移动式生物炭在矿山闭坑中的应用：高成本碳负排放生长介质价值链的技术经济与生命周期评估

为解决矿山闭坑中传统覆盖材料（如泥炭）的高碳排放问题，研究人员通过生命周期成本（LCC）和环境评估（LCA）分析了四种生长介质（含生物炭、堆肥污泥、粉煤灰等）的价值链。结果显示，生物炭基生长介质虽成本增加51–71%，但可实现负碳排放（-49.7 kg CO2eq m-3），为矿山生态修复提供可持续解决方案。

　　

矿山闭坑是采矿活动终结后的关键环节，传统覆盖材料如泥炭（peat）和冰碛土（till）虽能促进植被恢复，但泥炭开采会释放大量二氧化碳（CO₂），加剧气候变化。同时，全球对关键矿产的需求激增，欧盟《关键原材料法案》（CRMA）推动新矿山开发，进一步凸显闭坑材料的可持续性问题。在此背景下，如何平衡生态修复需求与碳排放控制成为行业难题。

芬兰自然资源研究所（Natural Resources Institute Finland, Luke）的研究团队提出了一种创新方案：利用移动式热解装置将废弃木材转化为生物炭（biochar），并与堆肥污泥（composted sewage sludge, COM）、粉煤灰（fly ash, ASH）等循环生物经济副产品混合，形成高性能生长介质。通过技术经济分析（LCC）和生命周期评估（LCA），他们比较了四种介质配方的成本与环境效益，相关成果发表于《Cleaner and Circular Bioeconomy》。

研究采用多学科方法：1）基于真实矿山（Boliden Kevitsa镍矿）数据构建价值链模型；2）通过移动式热解装置（AMACEE 1700）生产生物炭，量化其碳封存潜力；3）结合欧盟碳排放交易体系（EU ETS）价格评估经济可行性；4）采用ISO 14040/44标准进行LCA，区分生物源与化石源碳排放。

3.1 生物炭生产成本与环境影响

生物炭生产成本达851欧元/吨，主要源于移动热解装置的低效率（850 m³/年）和高人力投入。但生物炭的长期碳封存能力（87%碳稳定性）使其成为唯一实现负碳排放（-49.7 kg CO₂eq m^-3）的组分。

3.2 闭坑方案成本对比

含10%生物炭的配方（BC-COM-TILL）成本最高（28.60欧元/m³），比传统泥炭方案（PEAT-TILL）高71%。但若计入碳信用（52.56欧元/吨CO₂eq）和副产品（焦油、木醋液）收益，成本差距缩小至10欧元/m³。

3.5 气候效益

生物炭方案的总碳排放为-65.8 kg CO₂eq m^-3，而泥炭方案高达74.7 kg CO₂eq m^-3。堆肥污泥和粉煤灰因经济分配规则（零上游排放）表现优异，但N₂O排放仍是主要贡献源。

讨论与意义

该研究首次量化了生物炭在矿山闭坑中的碳负排放潜力，尽管成本较高，但其环境效益和植被促进作用（Hagner等2021年证实生物炭使植物生物量增加71–250%）具有战略价值。敏感性分析表明，若碳排放价超130欧元/吨或热解效率提升50%，生物炭方案将具备经济竞争力。研究为欧盟绿色新政（Green Deal）和循环生物经济战略提供了实证支持，同时揭示了政策干预（如碳定价）和技术优化（集成化生产）对推广此类解决方案的关键作用。未来需进一步验证生物炭在极端环境下的长期稳定性，并探索更低剂量（1–3%）的应用效果以降低成本。