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本文全面探讨了热解竹（TB）的特性与应用。研究发现湿热解（WT）生成的竹水热炭高热值（HHV）高于干热解（DT）。TB 应用广泛，其副产品竹醋液可作生物农药，TB 还能用于土壤和废水处理、建筑等，助力减少碳排放。
引言
随着第四次工业革命的推进，人工智能、物联网等技术飞速发展，全球能源需求急剧上升。2022 年，全球能源消耗达 183,230 太瓦时，且每年以 1 - 2% 的速度增长。在自然资源日益枯竭和可持续发展理念的推动下，生物燃料作为化石燃料的可行替代品受到广泛关注。
生物燃料分为四代，第一代以玉米、甘蔗等食用生物质为原料，虽能量转换效率高，但存在环境和食品价格等问题；第三代源于微藻等，生产成本较高；第四代通过基因工程合成，技术仍在研发中。本文重点聚焦第二代生物燃料，其以木质纤维素材料（如木材、农业废弃物和竹子）为原料，资源丰富。
竹子生长速度极快，如毛竹（Phyllostachys edulis）最快每天可长 1.2 米，种植后 6 个月至 3 年就能长到 10 米以上，相比之下树木至少需 10 年才能收获。竹子的地下根茎系统发达，不仅能保持水土，收获后还能迅速再生。全球竹林面积达 3500 万公顷，主要分布在亚洲。竹子属于禾本科，有 121 属 1662 种，生长类型分为丛生竹和散生竹。竹子纤维素含量高、木质素含量低，是理想的第二代生物燃料原料。
生物质原料通常需要预处理，热解是一种常见的热处理方式。它能在相对较低温度（200 - 300°C）和无氧环境下，去除挥发性化合物和特定官能团，改变和增强生物质的化学结构，热解后的产物统称为生物炭，具有高碳含量、高热值和抗霉性等优点，应用范围广泛。目前关于竹子热解的研究不少，但缺乏全面综述，本文旨在回顾和比较不同研究成果，分析竹子的应用，从生命周期评估（LCA）角度探讨其减少碳排放的益处，并讨论竹产品在循环经济中的可持续性。
竹子特性
在评估生物质作为固体燃料的可行性时，常通过氢碳重量比（H/C）和氧碳重量比（O/C）来衡量。一般来说，固体燃料中氧、氢和挥发分（VM）含量较低更有利于燃烧，能提高热值，即较低的 O/C 和 H/C 比更具优势。竹子在这些指标上与其他常用生物质存在差异，这影响着其作为燃料的性能。
竹子热解
热解是一种低能耗且有效的热化学过程，在 200 - 300°C 和无氧氛围下，能提升生物质的燃料品质。在热解过程中，半纤维素、纤维素和木质素会发生热分解，部分以气态形式散失，部分保留在固体中。热解产生的可冷凝产物包含脂肪酸、酚类、酸类等。其中，湿热解（WT）和干热解（DT）是两种常见方式。研究表明，湿热解生成的竹水热炭的高热值（HHV）比干热解生成的竹生物炭更高。当热解严重度因子为 8.7 时，湿热解得到的竹水热炭 HHV 可达 29.3 MJ?kg-1，而干热解的竹生物炭仅为 23.3 MJ?kg-1。竹子热解过程中还会产生竹醋液和焦油等副产品，竹醋液占比 39.4% ，焦油占比 19.3% 。
竹子应用
竹子是一种天然、可再生且机械强度高的生物质材料，应用广泛。其物理和化学性质决定了它在众多领域的用途。热解后的竹生物炭及其副产品（竹醋液和焦油）也有诸多实际应用。例如，竹醋液可作为有效的生物农药，在农业领域发挥重要作用；焦油可用于聚氨酯涂料、杀虫剂等产品的生产。此外，热解竹（TB）还能与煤混合，促进煤的燃烧；多孔的 TB 可用于土壤和废水处理；工程竹在建筑领域应用时，具有低碳足迹的优势，相比传统建筑材料，竹基建筑材料能减少 46.2% - 87.6% 的碳足迹。
生命周期评估、循环经济与可持续性
面对 2050 年净零碳排放政策，产品制造过程中的碳足迹受到研究人员和企业的高度关注。生命周期评估（LCA）是目前评估这些影响最全面、应用最广泛的方法，它不仅能计算生产过程中的碳排放，还能评估产品对环境的整体影响，该方法同样适用于竹相关产品。从循环经济的角度看，竹产品具有显著优势。竹子生长迅速，能快速补充资源；其热解产物和副产品应用广泛，实现了资源的高效利用；在建筑等领域使用竹产品，可减少碳足迹，有助于实现碳中和目标，对环境可持续性发展意义重大。
挑战与展望
尽管竹子的利用历史悠久，但目前仍面临一些挑战。一方面，竹子种植地区往往缺乏系统管理，其收获和收集需要大量劳动力，导致加工成本较高。另一方面，当前大多数研究和工厂主要集中在毛竹上，对其他种类竹子的研究相对较少，限制了竹子资源的全面开发和利用。未来，需要探索更高效的种植和管理模式，降低成本；同时，应加强对不同种类竹子的研究，挖掘其潜在价值，推动竹子产业的可持续发展。
结论
本文全面讨论了热解竹（TB）的特性和相关应用。湿热解（WT）得到的竹水热炭在高热值（HHV）上优于干热解（DT）。竹热解过程中的副产品竹醋液和焦油用途广泛，如竹醋液可作生物农药。TB 在多个领域都展现出良好的应用前景，无论是与煤混合促进燃烧，还是用于土壤和废水处理，亦或是在建筑领域发挥低碳优势。竹产品在减少碳排放、推动循环经济和实现环境可持续性方面具有重要价值，未来有望在更多领域得到应用和发展。
