北京
▲科學家提出生物質廢棄物全元素極限利用新范式（視頻由AI生成）
畜禽糞便、農作物秸稈只是“垃圾”或單純的“燃料”嗎？在科學家眼中，它們是一座元素“礦山”。
近日，中國科學院成都生物研究所研究團隊提出生物質廢棄物全元素極限利用新范式，試圖打破傳統利用方式效率低下的僵局，通過原料元素挖掘、過程精準轉化和終端元素循環利用，充分激活廢棄物中元素資源潛力，發揮其最大價值。
01
生物質不僅是能源
長期以來，生物質廢棄物的處理陷入了“重能源、輕營養、忽微量”的誤區。
簡單來說，就是大家往往只盯著生物質廢棄物能不能產生燃氣或電力，卻忽視了其中寶貴的營養元素（氮、磷、鉀、硫）和微量元素（鐵、鎂、鋅等）。
這種“單打一”的轉化方式，導致大量資源流失。此前的研究顯示，生物質廢棄物本質上是一個復雜的元素矩陣。如果只取其一，便是典型的舍本逐末，與“買櫝還珠”的謬誤無異。
02
三大招數：
解鎖全元素極限利用
為了把這些流失的資源“抓”回來，科研團隊提出三大核心途徑：
首先，原料元素潛力深挖。生物質廢棄物的綜合利用需注重其元素組成。碳元素可以轉化為生物炭，這就像建立了一個“碳銀行”，把碳穩定地封存在地下，既能改良土壤，又能實現負碳排放。有數據顯示，我國每年產生的畜禽糞便中，含氮、磷、鉀等營養元素總量達3500萬噸，可達全國化肥年用量的一半以上，營養元素的資源化利用價值亟待重點關注。此外，鐵、錳、鋅含量雖少，但它們是微生物干活的“興奮劑”，作為厭氧消化中關鍵酶的輔因子，能夠有效穩定微生物活性、抑制揮發性脂肪酸積累，從而大幅提升微生物代謝產生甲烷的效率。
其次，生物質元素高保留。高效利用生物質廢棄物，關鍵在于轉化工藝中元素的最大保留。傳統的好氧堆肥會因氣體排放造成嚴重的碳、氮流失。相比之下，水熱腐殖化技術提供了一種極具潛力的“元素保留”途徑，可避免碳的氣體流失，實現近100%的碳保留，同時高效地將營養元素和微量元素鎖定在腐植酸肥中。在土壤修復應用中，人工腐殖質兼具碳封存功能與強化生物刺激素效應。
此外，副產物也要變廢為寶。轉化過程中產生的副產物是造成元素損失的關鍵。將副產物有效循環利用，構建整合利用體系，將推動生物質中元素的極限利用。以生物質厭氧消化為例，將生產的甲烷用于供能的同時，可將沼氣提純回收的硫單質和富含營養元素的沼液轉化為高附加值的單細胞蛋白。沼渣則可轉化為高價值的人工腐植酸，并通過整合回收的硫單質生產富硫肥料。“榨干吃盡”的模式，可助力實現生物質廢棄物元素的極限利用。
03
用好+管好
▲未來生物工廠示意圖
要實現生物質廢棄物從“單打一”的能源轉化向“全元素極限利用”的范式轉變，不僅需要生物技術、化學催化與人工智能的“跨界混搭”，更需要管理模式的革新。
研究團隊強調，未來需要建立精準的“元素導航”系統，根據產業需求，因地制宜地制定生物質中元素利用策略。
這一系統性、精準化的資源管理思路，對提升生物質廢棄物資源利用效率具有重要意義，有助于推動綠色可持續發展。
來源：中國科學院成都生物研究所
責任編輯：梁春雨
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