生物炭过滤器在循环水产养殖系统中的生命周期评估：促进养分循环的创新技术

为解决循环水产养殖系统(RAS)中碳(C)、氮(N)、磷(P)流失导致的污染问题，研究人员开展了一项关于生物炭(BC)过滤器替代传统生物过滤器的生命周期评估(LCA)研究。结果表明，生物炭过滤器不仅能有效吸附NH4 + 等养分，还能将富营养化生物炭用于农业，实现养分循环。该技术显著降低全球变暖潜能(GWP)，为可持续水产养殖和农业提供了创新解决方案。

　　

随着全球人口增长和食品安全需求上升，水产养殖已成为增长最快的食品生产领域之一。然而，传统循环水产养殖系统(RAS)存在显著的养分流失问题，尤其是氮(N)和磷(P)通过生物过滤器转化为N₂
排放到空气中，不仅造成资源浪费，还加剧了环境污染。与此同时，农业领域对可持续肥料的需求日益迫切，而生物炭(BC)因其出色的碳封存能力和土壤改良特性备受关注。如何将这两大挑战转化为机遇，实现从水产养殖到农业的养分循环，成为研究者关注的重点。

瑞典的研究团队在《Resources, Environment and Sustainability》发表了一项创新性研究，探讨了用生物炭过滤器替代传统生物过滤器在RAS中的应用潜力。研究通过前瞻性生命周期评估(LCA)方法，比较了传统生物过滤器与两种不同系统视角下的生物炭过滤器配置的环境性能。结果显示，生物炭过滤器不仅能有效回收养分，还能通过碳封存实现RAS鱼类生产的碳中和，为可持续水产养殖和农业协同发展提供了新思路。

研究采用了三种关键技术方法：一是基于实际RAS养殖场(非洲鲶鱼Clarias gariepinus)和生物质热解厂(瑞典Hjelms?ter农场)的运营数据建立生命周期清单；二是运用开放式LCA软件和欧盟环境足迹(EF 3.1)方法进行多指标影响评估；三是通过系统扩展法量化资源回收(如热能和养分)带来的环境效益。

研究结果部分，首先在"整体环境影响结果"中发现，配置2a(包含生物炭生产全过程)虽然因林业活动和热解厂建设带来一定环境影响，但其碳封存效益使系统实现负碳排放(-203kg CO₂
eq/公斤鱼片)。相比之下，传统RAS(配置1)的碳排放为5.32kg CO₂
eq/公斤鱼片。

"贡献分析"部分揭示了各系统的热点差异：传统RAS中鱼饲料生产占主导影响(约73%的N输入)；而生物炭系统中，林业活动(配置2a)或容器建设(配置2b)成为新的热点。值得注意的是，用H₂
SO₄
替代KOH进行pH调节，显著降低了化学品的环境影响。

"碳中和潜力"部分证实，生物炭的长期碳封存(假设100年无降解)是实现RAS碳中和的关键。即使考虑6.4%的碳损失，系统仍能保持负碳排放。与文献数据对比显示，生物炭RAS的GWP表现优于传统三文鱼养殖(5.03kg CO₂
eq/公斤鱼片)。

"敏感性分析"探讨了NH₄
⁺
吸附容量(0.7-17.6g/kg)的影响，发现较低吸附容量需要更多生物炭，虽增加土地利用压力，但提升了碳封存效益。研究人员同时指出，鱼饲料数据的不确定性(使用罗非鱼饲料替代非洲鲶鱼饲料)可能影响结果的准确性。

研究结论强调，生物炭过滤器在RAS中的应用展现了多重环境效益：通过养分回收减少资源浪费、碳封存实现碳中和、以及热能和肥料替代带来的协同效益。尽管在热解厂建设和林业活动方面存在权衡，但这项创新技术为发展循环经济下的可持续水产养殖提供了重要参考。研究人员建议未来重点关注鱼饲料优化、生物炭-污泥协同处理以及实际规模验证，以进一步完善该技术体系。这项发表于《Resources, Environment and Sustainability》的研究，为应对全球食品安全和气候变化双重挑战提供了切实可行的技术路径。