國家科學技術進步獎二等獎——

農林生物質廢棄物氣化供熱聯產電、炭、肥關鍵技術與產業化

“你知道2100萬度電、6000噸活性炭、20萬噸80℃熱水、7200噸木醋液……需要多少生物質來置換？”近日，在南京林業大學逸夫樓四樓的新能源系實驗室里，周建斌教授向記者介紹了“三廢變五寶”的具象化過程。

“答案是4萬噸山杏殼，置換的兩個條件是一年時間和一項技術。”周建斌所說的這項技術，也正是今天公布的2023年度國家科學技術進步獎二等獎“農林生物質廢棄物氣化供熱聯產電、炭、肥關鍵技術與產業化”項目的技術。

此次獲獎項目的主要完成單位是南京林業大學、承德華凈活性炭有限公司、浙江農林大學、江蘇理工學院、國家林業和草原局產業發展規劃院等5家；主要完成人是南京林業大學新能源專業的周建斌教授等10人。

早在2002年，周建斌教授在國內外率先提出了“農林生物質氣化發電聯產炭、熱、肥”的創新發展理念與思路。周建斌帶領技術團隊經過20多年的探索，在國內外首創了農林生物質氣化發電聯產炭、肥、熱技術并大規模產業化，先后在多地推廣建成以秸稈、稻殼、杏殼、木（竹）廢料等為原料的氣化多聯產工程多項。

農林生物質廢棄物是啥？“在我國，每年會產生大量的農林廢棄物，包括秸稈8.5億噸、稻殼0.4億噸，森林撫育剩余物、果樹修枝、木竹加工廢料、果殼等森林‘三剩物’數十億噸，以及大量的廢舊家具、食用菌廢棄原料、中藥渣、煙梗、煙渣等生物質廢料，這些都是生物質資源。”周建斌告訴記者，所謂“三廢變五寶”，就是將果殼類、木材類、秸稈類農林廢棄物通過自主創新研發的多氣多聯產氣化爐經過限氧熱解的過程生成熱燃氣用于發電、供熱、供暖。果殼類經過活化反應后轉化為活性炭；木材類轉化為工業碳、機制燒烤攤；秸稈類轉化為炭基肥、液體肥。目前該技術符合固廢處理減量化、資源化、無害化的基本原則。其所產生的生物質炭將農林廢棄物“變廢為寶”，解決了直接焚燒、粉碎還田的弊端，改善了多年來我們土壤出現酸化、鹽漬化、板結導致根系缺氧腐爛等問題。

“三廢變五寶”如何實現？這得從周建斌對炭的研究開始說起。周建斌1985年考取南京林業大學林產化工專業，從此對生物質熱解與炭產生了濃厚的興趣。畢業留校任教后，他從2001年起在中國工程院院士張齊生的指導下繼續開展農林生物質炭化技術研究。“當時的竹炭包括木炭，幾乎都采用土窯燒炭技術，環境污染大，勞動強度高，時間長、得率低。”為解決這些問題，周建斌帶領團隊潛心研發連續的、規模化的竹炭制備技術，在國內外首次系統研究炭化溫度與竹炭各項理化性能的關系并推廣應用到企業。他們指導企業開發了300多種竹炭、竹醋液等環保和保健產品，并建成20多條竹炭示范生產線。周建斌回憶，當時干餾法制備竹炭都是需要外加熱的，張齊生院士說用熱成本太高，要求降底用熱成本，周建斌根據自己的專業，利用生物質氣化不需要外加熱和生物質導熱性差的特性，研究生物質氣化熱電氣炭肥多聯產新思路。這個研究思路在當時看來是非常大膽的，不過，周建斌還是決定“試一試”。這一試，就試到了今天，試出了產業化。

隨著農民生產、生活方式的變化，農村出現了焚燒秸稈污染環境的問題。周建斌開始探索秸稈的高效、無公害及資源化利用。秸稈炭灰分含量高，不適合做活性炭、工業用炭和機制燒烤炭，周建斌就開始研究秸稈炭用作肥料的效果。經中國科學院南京土壤所測試，秸稈炭對肥料緩釋效果非常明顯，還具有土壤重金屬修復功能。2010年之前，科研人員和企業都不了解生物質炭和提取液的性能與作用，周建斌就在張齊生院士的帶領下，不厭其煩、反復推薦，促成相關農林科研院所和高校開展肥效實驗，進一步拓展應用范圍。

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、熱的工程，企業真正實現經濟效益產出。2015年，該企業擴建的3MW工程投產。2013年，湖南一家企業引進該項技術，在寧鄉建成2.5MW稻殼氣化發電聯產6萬噸炭基復合肥項目，將寧鄉地區極為豐富的稻殼資源充分利用，實現并網發電，節能減排，并通過炭基復合肥的推廣使用，提高了稻谷品質和產量，成為當地生物質發電的品牌工程。

2014年9月，3兆瓦山杏殼發電聯產活性炭、肥、熱綜合利用項目在河北承德平泉縣建成投產。文章開頭所提到的山杏殼置換，就是這個項目2015年的工作成績，當年項目總產值達到了約1.4875億元。同時，一年的生產過程中，還節約標煤8400噸，減排二氧化碳2.093萬噸、氮氧化物315噸、二氧化硫630噸。這是生物質氣化多聯產技術產業化的一個典型應用。目前，氣化供熱技術已推廣至云南西雙版納、浙江嘉善、河北灤平等地。

隨著安徽、江西、湖南、河北等地的工程紛紛建成，周建斌團隊的生物質氣化多聯產技術也引起了廣泛關注。2016年10月28日，時任國務院副總理張高麗作出批示，肯定了“南京林業大學研究團隊經過15年的探索，成功研發了農林生物質氣化多聯產技術，并取得了十分顯著的綜合效益。這項技術已經超越歐美、日本現有的技術，能夠產生發電、熱水、炭基肥、木醋活性肥等多種產品，使農林廢棄物吃干榨凈，完全顛覆了直接燃燒發電、單一產出的模式，成為目前世界上最先進的農林廢棄物綜合利用技術”。生物質（秸稈）氣化聯產電、炭、熱、肥的工藝模式也入選了農業農村部發布推介的秸稈農用十大模式，生物質氣化多聯產技術入選國家林草局首批重點推介成果。

近年來，周建斌團隊已經利用這一集成化技術在國內外應用建成了不少工程。除山杏殼綜合利用典型項目外，還有多個典型項目，比如，2014年9月河北灤平果木廢料多，冬季供暖時間長，供暖成本高，采用生物質固碳氣化多聯產技術，建成了“果木廢料分布式清潔供暖聯產活性炭”項目。該項目于2018年建成了16.4萬平方米的供暖生產線，2019年擴建至21萬平方米的供暖生產線，2020年擴建至60萬平方米，已穩定運行4個供暖季，主要用于學校、醫院等冬季供暖。近三年，替代燃煤3.6萬噸，減排CO₂9.6萬噸，新增產值10530萬元，新增利稅6863萬元。

生物質能源是可再生清潔能源中唯一的含碳能源，而且是與煤炭等化石能源一樣的穩定能源，已成為世界公認的零碳能源，其發展優勢已形成國際共識，成為國際競爭新高地。“如果將100億噸農林生物質用于氣化多聯產技術與產業，可發電約8萬億度（我國目前年用電約8萬億度），減排二氧化碳約60億噸，同時生產生物質炭20億噸，固定二氧化碳約60億噸，總減排二氧化碳約120億噸，相當于我國全年二氧化碳排放總量。”此次獲獎，對周建斌團隊來說，是肯定、鼓勵，也是壓力和動力。他也有了新的思考和呼吁：“若將部分煤礦工人轉變成林業能源工人，他們將山上的林業三剩物以及城市、鄉村和道路（520萬公里）修剪的枝條收集，會有多方面顯著效果，一是可以有效起到森林防火作用；二是減少CH₄、CO₂等溫室氣體大量排放；三是為先進的生物質固碳氣化多聯產技術提供豐富的原料，并解決森林病蟲害；四是大量增加居民就業與收入；五是改善城市、鄉村和道路環境，變成美麗鄉村、美麗城市和景觀道路等。這些都對我國甚至世界清潔能源、減排、綠色發展具有重要意義。”