国家科学技术奖励大会｜周建斌：22年，“三废变五宝”这样成为现实

国家科学技术进步奖二等奖——

农林生物质废弃物气化供热联产电、炭、肥关键技术与产业化

“你知道2100万度电、6000吨活性炭、20万吨80℃热水、7200吨木醋液……需要多少生物质来置换？”近日，在南京林业大学逸夫楼四楼的新能源系实验室里，周建斌教授向记者介绍了“三废变五宝”的具象化过程。

“答案是4万吨山杏壳，置换的两个条件是一年时间和一项技术。”周建斌所说的这项技术，也正是今天公布的2023年度国家科学技术进步奖二等奖“农林生物质废弃物气化供热联产电、炭、肥关键技术与产业化”项目的技术。

此次获奖项目的主要完成单位是南京林业大学、承德华净活性炭有限公司、浙江农林大学、江苏理工学院、国家林业和草原局产业发展规划院等5家；主要完成人是南京林业大学新能源专业的周建斌教授等10人。

早在2002年，周建斌教授在国内外率先提出了“农林生物质气化发电联产炭、热、肥”的创新发展理念与思路。周建斌带领技术团队经过20多年的探索，在国内外首创了农林生物质气化发电联产炭、肥、热技术并大规模产业化，先后在多地推广建成以秸秆、稻壳、杏壳、木（竹）废料等为原料的气化多联产工程多项。

农林生物质废弃物是啥？“在我国，每年会产生大量的农林废弃物，包括秸秆8.5亿吨、稻壳0.4亿吨，森林抚育剩余物、果树修枝、木竹加工废料、果壳等森林‘三剩物’数十亿吨，以及大量的废旧家具、食用菌废弃原料、中药渣、烟梗、烟渣等生物质废料，这些都是生物质资源。”周建斌告诉记者，所谓“三废变五宝”，就是将果壳类、木材类、秸秆类农林废弃物通过自主创新研发的多气多联产气化炉经过限氧热解的过程生成热燃气用于发电、供热、供暖。果壳类经过活化反应后转化为活性炭；木材类转化为工业碳、机制烧烤摊；秸秆类转化为炭基肥、液体肥。目前该技术符合固废处理减量化、资源化、无害化的基本原则。其所产生的生物质炭将农林废弃物“变废为宝”，解决了直接焚烧、粉碎还田的弊端，改善了多年来我们土壤出现酸化、盐渍化、板结导致根系缺氧腐烂等问题。

“三废变五宝”如何实现？这得从周建斌对炭的研究开始说起。周建斌1985年考取南京林业大学林产化工专业，从此对生物质热解与炭产生了浓厚的兴趣。毕业留校任教后，他从2001年起在中国工程院院士张齐生的指导下继续开展农林生物质炭化技术研究。“当时的竹炭包括木炭，几乎都采用土窑烧炭技术，环境污染大，劳动强度高，时间长、得率低。”为解决这些问题，周建斌带领团队潜心研发连续的、规模化的竹炭制备技术，在国内外首次系统研究炭化温度与竹炭各项理化性能的关系并推广应用到企业。他们指导企业开发了300多种竹炭、竹醋液等环保和保健产品，并建成20多条竹炭示范生产线。周建斌回忆，当时干馏法制备竹炭都是需要外加热的，张齐生院士说用热成本太高，要求降底用热成本，周建斌根据自己的专业，利用生物质气化不需要外加热和生物质导热性差的特性，研究生物质气化热电气炭肥多联产新思路。这个研究思路在当时看来是非常大胆的，不过，周建斌还是决定“试一试”。这一试，就试到了今天，试出了产业化。

随着农民生产、生活方式的变化，农村出现了焚烧秸秆污染环境的问题。周建斌开始探索秸秆的高效、无公害及资源化利用。秸秆炭灰分含量高，不适合做活性炭、工业用炭和机制烧烤炭，周建斌就开始研究秸秆炭用作肥料的效果。经中国科学院南京土壤所测试，秸秆炭对肥料缓释效果非常明显，还具有土壤重金属修复功能。2010年之前，科研人员和企业都不了解生物质炭和提取液的性能与作用，周建斌就在张齐生院士的带领下，不厌其烦、反复推荐，促成相关农林科研院所和高校开展肥效实验，进一步拓展应用范围。

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、热的工程，企业真正实现经济效益产出。2015年，该企业扩建的3MW工程投产。2013年，湖南一家企业引进该项技术，在宁乡建成2.5MW稻壳气化发电联产6万吨炭基复合肥项目，将宁乡地区极为丰富的稻壳资源充分利用，实现并网发电，节能减排，并通过炭基复合肥的推广使用，提高了稻谷品质和产量，成为当地生物质发电的品牌工程。

2014年9月，3兆瓦山杏壳发电联产活性炭、肥、热综合利用项目在河北承德平泉县建成投产。文章开头所提到的山杏壳置换，就是这个项目2015年的工作成绩，当年项目总产值达到了约1.4875亿元。同时，一年的生产过程中，还节约标煤8400吨，减排二氧化碳2.093万吨、氮氧化物315吨、二氧化硫630吨。这是生物质气化多联产技术产业化的一个典型应用。目前，气化供热技术已推广至云南西双版纳、浙江嘉善、河北滦平等地。

随着安徽、江西、湖南、河北等地的工程纷纷建成，周建斌团队的生物质气化多联产技术也引起了广泛关注。2016年10月28日，时任国务院副总理张高丽作出批示，肯定了“南京林业大学研究团队经过15年的探索，成功研发了农林生物质气化多联产技术，并取得了十分显著的综合效益。这项技术已经超越欧美、日本现有的技术，能够产生发电、热水、炭基肥、木醋活性肥等多种产品，使农林废弃物吃干榨净，完全颠覆了直接燃烧发电、单一产出的模式，成为目前世界上最先进的农林废弃物综合利用技术”。生物质（秸秆）气化联产电、炭、热、肥的工艺模式也入选了农业农村部发布推介的秸秆农用十大模式，生物质气化多联产技术入选国家林草局首批重点推介成果。

近年来，周建斌团队已经利用这一集成化技术在国内外应用建成了不少工程。除山杏壳综合利用典型项目外，还有多个典型项目，比如，2014年9月河北滦平果木废料多，冬季供暖时间长，供暖成本高，采用生物质固碳气化多联产技术，建成了“果木废料分布式清洁供暖联产活性炭”项目。该项目于2018年建成了16.4万平方米的供暖生产线，2019年扩建至21万平方米的供暖生产线，2020年扩建至60万平方米，已稳定运行4个供暖季，主要用于学校、医院等冬季供暖。近三年，替代燃煤3.6万吨，减排CO₂9.6万吨，新增产值10530万元，新增利税6863万元。

生物质能源是可再生清洁能源中唯一的含碳能源，而且是与煤炭等化石能源一样的稳定能源，已成为世界公认的零碳能源，其发展优势已形成国际共识，成为国际竞争新高地。“如果将100亿吨农林生物质用于气化多联产技术与产业，可发电约8万亿度（我国目前年用电约8万亿度），减排二氧化碳约60亿吨，同时生产生物质炭20亿吨，固定二氧化碳约60亿吨，总减排二氧化碳约120亿吨，相当于我国全年二氧化碳排放总量。”此次获奖，对周建斌团队来说，是肯定、鼓励，也是压力和动力。他也有了新的思考和呼吁：“若将部分煤矿工人转变成林业能源工人，他们将山上的林业三剩物以及城市、乡村和道路（520万公里）修剪的枝条收集，会有多方面显著效果，一是可以有效起到森林防火作用；二是减少CH₄、CO₂等温室气体大量排放；三是为先进的生物质固碳气化多联产技术提供丰富的原料，并解决森林病虫害；四是大量增加居民就业与收入；五是改善城市、乡村和道路环境，变成美丽乡村、美丽城市和景观道路等。这些都对我国甚至世界清洁能源、减排、绿色发展具有重要意义。”