2021年底，由中国石油大学（华东）重质油国家重点实验室田原宇教授主持完成的“典型农林废弃物快速热解创制腐植酸环境材料及其应用”项目（以下简称“项目”）获国家技术发明二等奖。

科技的进步、发展、突破从来都不是一蹴而就，唯有厚积薄发，且同时渐进式进行创新，有时会产生可喜的和可转化的结果。十五年科技攻关，产品迭代，紧随市场化需求打造“服务型制造样板间”，这套获得国家技术发明二等奖装置的产业化落地仍有很长一段路要走。

中国发展网特地连线采访田原宇教授，为广大读者抽丝剥茧，一副生物质腐植酸科技创新、产品产业化落地、助力我国“双碳”的图景正在徐徐展开。

交叉学科的复杂工艺创新

“我本人本科学的是化学工程（石油加工），研究生师从段道顺教授和贾生盛教授从事分离设备与重油反应工程的研究与实践，博士期间又师从谢克昌院士在煤化工领域深造，为多学科交叉打下了良好基础，所以走的是从基础理论到工艺装备一体化协同的研发路径。”田原宇教授对他的学习经历和学科背景娓娓道来。

他提到该项目虽在能源化学领域，但要求既懂化学工艺与工程，还要懂装备和材料，更要熟悉工业化生产现场和农业应用的实际情况，需要交叉学科和团队协同作业才可能实现最终的工业化生产。团队中有学术把舵的谢克昌院士、熟悉工艺设备一体化的乔英云教授和张华伟教授、深耕催化裂化工艺与装备技术多年的资深专家杨朝合教授、腐植酸环境材料资深专家黄占斌教授，还有煤化工领域的梁鹏教授、熟悉腐植酸应用的乔生高工、青年才俊乔新健、熟悉腐植酸生产与市场的孙明广和冯广祥等，另外多达几十位的博硕士研究生也是该项目研发和应用的生力军。

与现有腐植酸产品相比，该项目生产出的产品纯度≥96%，无多环芳烃污染物，成本降低50%，固体有机物快速热解的液体含灰≤0.1%……田原宇带队原创性提出“快速热解过程控氧控灰”思路，发明自混合下行床快速热解成套技术，发明系列生物腐植酸可控化交联聚合反应工艺和装备，首次完成农林废弃物制取高纯高活性生物腐植酸的工业化生产，实现靶向腐植酸环境材料的工业化生产。团队紧跟市场产品需求，反向推导工艺流程的思路，订制化和弹性化开发新工艺设备，不断通过反复的试验和验证，进一步完善工业化生产流程及设备。

“自混合下行床快速热解装备及系列配套专有设备”充分满足了快速热解制腐植酸工艺的超短接触反应和分离需求，率先突破工艺设备匹配性差、液体控灰难、装备大型化和运行不稳定的四大瓶颈，建成世界单套最大和稳定运行、年处理农林废弃物可达20万吨、生产生物质腐植酸可达10万吨的工业化装置。

商业模式需逐渐明晰

中国国内目前对腐植酸研究虽然很久但仍旧零散，腐植酸中提升肥效的关键成分尚在研究。在抗寒、抗涝、抗病等抗性以及与肥料中的氮、磷、钾和微量元素的配伍效果等依旧没有系统的研究和权威发布。腐植酸面向不同退化土壤的靶向修复和治理刚刚起步，因此在形成真正面向市场的终端产品还有“最后一公里”没有打通。

腐植酸产业的蓬勃发展最终要落实到产品的使用上，由于目前农村劳动力的年龄结构以及机械化程度有了很大的改变，需要开发更加省时省工的施肥方法。目前除了普遍采用根施和叶面施肥以及两者结合的方法之外，还需根据各地方的种植习惯和施肥习惯开发不同的施肥方法，达到省时省工的效果。不仅仅是适合市场的产品，产品的使用创新也有很大的挑战。

田原宇谈道，我国农业经济回报率一直处在低位，国家财政补贴为主，土壤改良老百姓动力不足，生物质腐植酸产业化落地的链条不够成熟，并没有形成良性发展的体制和机制来促进商业模式的落地，从而相关产品的产业化落地前期先天不足，后期仍需培育。

据田原宇介绍，该项目授权发明专利38件，其中美国专利7件；发表论文47篇、出版专著1本，起草行业/团体标准（意见征求稿）5项。该装置生产出来的系列系列高值靶向腐植酸环境材料产品正在全国各地用于土壤改良示范。

“双碳”背景下的腐植酸焕发生机

“在碳达峰碳中和的当前背景下，土壤通过应用腐质酸系列产品强化植物的生长，本身是一个生物固碳和土壤储碳固碳的过程。土壤碳库是生物圈最大的碳库，稳碳固碳、可以有效地减少碳排放。这是我国疏堵结合，实现碳中和最为关键的一个方面。”田原宇强调。

要做到农业碳减排，解决肥料低碳化投放是关键。田原宇介绍道，理论上来说，做到土壤固碳、稳碳、储碳的最有效办法就是补充土壤有机质。通过“两机互补”理论，指导低碳肥料生产，既储碳控碳，又提供养分供应，还能促进土壤碳中和，可谓一举多得。

众所周知，腐植酸是土壤的构造者，也是参与地球碳循环的重要一环。腐植酸一方面可以和矿物质以不同形式和紧密程度作用结合，形成各类有机无机复合体，构造土壤团聚体，促进土壤结构稳定，保障土壤可持续生产；另一方面，通过“腐植酸+”集成大中微量及有益元素，生产腐植酸低碳肥料和环境材料，致力于土壤碳平衡。

腐植酸主要应用于重金属污染、盐碱地、退化土壤、荒山的修复等方面，通过“大量反哺腐植酸低碳肥料和环境材料——稳定土壤气候变化——提高土壤储碳控碳能力”的科学机制，让“黑色腐植酸环境材料、腐植酸肥料从土壤中来到土壤中去”，实现“土壤碳中和”，充分发挥腐植酸低碳肥料产业化的力量十分重要。

2021年11月7日，第三届世界科技与发展论坛上国际纯粹与应用化学联合会发布了“2021年度化学领域十大新兴技术”，其中就有人工腐殖质（为可持续和高效农业设计负碳解决方案）。据田原宇教授介绍，人工腐殖质作为新时代的新型化学技术之一，整个国际上才开始刚刚开始研发，我们需要在靶向腐植酸环境材料上将继续完善和大面积推广，腐植酸未来将会是我国保障土壤安全、粮食安全、食品安全以及应对气候变化中非常重要的“压舱石”。田原宇呼吁要尽快确立肥料的科学投放理论，推进“肥料工业4.0”时代走向低碳化；要建立科学的低碳肥料标准化体系，实现低碳肥料从研发到施用全过程可控，尽快实现“碳达峰”目标和“碳中和”愿景。

2020年12月，中国产业发展研究院携国内高水平专家齐聚锡林浩特，参加《锡林浩特市腐植酸产业发展规划》项目启动座谈会，标志着“腐植酸产业规划”在锡林浩特正式启动。据了解，田原宇教授参与该“腐植酸产业规划”的编写工作，他认为褐煤资源丰富的的锡林浩特，为腐植酸产业的规模化生产、科技成果研发和产业化、高附加值产业链延伸奠定了资源基础。

在科技赛道上，要想跑得快，并不是一时兴起、吆喝两句就能出成绩的。必须先填饱科技的肚子，打好科技的基础。唯有决定苦心孤诣的夯实地基，方能建成稳固高耸的科技灯塔。未来30年，我国“碳中和”市场将达138万亿元，这是地面上指向工业“双碳目标”显性排放的“黄金赛道”市场。相较地面下指向土肥“双碳目标”隐性排放的“黄金赛道”市场，腐植酸低碳肥料产业化落地未来可期。

研发进程——

❊2004年田原宇教授带队开始研究生物质快速热解液化技术

❊2006年建成3000吨/年的快速热解中试装置，解决固体有机物热解的8项带有共性的工程化技术难题

❊2008年建成第二套2万吨/年的快速热解装置

❊2009年建成第二套2万吨/年的快速热解装置并投产，又解决生物质快速热解的4项特有的工程化技术难题，并且通过项目鉴定。

❊2012年建成世界单套规模最大的20万吨/年 “生物质快速热解液化工业化装置”。生产出的产品一方面可以做生物燃油，另一方面也可以做生物腐植酸。鉴于当时的原油价格较高，主要的市场空间在生物燃油。

❊2014年原油价格下降且暴跌，快速热解装置转向生产生物腐殖酸，产品从要求最大化脱氧转向为最大化保氧，生产工艺条件上需按照最大化生产腐植酸的要求重新优化。经过后来一系列技术深耕和开发，最终形成稳定的靶向腐植酸环境材料生产技术，并实现了工业化生产。

❊2015年获得山东省技术发明一等奖

❊2020年通过反复的技术、工艺、装备的完善与推广应用，终获国家技术发明二等奖