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为解决海滨废弃物（BSW）管理及人工礁石材料环境负担问题，研究人员探究 BSW 生物炭在水泥和地质聚合物砂浆中的应用。发现 90FA10BSW 地质聚合物砂浆抗压强度达 37.73 MPa，pH 更优，促进微生物定植，为海岸带废弃物资源化和生态修复提供新路径。
在海洋生态保护与废弃物治理的双重挑战下，全球每年有数百万吨塑料垃圾涌入海洋，其中 80% 源自海岸带人类活动。海滨废弃物（BSW）不仅破坏珊瑚礁、海草床等生态系统，威胁海龟、鲸鱼等物种，其释放的微塑料还可能通过食物链危及人类健康。传统人工礁石依赖高碳排的混凝土，成本高昂且生态兼容性不足，尤其对岛屿和沿海社区而言，地理隔离与处理设施匮乏加剧了 BSW 露天焚烧等环境问题。如何将 “海洋污染” 转化为 “生态建材”，成为亟待突破的关键科学问题。
泰国 Kasetsart 大学的研究团队聚焦这一痛点，开展了 “可持续水泥与地质聚合物砂浆中掺入海滨废弃物生物炭用于人工礁石应用” 的研究。相关成果发表于《Biomass and Bioenergy》，为海岸带废弃物循环利用与海洋生态修复提供了创新方案。
研究采用的核心技术方法包括：
- 热化学转化：利用社区级直接加热碳化炉，以残余生物质为热源将 BSW 转化为生物炭，获得 43.47% 的固体产物收率。
- 材料性能测试：制备不同配比的水泥基砂浆（CM）和地质聚合物砂浆（以粉煤灰 FA 为基材），测试 28 天抗压强度、体积密度、海水 pH 值浸出特性及微生物定植能力。
- 生态相容性评估：通过 12 周的野外观察，对比不同材料表面的海洋生物附着效率。
研究结果
生物炭成分与材料力学性能
BSW 生物炭含 78% SiO?和 Al?O?，高于城市固体废弃物灰分的硅铝含量（75.54%）。在测试配方中，90FA10BSW 地质聚合物砂浆（90% 粉煤灰 + 10% BSW 生物炭）表现最优：28 天抗压强度达 37.73 MPa，显著高于纯水泥砂浆（CM100，22.51 MPa）和含 10% 生物炭的水泥砂浆（90CM10BSW，16.29 MPa）。体积密度呈现相似趋势（2250 vs. 2120 vs. 2080 kg/m3），表明地质聚合物体系更致密。
环境相容性与生态性能
浸出实验显示，地质聚合物砂浆在海水中的 pH 值为 7-8，远低于水泥基材料的 10.2-10.7，体现更低的碱性污染风险。微生物定植实验中，尽管 12 周时 90CM10BSW 的初始定植量最高，但 90FA10BSW 表现出持续的生物附着潜力，显示其表面特性更利于长期生态整合。
废弃物资源化与循环经济价值
研究证实，BSW 生物炭作为低影响添加剂，不仅提升人工礁石的力学性能，还通过碳封存支持蓝碳策略。社区级碳化技术的应用，降低了运输成本与环境负荷，为沿海地区提供了 “就地处理 - 就地利用” 的废弃物管理模式，符合循环经济原则。
结论与讨论
该研究首次将 BSW 生物炭引入地质聚合物人工礁石领域，证实了其在力学性能、环境友好性和生态兼容性方面的多重优势。尽管 BSW 成分存在异质性，但标准化的热化学转化工艺可稳定生物炭品质。相较于传统混凝土，地质聚合物体系减少了水泥生产的碳排放，同时为海滨废弃物提供了高值化利用途径。这一创新不仅缓解了海岸带生态压力，更为小尺度珊瑚保护项目提供了经济可行的材料选择，推动 “蓝色经济” 与废弃物循环利用的协同发展。未来研究可进一步优化生物炭改性工艺，探索其与 3D 打印技术结合的可能性，以拓展人工礁石的结构多样性与生态功能。
