旱傘草水熱炭的穩定性特征及固碳潛能

王雨婷，陳冠益，2，3，李磊，崔孝強*

（1.天津大學環境科學與工程學院，天津 300372；2.天津商業大學機械工程學院，天津 300134；3.西藏大學理學院，拉薩 850012）

近年來，由于溫室氣體過量排放引起的全球變暖等氣候問題給人類的生存和發展帶來嚴峻的挑戰。2019年，中國碳排放量達10.175 Gt，占全球碳排放量的27.9%。基于此，我國政府在第75屆聯合國大會上提出，中國將于2030年前達到碳排放峰值，于2060年前實現碳中和。2021年7月16日，我國碳排放權交易市場上線交易正式啟動，為實現碳達峰目標與碳中和愿景跨出了重要一步。我國目前正面臨巨大的固碳減排壓力，因此迫切需要發展有效的固碳減排技術。生物炭是生物質在隔氧或缺氧條件下經熱解形成的富碳固體產物，其在土壤中高度的穩定性使其對原料中的碳具有顯著的封存效應，而且能夠抑制土壤中溫室氣體的排放并通過促進作物增產進一步固碳。因此，生物炭在農業固碳減排和緩解溫室效應方面具有重大潛力。

生物炭的固碳效果主要受其自身穩定性及應用環境的共同影響，因此系統理解生物炭的穩定性對于評價其固碳能力具有重要的參考價值。現有研究表明，生物炭的穩定性主要取決于其原料性質、制備技術以及溫度等關鍵工藝參數。趙金鳳等的研究結果表明，木質素含量較高的玉米秸稈生物炭的熱穩定性優于同溫度下制備的小麥秸稈生物炭，而木質素和纖維素含量低、灰分含量高的小麥秸稈生物炭的化學穩定性更強。李劉軍等的研究表明，高溫玉米秸稈生物炭（700℃）因其不穩定性含氧官能團總數減少和烷基鏈趨于芳香化而熱穩定性最強，但中溫生物炭（500℃）對HO和KCrO的抗氧化性最強。魯濤等基于生物炭培養降解研究亦指出在300～700℃范圍內，高溫制備的污泥生物炭降解速率更慢，穩定性更強。盡管目前關于生物炭的穩定性已經開展了一些研究，但其主要聚焦于以農作物秸稈等為原料制備的熱解生物炭，而對于以濕地植物為原料的生物炭涉及較少，且關于采用水熱碳化技術制備的水熱生物炭的穩定性也是鮮有研究。我國濕地總面積高達5 360.26萬hm，其中人工濕地面積為674.59萬hm，人工濕地運行過程中會產生大量濕地植物殘體，將其焚燒或堆肥處理都會釋放大量的溫室氣體，而利用濕地植物制備生物炭可被視為一種有前景的資源化方式和固碳減排策略。考慮到濕地植物較高的含水率，采用熱解技術制備生物炭將產生較大的能量損耗，而水熱碳化技術則可以在較低溫度下直接處理高含水量的濕地植物生物質以獲得水熱生物炭。然而，目前鮮有關于濕地植物水熱炭穩定性的研究，尤其關于不同水熱碳化溫度對于濕地植物水熱炭穩定性的影響機制更是尚未明晰，有待于進一步探究。

旱傘草（L）是人工濕地中常見的挺水植物，生物量大、適應性強，對污水中氮、磷等具有良好的去除效果，種植面積較大。基于此，本研究以典型濕生植物旱傘草為原料，利用水熱碳化技術在不同溫度（200～260°C）下制備水熱炭，采用多種分析表征技術解析其結構和性質，基于穩定性系數（）、元素指標分析（O/C）和抗氧化性分析（HO氧化）三方面探究制備溫度對水熱炭穩定性的影響機制，并對不同溫度旱傘草水熱炭的固碳潛能進行評估，為濕地植物水熱炭在固碳減排中的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 水熱炭的制備

本試驗所用原料旱傘草（L）為莎草科莎草屬多年生草本植物，取自浙江省杭州市臨安人工濕地。旱傘草在該人工濕地中種植面積較大，作為典型的挺水植物，其株高可達150 cm左右，生物量大，收割后可作為燃料或動物飼料。本研究所用旱傘草于7月份其生長旺盛期收割，將收割后的旱傘草原料用自來水洗凈后自然風干，在80℃下干燥24 h，而后磨成粉末待用。水熱碳化反應在2 L高壓攪拌反應釜（4520 Series，Parr Instruments，美國）中進行，將上述旱傘草粉末樣品與去離子水以1∶10的比例混合，以3℃·min的升溫速率升至預設溫度（200、220、240℃和260℃），保溫2 h后自然降至室溫，所得水熱炭樣品按照反應溫度分別命名為CA200、CA220、CA240及CA260。

1.2 水熱炭理化性質分析

水熱炭產率測定：水熱炭產率為制備所得水熱炭質量與旱傘草原料質量之比。

水熱炭pH測定：將水熱炭與去離子水以1∶20（g∶mL）的比例置于玻璃瓶中，搖勻后在25℃下于恒溫振蕩器中振蕩24 h，樣品取出后用pH計（PB-10，Sartorius，德國）測定液體pH，每個處理樣品3個重復。

水熱炭灰分測定：準確稱取0.400 0 g水熱炭樣品于瓷坩堝中，敞口置于馬弗爐內，于750℃下灰化5 h，冷卻至室溫后稱取質量。灰分含量為灰化后剩余樣品質量與水熱炭的質量之比，每個處理樣品3個重復。

水熱炭元素含量測定：運用CHN元素分析儀（Vario MICRO，Elementar，德國）進行水熱炭中C、H、N元素含量的測定，O元素含量通過差減法扣除灰分后計算得出，每個處理樣品3個重復。

水熱炭表面官能團分析：運用傅里葉變換紅外光譜儀（Nicolet 6700，ThermoFisher，美國）進行分析，將待測水熱炭粉末和KBr粉末混合研磨，壓片后上機測試。測試條件為掃描波數范圍4 000～500 cm，分辨率2 cm，掃描累加次數32。

水熱炭物相分析：采用X射線衍射儀（X'Pert Pro，PANalytical，荷蘭）測定，工作管電壓和管電流分別為40 kV和40 mA，掃描角度2為10°～80°，步長為0.026°。

1.3 水熱炭穩定性分析

1.3.1 水熱炭熱穩定性分析

采用熱重分析儀（TGA/DSC1/1100，Mettler-Toledo，瑞士）測定水熱炭樣品的熱重-差熱（TG-DTG）曲線。稱取3～4 mg旱傘草水熱炭樣品，在空氣氣氛下以10℃·min的加熱速率由25℃升溫到800℃，每個處理樣品3個重復。根據溫度與樣品質量關系繪制TG曲線，求導繪制DTG曲線。

采用HARVEY等提出的生物炭穩定性系數（）對旱傘草水熱炭的穩定性進行評估。該方法原理為通過熱重分析試驗加速模擬生物炭的分解過程，計算公式為：

式中：和分別為水熱炭和石墨氧化50%時的溫度，℃，該值取自扣除水分和灰分校正后的水熱炭和石墨TG曲線。

1.3.2 水熱炭化學穩定性分析

水熱炭的化學穩定性采用HO氧化法測定。稱取0.1 g碳當量（指碳元素含量為0.1 g時對應的水熱炭的質量）的水熱炭于40 mL玻璃瓶中，加入7 mL 5%的HO，在80℃下恒溫48 h，而后在105℃下干燥12 h，每個處理樣品3個重復。水熱炭中的化學穩定碳（）表示為氧化反應后殘留的碳，按公式（2）計算：

式中：和分別為氧化處理前、后水熱炭的質量，g；和分別為氧化處理前、后水熱炭的碳含量，%。

1.4 固碳潛能

生物炭的固碳潛能即生物質轉化為生物炭后施加到土壤，經多年后的最終碳保留量。本試驗采用系數對水熱炭的固碳潛能進行評估：

式中：為原料旱傘草的質量，g；為水熱炭的產率，%；C為水熱炭中碳元素的含量，%；為水熱炭的穩定性系數；C為原料旱傘草中的碳元素含量，%。

為衡量單位面積旱傘草轉化為水熱炭的長期固碳潛能，采用公式（4）測算：

式中：為每公頃旱傘草水熱炭的長期固碳潛能，kg·hm；C為原料旱傘草中的碳元素含量，%；為公式（3）所得的旱傘草水熱炭固碳系數，%；Y為旱傘草的產量，kg·hm。

全國人工濕地中旱傘草轉化為水熱炭的長期固碳量計算公式為：

式中：CS是全國旱傘草水熱炭的長期固碳量，Mt·a；為公式（4）求得的旱傘草水熱炭的長期固碳潛能，kg·hm；S為全國人工濕地中旱傘草的年種植面積，hm·a。

水熱炭的長期固碳潛能的CO當量計算公式為：

式中：為水熱炭的長期固碳潛能的CO當量，Mt·a；CS是公式（5）所得的全國旱傘草水熱炭的長期固碳量，Mt·a；為CO的相對分子質量，數值為44.0；M為碳元素相對原子質量，數值為12.0。

1.5 數據分析

利用SPSS22.0軟件對數據進行單因素方差分析（One-way ANOVA），并采用Tukey HSD法進行各處理間（不同制備溫度）相應指標均值的顯著性差異檢驗，采用Pearson系數分析相關性（＜0.05或＜0.01）。利用Origin 2018軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同溫度制備水熱炭的理化性質

2.1.1 水熱炭基本理化性質

4種溫度下制備的旱傘草水熱炭的基本理化性質如表1所示。隨著水熱碳化溫度的升高（200～260℃），旱傘草水熱炭的產率在55.33%～33.79%范圍內逐漸降低，最大降幅可達21.54個百分點。水熱炭的pH和灰分含量分別隨制備溫度的升高而呈顯著（＜0.05）和極顯著（＜0.01）增加的趨勢。不同溫度制備的水熱炭的pH間有顯著差異（＜0.05），但始終維持在酸性范圍內（4.98～5.53）。旱傘草水熱炭CA260的灰分含量為12.65%，分別比CA200、CA220和CA240增加了6.83、5.60個和4.28個百分點。隨著水熱碳化溫度的升高，水熱炭中C和N元素含量呈極顯著增加的趨勢（＜0.01），分別由CA200的50.53%和1.34%增至CA260的67.45%和2.33%；而H和O元素含量則逐漸降低，分別由CA200的5.87%和36.44%降至CA260的5.22%和12.35%；相應地，水熱炭的H/C原子比隨制備溫度升高而逐漸減小，從CA200的1.39降至CA260的0.93。隨著水熱碳化溫度的升高，水熱炭的穩定性指標之一的O/C原子比由CA200的0.54降低到CA260的0.14，水熱炭的穩定性逐漸增強。

表1 不同溫度旱傘草水熱炭的基本理化性質Table 1 Basic physicochemical properties of hydrochars derived from CA at different temperatures

2.1.2 水熱炭紅外光譜（FTIR）分析

如圖1所示，不同水熱碳化溫度所制備的旱傘草水熱炭表面均具有較豐富的官能團，但也存在一定差異。在FTIR圖中，3 690～3 000 cm是—OH的伸縮振動峰，2 921 cm和2 852 cm處為—CH的伸縮振動峰，隨著水熱碳化溫度的升高，—OH的伸縮振動峰逐漸減弱；1 697 cm和1 600 cm處為芳香環C=C和C=O的伸縮振動峰，隨溫度升高該區吸收峰逐漸增強；1 456～1 367 cm范圍內的峰強度很弱，可能是—CH的其他振動峰；1 160～1 032 cm范圍內的峰是C—O的伸縮振動峰，隨著水熱碳化溫度的升高峰強度逐漸減弱。

圖1 不同溫度旱傘草水熱炭的紅外光譜圖Figure 1 FTIRspectra of hydrochars derived from CA at different temperatures

2.1.3 水熱炭X射線衍射分析（XRD）

不同溫度下制備水熱炭的XRD分析結果如圖2所示，CA200和CA220樣品在=15.5°、22.5°和34.4°處呈現出3個比較顯著的峰，是纖維素Ⅰ的特征峰，其中在15.5°和22.5°附近是纖維素的晶面衍射特征峰。隨著水熱碳化溫度升高，在為15.5°附近的峰基本消失，22.5°附近的峰呈變寬趨勢，纖維素結晶態逐漸被破壞。在所有旱傘草水熱炭的XRD譜圖中都出現了KCl的衍射特征峰（為28.3°、40.2°、50.2°和66.6°），且隨著水熱碳化溫度的升高，KCl衍射特征峰在一定程度上有所增強。

圖2 不同溫度旱傘草水熱炭的XRD譜圖Figure 2 XRDpatterns of hydrochars derived from CA at different temperatures

2.2 水熱炭穩定性及固碳潛能分析

2.2.1 熱穩定性分析

如圖3所示，不同溫度下制備的旱傘草水熱炭的熱重曲線呈現出較大的差異。水熱炭的TG-DTG曲線可分為4個質量損失階段：在初始升溫階段（＜200℃），水熱炭質量損失速率較緩慢，約減少原始質量的2.6%～3.7%；在第二階段（200～350℃），低溫水熱炭CA200和CA220質量損失速率遠高于高溫水熱炭（CA240和CA260），分別在311.5℃和312.5℃達到最大質量損失峰，最大質量損失率為0.71%·℃和0.66%·℃，而在碳化較為完全的高溫水熱炭的DTG曲線中并未有此質量損失峰；在第三階段（350～550℃），低溫水熱炭CA200和CA220仍出現了明顯的質量損失峰，而高溫水熱炭CA240和CA260的最大質量損失峰進一步后移到457.5℃和470.0℃；在第四階段（550～800℃），水熱炭的質量損失速率較低，熱重曲線基本趨于穩定。

圖3 不同溫度旱傘草水熱炭的TG曲線和DTG曲線Figure 3 TGand DTGcurves of hydrochars derived from CA at different temperatures

基于上述熱重分析結果，本研究利用穩定性系數（）對不同溫度下制備的旱傘草水熱炭的穩定性進行了進一步比較。如表2所示，隨著水熱碳化溫度的升高，旱傘草水熱炭的值從0.47增加至0.59，高溫水熱炭的熱穩定性要優于低溫水熱炭。

2.2.2 化學穩定性分析

本研究選用HO作為氧化劑評價旱傘草水熱炭的化學穩定性。如表2所示，水熱炭的化學穩定碳（）含量隨其制備溫度的升高呈現出先增加后降低的趨勢，不同水熱碳化溫度制備的水熱炭的含量有顯著差異（＜0.05）。隨著水熱碳化溫度從200℃升高至220℃，水熱炭的含量從50.82%增加至54.14%；但隨著水熱碳化溫度繼續升高，高溫水熱炭中含量呈下降趨勢，CA240和CA260的含量分別降至48.78%和46.85%。

表2 不同溫度旱傘草水熱炭的穩定性系數（R50）和H2O2氧化后化學穩定碳（?）含量Table 2 Stability coefficient R50 and the contents of?after H2O2 oxidation of hydrocharsderived from CA at different temperatures

2.2.3 固碳潛能分析

由表3可知，不同溫度下制備的旱傘草水熱炭的固碳系數（）差異較小，在30.21%～31.54%之間波動，以每公頃旱傘草為單位計量的固碳潛能（）在2 539.22～2 651.16 kg·hm范圍內變化，CA260的和值顯著高于其他溫度制備的水熱炭。依據估算結果，我國現有人工濕地中旱傘草的水熱炭年產量可達1.96～3.21 Mt·a，短期固碳量可達1.32～1.62 Mt·a，短期CO減排當量為4.85～5.95 Mt·a，其隨水熱炭制備溫度的升高而顯著降低（＜0.01）。作為評價水熱炭固碳能力更為關鍵的指標，年產旱傘草水熱炭的長期固碳潛能可達0.75～0.79 Mt·a，長期CO減排當量為2.76～2.88 Mt·a，高溫水熱炭CA260的長期固碳潛能顯著高于其他溫度制備的水熱炭。

表3 不同溫度旱傘草水熱炭的固碳特征Table 3 Carbon sequestration characteristics of hydrochars derived from CA at different temperatures

3 討論

3.1 不同水熱碳化溫度對水熱炭理化性質的影響

生物炭的制備溫度是影響其理化性質的關鍵因素之一。AGNIESZKA等和張偉明等綜述了熱解溫度對于熱解生物炭理化性質的影響，而本研究中旱傘草水熱炭的理化性質同樣受水熱碳化溫度的調控。隨著水熱碳化溫度的升高，旱傘草水熱炭的pH顯著升高，這與熱解生物炭的規律相同，這主要是由于高溫條件下水熱炭中酸性含氧官能團的降解以及堿性灰分的集聚而導致。本試驗中水熱炭的灰分含量隨制備溫度的升高而極顯著增加（＜0.01，表1），且水熱炭的灰分含量與pH呈極顯著正相關（=0.999，＜0.01），同時FTIR分析顯示水熱炭中含氧官能團特征峰的強度也隨溫度升高而逐漸減弱（圖1），這都與上述解釋相吻合。本研究中旱傘草水熱炭pH始終呈酸性，這與以象草和西瓜皮等為原料制備的水熱炭趨勢一致，但是卻與濕地植物熱解生物炭的堿性特征有較大差異。這是因為水熱碳化過程促進了脫礦化反應，生物質中更多的金屬轉移到液相中，從而使水熱炭的灰分含量較熱解生物炭更低，同時水熱炭中酸性官能團的保留率也更高。目前，國內關于生物炭改良土壤的研究多集中于利用熱解生物炭對南方地區的紅壤與黃壤等酸性土壤進行改良，考慮到水熱炭pH呈酸性的特性，其在堿性土壤的改良應用上應具有很大潛能。與濕地植物美人蕉熱解生物炭和核桃殼熱解生物炭類似，旱傘草水熱炭的H/C和O/C原子比都隨制備溫度升高而降低，表明水熱炭的芳香性和疏水性同樣隨制備溫度的升高而增強。這主要是因為在高溫水熱碳化過程中濕地植物生物質中的含氧官能團如羧基、羥基和羰基等大量損失，而芳環結構則逐漸增加，與FTIR分析的結果一致（圖1）。

3.2 不同水熱碳化溫度對水熱炭穩定性的影響

根據不同溫度制備的旱傘草水熱炭的熱重分析結果可知（圖3），低溫水熱炭CA200和CA220的DTG曲線中仍有明顯的半纖維素、纖維素和木質素的質量損失峰，證實了其碳化并未完全。與之相比，高溫水熱炭CA240和CA260并未出現上述特征峰，且最大質量損失峰出現的溫度遠比CA200和CA220要高，因此碳化程度更完全的高溫水熱炭具有更強的熱穩定性。此外，在CA200和CA220的XRD譜圖中也發現了纖維素Ⅰ的特征峰，但在CA240和CA260譜圖中纖維素結晶態已經被破壞，這與熱重分析的結果一致。趙金鳳等的研究同樣指出，與200℃下制備的玉米/小麥秸稈生物炭相比，500℃生物炭的熱質量損失平臺明顯向右移動，因此高溫生物炭具有更好的熱穩定性。生物炭的穩定性可根據系數值分為3個等級，A級：≥0.7，非常穩定；B級：0.7＞≥0.5，中等穩定；C級：＜0.5，較不穩定。本試驗中僅CA200的值低于0.5，屬于C級，較不穩定；CA220～CA260的值均在0.5～0.7區間內，屬于B級，具有中等穩定性。隨水熱碳化溫度的升高，水熱炭值逐漸升高，也證實了碳化溫度的升高對水熱炭熱穩定性具有增強作用，這與熱重分析及FTIR分析所得的結果相吻合。WINDEATT等以8種農業廢棄物（椰子殼、椰子皮、棉稈、橄欖渣、棕櫚殼、稻殼、甘蔗渣和小麥秸稈）為原料在600℃制備的熱解炭的值在0.46～0.61范圍內，與本試驗所得的值相近，表明旱傘草水熱炭與農業廢棄物制備的熱解生物炭的穩定性相當，具有一定的固碳潛力。

SPOKAS提出的O/C方法也被廣泛作為評價生物炭穩定性的指標，研究指出，O/C＜0.2時，生物炭的穩定性最好，其半衰期能達上千年；O/C在0.2～0.6之間的生物炭半衰期在100～1 000 a之間；而O/C＞0.6的生物炭半衰期小于100 a。本試驗中旱傘草水熱炭的O/C隨著溫度的升高而逐漸降低，FTIR分析結果也同樣表明旱傘草水熱炭中不穩定的含氧官能團隨著制備溫度的升高而逐漸減少。其中，CA200、CA220和CA240的O/C為0.25～0.54，穩定性均處于中等水平；CA260的O/C為0.14，穩定性最佳。這與熱重分析和分析得到的結論一致，均證明較高的水熱碳化溫度能夠提高水熱炭的穩定性。ZHENG等以濕地植物蘆竹為原料在300～600℃制備的熱解生物炭的O/C由0.24降至0.11，趨勢與本研究一致。如表4所示，CUI等和DAI等在500℃制備的旱傘草熱解生物炭的O/C分別為0.14和0.17，與本研究中在260℃制備的旱傘草水熱炭的O/C（0.14）相近，這表明旱傘草在260℃制備的水熱炭與其在500℃制備的熱解生物炭的穩定性相當，象草制備的水熱炭和熱解炭也同樣如此。此外，以其他挺水濕地植物如蘆葦、蘆竹、象草和再力花為原料在500℃制備的熱解生物炭的O/C也在0.12～0.16之間（表4），與本研究中CA260的O/C同樣較為接近。因此，在O/C的評價體系下，260℃制備的濕地植物水熱炭可以與中溫（500℃）下制備的同源熱解生物炭具有相仿的穩定性。

表4 濕地植物在260℃制備的水熱炭和500℃制備的熱解生物炭中的O/CTable 4 The O/Catomic ratio of hydrochars derived at 260℃and pyrolytic biochars derived at 500℃fromwetland plants

HO法是常用的評估生物炭化學穩定性的方法之一，主要通過HO強氧化性使生物炭中不穩定的碳被氧化損失。在本試驗中，水熱炭的化學穩定性先隨制備溫度的上升而提高，但隨著溫度的進一步提升其穩定性卻開始下降，以CA220的化學穩定性最強。其原因是在低溫（200℃和220℃）制備的水熱炭中仍留存有大量的抗氧化性較強的結晶態纖維素（圖2），但在高溫（240℃和260℃）下纖維素結構被破壞但尚未形成抗氧化性更強的穩定碳結構，從而容易被HO氧化。有研究指出，·OH自由基與無定形芳香碳的反應速度較其與脂肪族碳的反應速度快，所以含有較多脂肪族碳的低溫水熱炭的抗氧化性要優于含有較多無定形芳香族碳的高溫水熱炭。李劉軍等的研究同樣指出玉米秸稈熱解生物炭的抗HO氧化性隨著制備溫度的上升先增強后降低，與本研究水熱炭的穩定性趨勢一致。XU等以污泥為原料在300℃和600℃制備的熱解生物炭在HO氧化后，含量分別為55.2%和68.1%，略高于試驗中旱傘草水熱炭的含量，這主要與生物炭的制備方式與原料種類有關。對比本研究中關于熱穩定性和化學穩定性的分析結果可知，水熱炭的化學穩定性與其熱穩定性之間并無明顯的相關性，之前關于玉米秸稈和小麥秸稈熱解生物炭的熱穩定性和化學穩定性的研究中也得到了相同的結論。

3.3 旱傘草水熱炭的固碳潛能

為探究旱傘草水熱炭施加到土壤經多年后的最終碳保留量，本研究采用系數對水熱炭的固碳潛能進行了評估。ZHAO等以動物糞便、污泥、農作物秸稈等12種廢棄生物質為原料在500℃制備了熱解生物炭，其值在21.1%～47.1%之間，其中豬糞、麥秸等7種原料制備的生物炭的值低于本試驗中的（30.21%～31.54%），表明旱傘草水熱炭具有較為可觀的固碳潛能。據估算，我國人工濕地中旱傘草的種植面積約為29.61萬hm，旱傘草的最大水熱炭年產量可達1.96～3.21 Mt（表3），與全球椰殼熱解生物炭的產量相當。對比表3中水熱炭的固碳特征，低溫旱傘草水熱炭CA200因其產率較高而在短期固碳效果上具有顯著優勢。高溫水熱炭CA260因其較強的穩定性而具有最為可觀的長期固碳能力，顯著優于其他溫度制備的水熱炭。根據相關性分析結果，本研究中旱傘草水熱炭的CS與其含量和值之間均無顯著相關性，表明水熱炭的長期固碳潛能與其化學穩定性和熱穩定性之間并無明顯直接相關關系。這主要是因為在水熱炭穩定性評價中并未考慮生物質制備水熱炭過程中碳元素的固相保留率，而在評估長期固碳潛能時必須將其考慮在內。全國每年旱傘草水熱炭的長期固碳潛能最高可達0.75～0.79 Mt，可抵消約1.3%的2019年CO全國年增長排放量，表明旱傘草水熱炭的固碳潛能十分巨大。此外，濕地植物在轉化為水熱炭的過程中需要消耗電力，造成能源消耗型CO排放，但水熱碳化過程中也可產生生物油和合成氣等能源副產物進行補充，本文對此暫未討論，仍需要進一步研究。

4 結論

（1）水熱碳化溫度對于水熱炭的理化性質具有明顯的調控作用。隨水熱碳化溫度的升高，旱傘草水熱炭產率、H/C和O/C降低，而灰分含量及pH顯著增加，含氧官能團減少，芳香化程度增加。

（2）水熱炭的熱穩定性和化學穩定性受制備溫度影響的規律不同，其中旱傘草水熱炭的熱穩定性隨水熱碳化溫度升高而增強，而在200℃和220℃下制備的中低溫水熱炭具有更好的化學穩定性。

（3）不同溫度制備的水熱炭的固碳特征有所差異，在200℃下制備的低溫旱傘草水熱炭在短期固碳效果上具有優勢，而在260℃下制備的高溫水熱炭具有最佳的長期固碳潛能，在固碳減排方面具有良好的應用前景。