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，中國生物炭研究還處于相對空白的階段，中國工程院院士、沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)教授陳溫福率先開啟了生物炭農(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)對全球氣候變化的可行途徑之一?！标悳馗＝榻B說，它具有原材料來源廣泛、生態(tài)安全、無污染、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，對保障國家糧食安全、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)和社會需求、對接國家科技發(fā)展戰(zhàn)略，經(jīng)過十幾年的不懈努力，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)和社會效益。
立足需求開展生物炭研究?
2005年，陳溫福開始研究生物炭是因?yàn)楫?dāng)時(shí)遇到的兩個(gè)問題，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題。
陳溫福介紹說，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)，開展有關(guān)生物炭改良土壤、培肥地力、對農(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，通過生物炭基農(nóng)業(yè)投入品的產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；瘧?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。
與國內(nèi)外其他生物炭研究不同的是，生物炭團(tuán)隊(duì)是先開始實(shí)踐，從應(yīng)用著手，再到理論研究。從2005年團(tuán)隊(duì)開始研究，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)專利。到現(xiàn)在團(tuán)隊(duì)已經(jīng)獲得了12件國家發(fā)明專利，18件實(shí)用新型專利，包括花生炭基專用肥、玉米炭基專用肥、大豆炭基專用肥、馬鈴薯炭基專用肥、簡易制炭設(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)利國利民的事，將來會發(fā)展成一個(gè)新的學(xué)科，形成一項(xiàng)新的產(chǎn)業(yè)，更需要一支專業(yè)隊(duì)伍才能把它做成。他們很早就組建了我們國家第一個(gè)生物炭工程技術(shù)研究中心。當(dāng)時(shí)國際上做得好、有知名度的生物炭專門研究機(jī)構(gòu)并不多，這個(gè)中心是組建相對較早的生物炭專門研發(fā)機(jī)構(gòu)。在此基礎(chǔ)之上，2020年組建沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)國家生物炭研究院。近年來，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)先后得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家水稻產(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，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)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）將生物炭部分納入《IPCC2006年國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，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項(xiàng)開展進(jìn)一步深入研究；二是把生物炭納入到碳交易系統(tǒng)中；三是國家出臺系列政策，將生物炭產(chǎn)業(yè)納入公益性事業(yè)，公益性部分需要國家出面來進(jìn)行。這樣的話，才能對生物炭產(chǎn)業(yè)有一個(gè)大的推動(dòng)和發(fā)展。
十幾年來，生物炭團(tuán)隊(duì)一直堅(jiān)持做生物炭長期定位試驗(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、微生物等會發(fā)生哪些變化。通過積累數(shù)據(jù)，監(jiān)測效果，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。
陳溫福說現(xiàn)在看還有很多基礎(chǔ)理論上的問題沒有徹底解決，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)間開始分解，多少年分解了多少，分解出來的物質(zhì)對于提高土壤肥力有多大作用等等，這些問題都需要經(jīng)過長期的研究，經(jīng)歷一個(gè)漫長的過程才能解決。
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)境問題。目前，農(nóng)業(yè)碳匯還僅僅是個(gè)開始，這也是未來的研究重點(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，未來可期。陳溫福表示：“我?guī)ьI(lǐng)團(tuán)隊(duì)‘炭’索未來，未來‘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！”
