将有机废物转化为生物炭,共建绿色家园

生物炭是一种可以用有机废物制成的木炭,具有很好的碳封存和土壤改良特性。按照康奈尔大学估计,生物炭的碳封存能力相当于全球二氧化碳排放量的12%。斯德哥尔摩为此建设了五个热解厂,计划将花园有机废物转化为生物炭,再将其用于城市植物的种植。其中第一个设施,同时也是世界上第一个“城市碳汇”已经在2017年开放。据估计,这五家热解厂每年可以生产约8000吨生物炭,碳封存量足以抵消约4000辆汽车的排放,产生足够400套公寓使用的取暖热量,并为斯德哥尔摩带来约85万欧元的收入。

自在城市生物炭方面开了先河以后,斯德哥尔摩已经收到了来自其他城市和组织的近100项项目复制请求,这个生物炭项目的成功无疑为全球创造城市碳汇铺平了道路。

在2018年的时候,新加坡国立大学的研究人员废物利用,把建筑工程制造的木屑,经高温化学处理后制成生物炭,再掺入混凝土中,使建筑材料的承重力和抗渗性分别提高了2成和5成。在减少工业垃圾的同时,也为建筑工程提供更多环保材料的选择。

利用新式的环保建筑材料,未来房屋结构有望更坚固耐用,防渗漏功能也更强,建筑的维修周期因此得以延长。研究人员希望借此减少本地工业垃圾,同时为建筑工程提供更多环保材料的选择。

这项研究由新加坡国立大学设计与环境学院建设系,以及工程学院土木与环境工程系合作进行。生物炭属于多孔材质,吸水和储水能力强,目前普遍用于农业活动,以改善农作物收成。

除了木屑,粪便和树叶也可用来制作生物炭。从木屑到生物炭的制造时间只需几个小时。

负责研究的建设系副教授柯涵为说:“我们的研究材料主要针对木屑。把生物炭掺入混凝土中,两种物质能很好地结合在一起。生物炭在吸收水分后,水分不会迅速流失,储水过程产生的物质反应类似胶水,能进一步提高混凝土的坚固程度。”

土木与环境工程系副教授冯时溉则指出,新加坡天气炎热多雨,建筑结构因大雨或水管渗漏导致滴水是常见的问题,使用了掺入生物炭的混凝土就有可能改善这种情况,使建筑材料更耐用,延长维修周期。

冯时溉说:“传统混凝土的制作方法已使用了很多年,现在是时候研发高效能和环保的新式材料,建筑业者对这类新颖材料也很有兴趣,它也能改善本地的废物处理问题。”据了解,在混凝土中只需加入1%至2%的生物炭就能达到良好效果。

混凝土生产中使用的水泥是二氧化碳排放的巨大来源,所以人类对现有混凝土的回收利用越多越好。这就是一项新研究的切入点,该研究表明,当在废混凝土中加入生物炭后其强度甚至比以前更强。

混凝土是由碎石等骨料跟水、水泥混合制成。一旦水在混合物中变干,水泥就会变硬并跟骨料结合形成固体块。

现在,由来自日本东京大学的Yuya Sakai助理教授带领的团队将这种混凝土磨成粉末然后加入水和从废木料中提取的木质素。木质素是一种高度交联的有机聚合物,是带血管化植物支撑组织的关键成分–它赋予了木材硬度。

然后他们将混合物同时加热并置于高压下。研究发现,通过对混凝土/木质素比、含水量、温度以及压力的大小和持续时间等变量的精确调整,木质素可以形成一种高效的粘合剂从而将混凝土粉末粘合在一起。

在随后的测试中,再生混凝土被发现拥有比原来的混凝土更高的抗弯强度。作为一个额外的优势,得益于其木质素的含量,该材料可能在丢弃后实现生物降解。

更重要的是,科学家们认为,从其他植物如农业废物也可以获得生物炭,甚至最终有可能创造出新的“原始”混凝土–用木质素代替水泥。

一位研究者说道:“这些发现可以推动建设一个更绿色、更经济的建筑业,它不仅能减少废弃混凝土和木材的储存,而且还有助于解决气候变化问题。”

“生物水泥是传统水泥的可持续和可再生替代品,具有巨大的潜力,可用于需要处理地面的建筑项目。研究发现,通过使用多种类型的废物材料制备成生物炭作为其原料,使碳封存更具可持续性。从长远来看,它不仅会使制造生物水泥更便宜,而且还会降低废物处理所涉及的成本。利用植物原料和农业废物建造大楼和设施的新型环保材料前景广阔。

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