高妍 鄭聲宇

我國每年產(chǎn)生農(nóng)作物秸稈約10億噸，還有大量的果木廢料，林業(yè)采伐剩余物、加工剩余物，城市木廢料等，達數(shù)十億噸。

它們被統(tǒng)一稱為農(nóng)林廢棄物。盡管名為廢棄物，但卻是寶貴的天然生物質資源，特別對于仍以化石能源為主，能源對外依存度高的我國意義重大。當然，成為資源的前提是有效利用。

但在很長時間里，這些廢棄物不僅沒有物盡其用，還因為焚燒、遺棄乃至腐爛發(fā)酵釋放有害的甲烷氣體，引發(fā)嚴重的環(huán)境污染。近期發(fā)表在《自然》上的一篇研究文章就指出，腐爛的樹木每年會在全世界釋放約10.9千兆噸碳，大約相當于化石燃料排放量的115%。

長期以來，世界各國的科學家一直在積極探索農(nóng)林廢棄物的綜合利用途徑，期待變“廢柴”為能源的同時，減少碳排放，消除其對環(huán)境的影響。南京林業(yè)大學新能源科學與工程系主任周建斌就是其中一位。

怎樣將農(nóng)林生物質廢棄物“吃干榨盡、變廢為寶”，以替代化石能源？是周建斌20年來思考并致力于解答的問題。

創(chuàng)新理念，開啟生物質能新思路

生物質能大概是“史上最尷尬”能源。

它是人類歷史上最早使用的能源;它原材料豐富、方便易得，且清潔低碳;它更是唯一可以直接規(guī)?；a(chǎn)氣體、液體、固體等清潔能源的可再生資源。

然而就是這樣一種得益于光合作用取之不盡、零碳環(huán)保的綠色能源，在世界能源結構中所占的比重卻少得可憐。

據(jù)2019年數(shù)據(jù)，近年增速強勁的可再生能源在全球能源結構中僅占10.4%。就是這10.4%，還是風能、光伏、潮汐能、波浪能、地熱能、生物質能等抱團占有，其中的生物質能占比可謂微乎其微。

近年能源短缺、環(huán)境污染、碳減排壓力重重，世界各國已意識到生物質能的可替代性，并積極支持和推動生物質能的研究與發(fā)展。我國同樣如此，近年利好生物質能源發(fā)展的政策頻頻出臺。行業(yè)普遍共識，開發(fā)利用生物質能源，對我國能源結構多元化及綠色發(fā)展，對國家“碳達峰、碳中和”戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)意義重大。

周建斌從上世紀90年代就開始了生物質熱解（能源）與炭材料相關研究，并在21世紀初鎖定了農(nóng)林生物質資源綠色、高效、循環(huán)利用這一方向。

深耕行業(yè)多年，他認為，造成生物質能源尷尬狀況的原因有很多，核心技術創(chuàng)新乏力、裝備能力不足是限制行業(yè)發(fā)展的重要原因之一。

周建斌介紹，作為生物質能源轉換利用的關鍵技術，生物質熱解氣化技術曾長期停滯不前?！捌渲饕蚴钱a(chǎn)品單一、經(jīng)營效益不顯著，另外，氣化過程和燃氣凈化過程會產(chǎn)生大量焦油等廢水廢渣，如不能開發(fā)工業(yè)化用途，直接排放會嚴重污染環(huán)境。同時，相關設備的研制及裝備能力不足、規(guī)模小、運行不穩(wěn)定，也嚴重制約了生物質熱解氣化技術的工程應用。”

為解決這一系列世界性難題，周建斌在恩師張齊生的指導下，于2002年在國內外率先提出了“農(nóng)林生物質熱解氣化發(fā)電聯(lián)產(chǎn)炭、熱、肥”的創(chuàng)新發(fā)展理念。

周建斌介紹，多聯(lián)產(chǎn)即在不添加額外能源和任何化學藥品、助劑和添加劑的前提下，將農(nóng)林生物質轉化成生物質可燃氣、生物質炭、生物質液三相產(chǎn)物，并產(chǎn)生大量余熱。其中，可燃氣用于發(fā)電或鍋爐供熱（替代煤），生物質炭根據(jù)原料不同生產(chǎn)活性炭、工業(yè)用炭、機制燒烤炭、炭基肥等多種產(chǎn)品，而生物質液用于制備液體肥料或消毒殺菌劑等，可一舉解決產(chǎn)品單一、廢水廢渣污染等問題，實現(xiàn)農(nóng)林生物質資源高效轉化利用。

這是個新思路，也是塊“硬骨頭”。周建斌選擇了這條路，一干就是20年，搞出了系統(tǒng)的生物質熱解氣化多聯(lián)產(chǎn)技術、設備并大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。

因地制宜，把論文寫在祖國大地上

2020年11月，中國林學會組織專家對“生物質城鎮(zhèn)清潔供暖關鍵技術創(chuàng)新與應用”項目成果進行了會議評價。

專家委員會一致認為，該項目技術整體處于國際先進水平，其中生物質氣化城鎮(zhèn)清潔供暖聯(lián)產(chǎn)活性炭新技術達到國際領先水平。

項目中，周建斌帶領團隊構建了農(nóng)林生物質廢棄物城鎮(zhèn)清潔供暖理論基礎，不僅研發(fā)了適應于高含水率（40%）、大尺寸（0.5～10cm）生物質原料的清潔供暖聯(lián)產(chǎn)炭新技術、秸稈壓塊燃料的清潔燃燒及余熱提質一體化技術，還攻克了生物質清潔供暖耦合活性炭生產(chǎn)的技術瓶頸，創(chuàng)新集成了分腔蓄熱式氣化爐、清潔燃燒器、熱水鍋爐和活性炭生產(chǎn)的成套裝置，建成了生物質氣化城鎮(zhèn)清潔供暖（80萬m2以上）聯(lián)產(chǎn)活性炭工程，可做到清潔供暖的同時實現(xiàn)活性炭清潔生產(chǎn)。

這一項目中，使用1噸秸稈，可產(chǎn)出230噸熱水，使用1噸果木廢料、果殼原料，可產(chǎn)190噸熱水（50℃進，60℃出），可替代煤炭實現(xiàn)清潔供暖;同時得到的0.2～0.3噸氣化炭，可生產(chǎn)0.12～0.18噸活性炭，且其較常規(guī)活性炭生產(chǎn)得率提高30%～50%，活化時間縮短30%以上。

減排固碳效果同樣顯著。周建斌介紹，生物質氣化多聯(lián)產(chǎn)技術可從三方面達到減排固碳效果，以1噸生物質為例，生物質生長過程中通過光合作用吸收CO2 1.72噸，氣化產(chǎn)生的可燃氣替代0.5噸煤，減排CO2 1.33噸，得到0.2～0.3噸生物質炭，可封存CO2 0.6～0.9噸，總共可實現(xiàn)減排固碳3.5～4.0噸。

這是周建斌帶領團隊圍繞北方清潔供暖和CO2減排等國家重大需求，開展農(nóng)林生物質城鎮(zhèn)清潔供暖科技攻關的結晶，也是生物質熱解氣化多聯(lián)產(chǎn)利用技術的又一次因地制宜、因時制宜。

早在多年前，周建斌就已帶領團隊在理論與技術突破的基礎上，摸索工程實踐應用。

2008年，周建斌帶領團隊在安徽建成了第一個0.5MW稻殼氣化發(fā)電聯(lián)產(chǎn)炭、液、熱工程，幫助企業(yè)實現(xiàn)經(jīng)濟效益產(chǎn)出。2015年，該企業(yè)已擴建至3MW工程并投產(chǎn)。

2014年，在河北平泉建成以杏殼為原料的“3MW杏殼氣化發(fā)電聯(lián)產(chǎn)活性炭、肥、熱”工程，在生產(chǎn)活性炭的同時新增了發(fā)電、供熱、產(chǎn)肥等盈利點，解決了100多年活性炭生產(chǎn)高能耗、高污染及高消耗等世界性難題。

2015年5月，以橡膠木廢棄物為原料的“1MW生物質氣化炭電熱肥多聯(lián)產(chǎn)”項目在云南勐臘縣建成投產(chǎn)，在發(fā)電的同時，產(chǎn)出木炭、熱水、木醋等。

2015年7月，以稻殼為原料的“2.5MW生物質氣化發(fā)電——3萬噸炭基肥料聯(lián)產(chǎn)”項目在湖南寧鄉(xiāng)建成投產(chǎn)，實現(xiàn)發(fā)電同時聯(lián)產(chǎn)稻殼炭、熱水、木醋等。

2018年，團隊在江蘇興化建成2臺4噸鍋爐稻殼氣化為油脂加工綠色供熱（替代煤炭燃燒）聯(lián)產(chǎn)炭示范工程，幫助企業(yè)實現(xiàn)零成本用熱。

…………

不同地域，不同工程，不同原料，卻擁有相同的產(chǎn)業(yè)發(fā)展邏輯。原材料都是無毒無害可再生的農(nóng)林生物質資源，生產(chǎn)過程無污染、零排放;產(chǎn)出產(chǎn)品多元化，且均高附加值。相關工程，無一例外。

這也是生物質熱解氣化多聯(lián)產(chǎn)項目能夠廣泛推廣的原因，它可以根據(jù)原料性質和目標產(chǎn)品不同，靈活設置最佳的技術路線，如生物質熱解氣化發(fā)電聯(lián)產(chǎn)炭、生物質熱解氣化供熱聯(lián)產(chǎn)炭、生物質熱解氣化耦合燃煤發(fā)電聯(lián)產(chǎn)炭及生物質熱解氣化發(fā)電聯(lián)產(chǎn)炭、熱、肥等。

如今，項目技術已經(jīng)形成了生物質氣化發(fā)電聯(lián)產(chǎn)炭、肥、熱的產(chǎn)業(yè)鏈，在安徽、江蘇、湖南、河北、江西、湖南、云南、浙江等地及“一帶一路”國家推廣建成了100余項生物質能源多聯(lián)產(chǎn)工程并穩(wěn)定運行多年，年發(fā)電6億度、蒸汽300萬噸，減排CO2 550多萬噸，取得了顯著的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。

周建斌團隊用一個又一個的工程應用與經(jīng)濟效益、生態(tài)價值證明了生物質熱解氣化多聯(lián)產(chǎn)項目的意義與價值，為農(nóng)林生物質資源的高質高值轉化利用提供了一條可復制、可循環(huán)、可持續(xù)發(fā)展的新型發(fā)展模式。

同時，在周建斌等人的推動下，生物質氣化多聯(lián)產(chǎn)技術得到越來越廣泛的認可。該技術2016年得到時任中共中央政治局常委、國務院副總理張高麗的批示;2017年起，國家發(fā)改委、生態(tài)環(huán)境部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、林草局等十多個部委相繼采納并發(fā)文在全國推廣。

而周建斌和他所帶領的生物質熱解氣化多聯(lián)產(chǎn)創(chuàng)新團隊，也在多年研究中承擔了國家“948”引進，科技部863計劃、973計劃，國家支撐計劃等項目30項，企業(yè)合作成果轉化項目100余項，并申請獲得了國家發(fā)明專利30余項，省部級鑒定成果12項，贏得了包括國家科技進步一等獎、二等獎在內的各類科技獎勵7項，成為領域內響當當?shù)膬?yōu)勢團隊。

產(chǎn)學研用，開創(chuàng)生物質能新局面

生物質熱解氣化多聯(lián)產(chǎn)技術的成功是產(chǎn)學研用相結合的結晶。周建斌團隊是這一創(chuàng)新型科研模式的受益者，也在努力做這一模式的建設者和推動者。

他們積極與科研院所、高校、企業(yè)開展合作研究，共同推動生物質熱解氣化多聯(lián)產(chǎn)技術項目關鍵技術、設備與產(chǎn)品的完善與升級，推進工程項目的實施。

他們一貫致力于“產(chǎn)、學、研、用”一體化培養(yǎng)高質量人才。為滿足新能源戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)對高新技術人才的迫切需求，他們不僅建設成立了新能源科學與工程專業(yè)，培養(yǎng)理論知識扎實的人才，還在校內建設了兩個專業(yè)教學實驗室和省級生物質氣化多聯(lián)產(chǎn)虛擬仿真教學平臺，更在校外建有5家生物質熱解氣化多聯(lián)產(chǎn)實習實踐基地，強化學生的科研實踐能力。

周建斌鼓勵學生參加學科競賽，團隊成員也多次指導學生參加學科競賽，以賽代學，在實踐中提升學生的科研水平與能力，已獲得包括中國國際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽國家金獎在內的多項國內外大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽獎項。

2018年9月，周建斌團隊成功入選首批國家林業(yè)和草原局全國林草科技創(chuàng)新團隊，后又相繼成立國家林業(yè)和草原局生物質氣化多聯(lián)產(chǎn)國家創(chuàng)新聯(lián)盟、國家林業(yè)和草原局生物質多聯(lián)產(chǎn)工程技術研究中心、江蘇省生物質氣化多聯(lián)產(chǎn)工程研究中心等多個科研平臺。

這些平臺，都將成為新一代科研工作者成長的搖籃，成為生物質熱解氣化多聯(lián)產(chǎn)技術項目不斷完善、升級的基石。

有人說，興趣與熱愛是科研事業(yè)最好的催化劑。

周建斌深以為然，他說是興趣指引他走近生物質熱解與炭專業(yè)，是熱愛支撐他20年如一日深耕生物質熱解氣化多聯(lián)產(chǎn)技術。他樂于分享，總是積極參與國內外相關學術活動，并受組委會邀請發(fā)表報告，希望能夠將生物質熱解氣化多聯(lián)產(chǎn)技術推廣到更多的地方。

面向“十四五”，周建斌表示，他與團隊將不忘初心，進一步強化技術攻關、產(chǎn)業(yè)示范推廣及行業(yè)交流，努力打造國內一流、世界領先的生物質熱解氣化多聯(lián)產(chǎn)技術創(chuàng)新團隊與應用平臺，研發(fā)新型智能化生物質熱解氣化多聯(lián)產(chǎn)關鍵技術、設備和高值化產(chǎn)品，提升我國生物質能源多聯(lián)產(chǎn)工程的硬核實力，為我國能源結構轉型以及“雙碳”戰(zhàn)略目標的早日實現(xiàn)貢獻力量。