高妍 郑声宇

我国每年产生农作物秸秆约10亿吨，还有大量的果木废料，林业采伐剩余物、加工剩余物，城市木废料等，达数十亿吨。

它们被统一称为农林废弃物。尽管名为废弃物，但却是宝贵的天然生物质资源，特别对于仍以化石能源为主，能源对外依存度高的我国意义重大。当然，成为资源的前提是有效利用。

但在很长时间里，这些废弃物不仅没有物尽其用，还因为焚烧、遗弃乃至腐烂发酵释放有害的甲烷气体，引发严重的环境污染。近期发表在《自然》上的一篇研究文章就指出，腐烂的树木每年会在全世界释放约10.9千兆吨碳，大约相当于化石燃料排放量的115%。

长期以来，世界各国的科学家一直在积极探索农林废弃物的综合利用途径，期待变“废柴”为能源的同时，减少碳排放，消除其对环境的影响。南京林业大学新能源科学与工程系主任周建斌就是其中一位。

怎样将农林生物质废弃物“吃干榨尽、变废为宝”，以替代化石能源？是周建斌20年来思考并致力于解答的问题。

创新理念，开启生物质能新思路

生物质能大概是“史上最尴尬”能源。

它是人类历史上最早使用的能源;它原材料丰富、方便易得，且清洁低碳;它更是唯一可以直接规模化生产气体、液体、固体等清洁能源的可再生资源。

然而就是这样一种得益于光合作用取之不尽、零碳环保的绿色能源，在世界能源结构中所占的比重却少得可怜。

据2019年数据，近年增速强劲的可再生能源在全球能源结构中仅占10.4%。就是这10.4%，还是风能、光伏、潮汐能、波浪能、地热能、生物质能等抱团占有，其中的生物质能占比可谓微乎其微。

近年能源短缺、环境污染、碳减排压力重重，世界各国已意识到生物质能的可替代性，并积极支持和推动生物质能的研究与发展。我国同样如此，近年利好生物质能源发展的政策频频出台。行业普遍共识，开发利用生物质能源，对我国能源结构多元化及绿色发展，对国家“碳达峰、碳中和”战略目标的实现意义重大。

周建斌从上世纪90年代就开始了生物质热解（能源）与炭材料相关研究，并在21世纪初锁定了农林生物质资源绿色、高效、循环利用这一方向。

深耕行业多年，他认为，造成生物质能源尴尬状况的原因有很多，核心技术创新乏力、装备能力不足是限制行业发展的重要原因之一。

周建斌介绍，作为生物质能源转换利用的关键技术，生物质热解气化技术曾长期停滞不前。“其主要原因是产品单一、经营效益不显著，另外，气化过程和燃气净化过程会产生大量焦油等废水废渣，如不能开发工业化用途，直接排放会严重污染环境。同时，相关设备的研制及装备能力不足、规模小、运行不稳定，也严重制约了生物质热解气化技术的工程应用。”

为解决这一系列世界性难题，周建斌在恩师张齐生的指导下，于2002年在国内外率先提出了“农林生物质热解气化发电联产炭、热、肥”的创新发展理念。

周建斌介绍，多联产即在不添加额外能源和任何化学药品、助剂和添加剂的前提下，将农林生物质转化成生物质可燃气、生物质炭、生物质液三相产物，并产生大量余热。其中，可燃气用于发电或锅炉供热（替代煤），生物质炭根据原料不同生产活性炭、工业用炭、机制烧烤炭、炭基肥等多种产品，而生物质液用于制备液体肥料或消毒杀菌剂等，可一举解决产品单一、废水废渣污染等问题，实现农林生物质资源高效转化利用。

这是个新思路，也是块“硬骨头”。周建斌选择了这条路，一干就是20年，搞出了系统的生物质热解气化多联产技术、设备并大规模产业化。

因地制宜，把论文写在祖国大地上

2020年11月，中国林学会组织专家对“生物质城镇清洁供暖关键技术创新与应用”项目成果进行了会议评价。

专家委员会一致认为，该项目技术整体处于国际先进水平，其中生物质气化城镇清洁供暖联产活性炭新技术达到国际领先水平。

项目中，周建斌带领团队构建了农林生物质废弃物城镇清洁供暖理论基础，不仅研发了适应于高含水率（40%）、大尺寸（0.5～10cm）生物质原料的清洁供暖联产炭新技术、秸秆压块燃料的清洁燃烧及余热提质一体化技术，还攻克了生物质清洁供暖耦合活性炭生产的技术瓶颈，创新集成了分腔蓄热式气化炉、清洁燃烧器、热水锅炉和活性炭生产的成套装置，建成了生物质气化城镇清洁供暖（80万m2以上）联产活性炭工程，可做到清洁供暖的同时实现活性炭清洁生产。

这一项目中，使用1吨秸秆，可产出230吨热水，使用1吨果木废料、果壳原料，可产190吨热水（50℃进，60℃出），可替代煤炭实现清洁供暖;同时得到的0.2～0.3吨气化炭，可生产0.12～0.18吨活性炭，且其较常规活性炭生产得率提高30%～50%，活化时间缩短30%以上。

减排固碳效果同样显著。周建斌介绍，生物质气化多联产技术可从三方面达到减排固碳效果，以1吨生物质为例，生物质生长过程中通过光合作用吸收CO2 1.72吨，气化产生的可燃气替代0.5吨煤，减排CO2 1.33吨，得到0.2～0.3吨生物质炭，可封存CO2 0.6～0.9吨，总共可实现减排固碳3.5～4.0吨。

这是周建斌带领团队围绕北方清洁供暖和CO2减排等国家重大需求，开展农林生物质城镇清洁供暖科技攻关的结晶，也是生物质热解气化多联产利用技术的又一次因地制宜、因时制宜。

早在多年前，周建斌就已带领团队在理论与技术突破的基础上，摸索工程实践应用。

2008年，周建斌带领团队在安徽建成了第一个0.5MW稻壳气化发电联产炭、液、热工程，帮助企业实现经济效益产出。2015年，该企业已扩建至3MW工程并投產。

2014年，在河北平泉建成以杏壳为原料的“3MW杏壳气化发电联产活性炭、肥、热”工程，在生产活性炭的同时新增了发电、供热、产肥等盈利点，解决了100多年活性炭生产高能耗、高污染及高消耗等世界性难题。

2015年5月，以橡胶木废弃物为原料的“1MW生物质气化炭电热肥多联产”项目在云南勐腊县建成投产，在发电的同时，产出木炭、热水、木醋等。

2015年7月，以稻壳为原料的“2.5MW生物质气化发电——3万吨炭基肥料联产”项目在湖南宁乡建成投产，实现发电同时联产稻壳炭、热水、木醋等。

2018年，团队在江苏兴化建成2台4吨锅炉稻壳气化为油脂加工绿色供热（替代煤炭燃烧）联产炭示范工程，帮助企业实现零成本用热。

…………

不同地域，不同工程，不同原料，卻拥有相同的产业发展逻辑。原材料都是无毒无害可再生的农林生物质资源，生产过程无污染、零排放;产出产品多元化，且均高附加值。相关工程，无一例外。

这也是生物质热解气化多联产项目能够广泛推广的原因，它可以根据原料性质和目标产品不同，灵活设置最佳的技术路线，如生物质热解气化发电联产炭、生物质热解气化供热联产炭、生物质热解气化耦合燃煤发电联产炭及生物质热解气化发电联产炭、热、肥等。

如今，项目技术已经形成了生物质气化发电联产炭、肥、热的产业链，在安徽、江苏、湖南、河北、江西、湖南、云南、浙江等地及“一带一路”国家推广建成了100余项生物质能源多联产工程并稳定运行多年，年发电6亿度、蒸汽300万吨，减排CO2 550多万吨，取得了显著的经济、社会和环境效益。

周建斌团队用一个又一个的工程应用与经济效益、生态价值证明了生物质热解气化多联产项目的意义与价值，为农林生物质资源的高质高值转化利用提供了一条可复制、可循环、可持续发展的新型发展模式。

同时，在周建斌等人的推动下，生物质气化多联产技术得到越来越广泛的认可。该技术2016年得到时任中共中央政治局常委、国务院副总理张高丽的批示;2017年起，国家发改委、生态环境部、农业农村部、林草局等十多个部委相继采纳并发文在全国推广。

而周建斌和他所带领的生物质热解气化多联产创新团队，也在多年研究中承担了国家“948”引进，科技部863计划、973计划，国家支撑计划等项目30项，企业合作成果转化项目100余项，并申请获得了国家发明专利30余项，省部级鉴定成果12项，赢得了包括国家科技进步一等奖、二等奖在内的各类科技奖励7项，成为领域内响当当的优势团队。

产学研用，开创生物质能新局面

生物质热解气化多联产技术的成功是产学研用相结合的结晶。周建斌团队是这一创新型科研模式的受益者，也在努力做这一模式的建设者和推动者。

他们积极与科研院所、高校、企业开展合作研究，共同推动生物质热解气化多联产技术项目关键技术、设备与产品的完善与升级，推进工程项目的实施。

他们一贯致力于“产、学、研、用”一体化培养高质量人才。为满足新能源战略性新兴产业对高新技术人才的迫切需求，他们不仅建设成立了新能源科学与工程专业，培养理论知识扎实的人才，还在校内建设了两个专业教学实验室和省级生物质气化多联产虚拟仿真教学平台，更在校外建有5家生物质热解气化多联产实习实践基地，强化学生的科研实践能力。

周建斌鼓励学生参加学科竞赛，团队成员也多次指导学生参加学科竞赛，以赛代学，在实践中提升学生的科研水平与能力，已获得包括中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛国家金奖在内的多项国内外大学生创新创业大赛奖项。

2018年9月，周建斌团队成功入选首批国家林业和草原局全国林草科技创新团队，后又相继成立国家林业和草原局生物质气化多联产国家创新联盟、国家林业和草原局生物质多联产工程技术研究中心、江苏省生物质气化多联产工程研究中心等多个科研平台。

这些平台，都将成为新一代科研工作者成长的摇篮，成为生物质热解气化多联产技术项目不断完善、升级的基石。

有人说，兴趣与热爱是科研事业最好的催化剂。

周建斌深以为然，他说是兴趣指引他走近生物质热解与炭专业，是热爱支撑他20年如一日深耕生物质热解气化多联产技术。他乐于分享，总是积极参与国内外相关学术活动，并受组委会邀请发表报告，希望能够将生物质热解气化多联产技术推广到更多的地方。

面向“十四五”，周建斌表示，他与团队将不忘初心，进一步强化技术攻关、产业示范推广及行业交流，努力打造国内一流、世界领先的生物质热解气化多联产技术创新团队与应用平台，研发新型智能化生物质热解气化多联产关键技术、设备和高值化产品，提升我国生物质能源多联产工程的硬核实力，为我国能源结构转型以及“双碳”战略目标的早日实现贡献力量。