光合作用图解

科技日报报道，美国康奈尔大学谷物与种植业系科研人员约翰尼斯·莱曼在近期的英国《自然》杂志上发表论文指出，将植物在光合作用过程吸收的碳，经过无氧热分解处理转化为木炭，就可以大大降低大气中二氧化碳的含量，进而解决因温室气体引起的全球气候变暖问题。

众所周知，大量种植树木、恢复植被可以降低大气中二氧化碳的含量，这是因为树木和植被在光合作用过程中需要吸收大量的二氧化碳。与此同时，碳在植物叶子和土壤有机物中的含量不断提高，一旦树木和植被到达成熟期后，由于植物本身，特别是植物残余物质(分解产生的细菌和微生物等还原性生物)的“呼吸”，树木和植被吸收的部分二氧化碳会被再次释放到大气中，光合作用过程中二氧化碳的吸收和排放就趋于平衡。

因此，为了阻止二氧化碳被再次释放回大气，必须要使植物产生的有机碳不能再被还原性生物利用。比如，将伐倒的木材深埋在地下，还原性生物就得不到活动所需的氧气。最简单的方法是：将产生的植物有机物在无氧环境下进行热分解，转化成木炭。虽然木炭中碳的含量是生物质中的1倍，但细菌和微生物无法使用它。而木炭埋藏在土壤中能够保存百年以上，甚至上千年。因为人们早已知道，自然木炭的形成需要这样长的时间。如此这般，植物在光合作用过程吸收的部分二氧化碳就会永久地被固定在地下。

基于上述原理，莱曼教授提出了自己的技术方案。他指出，通常情况下，在生态系统的碳循环过程中，植物经过光合作用吸收的碳，一部分消耗于植物本身的“呼吸”；另外一部分以植物残余有机物的形式沉积到土壤表面，并在这里被细菌和微生物分解。这样，植物和还原性生物可因“呼吸”而将二氧化碳重新排放到大气中。

当然，还可以在上述过程中将植物残余物质收集起来，对其加工处理后提取生物燃料。这种方法在经济上可行，但对于碳的处理来说，无疑是没有效果，因为生物燃料的使用过程，又将释放二氧化碳。

因此，莱曼教授认为，最彻底、最有效的方法是将植物残余物质在无氧环境下进行热分解转化成木炭，再埋藏在土壤中。而对在热分解过程中产生的二氧化碳，可以利用碳捕捉技术进行处理。捕捉到的碳可以用于制造生物燃料；埋藏在土壤中的木炭，可以与农家肥、有机化肥混合，改善土壤结构和肥沃程度，提高土壤的生产力。通过上述两个过程，植物通过光合作用吸收的碳将最终得到有效处理。

根据莱曼教授的计算，将二氧化碳转化成木炭的技术在三种情况下可以广泛运用，使用任何一种方法可以使美国每年减少10%的二氧化碳排放量。第一，对工业采伐森林中形成的废料进行热分解。大约每公顷森林可以产生3.5吨生物质；第二，对废弃耕地上快速生长的植物进行热分解，每年每公顷可产生20吨生物质；第三，对农作物秸秆进行热处理，每公顷土地可产生5.5吨生物质。所有3种情况下形成的木炭不能燃烧，而是被埋藏到地下。

莱曼教授还算了一笔经济账。他指出，要将二氧化碳转化为木炭的技术推广与实践，首先必须考虑经济上是否有利可图。在美国芝加哥已经有这样的机构，愿意支付4美元来处理1吨二氧化碳。但如此低的价格，恐怕没有人能够接受，赔本的买卖没人做！他预测，未来10年内，处理二氧化碳的价格将会提高到每吨25美元—85美元，当价格达到37美元后，这种技术在经济上才具有吸引力。

看来，莱曼教授的技术虽然可行，但从经济效益方面说，还要等到10年后才可能付诸实践。