应用案例

Picarro G2508（生物质炭共堆肥方法在实现甲烷减排目标方面发挥的作用）

发表时间：2024-04-17

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原文题目：Brendan P. Harrison et al，Dairy Manure Co-composting with Wood Biochar Plays a Critical Role in Meeting Global Methane Goals，Environmental Science & Technology，2022，ASAP

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.2c03467

背景简介

牲畜是人为甲烷（CH₄）排放的最大来源，大型畜牧饲养体系中，畜牧粪便的排放可以贡献牲畜CH₄排放总量的一半。为响应2030年大幅减少牲畜CH₄排放目标的呼吁，减排势在必行。现有的CH₄减排策略是通过增设厌氧消化装置来实现的，但是该方法在经济上推行困难，另外该方法主要针对畜牧流体粪便，而固体粪便残留才是CH₄排放的主要来源。

在本篇文章中，专家利用一种新的添加生物质炭的堆肥方法，通过堆肥实验和生命周期分析评估体系，测量了奶牛粪便生物炭堆肥的CH₄和净温室气体减排的潜力。研究发现，与没有添加生物炭的堆肥相比，生物炭共堆肥方法减少了接近79%的CH₄排放量。除了减少CH₄外，研究还表明，生物炭生产和应用带来的额外气候效益大大降低了生物炭堆肥对全球变暖影响的潜力。如果用生物炭堆肥取代粪便储存并补充对其进行厌氧消化，则投入更少的消化器即可满足政策的要求。如果生物质炭堆肥方法能够推广，就可以大幅降低CH₄排放，同时能够将通过奶牛粪便管理来缓解气候变化的潜力提高一倍。

研究方法

生物炭堆肥使用的生物炭原料由约85%的道格拉斯冷杉和黄松木材废料混合物组成，另有14−15%的杏仁和核桃树修剪物，以及小于1%的坚果壳。混合物通过900℃高温热解，在35天的实验中共反混四次。

实验过程中，研究人员通过将Picarro G2508与静态密闭箱连用，每天采集每堆肥料中的9个排放点，重点对CO₂、CH₄和N₂O三种气体进行监测。另外研究者也对堆肥的元素/离子组成、孔隙度、比表面积、电镜表面形态等多种指标参数进行分析。

图1：每日堆肥堆测量的温室气体采样设计如图。从每根桩的北侧、南侧和顶部的三个部分对温室气体进行采样，共进行九次测量（P1、P2、P3）。九个采样位置用带有相应编号的白色圆圈标记。桩长约30米，宽3米，高1米。

图为35天堆肥实验中累积CH₄（a）和CO₂（b）排放量。CH₄排放量为每千克干料中的每克CH₄排放。CO₂排放量为每千克干料中每克 CO₂排放。黑色曲线显示生物炭共堆肥的累积排放量，黄色曲线显示堆肥的累积排放量。每条曲线的阴影区域显示了每个桩气体流量测量的95%置信区间。

结果显示，在堆肥过程中加入生物炭时，甲烷的排放量显著减少。生物炭共堆肥的甲烷排放因子比纯粪堆肥低79%。在堆肥的前三周，大多数甲烷会被排放出来。

最后通过生命周期评估模型（LCA），估算了生物炭堆肥、堆肥和储存的每个主要阶段相关气候影响，并通过GWB（全球变暖潜能值）进行量化。

图2：使用百年GWP模型对分离固体牛粪管理策略的生命周期评估。每个策略上面的数字是净GWP（单位：kg CO₂eMg^−1）。每种颜色代表不同的生命周期阶段。

结果显示，与储存分离固体粪肥的参考系统相比，通过堆肥或生物炭堆肥管理一吨新鲜固体牛粪时，净全球变暖潜力(GWP)显著降低。在百年GWP模型结果中生物炭、堆肥和储存的CO₂当量值分别为-535kg、-194kg和102kg。

研究结论

通过评估，生物炭堆肥的方法相较于传统堆肥方法，CH₄的排放量可以减少高达79%。另外生物炭堆肥的方法，同时兼顾了发电、土壤碳固存、土质改良等多种功能。为政府提供减少畜牧业的温室气体排放提供了新的战略选择。

设备分享

Picarro G2508 可以同时监测CO₂、CH₄、N₂O、NH₃和H₂O五种气体，在畜牧业温室气体排放监测中广泛应用。因其性能稳定、精度高、响应快的特点受到科研工作者的广泛好评。

新品Picarro G2509 对原有G2508进行了升级，将CH₄的测量范围提升至800ppm，并对NH₃的测量进行了重大优化。更加适合在畜牧行业的应用。

如需了解更多设备详情，请与北京世纪朝阳科技发展有限公司联系。

本期责任编辑：吴闯

审核：王继军