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Picarro G2508(生物質(zhì)炭共堆肥方法在實(shí)現甲烷減排目標方面發(fā)揮的作用)

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原文題目: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 

 

原文鏈接:https://doi.org/10.1021/acs.est.2c03467

 

 

 

 01

  背景簡(jiǎn)介

牲畜是人為甲烷(CH4)排放的最大來(lái)源,大型畜牧飼養體系中,畜牧糞便的排放可以貢獻牲畜CH4排放總量的一半。為響應2030年大幅減少牲畜CH4排放目標的呼吁,減排勢在必行?,F有的CH4減排策略是通過(guò)增設厭氧消化裝置來(lái)實(shí)現的,但是該方法在經(jīng)濟上推行困難,另外該方法主要針對畜牧流體糞便,而固體糞便殘留才是CH4排放的主要來(lái)源。   

 

在本篇文章中,專(zhuān)家利用一種新的添加生物質(zhì)炭的堆肥方法,通過(guò)堆肥實(shí)驗和生命周期分析評估體系,測量了奶牛糞便生物炭堆肥的CH4和凈溫室氣體減排的潛力。研究發(fā)現,與沒(méi)有添加生物炭的堆肥相比,生物炭共堆肥方法減少了接近79%的CH4排放量。除了減少CH4外,研究還表明,生物炭生產(chǎn)和應用帶來(lái)的額外氣候效益大大降低了生物炭堆肥對全球變暖影響的潛力。如果用生物炭堆肥取代糞便儲存并補充對其進(jìn)行厭氧消化,則投入更少的消化器即可滿(mǎn)足政策的要求。如果生物質(zhì)炭堆肥方法能夠推廣,就可以大幅降低CH4排放,同時(shí)能夠將通過(guò)奶牛糞便管理來(lái)緩解氣候變化的潛力提高一倍。

 

 

 

 02

  研究方法

生物炭堆肥使用的生物炭原料由約85%的道格拉斯冷杉和黃松木材廢料混合物組成,另有14−15%的杏仁和核桃樹(shù)修剪物,以及小于1%的堅果殼?;旌衔锿ㄟ^(guò)900℃高溫熱解,在35天的實(shí)驗中共反混四次。

 

實(shí)驗過(guò)程中,研究人員通過(guò)將Picarro G2508與靜態(tài)密閉箱連用,每天采集每堆肥料中的9個(gè)排放點(diǎn),重點(diǎn)對CO2、CH4和N2O三種氣體進(jìn)行監測。另外研究者也對堆肥的元素/離子組成、孔隙度、比表面積、電鏡表面形態(tài)等多種指標參數進(jìn)行分析。

 

圖1:每日堆肥堆測量的溫室氣體采樣設計如圖。從每根樁的北側、南側和頂部的三個(gè)部分對溫室氣體進(jìn)行采樣,共進(jìn)行九次測量(P1、P2、P3)。九個(gè)采樣位置用帶有相應編號的白色圓圈標記。樁長(cháng)約30米,寬3米,高1米。

 

圖為35天堆肥實(shí)驗中累積CH4(a)和CO2(b)排放量。CH4排放量為每千克干料中的每克CH4排放。CO2排放量為每千克干料中每克 CO2排放。黑色曲線(xiàn)顯示生物炭共堆肥的累積排放量,黃色曲線(xiàn)顯示堆肥的累積排放量。每條曲線(xiàn)的陰影區域顯示了每個(gè)樁氣體流量測量的95%置信區間。

 

結果顯示,在堆肥過(guò)程中加入生物炭時(shí),甲烷的排放量顯著(zhù)減少。生物炭共堆肥的甲烷排放因子比純糞堆肥低79%。在堆肥的前三周,大多數甲烷會(huì )被排放出來(lái)。

 

最后通過(guò)生命周期評估模型(LCA),估算了生物炭堆肥、堆肥和儲存的每個(gè)主要階段相關(guān)氣候影響,并通過(guò)GWB(全球變暖潛能值)進(jìn)行量化。

 

圖2:使用百年GWP模型對分離固體牛糞管理策略的生命周期評估。每個(gè)策略上面的數字是凈GWP(單位:kg CO2eMg−1)。每種顏色代表不同的生命周期階段。

 

結果顯示,與儲存分離固體糞肥的參考系統相比,通過(guò)堆肥或生物炭堆肥管理一噸新鮮固體牛糞時(shí),凈全球變暖潛力(GWP)顯著(zhù)降低。在百年GWP模型結果中生物炭、堆肥和儲存的CO2當量值分別為-535kg、-194kg和102kg。

 

 

 

 03

  研究結論

通過(guò)評估,生物炭堆肥的方法相較于傳統堆肥方法,CH4的排放量可以減少高達79%。另外生物炭堆肥的方法,同時(shí)兼顧了發(fā)電、土壤碳固存、土質(zhì)改良等多種功能。為政府提供減少畜牧業(yè)的溫室氣體排放提供了新的戰略選擇。

 

 

 

 
 

 

 

設備分享

 

 

 

Picarro G2508 可以同時(shí)監測CO2、CH4、N2O、NH3和H2O五種氣體,在畜牧業(yè)溫室氣體排放監測中廣泛應用。因其性能穩定、精度高、響應快的特點(diǎn)受到科研工作者的廣泛好評。

 

 

新品Picarro G2509 對原有G2508進(jìn)行了升級,將CH4的測量范圍提升至800ppm,并對NH3的測量進(jìn)行了重大優(yōu)化。更加適合在畜牧行業(yè)的應用。

 

如需了解更多設備詳情,請與北京世紀朝陽(yáng)科技發(fā)展有限公司聯(lián)系。

 

本期責任編輯:吳闖

審核:王繼軍


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