側邊欄：準備將垃圾轉化為燃料、肥料和碳封存手段的公司和組織
當德斯蒙德·拉德林聽到理查德·布蘭森和阿爾·戈爾的維珍地球挑戰賽時，他拿出了鉛筆，開始計算他的公司是否有能力完成這項任務。該挑戰賽的獎金為2500萬美元，頒發給第一位每年能夠封存10億噸二氧化碳的人。
拉德林是Dynamotive能源系統公司的董事會成員，該公司是一家位於加拿大不列顛哥倫比亞省溫哥華的能源解決方案提供商，是多家率先使用熱解技術的公司之一。熱解是一種在缺氧條件下將生物質在高溫下燃燒的過程。該過程產生一種可以用作肥料的木炭副產品，以及一種生物油，這是一種可以用來產生熱或電的含氧碳氫化合物的混合物。
由於木炭副產品，即“農業炭”，不易分解，它可以封存其所含的幾乎所有碳數千年，而不是像溫室氣體二氧化碳那樣將其釋放到大氣中。同時，它將透過其保持養分和水分的能力提高農業生產力。
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“我粗略地計算了一下，如果用農業炭概念來[嘗試維珍地球挑戰]，需要什麼，”拉德林解釋說。“大約需要7,000個工廠，每個工廠每天處理500噸生物質，這是一個很大的數字，但這並非不可能。” 這些設施將產生四份生物油和一份封存的碳，因此它既能賺錢又能封存碳。
一項國際運動
並非只有拉德林相信這項技術——上週在澳大利亞新南威爾士州特里格爾，新成立的國際農業炭倡議組織舉行了首次會議，來自世界各地的135名與會者參加了會議。據組織會議的環境政策專家黛比·裡德說，碳抵消公司氣候關懷的首席發言人邁克·梅森敦促與會者團結一致，努力申請維珍地球挑戰。他還鼓勵他們向聯合國清潔發展機制計劃提交他們的方法，該計劃旨在將清潔技術從發達國家轉移到發展中國家。
儘管沒有美國政府官員參加會議，但在美國國內，也有一項正在興起的運動，推動採用農業炭。“[科羅拉多州的民主黨參議員]肯·薩拉扎正在起草一項關於此事的獨立法案，他可能還會將其作為農業法案的一部分進行推廣，”裡德指出。農業法案的條款每年都會確定，它決定了美國政府可以資助哪些農業倡議。納入農業法案几乎可以保證對農業炭工藝的研究和應用進行補貼。
一項具有（潛在）巨大優勢的技術
如果熱解技術在2100年滿足可再生燃料的全部預計需求，該過程將封存足夠的碳（每年95億噸），以抵消當前化石燃料的排放量，即每年54億噸，甚至更多。“即使在2100年只有三分之一的生物能源使用熱解，我們仍然會用這項技術取得巨大成就，”康奈爾大學的土壤生物地球化學家和農業炭會議的組織者之一約翰內斯·萊曼評論道。
還有其他好處：增加生物油的產量可以減少一個國家對外國石油的依賴。在熱帶地區，提高土壤生產力可以增加每年的生長季節，這有助於緩解砍伐生物多樣性熱點地區的壓力。農作物的新市場（實際上將成為燃料來源）可以促進全球農村經濟，正如對乙醇的需求推高了玉米價格一樣。
愛荷華州立大學生物可再生專案辦公室主任羅伯特·布朗的一項計算顯示，如果美國採用像歐盟已經實施的二氧化碳排放總量管制與交易計劃，中西部地區的農民可以透過利用玉米秸稈（收穫後剩下的葉子、莖和玉米芯）為熱解提供燃料，幾乎可以將收入翻一番。
木炭的使用還有望對抗海洋死區，例如由富含氮和磷的農業徑流造成的墨西哥灣死區。木炭透過幫助土壤保持養分來減少對人造肥料的需求。此外，它可以用同樣會汙染海洋的糞便和汙水製成。
亞馬遜起源
農業炭並非最近的發明。相反，它是現代人試圖重現terra preta，或覆蓋巴西亞馬遜某些地區的黑土。這些土壤是由前哥倫布時期的印第安人在數千年裡創造的，他們用家庭和農業垃圾的燒焦殘骸覆蓋他們的田地。這種做法將土壤的碳含量從微不足道的0.5%提高到9%。
“這實際上是刀耕火燒加木炭農業，”布朗指出，它與現代的刀耕火燒農業形成對比。“生物質不是被燒成細灰，而是留下木炭，就像篝火之後一樣。”除了保留養分外，多孔木炭還有助於微生物定殖和構建土壤。眾所周知，木炭在很長一段時間內保持穩定，而雨季和旱季交替則更能儲存它。“你基本上是在曬牛排，”佐治亞州雅典可再生能源開發公司Eprida的總裁丹尼·戴解釋說。“所以你會得到牛肉乾，它能儲存好幾年。” 即使在今天，亞馬遜的黑土仍然非常肥沃，農民仍在耕種它們。
“我們正在研究在現代熱解反應器中生產這些木炭，”布朗指出，他從美國農業部（USDA）獲得了180萬美元的撥款，用於嘗試使用玉米秸稈重新制作terra preta。他計劃在今年春天產生足夠的木炭，以便今年進行田間試驗。據他計算，每平方英里的玉米農場使用這種“纖維到肥料”熱解工藝可以抵消330輛汽車的排放量。
但它可行嗎？
與所有新技術一樣，關於農業炭的最終效用的許多問題尚未得到解答。“到目前為止，農業炭不是統一的產品，”美國農業部退休土壤科學家約翰·金布林解釋說。“而且農民沒有簡單的方法使用現有裝置來施用它。他們還需要知道有足夠大的材料來源。農民和所有人一樣，都是受利潤驅動的，他們需要被證明它會改善他們的利潤。”
使關於農業炭成本的辯論複雜化的是，關於該主題的資料匱乏。“沒有人確定應該使用哪些型別的生物質作為原材料，”金布林指出，“或者確切地說哪些生產方法最有效，因此計算成本實際上是一種猜測。”
此外，科學家們發現很難複製原始的terra preta土壤。“terra preta的秘密不僅在於施用木炭和雞糞——肯定還有其他東西，”德國拜羅伊特大學的土壤科學家布魯諾·格拉澤說。在亞馬遜進行的田間試驗中，使用木炭與堆肥或雞糞，發現在第三或第四次收穫後，作物產量會下降。“如果你使用terra preta，你會年復一年地或多或少地持續保持產量，”他說。
“我對只新增純碳源持懷疑態度，”北卡羅來納州立大學農業與生命科學學院土壤科學系的榮譽退休教授斯坦利·布奧爾說，他花了35年的時間研究亞馬遜土壤。“它會是黑色的，看起來不錯，”但它是否會包含足夠的植物生長所必需的無機離子，例如磷和氮？
木炭、土壤和微生物之間發生的許多相互作用，會隨著時間的推移而發展，並賦予土壤豐富性和穩定性，這些仍然知之甚少。格拉澤認為，使農業炭像terra preta一樣發揮作用的關鍵在於原始亞馬遜黑土的生物行為——他將這種差異歸因於它們的年齡。“你需要50年或100年的時間才能在穩定的木炭和成分之間獲得類似的組合，”他警告說。
“我認為[對terra preta生物行為的研究]將是新的前沿，”萊曼反駁道。如果他是對的，並且科學家們可以完善現代農業炭的配方，那麼它的粉絲們就不需要理查德·布蘭森的2500萬美元來啟動他們的倡議——全球每年對肥料的需求超過1.5億噸。
可可·巴蘭坦和克里斯托弗·米姆斯補充報道