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看沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)生物炭研發(fā)團(tuán)隊(duì) 如何率先用生物炭技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)碳匯?

2022-03-22 09:59:28   

如何率先用生物炭技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)碳匯?

生物炭技術(shù)體系框架圖?!≠Y料圖

生物炭,一個(gè)既新鮮又古老的名詞。生物炭通常是指農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì),在缺氧和一定溫度條件下熱解形成的富碳產(chǎn)物。21世紀(jì)伊始,中國(guó)生物炭研究還處于相對(duì)空白的階段,中國(guó)工程院院士、沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)教授陳溫福率先開(kāi)啟了生物炭農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究的序幕。

“農(nóng)林業(yè)廢棄生物質(zhì)炭化綜合利用技術(shù)是應(yīng)對(duì)全球氣候變化的可行途徑之一。”陳溫福介紹說(shuō),它具有原材料來(lái)源廣泛、生態(tài)安全、無(wú)污染、可大面積推廣應(yīng)用等顯著特點(diǎn)。生物炭的規(guī)?;瘧?yīng)用有望在實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)碳匯的同時(shí),解決耕地保育、土壤修復(fù)、污染治理等領(lǐng)域面臨的復(fù)雜問(wèn)題,有助于構(gòu)建低碳、循環(huán)、可持續(xù)、高效農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式,實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展,對(duì)保障國(guó)家糧食安全、環(huán)境安全、能源安全和可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義。

陳溫福率領(lǐng)的生物炭研究團(tuán)隊(duì)立足生物炭應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新、面向產(chǎn)業(yè)和社會(huì)需求、對(duì)接國(guó)家科技發(fā)展戰(zhàn)略,經(jīng)過(guò)十幾年的不懈努力,積累了豐碩的科技研究成果,創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益。

立足需求開(kāi)展生物炭研究

2005年,陳溫福開(kāi)始研究生物炭是因?yàn)楫?dāng)時(shí)遇到的兩個(gè)問(wèn)題,一個(gè)是缺少水稻大棚旱育苗的苗床土,第二是當(dāng)時(shí)有大量的秸稈沒(méi)辦法處理,焚燒現(xiàn)象比較嚴(yán)重。因此,陳溫福就想到將這些秸稈二次利用做成生物炭,再還到土里去,緩解苗床土不足的問(wèn)題。

陳溫福介紹說(shuō),在所有的秸稈利用途徑中,首先應(yīng)是肥料還田、直接還田或炭化還田。這不僅是改良土壤、實(shí)現(xiàn)農(nóng)田可持續(xù)發(fā)展、保障糧食安全的需要,也是破解秸稈焚燒難題、加強(qiáng)環(huán)境與生態(tài)建設(shè)的需要。

2006年,陳溫福與沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院韓曉日教授共同組建了生物炭研發(fā)團(tuán)隊(duì),開(kāi)展有關(guān)生物炭改良土壤、培肥地力、對(duì)農(nóng)作物生產(chǎn)的影響等多項(xiàng)相關(guān)研究,并提出了“炭基肥”“生物炭土壤改良劑”“炭化生物質(zhì)煤”等概念,想通過(guò)把一定量的生物炭加到氮磷鉀或其他肥料中,重新混合做成“炭基肥料”或土壤改良劑。這個(gè)肥料和其他的化學(xué)肥料不一樣,它里面有相當(dāng)一部分是生物炭成分。

團(tuán)隊(duì)的目的是想用漸進(jìn)加入“炭基肥”或改良劑的方法,變相地使秸稈等廢棄生物質(zhì)還田,從而達(dá)到在不增加或少增加成本的情況下實(shí)現(xiàn)用生物炭改良土壤、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的目的。

當(dāng)生物炭團(tuán)隊(duì)從更廣闊的視角審視生物炭的時(shí)候,又進(jìn)一步提出了“秸稈炭化還田改土”新理念,確立了“以生物炭為核心,以簡(jiǎn)易制炭技術(shù)為基礎(chǔ),以生物炭基肥料和土壤改良劑為主要發(fā)展方向,通過(guò)生物炭基農(nóng)業(yè)投入品的產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)秸稈利用、耕地質(zhì)量提升、農(nóng)田固碳減排等多重目標(biāo)”的技術(shù)路線(xiàn)。

與國(guó)內(nèi)外其他生物炭研究不同的是,生物炭團(tuán)隊(duì)是先開(kāi)始實(shí)踐,從應(yīng)用著手,再到理論研究。從2005年團(tuán)隊(duì)開(kāi)始研究,2006年提出“秸稈炭化還田”新理念和“炭基肥”、“生物炭土壤改良劑”概念,2007年就申報(bào)了多項(xiàng)專(zhuān)利。到現(xiàn)在團(tuán)隊(duì)已經(jīng)獲得了12件國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利,18件實(shí)用新型專(zhuān)利,包括花生炭基專(zhuān)用肥、玉米炭基專(zhuān)用肥、大豆炭基專(zhuān)用肥、馬鈴薯炭基專(zhuān)用肥、簡(jiǎn)易制炭設(shè)備與工藝等,而且實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。

陳溫福堅(jiān)信,生物炭研究是一項(xiàng)利國(guó)利民的事,將來(lái)會(huì)發(fā)展成一個(gè)新的學(xué)科,形成一項(xiàng)新的產(chǎn)業(yè),更需要一支專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍才能把它做成。他們很早就組建了我們國(guó)家第一個(gè)生物炭工程技術(shù)研究中心。當(dāng)時(shí)國(guó)際上做得好、有知名度的生物炭專(zhuān)門(mén)研究機(jī)構(gòu)并不多,這個(gè)中心是組建相對(duì)較早的生物炭專(zhuān)門(mén)研發(fā)機(jī)構(gòu)。在此基礎(chǔ)之上,2020年組建沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家生物炭研究院。近年來(lái),項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)先后得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家水稻產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系的支持,在生物炭環(huán)境應(yīng)用與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面走到了前列。

高效綜合利用生物炭技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)林碳封存

除農(nóng)作物秸稈外,現(xiàn)在用農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)例如果園中剪下的枝條、森林里落下的枯枝敗葉、城市中的固體垃圾,餐廚垃圾等,只要是生物質(zhì)廢棄物,都可以燒制成生物炭。從環(huán)境角度看,生物炭是消減污染的一條有效的途徑。同時(shí)它也可以把生物質(zhì)廢棄物很好地綜合利用起來(lái),符合低碳、綠色、高效、循環(huán)和可持續(xù)的高質(zhì)量發(fā)展理念。

目前,生物炭研究已邁向雙碳目標(biāo),尤其是農(nóng)林業(yè)碳匯。為了實(shí)現(xiàn)碳中和,除了工業(yè)減排等,還可以把農(nóng)林廢棄物等所有生物質(zhì)做成生物炭后回歸到土壤中去。這是一種很好的農(nóng)林業(yè)碳匯方式。它不但可以實(shí)現(xiàn)碳封存,可以消減環(huán)境污染,還可以還田改土,實(shí)現(xiàn)耕地的可持續(xù)發(fā)展。

在當(dāng)前雙碳目標(biāo)下,陳溫福認(rèn)為,最佳農(nóng)林碳匯途徑就是“變炭為碳,冷凈地球”。農(nóng)林碳封存最好的方式就是高效綜合利用生物炭技術(shù)。生物炭含有大量的碳元素,而且穩(wěn)定性很好,在土壤中可以存在成百上千年。因此,把生物炭施入土壤本身就是碳封存的過(guò)程。生物炭技術(shù)將固碳減排、消減環(huán)境污染和廢棄生物質(zhì)資源循環(huán)再利用放在一起同時(shí)進(jìn)行。

2019年,聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)(IPCC)將生物炭部分納入《IPCC2006年國(guó)家溫室氣體清單指南2019修訂版》。這應(yīng)該標(biāo)志著生物炭技術(shù)已被正式認(rèn)定為有效的固碳減排技術(shù),從另一個(gè)角度講,也為生物炭生態(tài)效益轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益提供了一個(gè)契機(jī)。

但是,從固碳減排的角度看,目前能夠成功地將生態(tài)效益轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益的例子還很少。陳溫福指出,目前生物炭相關(guān)企業(yè)干著固碳減排的事,卻拿不到固碳減排的錢(qián),這在很大程度上限制了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。IPCC將生物炭納入指南,意味著國(guó)際上的認(rèn)可,將有助于促進(jìn)制定更全面的生物炭固碳減排計(jì)量方法學(xué),為生物炭參與碳交易鋪平道路。

加速生物炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍需多方發(fā)力

生物炭技術(shù)契合了“高效、低碳、循環(huán)、可持續(xù)”等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展理念,在治理土壤污染、保護(hù)農(nóng)業(yè)環(huán)境、維持生態(tài)平衡、促進(jìn)農(nóng)業(yè)與環(huán)境良性循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展等諸多方面,都具有重要的作用。

但是生物炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展目前面臨的瓶頸問(wèn)題是推廣速度慢。陳溫福認(rèn)為生物炭的應(yīng)用還需要從國(guó)家角度由政府加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)。因此,他建議:一是將農(nóng)林業(yè)碳匯作為重要研究專(zhuān)項(xiàng)開(kāi)展進(jìn)一步深入研究;二是把生物炭納入到碳交易系統(tǒng)中;三是國(guó)家出臺(tái)系列政策,將生物炭產(chǎn)業(yè)納入公益性事業(yè),公益性部分需要國(guó)家出面來(lái)進(jìn)行。這樣的話(huà),才能對(duì)生物炭產(chǎn)業(yè)有一個(gè)大的推動(dòng)和發(fā)展。

十幾年來(lái),生物炭團(tuán)隊(duì)一直堅(jiān)持做生物炭長(zhǎng)期定位試驗(yàn),就是在同一塊田里施用生物炭,看它進(jìn)入土壤以后,土壤的性質(zhì)、肥力、微生物等會(huì)發(fā)生哪些變化。通過(guò)積累數(shù)據(jù),監(jiān)測(cè)效果,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化,系統(tǒng)化,促進(jìn)生物炭研究與產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。

陳溫福說(shuō)現(xiàn)在看還有很多基礎(chǔ)理論上的問(wèn)題沒(méi)有徹底解決,比如生產(chǎn)生物炭需要把溫度控制在多少度才能精準(zhǔn)匹配土壤改良需求?生物炭施入土壤后,究竟在什么時(shí)間開(kāi)始分解,多少年分解了多少,分解出來(lái)的物質(zhì)對(duì)于提高土壤肥力有多大作用等等,這些問(wèn)題都需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究,經(jīng)歷一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程才能解決。

現(xiàn)在,他們要把生物炭用于農(nóng)業(yè)、環(huán)境和碳封存,那么就需要更多的理論與技術(shù)支撐,也需要在更廣闊的時(shí)間和空間尺度上去考慮問(wèn)題。例如農(nóng)業(yè)碳匯核算,生物炭究竟能在多大的比例上解決環(huán)境問(wèn)題。目前,農(nóng)業(yè)碳匯還僅僅是個(gè)開(kāi)始,這也是未來(lái)的研究重點(diǎn)。同時(shí),生物炭在材料領(lǐng)域中應(yīng)用的研究也需要進(jìn)一步深入,比如納米生物炭等。

生物炭,一項(xiàng)綠色科技,未來(lái)可期。陳溫福表示:“我?guī)ьI(lǐng)團(tuán)隊(duì)‘炭’索未來(lái),未來(lái)‘炭’的發(fā)展更需要大家的共同努力。讓我們利用生物炭技術(shù)為子孫后代留下一片良田沃土,一灣碧水青山!”

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