革新生物質能 助力“雙碳”戰略實施

高妍 鄭聲宇

我國每年產生農作物秸稈約10億噸，還有大量的果木廢料，林業采伐剩余物、加工剩余物，城市木廢料等，達數十億噸。

它們被統一稱為農林廢棄物。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、遺棄乃至腐爛發酵釋放有害的甲烷氣體，引發嚴重的環境污染。近期發表在《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，消除其對環境的影響。南京林業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模化生產氣體、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2019年數據，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展。我國同樣如此，近年利好生物質能源發展的政策頻頻出臺。行業普遍共識，開發利用生物質能源，對我國能源結構多元化及綠色發展，對國家“碳達峰、碳中和”戰略目標的實現意義重大。

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世紀初鎖定了農林生物質資源綠色、高效、循環利用這一方向。

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

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。“其主要原因是產品單一、經營效益不顯著，另外，氣化過程和燃氣凈化過程會產生大量焦油等廢水廢渣，如不能開發工業化用途，直接排放會嚴重污染環境。同時，相關設備的研制及裝備能力不足、規模小、運行不穩定，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“農林生物質熱解氣化發電聯產炭、熱、肥”的創新發展理念。

周建斌介紹，多聯產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，將農林生物質轉化成生物質可燃氣、生物質炭、生物質液三相產物，并產生大量余熱。其中，可燃氣用于發電或鍋爐供熱（替代煤），生物質炭根據原料不同生產活性炭、工業用炭、機制燒烤炭、炭基肥等多種產品，而生物質液用于制備液體肥料或消毒殺菌劑等，可一舉解決產品單一、廢水廢渣污染等問題，實現農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，搞出了系統的生物質熱解氣化多聯產技術、設備并大規模產業化。

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“生物質城鎮清潔供暖關鍵技術創新與應用”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清潔供暖聯產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林生物質廢棄物城鎮清潔供暖理論基礎，不僅研發了適應于高含水率（40%）、大尺寸（0.5～10cm）生物質原料的清潔供暖聯產炭新技術、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的技術瓶頸，創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的成套裝置，建成了生物質氣化城鎮清潔供暖（80萬m2以上）聯產活性炭工程，可做到清潔供暖的同時實現活性炭清潔生產。

這一項目中，使用1噸秸稈，可產出230噸熱水，使用1噸果木廢料、果殼原料，可產190噸熱水（50℃進，60℃出），可替代煤炭實現清潔供暖;同時得到的0.2～0.3噸氣化炭，可生產0.12～0.18噸活性炭，且其較常規活性炭生產得率提高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，生物質氣化多聯產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，開展農林生物質城鎮清潔供暖科技攻關的結晶，也是生物質熱解氣化多聯產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稻殼氣化發電聯產炭、液、熱工程，幫助企業實現經濟效益產出。2015年，該企業已擴建至3MW工程并投產。

2014年，在河北平泉建成以杏殼為原料的“3MW杏殼氣化發電聯產活性炭、肥、熱”工程，在生產活性炭的同時新增了發電、供熱、產肥等盈利點，解決了100多年活性炭生產高能耗、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產”項目在云南勐臘縣建成投產，在發電的同時，產出木炭、熱水、木醋等。

2015年7月，以稻殼為原料的“2.5MW生物質氣化發電——3萬噸炭基肥料聯產”項目在湖南寧鄉建成投產，實現發電同時聯產稻殼炭、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）聯產炭示范工程，幫助企業實現零成本用熱。

…………

不同地域，不同工程，不同原料，卻擁有相同的產業發展邏輯。原材料都是無毒無害可再生的農林生物質資源，生產過程無污染、零排放;產出產品多元化，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產項目能夠廣泛推廣的原因，它可以根據原料性質和目標產品不同，靈活設置最佳的技術路線，如生物質熱解氣化發電聯產炭、生物質熱解氣化供熱聯產炭、生物質熱解氣化耦合燃煤發電聯產炭及生物質熱解氣化發電聯產炭、熱、肥等。

如今，項目技術已經形成了生物質氣化發電聯產炭、肥、熱的產業鏈，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產工程并穩定運行多年，年發電6億度、蒸汽300萬噸，減排CO2 550多萬噸，取得了顯著的經濟、社會和環境效益。

周建斌團隊用一個又一個的工程應用與經濟效益、生態價值證明了生物質熱解氣化多聯產項目的意義與價值，為農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、可持續發展的新型發展模式。

同時，在周建斌等人的推動下，生物質氣化多聯產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，國家發改委、生態環境部、農業農村部、林草局等十多個部委相繼采納并發文在全國推廣。

而周建斌和他所帶領的生物質熱解氣化多聯產創新團隊，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，企業合作成果轉化項目100余項，并申請獲得了國家發明專利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，成為領域內響當當的優勢團隊。

產學研用，開創生物質能新局面

生物質熱解氣化多聯產技術的成功是產學研用相結合的結晶。周建斌團隊是這一創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、企業開展合作研究，共同推動生物質熱解氣化多聯產技術項目關鍵技術、設備與產品的完善與升級，推進工程項目的實施。

他們一貫致力于“產、學、研、用”一體化培養高質量人才。為滿足新能源戰略性新興產業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，培養理論知識扎實的人才，還在校內建設了兩個專業教學實驗室和省級生物質氣化多聯產虛擬仿真教學平臺，更在校外建有5家生物質熱解氣化多聯產實習實踐基地，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“互聯網+”大學生創新創業大賽國家金獎在內的多項國內外大學生創新創業大賽獎項。

2018年9月，周建斌團隊成功入選首批國家林業和草原局全國林草科技創新團隊，后又相繼成立國家林業和草原局生物質氣化多聯產國家創新聯盟、國家林業和草原局生物質多聯產工程技術研究中心、江蘇省生物質氣化多聯產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產技術項目不斷完善、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，是熱愛支撐他20年如一日深耕生物質熱解氣化多聯產技術。他樂于分享，總是積極參與國內外相關學術活動，并受組委會邀請發表報告，希望能夠將生物質熱解氣化多聯產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、產業示范推廣及行業交流，努力打造國內一流、世界領先的生物質熱解氣化多聯產技術創新團隊與應用平臺，研發新型智能化生物質熱解氣化多聯產關鍵技術、設備和高值化產品，提升我國生物質能源多聯產工程的硬核實力，為我國能源結構轉型以及“雙碳”戰略目標的早日實現貢獻力量。