邻格点的间距，从而显著提升了锂电池的循环寿命和快充性能。研究利用中子粉末衍射技术获得锂和钴元素的分布特征，发现大约2.6%的钴离子位于锂层中，为证明CSRD结构提供了关键证据。 中国先进研究堆共拥有25根垂直孔道，9根水平孔道，建成15台中子散射谱仪，性能指标达到整体国际先进、部分领先水平，可开展中子散射、中子成像、中子活化分析、燃料材料考验、放射性核素生产等工作。2023年以来，中国先进研究堆中子科学平台积极面向国内外研究机构用户开放，支撑了荷兰代尔夫特理工大学、北京大学、清华大学、中国科学院等国内外用户单位百余家实验课题研究，在国际科技前沿和国家重大需求方面，取得了一系列重要科技成果。 查看详细>>

中新网北京5月15日电(刘思皇张素)“经过一年奋战，我们研发的绿色低成本钠离子电池进入中试阶段，预计今年四季度可以进入产业化生产。”华南师范大学化学学院教授郑奇峰近日受访时说。 2023年3月，“华南师范大学—耐普电源绿色低成本钠离子电池研发中心”揭牌，郑奇峰担任研发中心副主任一职。由此，相关方在技术开发与人才培养等方面深化合作，旨在形成原创性、突破性的高水平研究和产业成果，共建优秀人才培养与高水平科研及产业化平台。 “我们围绕混合聚阴离子正极、复合生物质硬碳负极，开展了技术验证与优化工作。”耐普新能源董事长腾飞说，通过校企联合技术攻关模式，推动解决钠离子电池瓦时成本、极限快充与长时循环稳定性的关键问题，继而推出满足行业预期的低成本、高安全、长寿命钠离子电池。 钠电池受到重视 近年来，中国新型储能产业发展迅速。官方数据显示，截至2023年底，全国已经建成投运新型储能项目累计装机规模达3139万千瓦/6687万千瓦时，平均储能时长2.1小时。 储能分为传统储能和新型储能。其中，后者是指除抽水蓄能以外的储能技术，包括新型锂离子电池、液流电池等。业内人士分析，2024年，锂电和新型储能行业来到关键节点。 来自华南师范大学化学学院的郑奇峰、马良、胡小刚等专家学者，长期致力于钠、钾离子电池材料及界面调控的性能和机理研究，并积极把能源研究从实验室逐步推向产业。 他们认为，相比锂电池而言，钠电池能量密度较低、产业发展还不成熟，但其“长期成本竞争力显著”，并且国内钠电池原材料储量丰富。 “钠离子电池在未来规模化储能市场将占有重要地位。”腾飞也注意到，随着钠电池研究取得快速发展，国内外多家企业已进行相应布局。 技术攻关出成果 据介绍，绿色低成本钠离子电池研发中心成立一年多以来，科研团队开展了包括钠离子电池正负极材料、电解液材料、电池制造等相关基础与生产技术研发工作，取得积极成效。 郑奇峰表示，研发中心将继续加快钠离子电池技术提升及相关项目产业化，为中国新能源先进储能安全化、科技化、产业化提供动力。 新增装机规模大幅增长，新型储能发展按下“加速键”，更多中国企业也在积极“走出去”。腾飞介绍，此前研制生产的阀控式铅酸蓄电池(UPS电池、太阳能蓄电池、胶体蓄电池)、新能源锂电池等产品远销海外，得到不少东盟国家用户的认可。他们还在越南设立了生产基地。 到2025年，新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段，具备大规模商业化应用条件；到2030年，新型储能全面市场化发展……《“十四五”新型储能发展实施方案》明确列出“时间表”。 有评论认为，当前，储能电池行业面临着价格不断下探、行业标准不完善等问题，仍需政府、企业、科研院校等各方联手布局，共同助推行业行稳致远，以期实现新型储能多元化高质量发展。 查看详细>>

5月15日发表在《设备》杂志上的一项概念验证研究显示，瑞士苏黎世联邦理工学院的研究人员使用合成石英捕获太阳能，获得超过1000℃的温度。他们计划用这种方法炼钢和烧制水泥，这也为高碳行业提供清洁能源提供了新思路。 玻璃、钢铁、水泥和陶瓷等材料的制造需要高达1000℃以上的温度，这些行业的能源消耗约占全球能源消耗的25%。 在最新研究中，科研人员将目光聚焦在石英等半透明材料上。这种材料能够捕获阳光，产生所谓的热阱效应。他们制作了一种热捕集装置，将合成石英棒连接到不透明的硅盘上，作为能量吸收器。当他们用相当于136倍太阳光强度的光源照射该装置时，吸收板的温度达到了1050℃，而石英棒的另一端温度仍保持在600℃。 这项研究的通讯作者埃米利亚诺·卡萨蒂表示，研究表明，太阳能热捕集器不仅在低温下有效，而且在远高于1000℃的情况下也能发挥作用。 研究人员还利用热传递模型，对不同条件下石英的热捕集效率进行了模拟分析。结果显示，在较低浓度条件下，热捕集器能达到预期的目标温度，且性能不变。在相同浓度条件下，热捕集器能以更高的热效率实现目标温度。比如，目前最先进的无屏蔽接收器在1200℃、聚光度为500个太阳光时的效率为40%。而用直径74毫米、长度300毫米的圆柱形石英棒屏蔽的接收器，在相同温度和聚光度下可实现70%的效率。 查看详细>>