随着全球温室气体排放引发的极端气候等不良后果日益严峻，各国纷纷作出重大承诺，积极采取更为有力的举措，大力削减碳排放量，全力争取在本世纪中下旬达成净零排放的目标。一时间，碳达峰与碳中和成为备受瞩目的媒体热词。
然而，工业的持续发展以及社会的正常运转，使得一些固有碳排源难以在短期内被截断，在此情形下，负碳技术便成为与碳排放相向而行以实现碳中和的关键所在。但究竟何为负碳技术？它又是怎样助力达成碳中和的呢？今日就让我们一同深入探讨这一话题。
逼近红线的危机在人类文明的早期阶段，碳排放量曾是文明进步的显著标志，那时能源利用是碳排放的主要驱动因素。从原始的草木，到薪柴木炭，再到焦炭、煤炭，直至现代的石油等能源形式，所燃烧的物质以及燃烧的方式长期以来都是衡量当时社会文明发展程度的关键指标。
但伴随文明的持续演进，碳排放量逐渐逼近危险红线。依据政府间气候变化专门委员会IPCC的气候报告测算，与工业化之前相较，在2010至2019这短短十年间，人类社会高强度的碳排放致使气候变暖幅度达到0.9-1.3℃，已然迫近巴黎协议中所规定的1.5或2℃的气候变暖红线。
由于全球范围内温室气体含量的不断攀升，极端气候以及生态危机愈发频繁地出现，国际社会由此逐渐形成一种坚定共识，即需要各国携手合作，大幅遏制当下无节制的碳排放行为，积极探寻更为清洁高效的能源，以此推动经济发展，进而确保全球生态的可持续运行。
碳中和的希望为实现这一目标，科学家们将目光聚焦于负排放技术。所谓负碳技术，通俗来讲，就是致力于从大气中移除超标的二氧化碳，并对其进行稳定储存甚至功能性转化的技术。
当前实现负碳的核心思路主要涵盖两个方向：其一，借助环境技术的开发、介入修复以及增强生态系统中的自然力量，依靠生态系统的光合作用将空气中的二氧化碳转化为自然碳汇，从而达成碳的移除与储存。
具体而言，通过研发新型育种种植技术，推动大规模植树造林活动的开展，加速海洋生态、渔场、贫瘠土壤生态等的修复建设，进而恢复包括旱地、湿地以及盐碱地等生态薄弱区域的生物量，使植物与土壤协同作用，吸收并固定二氧化碳。
其二，运用人工技术直接从大气甚至工业废气中捕获二氧化碳，将其用于甲醇、乙醇等绿色燃料的制备以及碳材料的转化等，实现稳定储存，或者借助深海、深地乃至枯竭油气田等特殊稳定地质条件进行碳捕集利用与封存。
当前，维持经济发展的巨大惯性致使地球碳排放强度依旧处于高位，负碳工程技术体系尚在持续完善之中。随着各国对减排降碳以及绿色发展理念的进一步深入理解，未来的负碳技术必将在这一巨大的时代机遇中迎来更为蓬勃的发展态势。此外，水能、光能、风能以及核能等清洁能源也在不断被纳入现代能源供应体系之中。
变废为宝的负碳实践然而，面对急剧扩大的能源供应缺口以及提升碳减排效率的现实迫切需求，负碳生物质的高价值开发不仅能够作为传统能源的有益补充，更具备制备多种高效能功能生物碳材料的潜力，从而成为助力碳达峰和碳中和目标实现的关键力量，这也引出了一个饶有趣味的问题：这些经过制备的碳材料是如何以碳易碳并最终达成负碳效应的呢？
实际上，随着近现代科学技术的迅猛发展，人们对于生物质碳化制备过程中的调控机制有了更为深刻的认识。碳从最初单纯的燃烧材料逐步被赋予了众多全新的功能，涵盖化学工业、新能源电池、碳基催化剂、土壤改良剂等工业与农业领域，承载着构建碳中和世界的殷切期望。
我们不妨通过一个具体的应用实例来深入探究碳材料究竟是怎样实现负碳功能的。传统农业生产过程中会产生大量诸如稻秆、麦秆等农业废弃物，若仅仅采取简单焚烧的方式处理，将会引发严重的环境污染以及温室气体排放问题，这无疑是对这一庞大生物质储量的巨大浪费。通过低温催化、热解等工艺，将这类时效性较强的生物质进行转化，制备成生物质炭，并依据测土配方的方式与化肥搭配使用。
如此一来，不仅能够一举攻克简单焚烧所带来的环境难题，同时还能在很大程度上削减化肥的投入量，显著改善土壤质量并提高作物产量。
生物质炭转化中国尤为重视生物质炭的实际应用。自2010年起，中国已有超过100家公司投身于生物炭业务领域，并在主要农作物产区精心挑选了示范点，开展了多个试点项目，取得了良好的经济效益与生态效益。生物质炭在农业领域的开发利用仅仅只是其功能开发的冰山一角。伴随现代材料科学的逐步建立，物质分析手段日益丰富多样，我们对于炭材料功能开发机制的理解也在持续深化。
碳已然从一种简单的清洁热源迅速蜕变成为一种多功能材料，广泛应用于新能源电池开发领域，具备各种生物活性，可用于土壤改良的特殊结构构建，在化学工程、金属冶炼乃至医药卫生等众多行业中都发挥着重要作用，成功实现了将烧炭这一古老的能源获取方式向当今前沿负碳技术开发的华丽转型。
最后，随着对生物质源的生物碳转化制备研究的不断深入，如何全方位拓展可转化生物质的品类，进一步降低生物碳转化的门槛并拓宽其应用前景显得至关重要。
事实上，作为一种广泛存在的生物有机物质，碳转化的源头源自生物体的光合作用，即通过光合作用将空气中的二氧化碳固定为含碳有机物，从而参与整个生态圈的碳循环流动。而在生物质的碳转化工艺过程中，如何最大程度地减少二氧化碳转化过程中产生的碳逃逸现象，甚至实现对空气中二氧化碳的逆向捕捉，已然成为当前生物质碳转化制备领域的技术前沿。
在这一过程中，以催化技术为代表的现代生物质制备技术为生物质的定向、高效制备以及更为丰富的功能开发带来了革命性的进步。其中最为核心的技术突破点在于通过催化捕捉反应炉中的二氧化碳等含碳气体，并将其转化为生物质，从而大幅提升碳的转化效率。
合肥工业大学邢献军教授团队开创性地提出了一种固溶分压技术，其本质是在高温、高压、密闭的环境中将碳化过程中产生的含碳气体重新捕捉并固定于生物质分子内部，使得生物质所含碳元素尽可能全部转化为生物质制品，进而实现碳转化率提升至60%左右。
迈向碳中和尽管相较于自然界生物碳化历经成千上万年的漫长造化反应，反应炉中仅需几天乃至几个小时的碳化周期已然堪称人类工业的奇迹，但现代工业追求分秒必争的高效，如何在更大规模上增加原料物料的投放量，缩短碳化周期，并最终生产出高碳转化率的生物质炭产品，成为生物碳制备迈向大规模工业化的关键一步。
生物圈的碳循环在一定程度上呈现出一种缓慢增加大气中含碳气体浓度的趋势，从行星气象的宏观视角来看，这将会给地球带来巨大的气候以及生态危机，甚至可能彻底破坏当前微妙的大气平衡和光热循环模式。
生物质作为植物在光热条件下光合转化空气含碳气体而形成的有机体宏观形态。基于生物质的生物炭转化不仅是实现变废为宝的重要途径，更是人类以负责任的态度积极参与生态碳循环的关键探索。
作为一种环境友好型材料，开发并推广生物质炭产品，不仅能够规范农林废弃物乃至污泥等的回收处理流程，还能为大气环境中的碳固定与高效利用提供有力工具。生物质碳的催化制备使得自然界成千上万年的转化周期在以分钟为单位的极短时间内得以实现。其下游丰富且潜力巨大的生物质炭应用前景，又进一步将生物质炭制备开发产业转化为一股强大的新兴生产力，从而真正推动碳中和的产业化、规模化发展，为最终实现双碳目标贡献巨大力量。
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