生物炭通常是指農林廢棄物等生物質，在缺氧和一定溫度條件下熱解形成的富碳産物。21世紀伊始，中國生物炭研究還處于相對空白的階段，中國工程院院士、沈陽農業大學教授陳溫福率先開啟了生物炭農業應用研究的序幕。
“農林業廢棄生物質炭化綜合利用技術是應對全球氣候變化的可行途徑之一。”陳溫福介紹說，它具有原材料來源廣泛、生态安全、無污染、可大面積推廣應用等顯著特點。生物炭的規模化應用有望在實現農業碳彙的同時，解決耕地保育、土壤修複、污染治理等領域面臨的複雜問題，有助于構建低碳、循環、可持續、高效農業農村經濟發展模式，實現高質量發展，對保障國家糧食安全、環境安全、能源安全和可持續發展都具有重要意義。陳溫福率領的生物炭研究團隊立足生物炭應用技術創新、面向産業和社會需求、對接國家科技發展戰略，經過十幾年的不懈努力，積累了豐碩的科技研究成果，創造了顯著的經濟、生态和社會效益。
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為當時遇到的兩個問題，一個是缺少水稻大棚旱育苗的苗床土，第二是當時有大量的稭稈沒辦法處理，焚燒現象比較嚴重。因此，陳溫福就想到将這些稭稈二次利用做成生物炭，再還到土裡去，緩解苗床土不足的問題。
陳溫福介紹說，在所有的稭稈利用途徑中，首先應是肥料還田、直接還田或炭化還田。這不僅是改良土壤、實現農田可持續發展、保障糧食安全的需要，也是破解稭稈焚燒難題、加強環境與生态建設的需要。
2006年，陳溫福與沈陽農業大學土地與環境學院韓曉日教授共同組建了生物炭研發團隊，開展有關生物炭改良土壤、培肥地力、對農作物生産的影響等多項相關研究，并提出了“炭基肥”“生物炭土壤改良劑”“炭化生物質煤”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。這個肥料和其他的化學肥料不一樣，它裡面有相當一部分是生物炭成分。
團隊的目的是想用漸進加入“炭基肥”或改良劑的方法，變相地使稭稈等廢棄生物質還田，從而達到在不增加或少增加成本的情況下實現用生物炭改良土壤、提高作物産量和品質的目的。
當生物炭團隊從更廣闊的視角審視生物炭的時候，又進一步提出了“稭稈炭化還田改土”新理念，确立了“以生物炭為核心，以簡易制炭技術為基礎，以生物炭基肥料和土壤改良劑為主要發展方向，通過生物炭基農業投入品的産業化、規模化應用，實現稭稈利用、耕地質量提升、農田固碳減排等多重目标”的技術路線。
與國内外其他生物炭研究不同的是，生物炭團隊是先開始實踐，從應用着手，再到理論研究。從2005年團隊開始研究，2006年提出“稭稈炭化還田”新理念和“炭基肥”、“生物炭土壤改良劑”概念，2007年就申報了多項專利。到現在團隊已經獲得了12件國家發明專利，18件實用新型專利，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、簡易制炭設備與工藝等，而且實現了産業化。
陳溫福堅信，生物炭研究是一項利國利民的事，将來會發展成一個新的學科，形成一項新的産業，更需要一支專業隊伍才能把它做成。他們很早就組建了我們國家第一個生物炭工程技術研究中心。當時國際上做得好、有知名度的生物炭專門研究機構并不多，這個中心是組建相對較早的生物炭專門研發機構。在此基礎之上，2020年組建沈陽農業大學國家生物炭研究院。近年來，項目團隊先後得到了國家重點研發計劃、國家水稻産業技術體系的支持，在生物炭環境應用與農業産業化應用方面走到了前列。
高效綜合利用生物炭技術實現農林碳封存
除農作物稭稈外，現在用農林廢棄物等生物質例如果園中剪下的枝條、森林裡落下的枯枝敗葉、城市中的固體垃圾，餐廚垃圾等，隻要是生物質廢棄物，都可以燒制成生物炭。從環境角度看，生物炭是消減污染的一條有效的途徑。同時它也可以把生物質廢棄物很好地綜合利用起來，符合低碳、綠色、高效、循環和可持續的高質量發展理念。
目前，生物炭研究已邁向雙碳目标，尤其是農林業碳彙。為了實現碳中和，除了工業減排等，還可以把農林廢棄物等所有生物質做成生物炭後回歸到土壤中去。這是一種很好的農林業碳彙方式。它不但可以實現碳封存，可以消減環境污染，還可以還田改土，實現耕地的可持續發展。
在當前雙碳目标下，陳溫福認為，最佳農林碳彙途徑就是“變炭為碳，冷淨地球”。農林碳封存最好的方式就是高效綜合 利用生物炭技術。生物炭含有大量的碳元素，而且穩定性很好，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。生物炭技術将固碳減排、消減環境污染和廢棄生物質資源循環再利用放在一起同時進行。
2019年，聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）将生物炭部分納入《IPCC2006年國家溫室氣體清單指南2019修訂版》。這應該标志着生物炭技術已被正式認定為有效的固碳減排技術，從另一個角度講，也為生物炭生态效益轉化為經濟效益提供了一個契機。
但是，從固碳減排的角度看，目前能夠成功地将生态效益轉化為經濟效益的例子還很少。陳溫福指出，目前生物炭相關企業幹着固碳減排的事，卻拿不到固碳減排的錢，這在很大程度上限制了産業的發展。IPCC将生物炭納入指南，意味着國際上的認可，将有助于促進制定更全面的生物炭固碳減排計量方法學，為生物炭參與碳交易鋪平道路。
加速生物炭産業發展仍需多方發力
生物炭技術契合了“高效、低碳、循環、可持續”等現代農業發展理念，在治理土壤污染、保護農業環境、維持生态平衡、促進農業與環境良性循環和可持續發展等諸多方面，都具有重要的作用。
但是生物炭産業發展目前面臨的瓶頸問題是推廣速度慢。陳溫福認為生物炭的應用還需要從國家角度由政府加強頂層設計。因此，他建議：一是将農林業碳彙作為重要研究專項開展進一步深入研究；二是把生物炭納入到碳交易系統中；三是國家出台系列政策，将生物炭産業納入公益性事業，公益性部分需要國家出面來進行。這樣的話，才能對生物炭産業有一個大的推動和發展。
十幾年來，生物炭團隊一直堅持做生物炭長期定位試驗，就是在同一塊田裡施用生物炭，看它進入土壤以後，土壤的性質、肥力、微生物等會發生哪些變化。通過積累數據，監視效果，實現精準化，系統化，促進生物炭研究與産業化的發展。
陳溫福說現在看還有很多基礎理論上的問題沒有徹底解決，比如生産生物炭需要把溫度控制在多少度才能精準匹配土壤改良需求？生物炭施入土壤後，究竟在什麼時間開始分解，多少年分解了多少，分解出來的物質對于提高土壤肥力有多大作用等等，這些問題都需要經過長期的研究，經曆一個漫長的過程才能解決。
現在，他們要把生物炭用于農業、環境和碳封存，那麼就需要更多的理論與技術支撐，也需要在更廣闊的時間和空間尺度上去考慮問題。例如農業碳彙核算，生物炭究竟能在多大的比例上解決環境問題。目前，農業碳彙還僅僅是個開始，這也是未來的研究重點。同時，生物炭在材料領域中應用的研究也需要進一步深入，比如納米生物炭等。
生物炭，一項綠色科技，未來可期。陳溫福表示：“我帶領團隊‘炭’索未來，未來‘炭’的發展更需要大家的共同努力。讓我們利用生物炭技術為子孫後代留下一片良田沃土，一灣碧水青山！”
來源：農民日報·中國農網記者 于險峰
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