2021年底，由中國石油大學（華東）重質油國家重點實驗室田原宇教授主持完成的「典型農林廢棄物快速熱解創製腐植酸環境材料及其應用」項目（以下簡稱「項目」）獲國家技術發明二等獎。
科技的進步、發展、突破從來都不是一蹴而就，唯有厚積薄發，且同時漸進式進行創新，有時會產生可喜的和可轉化的結果。十五年科技攻關，產品疊代，緊隨市場化需求打造「服務型製造樣板間」，這套獲得國家技術發明二等獎裝置的產業化落地仍有很長一段路要走。
中國發展網特地連線採訪田原宇教授，為廣大讀者抽絲剝繭，一副生物質腐植酸科技創新、產品產業化落地、助力我國「雙碳」的圖景正在徐徐展開。
交叉學科的複雜工藝創新
「我本人本科學的是化學工程（石油加工），研究生師從段道順教授和賈生盛教授從事分離設備與重油反應工程的研究與實踐，博士期間又師從謝克昌院士在煤化工領域深造，為多學科交叉打下了良好基礎，所以走的是從基礎理論到工藝裝備一體化協同的研發路徑。」田原宇教授對他的學習經歷和學科背景娓娓道來。
他提到該項目雖在能源化學領域，但要求既懂化學工藝與工程，還要懂裝備和材料，更要熟悉工業化生產現場和農業應用的實際情況，需要交叉學科和團隊協同作業才可能實現最終的工業化生產。團隊中有學術把舵的謝克昌院士、熟悉工藝設備一體化的喬英雲教授和張華偉教授、深耕催化裂化工藝與裝備技術多年的資深專家楊朝合教授、腐植酸環境材料資深專家黃占斌教授，還有煤化工領域的梁鵬教授、熟悉腐植酸應用的喬生高工、青年才俊喬新健、熟悉腐植酸生產與市場的孫明廣和馮廣祥等，另外多達幾十位的博碩士研究生也是該項目研發和應用的生力軍。
與現有腐植酸產品相比，該項目生產出的產品純度≥96%，無多環芳烴污染物，成本降低50%，固體有機物快速熱解的液體含灰≤0.1%……田原宇帶隊原創性提出「快速熱解過程控氧控灰」思路，發明自混合下行床快速熱解成套技術，發明系列生物腐植酸可控化交聯聚合反應工藝和裝備，首次完成農林廢棄物製取高純高活性生物腐植酸的工業化生產，實現靶向腐植酸環境材料的工業化生產。團隊緊跟市場產品需求，反向推導工藝流程的思路，訂製化和彈性化開發新工藝設備，不斷通過反覆的試驗和驗證，進一步完善工業化生產流程及設備。
「自混合下行床快速熱解裝備及系列配套專有設備」充分滿足了快速熱解制腐植酸工藝的超短接觸反應和分離需求，率先突破工藝設備匹配性差、液體控灰難、裝備大型化和運行不穩定的四大瓶頸，建成世界單套最大和穩定運行、年處理農林廢棄物可達20萬噸、生產生物質腐植酸可達10萬噸的工業化裝置。
商業模式需逐漸明晰
中國國內目前對腐植酸研究雖然很久但仍舊零散，腐植酸中提升肥效的關鍵成分尚在研究。在抗寒、抗澇、抗病等抗性以及與肥料中的氮、磷、鉀和微量元素的配伍效果等依舊沒有系統的研究和權威發布。腐植酸面向不同退化土壤的靶向修復和治理剛剛起步，因此在形成真正面向市場的終端產品還有「最後一公里」沒有打通。
腐植酸產業的蓬勃發展最終要落實到產品的使用上，由於目前農村勞動力的年齡結構以及機械化程度有了很大的改變，需要開發更加省時省工的施肥方法。目前除了普遍採用根施和葉面施肥以及兩者結合的方法之外，還需根據各地方的種植習慣和施肥習慣開發不同的施肥方法，達到省時省工的效果。不僅僅是適合市場的產品，產品的使用創新也有很大的挑戰。
田原宇談道，我國農業經濟回報率一直處在低位，國家財政補貼為主，土壤改良老百姓動力不足，生物質腐植酸產業化落地的鏈條不夠成熟，並沒有形成良性發展的體制和機制來促進商業模式的落地，從而相關產品的產業化落地前期先天不足，後期仍需培育。
據田原宇介紹，該項目授權發明專利38件，其中美國專利7件；發表論文47篇、出版專著1本，起草行業/團體標準（意見徵求稿）5項。該裝置生產出來的系列系列高值靶向腐植酸環境材料產品正在全國各地用於土壤改良示範。
「雙碳」背景下的腐植酸煥發生機
「在碳達峰碳中和的當前背景下，土壤通過應用腐質酸系列產品強化植物的生長，本身是一個生物固碳和土壤儲碳固碳的過程。土壤碳庫是生物圈最大的碳庫，穩碳固碳、可以有效地減少碳排放。這是我國疏堵結合，實現碳中和最為關鍵的一個方面。」田原宇強調。
要做到農業碳減排，解決肥料低碳化投放是關鍵。田原宇介紹道，理論上來說，做到土壤固碳、穩碳、儲碳的最有效辦法就是補充土壤有機質。通過「兩機互補」理論，指導低碳肥料生產，既儲碳控碳，又提供養分供應，還能促進土壤碳中和，可謂一舉多得。
眾所周知，腐植酸是土壤的構造者，也是參與地球碳循環的重要一環。腐植酸一方面可以和礦物質以不同形式和緊密程度作用結合，形成各類有機無機複合體，構造土壤團聚體，促進土壤結構穩定，保障土壤可持續生產；另一方面，通過「腐植酸+」集成大中微量及有益元素，生產腐植酸低碳肥料和環境材料，致力於土壤碳平衡。
腐植酸主要應用於重金屬污染、鹽鹼地、退化土壤、荒山的修復等方面，通過「大量反哺腐植酸低碳肥料和環境材料——穩定土壤氣候變化——提高土壤儲碳控碳能力」的科學機制，讓「黑色腐植酸環境材料、腐植酸肥料從土壤中來到土壤中去」，實現「土壤碳中和」，充分發揮腐植酸低碳肥料產業化的力量十分重要。
2021年11月7日，第三屆世界科技與發展論壇上國際純粹與應用化學聯合會發布了「2021年度化學領域十大新興技術」，其中就有人工腐殖質（為可持續和高效農業設計負碳解決方案）。據田原宇教授介紹，人工腐殖質作為新時代的新型化學技術之一，整個國際上才開始剛剛開始研發，我們需要在靶向腐植酸環境材料上將繼續完善和大面積推廣，腐植酸未來將會是我國保障土壤安全、糧食安全、食品安全以及應對氣候變化中非常重要的「壓艙石」。田原宇呼籲要儘快確立肥料的科學投放理論，推進「肥料工業4.0」時代走向低碳化；要建立科學的低碳肥料標準化體系，實現低碳肥料從研發到施用全過程可控，儘快實現「碳達峰」目標和「碳中和」願景。
2020年12月，中國產業發展研究院攜國內高水平專家齊聚錫林浩特，參加《錫林浩特市腐植酸產業發展規劃》項目啟動座談會，標誌著「腐植酸產業規劃」在錫林浩特正式啟動。據了解，田原宇教授參與該「腐植酸產業規劃」的編寫工作，他認為褐煤資源豐富的的錫林浩特，為腐植酸產業的規模化生產、科技成果研發和產業化、高附加值產業鏈延伸奠定了資源基礎。
在科技賽道上，要想跑得快，並不是一時興起、吆喝兩句就能出成績的。必須先填飽科技的肚子，打好科技的基礎。唯有決定苦心孤詣的夯實地基，方能建成穩固高聳的科技燈塔。未來30年，我國「碳中和」市場將達138萬億元，這是地面上指向工業「雙碳目標」顯性排放的「黃金賽道」市場。相較地面下指向土肥「雙碳目標」隱性排放的「黃金賽道」市場，腐植酸低碳肥料產業化落地未來可期。
研發進程——
❊2004年田原宇教授帶隊開始研究生物質快速熱解液化技術
❊2006年建成3000噸/年的快速熱解中試裝置，解決固體有機物熱解的8項帶有共性的工程化技術難題
❊2008年建成第二套2萬噸/年的快速熱解裝置
❊2009年建成第二套2萬噸/年的快速熱解裝置並投產，又解決生物質快速熱解的4項特有的工程化技術難題，並且通過項目鑑定。
❊2012年建成世界單套規模最大的20萬噸/年 「生物質快速熱解液化工業化裝置」。生產出的產品一方面可以做生物燃油，另一方面也可以做生物腐植酸。鑑於當時的原油價格較高，主要的市場空間在生物燃油。
❊2014年原油價格下降且暴跌，快速熱解裝置轉向生產生物腐殖酸，產品從要求最大化脫氧轉向為最大化保氧，生產工藝條件上需按照最大化生產腐植酸的要求重新優化。經過後來一系列技術深耕和開發，最終形成穩定的靶向腐植酸環境材料生產技術，並實現了工業化生產。
❊2015年獲得山東省技術發明一等獎
❊2020年通過反覆的技術、工藝、裝備的完善與推廣應用，終獲國家技術發明二等獎