不影响气候的能源生产是我们这个时代面临的主要环境挑战之一。2021 年全球能源生产在能源来源方面的分布情况* 显示，尽管可再生能源的比例在不断增加，但化石燃料仍占最大份额。考虑到能源需求在 2050 年之前都将持续增长，扩大可再生能源的生产就显得尤为重要。因此，世界各地的许多研究人员都致力于寻找新的、高效的方法来生产气候中立的能源。

Ostwestfalen-Lippe应用科学大学的环境研究人员开展了一个有趣的研究项目。他们开发了一种创新方法，可将污水污泥和粪便转化为潜在有用的生物炭产品，其性质类似于褐煤。这种高度便捷的废物处理工艺可以为环保型固体燃料提供一种可行的新来源。这种方法的优势在于，它使用的是本来无法用于可持续能源生产的原材料。

*信息来源：Statista

该项目由 Ostwestfalen-Lippe 大学环境工程和应用计算机科学系废物管理和垃圾填埋技术教研室主任 Hans-Günter Ramke 教授牵头实施。

Max Planck胶体与界面研究所之前的一项研究成功地从有机材料中获得了生物炭，受此启发，Ramke教授的团队旨在创造一种新方法，将城市有机废物转化为有用的燃料副产品。鉴于气候友好型能源生产是我们这个时代面临的主要环境挑战，该项目为解决这一挑战提供了巨大的潜力。

Ramke教授的团队在最初测试阶段使用的许多材料都是难以处理的废品，包括污水污泥以及秸秆、泥浆和液态粪便等农业废料。他们的测试还利用了有机工业和商业废品，如甜菜浆、废谷物、咖啡产品残渣、烘焙废料和剩菜剩饭。

研究人员使用了一种名为水热碳化（HTC）的工艺，将这种半固态有机废物在 180 °C 至 240 °C 的温度下加压煮沸数小时，类似于高压锅。这样就产生了生物炭--一种类似木炭的物质，看起来与褐煤相似，含有大量的碳和氢。

在这一过程中，发生了一些惊人的现象： 有机质转变为类似褐煤的物质。

据Ramke教授和他的团队介绍，这种 HTC 生物碳具有比原始材料更高的热值（即可释放的能源潜力），并且可以通过标准处理工艺轻松干燥，使其更适合用作燃料。此外，制造生物碳的过程还能将有机废物转化为一种稳定的碳形式，这种形式的碳不易逸散到大气中，因此，除了具有其他环境效益外，生物碳还是一种有效的碳捕获方法。

在创造一种新的燃料生产方法时，必须有一种可靠的方法来验证最终产品的质量。拉姆克教授很快意识到，废物管理的标准分析方法不足以满足 HTC 方法的要求。

最初，团队试图通过评估最终产品的含水量、点火损失、总有机碳 (TOC) 含量和热值来评估最终产品，但这并不能提供他们所需的有关碳化过程有效性的信息。因此，研究小组选择使用 vario MACRO（vario MACRO cube 的前身）分析 CHNS（碳、氢、氮和硫），以提供更好的见解。

利用 vario MACRO，他们能够精确测量氢/碳和氧/碳比率的变化。这为研究人员提供了所需的证据，证明他们的 HTC 方法成功地提高了碳含量和能量密度，从而提高了最终生物炭产品的热量，同时还有效地分离了水和二氧化碳含量。

最后，研究小组采用了我们的 liqui TOC（与 soli TOC® cube使用相同的升温原理的前身），以进一步深入了解生物碳中的有机碳含量，为确认最终产品的质量提供额外的手段。

得益于Ostwestfalen-Lippe大学团队的智慧结晶，一种可用于多种商业用途的气候中和燃料的新生产方法得以建立。

在试用了几种不同的废品作为 HTC 方法的原料后，研究小组发现，该方法对富含碳水化合物、高水分的来源（如污水污泥、泥浆和液态粪便）效果最佳。这意味着 HTC 方法可以成为将这些废料转化为有用的生物炭的重要工具，这种生物炭非常适合在中型燃烧设备中产生工艺热，特别是用于水泥厂的燃烧。

既然元素分析已经证明了 HTC 方法的可行性和有效性，Ramke 教授认为这种方法可能会引起工业和商业用户的极大兴趣。

它需要工厂建设者和潜在用户迈出下一步。我们开发了一个容器系统来测试其有效性。我们的设备是移动式的，我们可以来到工厂操作人员身边。在这里，我们可以测试该工艺在实际条件下的表现，以及如何以最佳方式适应现有的各种材料流。

Hans-Günter Ramke教授