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从“炭”变“碳” 环保当道炭业没落?

想一想,你平时有没有吃炭烤面包、炭炒粿条、用木炭或竹炭吸附异味、净化水质、应用含炭护洁产品如牙膏牙刷面膜、进食竹炭的面包蛋糕甜点、搬新家时跨过炭正燃烧着的火炉……?炭,其实无所不在。炭与碳有差别吗?炭与生物呼出的二氧化碳又存在什么关系?使用炭是否会伤害地球呢?减碳时代的来临,是不是意味制炭业注定走向没落?

碳(Carbon)、炭(Charcoal)、二氧化碳(Carbon dioxide,CO2)虽然形态各异,性质不同,但本质上都是由碳元素构成。

碳以多种形式广泛存在于大气和地壳及生物之中,可与其他元素结合形成无数的化合物,例如当碳遇上氧气便会产生一氧化碳、二氧化碳等化合物,而炭则是碳元素众多同素异形体之一,其他碳的同素异形体还包括石墨、钻石、富勒烯等。

如果把这3者关系拟人化,碳就像一个“多产的祖先”,而二氧化碳、炭大概就是这个家族的后代!

炭,从制造到使用,都与二氧化碳关系密切。

炭比木头更环保

思特雅(UCSI)大学化学与石油工程系高级讲师叶瑞彬博士介绍,当木材在有氧气环境下燃烧(比如露天焚烧),不仅污染空气制造二氧化碳而且产物是灰烬。

若是在高温但隔绝空气的环境下进行“燃烧”,例如把木材或其他有机物放入炭窑内并且封闭出口,炭窑里的木材或其他有机物会分解成更小的分子或元素,这个过程称之为热裂解(Pyrolsis或称炭化),成品就是木炭。

在热裂解的过程中,除了把木材熏制成炭,也会产生水蒸汽、一氧化碳、二氧化碳、醋、甲醇等副产品。

另外,利用木炭起火煮食或取暖时,木炭里的碳与空中的氧气结合,便会制造出二氧化碳等温室气体;换言之,若炭没有被燃烧,也就不存在制造温室气体的问题。

有没有想过一个问题,既然炭的原材料是木材,为何不直接燃烧木材取暖或烤烧,还要多此一举使用木炭呢?除了炭更容易取得及方便易携之外,对于化学专业出身的叶瑞彬来说,还有另一个理由:用炭比用木头更环保。

砍伐树林也应栽树

要知道,树木内部含水量多,直接燃烧木头会产生大量烟雾和有害气,对环境造成较大污染。而木炭在制作过程中经过高温碳化,水分和杂质较少,燃烧时产生的烟雾和有害气体相对较少,对环境的影响会更小。

当然,没比较就没伤害,如果拿炭与煤气来比较,自然是后者产生的污染物更少。

考量到人们不可能为此而停用木炭,叶瑞彬提醒,砍伐树林时也应该栽种树木,让新生的树木通过光合作用吸收空气中的二氧化碳,形成良性的碳循环,如此一来才能减少对环境的影响。

用途广泛需求稳定

时代虽然进步,人们普遍以煤气炉或电磁炉取代炭来煮食,但炭并未因此而遭到淘汰,相反的,炭的需求稳定成长中,因为它的用途极为广泛,包括:

●净水与空气过滤:木炭的吸附能力可以有效净化水质和空气。

叶瑞彬将木炭比作海绵,两者都具有高度多孔的结构。海绵的孔隙可以吸收大量水分,而木炭的孔隙则能有效吸附空气中的异味分子,正是由于这种独特的结构,木炭成为了一种高效的除臭剂,而竹炭也被用来净化水质,但他提醒市面上竹炭产品质量参差不齐,部分产品可能含有重金属等有害物质。为了保障健康,消费者应选择具有“食品级”认证的竹炭,以便可以更安全地用于饮用水净化。

●烹饪:燃烧后产生热能烹煮食物。

●医疗:木炭可以吸附并减少体内的毒素。例如药用炭片可缓解腹泄。

●工业:木炭在冶金、化工等行业也有广泛应用。

●艺术:木炭是绘画、雕刻等艺术创作的常用材料。

●户外活动:取暖及生火

竹制炭更优质

叶瑞彬指出,目前市场对木炭的需求仍然高企,同时也在寻找更多可持续的木炭生产来源,例如竹不仅生长周期短,可以快速再生,而且竹子内部孔隙结构更大、更规则,比表面积也更大,具有更强的吸附能力,被认为是品质更优的炭。

除了木材与竹子,含碳的植物如玉米根、稻壳、甘蔗、椰子壳、棉花、西瓜皮甚至是塑料都可用来尝试制成炭,但相比其他材料,木材富含木质素、纤维素和半纤维素,碳含量高,炭化效率高、品质更稳定,成为制炭首选林材料。

“需要多长的时间、多高的温度才能炭化,每个东西都不相同,例如玉米根因为水分较多,需要用比较长的时间才能被炭化,品质当然也不如木材制成的炭来得好。”

在大马众多树中当中,红树林以4大优势成为木炭的首选材料:

1、碳含量高,转化效率高:红树林富含碳元素,更容易在炭化过程中转化为木炭。

2、生物量丰富,资源充足:红树林生态系统蕴含丰富的生物质,包括树干、根系和凋落物等,为木炭生产提供了充足的原材料。

3、多孔结构,提升炭质:红树林拥有多孔结构,有助于在热裂解的过程中形成高品质木炭;

4、耐腐耐用,品质稳定:红树林通常具有天然抗腐蚀性,结合其多孔结构,使得红树林产出的木炭具有优异、稳定品质和耐久性。

红树林制炭打造永续经济

在当前的环保减碳爱地球大趋势之下,制炭业在很多人看来成了夕阳产业,但叶瑞彬、思特雅大学(UCSI)机械及机械电子工程系高级讲师邓家豪博士、Nets EcoVenture总执行长骆雅蕙却不认同。

邓家豪及叶瑞彬同时也是“UCSI-蕉赖低碳革新中心研究联盟”的联合发起人,Nets EcoVenture则是大马绿色环保印刷领域的领军品牌NetsEco集团的永续服务公司,也是上述联盟的企业伙伴。3人今年应看见十八丁(Persatuan Rimba Kuala Sepetang)总协调庄白祺之邀赴十八丁参观红树林、炭窑后认为,制炭业依旧具备潜能。

循环经济产业链

骆雅蕙指出,十八丁的炭窑和红树林保护区拥有百年历史,在全球享有盛名,其中红树林保护区更被视为可持续红树林管理的典范。若十八丁的工业生产亦可达到可持续发展需求,成功打造循环经济产业链,可成为他人学习的典范。

“炭窑是当地主要的经济支柱之一,如果贸然淘汰它,是否真的符合可持续发展的理念呢?这值得深思,”她以当地一家炭窑为例指出,炭窑东主为第二代接班,深谙现代化技术能大幅提升效率也对如今的低碳趋势了然于心,但对方也考虑到若全面现代化对传统炭窑文化保存和当地社区的经济冲击。

她解释,传统炭窑的建造工艺承载着深厚历史文化底蕴,是当地文化的重要组成部分,同时当地居民的生计(砍伐、运输、制炭)与传统炭窑息息相关。若悉数机械化生产,将导致员工失业,因此对方选择了循序渐进的展开变革。

利用炭捕捉减碳排放

在他们看来,虽然炭窑会排出二氧化碳,但可通过导入新工艺,把制炭过程中产生的二氧化碳捕捉和储存起来,进而可生产出“零碳排放量的木炭”,当然,如果能把被捕捉的气体循环再用无疑更为理想。她说:“大家可能会认为,炭捕捉技术的应用主要集中在大企业和工业领域。实际上,即使是传统炭窑也可以应用类似的技术。”

除了技术上的革新,选择替代材料亦有助于制炭业实现绿色转型。

邓家豪指出可考虑以生长速度惊人的竹子来取代红树林。他预测,未来马来西亚可能大规模种植竹子,以替代部分木材原料。

但……这涉及不小的资金吧?邓家豪不否认需要资金的注入,但他提醒企业考虑长期效益而非短期成本,毕竟大马迟早会如西方国家般实施碳税和碳交易制度,届时已经做好准备的企业将能够更好地应对挑战,从中获益。

从“碳”认识气候变化

骆雅蕙强调,碳并非全然皆负面,在倡导减少二氧化碳排放的同时,也应该认识到不同形式的碳所带来的便利和益处。唯有对碳有全面了解,才能更好地应对气候变化,实现可持续发展。

“当大家都在说减碳排放时,其实要先看回碳元素以及对真正使用的碳、炭有正确的观念,才能够很好地去运用和减该减的东西。”

邓家豪和叶瑞彬进一步指出,二氧化碳虽然是导致全球变暖的主要温室气体,但也是地球生命赖以生存的必需品。如果没有二氧化碳,植物就无法进行光合作用,地球上的食物链也将崩溃。

此外,二氧化碳在工业生产中也有广泛的应用。

吃炭安全吗?

炭可以吃吗?自然是可以的,否则市场上就不会有许多添加了“炭”的食品,比如竹炭面包、竹炭月饼等。

叶瑞彬表示,事实上全球至今尚未有完善的法规管控食用竹炭粉,不过欧洲食品安全局曾表明植物炭可以有限度用来充当食物颜料,而大马的国际清真认证也允许使用竹炭粉充作颜料,美国食品药物管理局如今则规定要销售竹炭粉必须取得认证。

“烧烤用的木炭,或者用来做燃料的煤炭都是不能吃的,必须是食用等级的炭,通常它是用来增加食物的风味和外观,让它看起来变得高级,不过,竹炭并不是人体必需的营养素,我们需要蛋白质、碳水化合物但不需要通过吃炭来获取能量。”

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国际

上个月运回地球 小行星样本含水与碳

(休斯顿12日讯)美国太空总署(NASA)日前成功从小行星“贝努”取回样本,11号公布初步分析结果,NASA署长尼尔森表示,小行星的样本中含有水和碳分子,这两种物质都是构成生命的重要材料,有助探索生命的起源。

小行星“贝努”存在超过45亿年,是已知最古老的小行星之一,NASA耗时7年、航行超过62亿公里,终于在上个月成功取回样本,而样本中富含碳与水,也为生命材料源自外太空的理论,提供了更多证据。

美国太空总署当日也向外展示了上月由太空船运送回地球的第一批小行星样本,这是有史以​​来返回地球的小行星样本数量最多的一次。

这些古老的黑色尘埃和土块,来自距离地球约6000万哩、名为贝努的小行星。

美国太空总署的OSIRIS-REx太空船三年前收集了这些样本,然后在上月才送回地球。

美国太空总署日前宣布,该样本可用于确定我们太阳系的早期历史,将在本周稍后时间揭示任务期间收集的内容。

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