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生物炭还是生物质炭?炭概念的内涵及语词辨析

日期:2022-08-28 21:50:47 来源:足球世界杯押注 作者:可以押注的软件

  多年来国内学术界对英文科技名词biochar的中文应表述为“生物炭”还是“生物质炭”存在争议。英文期刊创刊后,作为期刊编辑,我经常遇到这样的问题:biochar是“生物炭”还是“生物质炭”?在国内学界,关于“生物炭”和“生物质炭”的争论也不绝于耳。那么,究竟哪个更科学、合适呢?我的观点是尊重学者的叫法,两者都可以,但生物炭更符合翻译词“信、达、雅”的要求。

  最近,浙江大学盛奎川教授与浙江省农业科学院杨生茂研究员合作撰文,就此问题在《核农学报》2022年第2期发表了题为《生物炭概念的内涵及语词辨析》论文。该文运用逻辑学原理,由表及里、由浅入深地辨析了“生物质炭”等用词的不当,剖析了生物炭(生物质炭)概念的内涵与语词应用及理解中存在的问题与混乱现象原因,梳理了当前生物炭定义及划分等方面存在的逻辑问题,提出了准确把握生物炭概念的内涵、界定其外延的核心要点。该文切中生物炭技术及应用中规范用词要害,可读性强,发人深思,对于深入理解生物炭的专业术语、促进科学知识的传播和科技成果的推广应用具有重要意义。我们转发该文的同时,还附上盛奎川教授提供的《生物炭概念的写作感悟》,供广大读者阅读、思考。

  《生物炭概念的内涵及语词辨析》(以下简称《生物炭概念》)一文即将在《核农学报》2022年第2期发表。这篇文章从构思到见刊,历经20个月,从撰写初稿、修改校样稿到编辑部最后定稿,历经18个月。稿件的修改次数之多,写作时间之长,在以往的科研或教学论文写作生涯中是前所未有的。通过对生物炭(biochar)概念的反复思考以及对稿件的字斟句酌,原先的一些认识由模糊逐渐变清晰、理解更深入透彻。感谢《核农学报》审稿专家对《生物炭概念》提出诸多建设性意见、建议和启发性思路;学报编辑精益求精、一丝不苟及严谨敬业的工作态度和深厚扎实的文笔功底,让作者深为感动、获益匪浅!这一切都促使我们内心有一种冲动,在这篇文章发表之际,抒发一下写作感悟。

  2020年的“五一”假期,由于突发新冠疫情的影响,我们大多宅在家里,学术圈内的各种讨论和交流就多了起来。在人数接近500人的“生物炭环境化学分会”微信群里,关于“生物炭”或“生物质炭”概念的用词是否规范和恰当引起大家的热议,并出现一些争议。这种争议由来已久,在不同场合时有发生。笔者当初仅仅是想写一段文字,梳理一下生物炭概念相关的逻辑问题,在微信群里发表一下自己的观点。该想法初稿成文后,发送给浙江省农业科学院杨生茂研究员过目。杨先生力主写成一篇文章,在正式期刊上发表,以便在生物炭学界引起重视并扩大影响。这才有了我们后来通力合作,进一步查阅、核查文献资料,并且将文章的结构扩充至两大部分,即从“生物炭”或“生物质炭”用词的规范性及逻辑问题进行辨析,延伸至其概念的涵义如何把握和理解等方面进行讨论、凝练和总结。正是由于杨先生的坚持不懈、严谨求实、锲而不舍,才使得这篇文章最终以现在的版本成稿刊出,在《核农学报》上正式发表。

  《生物炭概念》可读之处在于,不仅运用了形式逻辑原理,采用层层推进的说理方法,由表及里、由浅入深地辨析了“生物质炭”等用词的不当,而且更在于梳理了准确理解和把握生物炭概念的内涵、界定其外延的核心要点。文章第一部分首先列举了唐代诗人白居易的《卖炭翁》和长沙马王堆古墓出土木炭两个例子作为铺垫。在第二部分,重点阐明了生物炭的定义和划分不能仅局限于原料来源和制备工艺,还应从其结构特征、功能和用途等诸多方面加以界定,即生物炭还具有碳封存或固碳效应。这一点尤为重要,这与当初提出“biochar”的英文学者的构词用意的初衷是吻合的。文章的最后指出,传统上炊事、烧烤、取暖用的木炭、竹炭或成型炭等用作能源的燃料炭(charcoal)不应归入生物炭范畴,即采用燃烧等方式而转变为二氧化碳温室气体的燃料炭不属于生物炭(不具有碳封存效果)。《生物炭概念》前后呼应,实际上已经给出了答案,即封存了2100多年的马王堆木炭实质上就是一种“生物炭(biochar)”。因此,如果我们能够抓住生物炭特有的碳封存或固碳特性,那么就更容易帮助我们理解,生物炭不仅在土壤修复、炭基肥料、污(废)水处理或气体净化等环境领域得以封存“碳”物质,而且在炭复合材料制备、炭基催化剂用于生物质精炼、厌氧或好氧微生物发酵过程等同样具有固碳效应,它们都属于生物炭技术及其产品的各种功能性应用。由此可见,我们把燃料炭从生物炭概念体系中剥离出去,那么生物炭概念外延的界定就更清晰准确了,也就不会出现自相矛盾的表述。

  如果说《生物炭概念》还有可圈可点之处,那就是文章明确提出了生物炭(biochar)既是一种环境友好材料,也是一种“生物友好材料”。生物炭在食品加工业和畜牧养殖业中作为添加剂(其作用机理有待深入研究)、炭基肥料施加到土壤中对植物的有益生长和作物产量及品质的提高、生物炭在厌氧微生物发酵的促进作用等等,均体现了生物炭对动物、植物和微生物的“友好性”。类似于生物医学工程领域的生物材料(biomaterial)对人体“友好”的生物相容性,我们把生物炭的这种属性归结为“生物友好性”。

  将英文科技名词biochar的中文表述为“生物炭”或“生物质炭”已经成为历史的产物。当今世界科技发展日新月异、科技创新突飞猛进,新概念新名词层出不穷。我们张开双臂迎接欢呼科技新时代的到来,同时,我们还须审慎笃行,在引进、吸收和消化新技术的实践中,在从事科学研究获得新发现、新突破和新成果时,如何对新概念用词起名?古往今来,似乎前人更有胆识和智慧。例如,“biogas”的中文并没有译成“生物气”,而是命名为“沼气”。此外,石油、柴油、汽油、煤油这些传统能源名词通俗、简洁,都已成为现代科技标准规范的术语或学名。反观当今中文科技新名词,让人困惑的例子比比皆是。例如,生物质原料热解炭化或气化过程产生的可燃气体,英文有一个极妙的单词“syngas”,而中文科技文献中,却有多个命名:木煤气、热解气、可燃气、生物质气、合成气……,让人无所适从。

  混凝土是建筑工程中最常用的一个词。1953年,思维敏捷的著名结构学家蔡方荫教授大胆用人工石三字代替混凝土,并创造性地将“混凝土”简化成一个新的汉字“砼”,意为“人工合成的石头,混凝土坚硬如石”。因为混凝土三字共有三十笔,而人工石三字才十笔,大大加快了学生听课的笔记速度。1955年7月,中国科学院编译出版委员会名词室审定颁布的《结构工程名词》一书中,明确推荐砼与混凝土一词并用。1985年6月,中国文字改革委员会正式批准了砼与混凝土同义并用的法定地位。在计算机绘图推广之前,这大大节省了建筑工程手工绘图的工作量。

  今天,我们还能找到像蔡方荫教授那样有胆有识的高人吗?还能有机会创造文字给一个新概念取名吗?

  在生物炭研究领域的一些科技文献,尤其是相关的研究生学位论文中,时常出现概念模糊、推理错误与条理混乱等现象。原因有很多,但是缺乏形式逻辑的知识储备和相应技能训练,确是其中的重要原因之一。掌握一定的形式逻辑知识,可以帮助我们正确地进行思维和准确地表达思想,对于提高我们科技论文的准确性、逻辑性、鲜明性和生动性是大有裨益的。语词是概念的语言形式,概念是语词的思想内容。相应于不及物动词的概念,反映事物的性质;而相应于及物动词的概念,却反映事物之间的关系。语词与概念是既有联系又有区别的。许多语词方面的问题,其实质也是概念方面的问题。

  我们期待《生物炭概念》一文在抛砖引玉的同时,能对广大读者有一些启发、思考和收获。其中不妥之处,敬请批评指正!

  摘要:多年来国内学术界对英文词汇biochar的中文应表述为“生物炭”还是“生物质炭”存在争议。本文根据逻辑学关于概念及语词、定义及划分的基本方法,试图剖析生物炭(生物质炭)概念的内涵与语词的混乱现象,澄清当前生物炭定义及划分等方面存在的逻辑问题,旨在深入理解生物炭的专业术语、促进科学知识的传播和科技成果的推广应用。

  早在2007年,美国康奈尔大学Lehmann教授在《Nature》上撰文指出,木质纤维类生物质经相对低温的热解处理,得到的炭产物可施入并封存于土壤中,对固碳减排、土壤改良以及作物生长具有促进作用。这种炭产物的英文名称为biochar。十多年来,国内学术界关于biochar的中文表述比较混乱,对于其概念的语词如何规范存在争议。有的学者主张用“生物质炭”,认为“生物炭”用词是不严谨、不恰当,甚至不科学的,并建议改名;有的学者则认为“生物炭”用词准确、精炼,是恰当的。国内学术界关于“生物炭”与“生物质炭”的争议和分歧长期存在,至今仍缺乏科学的思辨和统一的认识,在一定程度上影响了生物炭科学知识的传播、科技成果的推广应用以及新学科的开拓,甚至影响到国内相关标准的起草与制订、企业产品的命名及销售、媒体的宣传报道和同行的交流等。

  专业术语的用词是否恰当、贴切,不同学者会有不同的观点。尤其是对于新兴学科或者研究领域,对其核心词语理解出现争议、争论都不足为奇。真理越辩越明,通过思辨、争论,存在的分歧有可能消除,认识可能趋于一致,即使观点不能统一,也可求同存异。若不讨论、不争论,一些不正确的观点有可能长期存在,导致概念混乱现象长期得不到纠正,学术界同行的分歧和矛盾也就可能长期存在,因而不利于开展正常的科技交流与合作,甚至会对本学科领域的发展产生一定的负面影响。我们既要把握概念的用词是否准确、贴切,更要关注概念的科学属性,即概念的内涵和外延。因为科学概念的形成并非一成不变,随着科技的发展和人们认识水平的提高,科学概念的内涵和外延也会发生改变。笔者查阅了部分国内外学者发表的关于biochar的英文论文,发现有些涉及biochar概念内涵和外延的说法存在问题,而国内部分作者未经深入辨析就直接引用,容易误导读者,造成生物炭领域的概念混乱或逻辑错误。鉴于此,本文旨在通过梳理关于biochar(生物炭)概念的发展、演变及其内涵与语词、定义与划分等方面存在的逻辑问题,对本学科的发展发挥积极的推动作用。

  汉语中“炭”“木炭”等文字古已有之。关于“炭”的成语有“坐于涂炭”“雪中送炭”和“生灵涂炭”等。唐朝诗人白居易的《卖炭翁》中开头两句“卖炭翁,伐薪烧炭南山中。满面尘灰烟火色,两鬓苍苍十指黑。”生动描写了中唐时期底层劳动人民“伐薪、烧炭”的艰辛,也反映了古代烧炭原料主要是薪柴、木材等林业生物质原料的事实。千百年来,木炭的主要用途是作为人们生活中炊事、烧烤和冬天取暖等的燃料。但木炭还另有用途,如1971年考古发现,长沙马王堆汉墓密闭的棺椁外面塞填了5000 kg木炭,因木炭具有一定的防潮吸水作用,加上木炭外面又用微晶高岭土密封,使马王堆女尸千年不腐、得以完整保存。可见,在中国古代,木炭既可作为生活燃料,也可用作功能性防腐材料。中国古代劳动人们的智慧是丰富的、创新力是惊人的,但很遗憾这种木炭的制备工艺、技术及其应用大多未能记录和流传下来。利用仪器分析方法,可知木炭中主要成分是“碳”。碳是一种非金属元素,位于元素周期表的第二周期IVA族。“木炭”“煤炭”和“泥炭”等汉字中“炭”由来已久,应当写成“炭”而不是“碳”。利用现代工业分析法,可知木炭、煤炭中含有一定量的挥发分和灰分,不是纯净的碳物质。因此,国内一些学者将biochar翻译成“生物碳”或“生物质碳”等中文语词是不恰当的。

  为推动国家通用语言文字的规范化和标准化,2000年10月31日第九届全国人民代表大会常务委员会第十八次会议修订通过《中华人民共和国国家通用语言文字法》,于2001年1月1日起施行。作为该法的配套规范,2013年6月5日,国务院公布《通用规范汉字表》,这是现代通用汉字在字量、字级和字形等方面的具体规范。可见,即使在科学研究及学术活动中,科研人员要表述一个新的概念,也必须遵守科学、规范、准确的基本原则,严格限制生造文字,但可以用已有的规范汉字组词以表述新的科学概念。

  科技名词术语是科学概念的语言符号,科学概念是用词语或者术语表述的。概念和语词既紧密联系而又相互区别。语词是物质的外壳,概念赋予词语一定的意义和内容。但是,概念是反映对象特有属性的思维形式,语词是概念的物质标志,二者不能混淆。在抽象与概括的基础上,人们形成各种不同的概念,包括内涵和外延两部分。不同语词可代表同一概念。例如,英文biochar一词,与中文“生物炭”“生物焦”和“生物质炭”等这些不同的语词代表的基本属于同一概念,其内涵也基本相同。然而,尽管可用不同的语词表述同一概念,但作为专业名词,应当采用简明、确切、规范和公认的语词。概念的语词可以有2字、3字、4字或5字等,如木炭是2字,生物炭是3字,生物柴油是4字,生物质颗粒是5字。相比于生物质炭(4字),生物炭(3字)更为简练和顺口。

  英文中以bio-为前缀的新单词不断出现。科技人员会根据新的发现拼写出新的单词以表达新的概念。在国际学术界有人拼写出biochar这个新名词之前,charcoal这个英文单词早已存在。Charcoal的意思是“炭,木炭;炭笔;木炭画”等。《新英汉词典》对char的解释为:作为动词的意思是“(把…)烧成炭”“(把…)烧焦”“(把…)烧黑”;作为名词的意思是“炭,木炭”。显然,biochar这个单词是以bio-为前缀,嫁接上char这个词根而构造出的新英文单词。

  学术界究竟是哪位学者最早在学术刊物上采用biochar这个关键词发表英文论文,又是哪些国内学者最早将biochar引入而以“生物炭”或“生物质炭”发表中文论文、报道学术成果,尚未考查和核实。值得关注的是,笔者2021年3月通过搜索引擎,检索题目中含有“生物炭”或“生物质炭”的中文科技文献,发现已发表的含有“生物质炭”的文献约10200篇,而含有“生物炭”的文献约88200篇,是前者的8倍多,说明国内更多学者或学术团体趋向认同采用“生物炭”这个语词。

  显然,bio译为“生物”没有异议,char译为“炭”也没问题,将biochar译为“生物炭”,在语言形式和语言结构上,体现了中国文字简明扼要、涵义准确的特点和规律。但为什么有些学者认为“生物炭”是“不科学”“不严谨”,而坚持认为只有“生物质炭”才是准确科学的呢?固持“生物质炭”学者质疑的焦点究竟在哪里?“生物质炭”语词真的贴切、准确吗?针对这些问题,我们认为有必要展开讨论,以理清概念。

  主张“生物质炭”学者认为“生物质炭”更为合适,主要应着眼于制备炭的物料来源是生物质,而不是“生物”。而“生物质炭”才“确切地”表达物料来源是“生物质”;另外,部分学者将“生物炭”与“生物炭化”“有生命的生物体炭化”划上等号,因而认为“生物炭”是不可接受的名词。

  首先,之所以产生这样的误解,可能是对英文前缀bio-和中文的专业术语冠以“生物”两字缺乏深入了解所致。Bio-的原意是“生物的”“生命的”。然而,随着世界范围内清洁能源、低碳经济和可持续发展等理念的提出和科学研究的快速发展,大量带有bio-前缀的科技词汇,已衍生出“生物质资源”“源于生物质”等涵义。尤其是进入21世纪以来,在可再生能源工程、材料科学与工程、环境科学与工程和生物医学工程等领域衍生出大量新词汇。上世纪80年代的英文期刊《Biomass》,曾经是国内较早开展生物质能研究的学者十分关注的一本学术刊物。后来《Biomass》与《Energy in Agriculture》并入《Biological Wastes》,于1991年改名的为《Bioresource Technology》。从该刊物名称的字面上理解,中文直译似乎是“生物资源技术”。实际上,这本刊物报道的大量研究成果与生物质资源利用有关,这里的bioresource实则上是指biomass resource。另外,在材料学科领域,“bio-(生物)”还有其他含意,如“bio-plastics(生物塑料)”是指“生物可降解塑料”,其相对于非生物降解的石油基塑料,具有明显的环保优势;“biomaterial(生物材料)”是指用于与生命系统接触和发生相互作用的生物医学材料,这里的“bio”体现了材料的生物功能性与生物相容性。例如,“聚乳酸”(polylactic acid)是一种源于生物质(如玉米淀粉或薯类淀粉)的生物可降解塑料,可作为手术缝合线,痊愈后能被人体吸收,降解为二氧化碳和水,是迄今研发最为成功的一种“生物材料”或“生物塑料”。如果要强调某种材料源于生物质,则往往采用“bio-based material(生物基材料)”。

  有别于源自不可再生的化石资源(如煤炭、石油和天然气等),冠以“生物”两字的能源领域专业名词,如生物柴油(biodiesel)、生物乙醇(bioethanol)和生物甲烷(biomethane)等,都是源于可再生的生物质资源。这里的“生物”实际上就是“源于生物质”的意思,或是“生物质基”的简称,而不是“生物的柴油”……。同样地,用“生物炭”作为biochar概念的中文语词,用词规则是一致的,形式逻辑上严谨、合理。我们也可以理解为,“生物炭”就是“生物质基炭”或“生物基炭”的简明缩略语词。笔者查阅不同时期发表的一些中文期刊论文,关于“生物炭是生物质原料通过热解制备或热化学转换得到的富碳固体产物”这一基本涵义,是许多作者普遍认可的观点。几乎没有一个作者在定义或解释“生物炭”概念时,会认为原料是“生物”或者“生物体”而不是生物质。

  其次,将“生物炭”与“生物炭化”划等号,这样的解读是将概念的“语词”与概念的“内涵”混淆了。这是一种逻辑错误的特殊形式。不难理解,“炭”是名词,“炭化”是动词;生物质炭化是生物质转化利用的一种加工方法和途径,其固体产物可称之为生物炭。

  如前所述,概念的内涵和语词既有联系,又有区别。概念是一种类型的思想,即通常所述的是一种思维形式,它是对客观对象的一种反映;语词不是对客观对象的反映,它只是用来表达概念、标志事物的一组笔划或一组声音,只是一组符号而已。例如“柴油”概念是什么?柴油是从石油中分馏出来的做燃料用的轻油,挥发性比润滑油高,比煤油低;柴油主要由原油蒸馏、催化裂化、热裂化、加氢裂化、石油焦化等过程生产的柴油馏分调配而成,也可由页岩油加工和煤液化制取。如果我们望文生义,从“柴油”这个概念语词的字面上去理解,认为柴油是“由薪柴制备的油”或“柴里榨取的油”。显然,这样演绎、推论和理解科学术语是极其荒谬的。

  前文对“生物炭”语词的质疑进行了辨析,那么,“生物质炭”语词是否就一定是贴切的呢?笔者并不以为然。第一,如果要从字面上表明或强调原料来源,那也应该是“生物质基炭”或“生物基炭”。显然,这些5字、4字的概念语词用字偏多,都不如“生物炭”简明扼要。第二,正如不应将“生物炭”解读为“生物的炭”,我们也不应将“生物质炭”解读为“生物质的炭”,因为生物质原料经过热化学转化,其化学结构和组成发生了质的变化(请注意:这不是物理变化)。这种稳定的富碳固体产物已经不再具有生物质原料的特性或属性,还能称为“生物质炭”吗?笔者由此联想到,在生物质转化技术中,通常由生物质压缩成型获得的颗粒状固体产物称为“生物质颗粒(biomass pellet)”。其之所以称为“生物质颗粒”,是因为生物质物料通过机械压缩、致密成型等物理变化,固体产物基本保留了原料的生物质属性。然而,由生物质通过物理化学转化获得的液体产物“生物柴油”,或由生物质通过生物化学转化获得的液体产物“生物乙醇”,已不再具有生物质原料的原有属性和本质特征,不适合称为“生物质柴油”或“生物质乙醇”。相应地,由生物质通过热化学(快速热解)获得的液体产物称为“生物油(bio-oil)”,不适合称为“生物质油”。综上推论,由生物质热解炭化或水热炭化转化获得的固体产物应称为“生物炭”,而不适合称为“生物质炭”。此外,生物炭(biochar)是生物质原料经过热解或热化学转换得到的富碳固体产物,主要由芳香烃和单质碳或具有类石墨结构的碳组成,一般含有60%以上的碳元素,有的学者则认为碳含量应大于70%。笔者也注意到,有的企业在产品包装上注明是“生物质炭”,其中碳含量≥40%。如果碳含量可以低到40%,这还是富含碳的“生物炭”吗?这是否很容易让人疑虑是一种“生物质+炭”的混合物呢?若确实如此,则应该叫做“生物质炭”,而不应该叫“生物炭”,因为它既含有一定量的炭物质,又含有大量的生物质。

  另外,在能源专业领域,“生物质能”与“生物能源”是有差别的,但因缺乏相关知识的普及,大量非专业人士将“生物质能”等同于“生物能源”,以为它们表达的是同一概念。有别于太阳能、风能、地热能和潮汐能等,“生物质能(biomass energy)”是目前唯一能储存和运输的一种可再生能源的资源(energy resources),如秸秆、薪柴和树枝等;“生物能源(bioenergy)”是指生物质通过一定的转换技术而获得的能源制品或产品(energy products),如生物柴油和生物乙醇等生物燃料(biofuel)。相应地,对于生物质经由炭化而获得的富碳固态产物,将其表述为“生物炭”是合理的。

  定义是对一种事物的本质特征或一个概念的内涵和外延的确切而简要的说明,从而使该概念或者事物对象和其他类似对象区别开的一种揭示概念内涵的逻辑方法。如何给biochar(生物炭)下定义?我们可从生物质原料的来源、生物质转化技术或炭化方法、生物炭的结构特征以及生物炭的用途等方面去把握。

  随着人们对巴西亚马逊河流域黑土的不断认识,土壤学家和植物学家们较早关注生物炭在农业的应用。10多年前,笔者参加biochar的一个国际学术会议,曾请教国际著名生物炭专家、英国生物炭研究中心主任Saran Sohi博士关于charcoal与biochar的区别,专家认为,charcoal(木炭)是作为一种燃料的概念而存在。因发现生物炭在改善土壤形态结构、提高肥料利用率、有助植物生长及提高作物产量等方面的功能和用途,土壤学家们较早提出biochar这个新词并赋予其涵义。除了农业方面的应用,早期研究biochar的学者还关注生物炭的物质结构特征(如多孔性、吸附性)及其在环境修复、碳收集与封存的作用。结合文献调研,我们认为早期学者提出biochar的用意是有别于一般用于燃料之传统木炭,biochar的概念是狭义的,是有其特定含义的。

  普遍认为,biochar(生物炭)是农林废弃物(如作物秸秆、树枝、畜禽粪便和水生植物等)在绝氧或限氧条件下热解制备的富碳多孔固体产物。显然,这是从原料的来源和制备方法两方面进行概括的。但其热解制备方法与传统木炭无明显差别,只是热解温度一般低于700℃。这似乎没有什么新意,也没有必要专门构造biochar这个新单词。然而,正如能源领域的研究者关注热解产物的固定碳、灰分、挥发分含量及热值等化学特性;土壤学家更关注的是生物炭的结构以及对土壤质量、植物生长和产量的影响。尽管无法溯源、考证最早提出biochar学者的真正用意,但我们推测,当初采用bio前缀而构造出biochar,不仅指明该类物质源于生物质资源,可能还在表明这是一种有益于生态系统、且有助于植物生长的特殊功能材料,即环境友好材料或生物友好材料,这类似于biomaterial的构词用意。

  生物炭(biochar)由于具有特殊的理化性状及其在全球碳生物地球化学循环、气候变化和环境系统中的重要作用,能指示古环境变化、地质时期火灾发生的史迹、沉积物的地质时间和人类活动历史等,是近些年大气科学、地学和环境科学研究的热点。同时,因学科交叉融合越来越多,土壤、农学、环境、能源和材料等学科领域的学者纷纷加入到生物炭的研究行列。例如,研发针对不同生物质原料特点的制炭新技术,如水热炭化等;分析和表征生物炭的微观结构及材料性能,如比表面积、孔径分布、孔隙率、稳定性和表面功能基团等;拓展生物炭的应用领域,如土壤性能调控、生态环境修复、节能减排及能源开发(如厌氧消化中添加生物炭以提高沼气产量等)、生物质精炼、新型储能材料和炭复合材料制备等。随着人们对生物炭的认识不断深入,其概念的内涵和外延也在演变。Mumme等基于目前不同生物炭生产技术的研发,将传统热解(pyrolysis)方法获得的生物炭称为pyrochar(热解炭),而由水热炭化(hydrothermal carbonization)获得的生物炭称为hydrochar(水热炭)。由此可见,目前有些学者对生物炭的理解应该是广义的,即有别于不可再生的煤炭,来源于可再生的生物质资源制备的富碳物质即为生物炭。然而,国际上也有学者认为,常见的biochar是指含水率较低(含水率约10%)的生物质原料通过热化学方法(如热解、快速炭化或气化等)获得的富碳固体产物;含水率高的生物质通过水热炭化获得的富碳固体产物称为hydrochar(水热炭)。在他们发表的论文中,biochar与hydrochar是同一层次上的划分。这说明国际上有部分学者,至今对biochar的定义或者理解上仍然是狭义的。从制备方法角度,一些中文学者认定生物炭仅指通过传统的热解等热化学方法而获得的富碳固体产物,这对生物炭的理解也是狭义的。

  近年来,一些学者把“torrefaction”也作为“biochar”(生物炭)的一种热化学方法。Torrefaction是“烘培、干燥、烘烤”的意思。我们认为,把torrefaction作为biochar的一种制备方法值得商榷。生物质原料在200~300℃条件下通过直接或间接方式加热(torrefaction),其固态产物主要作为燃料利用,因而是一种提高燃料热值的预处理方法。木质纤维类原料中的水分被蒸发,相对不稳定的半纤维素被分解而转化为部分碳物质,但大量的纤维素和木质素在200~300℃条件下并没有完全分解。因此,由torrefaction(烘培)得到的固态产物不是富碳产物(carbon-rich product),其稳定的碳物质含量不足30%,是一种焦化产物(charred product)或半焦产品,实际上是一种生物质与少量炭的组合物(似乎可命名为生物质炭)。

  划分就是把一个概念的全部对象,按照一定标准,区分为若干个小群的一种揭示概念外延的逻辑方法。任何划分都应包括3个部分:划分的母项、子项和划分的依据。划分要遵守以下规则,否则就是错误的划分:1)划分后诸子项必须互相排斥;2)每一次划分必须按同一依据进行;3)划分后诸子项外延之和要等同于母项的外延;4)划分不能越级。如何划分生物炭?笔者认为,根据生物质原料的来源不同,生物炭可以划分为木炭(如松木炭、杉木炭、栎木炭和桉木炭等)、竹炭(如毛竹炭、刚竹炭和斑竹炭等)、秸秆炭(如稻秸炭、麦秸炭、棉秆炭和玉米秆炭等)和畜禽粪便炭(猪粪炭、牛粪炭和鸡粪炭等)等。根据不同的制备方法,生物炭可以划分为热解炭(pyrochar)和水热炭(hydrochar)等。根据生物炭的不同结构形状,可以划分为成型炭(如球形炭、柱状炭、片状炭等)、碎料炭、粉末炭、微米炭和纳米炭等。此外,根据生物炭的不同用途也可划分,如土壤修复炭、水体吸附炭、空气净化炭、肥料基质炭、生物发酵用炭和食品添加用炭(植物炭黑)等。

  总之,关于生物炭的定义和划分,不能仅局限于原料来源和制备工艺,还应从其结构特征、功能和用途方面认识。根据较早提出biochar学者的构词“初衷”,生物炭还具有碳封存或固碳效应。因此,传统上炊事、烧烤、取暖用的木炭、竹炭或成型炭等用作能源的燃料炭不应归入生物炭范畴。

  生物炭(biochar)的概念既是历史的产物,又随着科学技术的发展和人们认识水平的提高而变化。无论是从原料类型、制备工艺还是结构特征等方面考虑,“生物炭”与“生物质炭”概念的涵义没有本质的差异。概念内涵和语词是紧密联系而又相互区别的,二者不能混淆。采用生物炭词语既简洁、凝练,又涵盖了概念应当包括的碳封存、环境友好或生物友好等诸多方面的内容。因此,建议以后在科研、生产及其应用中予以明确,以达到规范生物质炭化及其生物炭产品的应用,为该技术的推广和规模化、标准化及产业化应用奠定坚实的基础。

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