04.08.2025北京科吉环境技术发展有限公司
碳移除（CDR）项目是指从大气中捕获CO2并储存在耐用的碳汇中的项目，作为应对气候变化的关键技术路径之一，其在全球碳治理体系中占据重要地位。在CDR自愿碳交易机制下，涵盖了多种技术类型的项目，生物炭固碳便是其中被广泛认可的一类。目前，Puro.earth发布的碳移除方法学中，就包含生物炭（Biochar）、地质储存碳（Geologically Stored Carbon）、增强岩石风化（Enhanced Rock Weathering）等6类。
Puro.earth是依托区块链与人工智能技术的碳信用额交易平台，旨在增强碳市场透明度、追溯性和运行效率，凭借前沿技术和严谨审核机制，已成为欧洲领先的自愿碳市场平台之一。与传统碳抵消不同，其认证的CO2移除证书（CORC）更强调高质量CO2去除，为生物炭等CDR项目交易提供重要支撑。目前，国内嘉兴通高科技公司在该平台开发的生物炭碳移除项目已通过初步评估，进入认证阶段，该项目以农作物秸秆、园林废弃物等为原料，经专业热解设备转化为生物炭，每日可处理约50吨农业废弃物，产出10吨生物炭。
依据目前研究成果，学者将生物炭定义为由动植物及农林废弃物，在限氧或缺氧条件下经高温热解炭化形成的富碳固体产物。制炭原料主要为木质和非木质纤维素类生物质，基于不同生物质炭种类及环境条件，生物炭中大部分碳可保留几十年甚至上千年，这使其成为CDR机制中极具潜力的固碳技术。
生物炭的固碳机制
生物质废弃物通过失水、活性物质挥发、结构断裂和崩塌等一系列热解炭化过程对生物结构进行重构，完成从废弃物原料到生物炭的转变。随着热解炭化温度升高，分子从非晶态碳结构逐步转化为石墨微晶态结构，由芳香族化合物与矿物及其他功能基团组成生物炭的“骨架”，相比于生物质原料，生物炭晶体尺寸更大、整体结构更加有序。这种孔隙结构具有极高的碳稳定性，能够通过物理作用吸附和保护有机碳，并使其固持的碳能够在土壤中长期留存。此外，孔隙结构有极高的比表面积，为温室气体提供了大量吸附位点，进一步增强了对温室气体的物理捕获，实现物理降碳的目标。
生物炭的固碳效果不仅依赖于其物理特性，更源于其独特的化学与生物机制协同作用。生物炭通过表面丰富的官能团、电荷特性及高吸附能力实现化学固碳，与土壤结合，将有机碳（POC）转化为稳定的有机-矿物复合体（MAOC），使其免遭微生物分解。此外，因其多孔结构，借助电荷转移效应温室气体与表面官能团反应，能够显著减少氧化亚氮（N2O）的释放。同时，通过化学作用抑制产甲烷菌并促进甲烷氧化菌活性，从而可降低甲烷（CH4）排放。在生物固碳方面，生物炭通过调控土壤微生物群落和功能，提升微生物碳利用效率，减少呼吸碳损失，增加微生物生物量碳积累，还通过强化根际过程，改善土壤肥力和结构，促进植物根系发育，增强根系生物量和分泌物，从而提高土壤碳含量。
图1 生物炭在土壤碳封存的固持作用[1]
生物炭实际运用场
生物炭在生态修复和废水处理中都具有极大实际应用价值。
在生态修复领域，生物炭作为一种多功能土壤改良剂，通过改善土壤健康、提升肥力和促进作物生长，显著实现作物增收。利用生物炭进行土壤治理，其不同官能团与土壤阳离子交换，能有效提高土壤氮、磷含量，进而提升养分利用率。在热带和亚热带地区的酸性紫色土壤中，使用生物炭可显著提升土壤pH值，增强养分可用性，降低铝等有毒元素的溶解度。生物炭的孔隙结构为微生物提供了理想的栖息地，提高微生物活性，有助于土壤团聚体形成，改善土壤结构，为植物生长和养分循环创造更为有利的环境[6]。田间试验数据显示，生物炭的应用显著增加土壤总氮含量，减少氮肥流失，从而提升氮肥利用效率[7]。
在工业领域的废水处理中，生物炭可作为催化剂实现水体中污染物的高效去除，能将有机污染物矿化，或转变成低毒性和易降解的副产物。不同原料制成的生物炭官能团不同，因其孔隙结构使其表面电荷有更多的吸附点位，增强了对金属离子的吸附能力，从而可用于去除铅、镉、铬等有毒重金属，使其成为成本效益高的废水处理材料。在处理养殖废水的过程中，可利用沼渣为原料制作的生物炭经电化学氧化过程去除废水中难降解的废水有机物，有效缓解废水造成的环境破坏[8~10]。
图2 生物炭改造农田营养[11] 图3 废水处理[12]
基于Puro earth 平台的生物炭碳移除项目开发流程
图4 Puro earth 生物炭方法学封面[14]
2019年，Puro.earth推出生物炭的碳去除方法学，规定了申请生物炭碳移除项目的要求、生产要求、全生命周期评估以及如何量化100年碳去除量的方法，其原理是将废弃生物质转化为具有长期化学和生物稳定性的生物炭，因其在环境中的高度抗降解能力实现去除CO2的目标。
1. 项目类型要求
1.1 生物炭类型与生产要求
合格的生物炭生产活动是将废弃生物质通过热解或气化等缺氧/无氧过程转化为生物炭，并要求生产过程中将热解排放的甲烷排放降至极低水平，并依据摩尔氢与有机碳的比值，对生物炭材料稳定性进行评估，当材料的（H/Corg）小于0.2时在环境中归为难以分解的物质。
生物炭的原料必须来源于有可持续来源的生物质，或废弃生物质，如农业废弃物、生物可降解废弃物、城市木材废弃物或食物废弃物（若为农业废弃物，需保留30%残留在田间以维持土壤健康）。生物炭只能投入在碳存储的场景中，如土壤改良、废水处理等，禁止作为燃料或还原剂使用。
在生产生物炭过程中可使用化石燃料，对过程产生的热解气应燃烧或回收，以此避免甲烷的排放，生物炭产品的H/Corg需小于0.7。全产业链应按照ISO 14040/44的标准开展生命周期评估（LCA），并证明整个链条过程的净负排放。同时生产过程需要满足国际及地方的相关环境保护和安全规定，防止火灾、粉尘危害以及健康危害。
1.2 生产设施能力核查要求
核查内容包括，活动是否符合Puro标准的一般规则和本方法学的具体要求；评估环境与社会保障措施，需提供环境影响评估（EIA）、许可或其他相关文件，确保不对周边生态和社区造成重大危害；验证项目的“额外性”，证明CO2移除具备的碳金融（carbon finance）属性，而非法律强制要求，并提供财务数据证明与分析。此外，核查员需检查生产设施是否能够以可靠方式测量和量化生物炭产量，以满足CO2移除量化的要求，并负责收集核验生产设施及供应商的信息，诸如生产合规证明、年产量信息、具有合规减排路径。
2. CO2移除证书（CORC）的颁发要求
该证书核发依据是生物炭的生产过程符合方法学要求，明确生物炭生产商即为CO2移除供应商，并证明生物炭产品并非作为能源使用。
3. 生命周期评估（LCA）与基线
CO2移除供应商参考全生命周期的方法计算排放量和移除量，依照保守原则默认基准线排放为零，系统边界为从摇篮到坟墓（cradle-to-grave），包括生物质生产与供应、转化为生物炭、分配与使用全链条的排放。
图5 Puro earth 生物炭方法学系统边界
4. CO2移除量化方法
计算特定报告期内（即给定生物炭产量下）生物炭生产活动所产生的CO2移除（CORCs）数量。
4.1 100年净碳封存总量方程
图6 Puro earth 生物炭方法学计算公式
计算生物炭生产活动在给定报告期内碳移除信用（CORCs）总量的总公式。其中“吨”指公吨（即1000千克），所有项均为正值。
4.2 生物炭碳储存量（Estored）
Woolf对生物炭的研究证明，生物炭的碳固持能力受到时间范围（Time horizon）与土壤温度（Soil temperature）的影响[13]。方法学中，将生物炭时间范围定在100年，不同气候条件下生物炭固碳效果存在显著差异，因此，该方法必须应用在土壤年均温度14.9°C左右（5°C至25°C之间）的农田。目前还未有研究针对非土壤地面使用生物炭的研究，如果用于非土壤地面，方法学将采用保守原则。
式中：
Qbiochar表示生物炭产量，指报告期内生产的生物炭总量，以干燥吨（t）生物炭为单位计量。必须注意排除所有水分，因为包含水分会高估实际固碳量。
Corg表示生物炭产品中的有机碳含量，以干燥有机碳重量与干燥生物炭重量的比值表示。该数值需通过具有代表性的采样方法对制成的生物炭进行实验室分析测定。若使用多样化的生物质原料生产生物炭，则需特别注意对每种类型或批次单独进行化学分析。
FTH,Tsp表示持久性因子，指生物炭有机碳在特定时间范围TH内、特定土壤温度TS条件下的持久性。该指标也被称为生物炭碳稳定性，以百分比(%)形式表示。
44/12是CO2摩尔质量与碳摩尔质量之比。该系数可将碳含量转换为对应的CO2含量。
假设以生物炭A为例，干重1000t，使用唯一原料制造实验室测得数据Corg为83.9%，土壤温度14.9℃时间为100年时FTH,Tsp为88.6%，固持2727吨（t）CO2。
图7 Puro earth 生物炭方法学碳移除计算示例[14]
4.3 生物质生产与供应排放量（Ebiomass）
应对生物质生产及供应至生物炭生产场所进行生命周期评估。生物质生产与供应的生命周期评估包含三项要素：
生物质生产：包括生物质种植和收获过程中所有相关活动产生的温室气体排放，如机械和燃料的使用、肥料生产、施肥后土壤排放、机械制造和处置。
直接土地利用变化：代表因土地覆被或土地管理变化而在生物质种植地点产生的排放。这可能包括重新造林过程中CO2和其他温室气体的排放，也可能包括砍伐森林残余物或农业残余物时地上和地下碳储量的损失。在多数情况下，直接土地利用变化被赋予零值，但必须通过明确的参考情况进行充分论证。
生物质运输：包括将生物质从收获地点运输到生物炭生产地点所产生的排放，包括理想状态下的燃料排放，车辆和道路基础设施排放。
4.4 生物炭制造过程排放（Eproduction）
该排放源来自生物炭生产过程的生命周期评估。包含从生物质转化为生物炭过程中所有活动产生的温室气体排放。
生命周期评估中可能涉及的相关活动清单：
现场生物质处理（设施内生物质的运输或输送）；
生物质的干燥、削片、粉碎和/或筛分；
热解反应器及后热解设备运行（如热解燃烧、烟气处理系统）或气化反应器及后处理设备运行；
生物炭淬火及其他后处理操作（如包装、活化）；
现场生物炭处理（设施内生物炭的运输或输送）；
对于上述每项活动，都应涵盖所有生命周期阶段（制造、使用和处置）。例如，热解反应器的运行应包括反应器的制造和安装、运行反应器所需的物料和能源投入、反应器烟囱的直接空气排放，以及反应器的维护和处置。同样，生物质干燥和破碎则应包括干燥和破碎设备的制造与处置、设备运行时的直接能源消耗（如电力或供热），以及设备运行和维护过程中涉及的其他消耗品。
4.5 生物炭使用（Euse）
排放源来自对预期生物炭用途的生命周期评估，包含生物炭在运输和处置过程中产生的所有温室气体排放，直至被处理到无法分离的矿物基质使用为止。
1. 提交所需证明材料
生物炭生产设施产出的生物炭，通过审核员针对生产设施的第三方核查后即被认定具备获得CO2移除证书的资格。第三方核查确保相应CO2移除确已发生，相关环境与社会保障措施落实到位，且该CO2移除行为符合方法学定义的永久性标准。
需要提供至少包含以下三个部分的材料：生物质相关、生物炭生产、生物炭使用。
生物质相关证明包括：来源与可持续性证明如森林生物质需FSC、SFI等认证；非森林废弃物需证明可持续采集；LCA数据分阶段呈现温室气体排放贡献。
生物炭生产相关证明包括：连续计量生物炭干重记录；实验室分析数据有机碳、氢含量、H/Corg计算过程，以及应用相关的质量检测；符合当地环境法规，并提交污染物排放评估及改进措施。
生物炭使用相关证明包括：提供销售协议或运输文件，确保生物炭未作为燃料使用；土壤温度选择依据；通过Puro Registry唯一标识CORC，避免双重计算等证明文件。
结语
目前生物炭固碳移除技术已取得了一定成果，固碳原理涉及物理、化学和生物等多个方面，在农业、工业及区域碳减排等领域都展现出了良好的应用前景。Puro.earth碳移除（CDR）方法学严格限定了生物炭的生产、使用和量化标准，确保其碳封存效益的可测量、可验证和永久性，制定了合理的开发流程，为生物炭碳移除项目的开发、认证和交易提供了标准化框架，可作为其他碳移除技术方法学的参考模板。未来，仍需进一步深入研究生物炭固碳的机制，优化开发流程，提高生物炭的质量和应用效率，以应对全球气候变化和实现可持续发展目标。
参考文献
1. Simeng Li ,Biochar for Soil Carbon Sequestration: Current KnowledgeMechanisms, and Future Perspectives ,Journal of Carbon Research ,2023,9,67
2. Johannes Lehmann,Biochar for sustainable carbon sequestration and global soil enhancement,
3. Muhammad Mahroz Hussain,Carbon-based amendments for sustainable remediation of arsenic-contaminated paddy soils: An insight to greenhouse gases,
4. Candelaria Bergero,Biochar as a carbon dioxide removal strategy in integrated long-run mitigation scenarios,Environ. Res. Lett. 19 (2024) 074076,Ecotoxicol Environ Saf .,2025 Jul 15:300:118382.
5. Chakri Voruganti, Biochar Applications in Soil Restoration: Enhancing Soil Health and Carbon Sequestration,Environmental Reports.,2023.5.1.01
6. Jiazhen Hu, Microstructure and Microorganisms Alternation of Paddy Soil: Interplay of Biochar and Water-Saving Irrigation, 2025, 14, 1498.
7. Ana María Díaz, Phytoremediation strategies for the reclamation of tailings and mining soils in an active open-pit site,2025.121464.
8. Yunchun Zhang, An Overview of Heavy-Metal Removal from Water with Biochar,Vol.05 No.04(2017).
9. Xu Pei,Electrochemical oxidation of aquaculture wastewater by biogas residue biochar: Effects of chloride and removal of organic pollutants, biombioe.2025.107959.
10. 谭小飞,生物炭材料及其在水体中污染物去除领域的应用,科学观察,2019, 14(6): 44-47
11. 科学家提出粮食生产碳中和新路径.新华网.2023.2.20
12. 中企承建的孟加拉国污水处理厂.新华网.2022.8.25
13. Woolf D, Lehmann J, Ogle S, et al (2021) Greenhouse Gas Inventory Model for Biochar Additions to Soil. Environ Sci Technol.
14. Puro earth Biochar Methodology Edition 2022 Version 3.
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