生物炭技术体系框架图 资料图
生物炭，一个既新鲜又古老的名词。生物炭通常是指农林废弃物等生物质，在缺氧和一定温度条件下热解形成的富碳产物。21世纪伊始，中国生物炭研究还处于相对空白的阶段，中国工程院院士、沈阳农业大学教授陈温福率先开启了生物炭农业应用研究的序幕。
“农林业废弃生物质炭化综合利用技术是应对全球气候变化的可行途径之一。”陈温福介绍说，它具有原材料来源广泛、生态安全、无污染、可大面积推广应用等显著特点。生物炭的规模化应用有望在实现农业碳汇的同时，解决耕地保育、土壤修复、污染治理等领域面临的复杂问题，有助于构建低碳、循环、可持续、高效农业农村经济发展模式，实现高质量发展，对保障国家粮食安全、环境安全、能源安全和可持续发展都具有重要意义。
陈温福率领的生物炭研究团队立足生物炭应用技术创新、面向产业和社会需求、对接国家科技发展战略，经过十几年的不懈努力，积累了丰硕的科技研究成果，创造了显著的经济、生态和社会效益。
立足需求开展生物炭研究
2005年，陈温福开始研究生物炭是因为当时遇到的两个问题，一个是缺少水稻大棚旱育苗的苗床土，第二是当时有大量的秸秆没办法处理，焚烧现象比较严重。因此，陈温福就想到将这些秸秆二次利用做成生物炭，再还到土里去，缓解苗床土不足的问题。
陈温福介绍说，在所有的秸秆利用途径中，首先应是肥料还田、直接还田或炭化还田。这不仅是改良土壤、实现农田可持续发展、保障粮食安全的需要，也是破解秸秆焚烧难题、加强环境与生态建设的需要。
2006年，陈温福与沈阳农业大学土地与环境学院韩晓日教授共同组建了生物炭研发团队，开展有关生物炭改良土壤、培肥地力、对农作物生产的影响等多项相关研究，并提出了“炭基肥”“生物炭土壤改良剂”“炭化生物质煤”等概念，想通过把一定量的生物炭加到氮磷钾或其他肥料中，重新混合做成“炭基肥料”或土壤改良剂。这个肥料和其他的化学肥料不一样，它里面有相当一部分是生物炭成分。
团队的目的是想用渐进加入“炭基肥”或改良剂的方法，变相地使秸秆等废弃生物质还田，从而达到在不增加或少增加成本的情况下实现用生物炭改良土壤、提高作物产量和品质的目的。
当生物炭团队从更广阔的视角审视生物炭的时候，又进一步提出了“秸秆炭化还田改土”新理念，确立了“以生物炭为核心，以简易制炭技术为基础，以生物炭基肥料和土壤改良剂为主要发展方向，通过生物炭基农业投入品的产业化、规模化应用，实现秸秆利用、耕地质量提升、农田固碳减排等多重目标”的技术路线。
与国内外其他生物炭研究不同的是，生物炭团队是先开始实践，从应用着手，再到理论研究。从2005年团队开始研究，2006年提出“秸秆炭化还田”新理念和“炭基肥”、“生物炭土壤改良剂”概念，2007年就申报了多项专利。到现在团队已经获得了12件国家发明专利，18件实用新型专利，包括花生炭基专用肥、玉米炭基专用肥、大豆炭基专用肥、马铃薯炭基专用肥、简易制炭设备与工艺等，而且实现了产业化。
陈温福坚信，生物炭研究是一项利国利民的事，将来会发展成一个新的学科，形成一项新的产业，更需要一支专业队伍才能把它做成。他们很早就组建了我们国家第一个生物炭工程技术研究中心。当时国际上做得好、有知名度的生物炭专门研究机构并不多，这个中心是组建相对较早的生物炭专门研发机构。在此基础之上，2020年组建沈阳农业大学国家生物炭研究院。近年来，项目团队先后得到了国家重点研发计划、国家水稻产业技术体系的支持，在生物炭环境应用与农业产业化应用方面走到了前列。
高效综合利用生物炭技术实现农林碳封存
除农作物秸秆外，现在用农林废弃物等生物质例如果园中剪下的枝条、森林里落下的枯枝败叶、城市中的固体垃圾，餐厨垃圾等，只要是生物质废弃物，都可以烧制成生物炭。从环境角度看，生物炭是消减污染的一条有效的途径。同时它也可以把生物质废弃物很好地综合利用起来，符合低碳、绿色、高效、循环和可持续的高质量发展理念。
目前，生物炭研究已迈向双碳目标，尤其是农林业碳汇。为了实现碳中和，除了工业减排等，还可以把农林废弃物等所有生物质做成生物炭后回归到土壤中去。这是一种很好的农林业碳汇方式。它不但可以实现碳封存，可以消减环境污染，还可以还田改土，实现耕地的可持续发展。
在当前双碳目标下，陈温福认为，最佳农林碳汇途径就是“变炭为碳，冷净地球”。农林碳封存最好的方式就是高效综合利用生物炭技术。生物炭含有大量的碳元素，而且稳定性很好，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过程。生物炭技术将固碳减排、消减环境污染和废弃生物质资源循环再利用放在一起同时进行。
2019年，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）将生物炭部分纳入《IPCC2006年国家温室气体清单指南2019修订版》。这应该标志着生物炭技术已被正式认定为有效的固碳减排技术，从另一个角度讲，也为生物炭生态效益转化为经济效益提供了一个契机。
但是，从固碳减排的角度看，目前能够成功地将生态效益转化为经济效益的例子还很少。陈温福指出，目前生物炭相关企业干着固碳减排的事，却拿不到固碳减排的钱，这在很大程度上限制了产业的发展。IPCC将生物炭纳入指南，意味着国际上的认可，将有助于促进制定更全面的生物炭固碳减排计量方法学，为生物炭参与碳交易铺平道路。
加速生物炭产业发展仍需多方发力
生物炭技术契合了“高效、低碳、循环、可持续”等现代农业发展理念，在治理土壤污染、保护农业环境、维持生态平衡、促进农业与环境良性循环和可持续发展等诸多方面，都具有重要的作用。
但是生物炭产业发展目前面临的瓶颈问题是推广速度慢。陈温福认为生物炭的应用还需要从国家角度由政府加强顶层设计。因此，他建议：一是将农林业碳汇作为重要研究专项开展进一步深入研究；二是把生物炭纳入到碳交易系统中；三是国家出台系列政策，将生物炭产业纳入公益性事业，公益性部分需要国家出面来进行。这样的话，才能对生物炭产业有一个大的推动和发展。
十几年来，生物炭团队一直坚持做生物炭长期定位试验，就是在同一块田里施用生物炭，看它进入土壤以后，土壤的性质、肥力、微生物等会发生哪些变化。通过积累数据，监测效果，实现精准化，系统化，促进生物炭研究与产业化的发展。
陈温福说现在看还有很多基础理论上的问题没有彻底解决，比如生产生物炭需要把温度控制在多少度才能精准匹配土壤改良需求？生物炭施入土壤后，究竟在什么时间开始分解，多少年分解了多少，分解出来的物质对于提高土壤肥力有多大作用等等，这些问题都需要经过长期的研究，经历一个漫长的过程才能解决。
现在，他们要把生物炭用于农业、环境和碳封存，那么就需要更多的理论与技术支撑，也需要在更广阔的时间和空间尺度上去考虑问题。例如农业碳汇核算，生物炭究竟能在多大的比例上解决环境问题。目前，农业碳汇还仅仅是个开始，这也是未来的研究重点。同时，生物炭在材料领域中应用的研究也需要进一步深入，比如纳米生物炭等。
生物炭，一项绿色科技，未来可期。陈温福表示：“我带领团队‘炭’索未来，未来‘炭’的发展更需要大家的共同努力。让我们利用生物炭技术为子孙后代留下一片良田沃土，一湾碧水青山！”