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變“廢”為寶:構(gòu)建分布式'補(bǔ)碳站'網(wǎng)絡(luò),希望田野的農(nóng)業(yè)廢棄物資源化新模式

作者:高康平 2024-10-12 09:08

據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織數(shù)據(jù)顯示,如今的中國(guó)已經(jīng)成功生產(chǎn)了全世界四分之一的糧食,解決了全世界五分之一人口的溫飽問(wèn)題,成為糧食大國(guó)。


集中化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式已成為我國(guó)常見(jiàn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。大規(guī)模的種植養(yǎng)殖生產(chǎn)提高生產(chǎn)效率和作物產(chǎn)量,保障了食品的穩(wěn)定供應(yīng);另一方面,大規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也帶來(lái)了大量超出自然降解速率的廢棄物。


在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的廢棄物中,有大部分屬于有機(jī)廢棄物,倘若能夠加以利用則能變成肥料、飼料等,再次進(jìn)入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的循環(huán)中。然而在實(shí)際操作中,據(jù)統(tǒng)計(jì)僅有不足30%的有機(jī)廢棄物得到了再利用,其余的大多被當(dāng)作垃圾處理。


希望田野生態(tài)科技有限公司(后簡(jiǎn)稱:希望田野)在生物質(zhì)處理領(lǐng)域有多年研究經(jīng)驗(yàn)。2024年9月,希望田野生物質(zhì)廢棄物資源化循環(huán)利用項(xiàng)目在新疆沙灣市烏蘭烏蘇鎮(zhèn)落地,為新疆帶來(lái)高效、環(huán)保且經(jīng)濟(jì)的農(nóng)業(yè)廢棄物處理方案。



低成本、高效率,顛覆傳統(tǒng)處置方案


綠色、低碳、循環(huán)發(fā)展是近年來(lái)我國(guó)生態(tài)發(fā)展的重要方向。我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)每年會(huì)產(chǎn)生超60億噸的有機(jī)廢棄物,但只有不足30%得到了再利用。其主要原因在于目前的處理技術(shù)不能適應(yīng)市場(chǎng)需求,投入與回報(bào)還不成正比。


目前,處理農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物的技術(shù)相對(duì)單一,且適用場(chǎng)景有限。一套成熟的處理設(shè)備不僅造價(jià)較高,而且能夠處理的廢棄物種類較為有限,通常一套設(shè)備僅能處理1-2種類型的廢棄物。另外,在處置過(guò)程中,還需要消耗大量的水電和人力成本,平均每噸廢棄物需要近千元的處置成本。


除了硬件設(shè)施以外,建設(shè)廠房也是一筆不可忽視的投入。處理廢棄物的設(shè)備體積較大或處置所需的空間較大,一般需要大面積空曠區(qū)域搭建廠房。另外廠房的選址也頗為講究,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地附近有各種條件的約束,偏遠(yuǎn)地區(qū)還需要考慮運(yùn)輸費(fèi)用。


然而高成本投入,并不能帶來(lái)同等的收益。事實(shí)上,目前傳統(tǒng)有機(jī)廢棄物再利用技術(shù)的效率并不理想。以秸稈再利用為例,秸稈資源化利用的方式多樣,但各有利弊。農(nóng)用還田雖能改善土壤結(jié)構(gòu),卻可能導(dǎo)致短期內(nèi)養(yǎng)分失衡,影響作物生長(zhǎng)。秸稈飼料化雖創(chuàng)新,但因其本身營(yíng)養(yǎng)價(jià)值有限,往往需要額外添加營(yíng)養(yǎng)劑,增加了成本。能源化利用如生物質(zhì)燃料生產(chǎn),雖為清潔能源做出貢獻(xiàn),但面臨能源轉(zhuǎn)化效率低下和潛在的二次污染問(wèn)題。


工業(yè)原料應(yīng)用中,秸稈用于造紙和人造板材雖降低了對(duì)木材的需求,但加工過(guò)程可能產(chǎn)生新的環(huán)境負(fù)擔(dān)。秸稈作為食用菌基質(zhì)雖是良好出路,但使用量有限,難以完全消化秸稈資源。有機(jī)肥料生產(chǎn)雖然環(huán)保,卻因周期長(zhǎng)、占地大而難以大規(guī)模推廣。在理論上,秸稈的再利用率可達(dá)到80%,而在實(shí)際操作中僅20%得到有效利用,大多數(shù)都再次作為垃圾被處理。


基于此,目前大部分農(nóng)業(yè)廢棄物依然采用最傳統(tǒng)的處理方法,如露天焚燒,就地掩埋等。這不僅無(wú)法對(duì)有機(jī)廢棄物進(jìn)行有效再利用,還會(huì)影響土地、水源、空氣質(zhì)量,出現(xiàn)水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化、土壤鹽堿化等環(huán)境問(wèn)題。


2021年發(fā)布的《“十四五”全國(guó)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》中提到,在2025年農(nóng)作物秸稈綜合利用率保持在86%以上,大宗固廢綜合利用率達(dá)到60%。目前的技術(shù)仍有一段距離。在這樣的背景之下,一支源于上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研團(tuán)隊(duì)組建了希望田野,讓有機(jī)廢棄物再次發(fā)揮價(jià)值。


“軟硬”并施,促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收同時(shí)改善環(huán)境


農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展早已成為趨勢(shì),在政策的扶持下,許多生物質(zhì)處理企業(yè)如雨后春筍般出現(xiàn)。而希望田野并非隨大流的產(chǎn)物,數(shù)十年如一日的堅(jiān)持,使得團(tuán)隊(duì)在生物質(zhì)處理領(lǐng)域積攢了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ),并搭建起了生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)庫(kù),打造了獨(dú)屬“希望田野”的技術(shù)護(hù)城河。


在自然界中,微生物將大分子分解成小分子是一個(gè)熵增的過(guò)程。然而,自然降解需要較長(zhǎng)的時(shí)間,并且微生物對(duì)外界環(huán)境要求較高,不適應(yīng)的溫度、濕度都可能影響微生物降解的速度,導(dǎo)致微生物死亡。為加速分解速度,有團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了水熱裂解技術(shù),能夠在12小時(shí)內(nèi)完成分解,并產(chǎn)出穩(wěn)定有機(jī)物。但這項(xiàng)技術(shù)門(mén)檻較高,需要高溫高壓,成本投入較大,難以廣泛推廣。


因此,希望田野結(jié)合這兩種方式,采用中溫常壓催化+酶解工藝替代水熱裂解,實(shí)現(xiàn)高效率、低能耗、零污染地分解大分子。


截至2024年7月,希望田野已經(jīng)研發(fā)出了適用于12種有機(jī)廢棄物協(xié)同降解的催化劑配方,15種作物的產(chǎn)品生產(chǎn)配方,并挖掘出了39株菌功能基因片段。在催化劑和生物酶的作用下,希望田野能夠?qū)⑥r(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物按需轉(zhuǎn)化為液體有機(jī)碳源和固體基質(zhì),實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢棄物的高效、低成本資源化利用。


實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,希望田野的處理方式能夠?qū)⒎纸鈺r(shí)間從傳統(tǒng)的3-4周縮短到2-8小時(shí),同時(shí)還能確保在整個(gè)處理過(guò)程中資源的利用率,減少了有機(jī)物質(zhì)的損失。



此外,希望田野分解出的有機(jī)物可以實(shí)現(xiàn)多元利用。團(tuán)隊(duì)自研軟件,能夠自動(dòng)識(shí)別不同廢棄物組分,因此在處理過(guò)程中能夠自適應(yīng)處置包括污泥、秸稈、廚余垃圾、尾菜、果皮果渣等在內(nèi)的多種生物質(zhì)廢棄物甚至是其混合物,進(jìn)行高效處置,解決了傳統(tǒng)設(shè)備只能處理單一廢棄物的問(wèn)題。


目前,希望田野不僅能夠生產(chǎn)肥料、飼料,還能合成污水處理的碳原替代品、鹽堿地修復(fù)的土壤改良劑,截至目前,在秸稈直接生產(chǎn)葡萄糖方面也取得突破。應(yīng)用場(chǎng)景可從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水產(chǎn)養(yǎng)殖,延伸至合成生物學(xué)、生態(tài)環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域進(jìn)發(fā)。


希望田野CEO段翔宇解釋道:“我們就想通過(guò)最低的成本,去模擬自然界中微生物降解大分子有機(jī)物的過(guò)程,加快有機(jī)大分子到小分子的轉(zhuǎn)化速率,讓廢棄物得到更充分的再利用?!?/p>


以新疆為起點(diǎn),搭建補(bǔ)“碳”站網(wǎng)絡(luò)


在新疆,農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境主要面臨幾大問(wèn)題:農(nóng)業(yè)廢棄物難處理、土地鹽堿化以及水資源短缺。而段翔宇表示:“這些問(wèn)題剛好與希望田野的技術(shù)優(yōu)勢(shì)相契合?!?/p>


目前希望田野生物質(zhì)廢棄物資源化利用項(xiàng)目,已經(jīng)在新疆沙灣市烏蘭烏蘇鎮(zhèn)落地開(kāi)工。未來(lái),希望田野能夠通過(guò)“生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)庫(kù)+催化劑生物酶”的方式,無(wú)害化處理當(dāng)?shù)孛藁ń斩?、畜禽糞污等農(nóng)業(yè)廢棄物,減少對(duì)土壤以及水資源的污染。同時(shí)還能夠加工為水溶性肥料、土壤修復(fù)劑、水體凈化碳源等產(chǎn)品,不僅實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物增產(chǎn)增收,減少化學(xué)品投入,還能從根源改善土壤質(zhì)量,提高土壤保水性,緩解水資源短缺問(wèn)題。


通過(guò)團(tuán)隊(duì)的多年研發(fā),將工藝與模塊化設(shè)備結(jié)合,整套工藝所需的設(shè)備體積僅為傳統(tǒng)設(shè)備的十分之一,造價(jià)成本也更低,因此能夠擺脫對(duì)大型廠房的依賴,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地附近建立可移動(dòng)式站點(diǎn),減少?gòu)U棄物的運(yùn)輸和收集難題,同時(shí)降低農(nóng)民生產(chǎn)過(guò)程中的農(nóng)資投入成本,從而培養(yǎng)農(nóng)戶無(wú)害化處理農(nóng)業(yè)廢棄物的習(xí)慣。


有機(jī)廢棄物的資源化利用不是終點(diǎn),而是建立分布式"補(bǔ)碳站"網(wǎng)絡(luò)的起點(diǎn),未來(lái)希望田野全國(guó)各地,特別是在農(nóng)業(yè)大省和城市群周邊,將建立起密集的"補(bǔ)碳站"網(wǎng)絡(luò)。而每個(gè)"補(bǔ)碳站"都是一個(gè)小型的生物質(zhì)資源化利用中心,能夠高效處理周邊50-100公里范圍內(nèi)的各類有機(jī)廢棄物。


另外,這些"補(bǔ)碳站"不再是傳統(tǒng)意義上的廢棄物處理廠,而是集廢棄物處理、資源轉(zhuǎn)化、能源生產(chǎn)、碳匯交易于一體的綜合平臺(tái)。它們像細(xì)胞一樣分布在全國(guó)各地,構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。


所有的"補(bǔ)碳站"都通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)系統(tǒng)連接起來(lái),形成一個(gè)智能化的運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)各地的廢棄物產(chǎn)生情況、處理能力、產(chǎn)品需求等信息,并進(jìn)行智能調(diào)配。


例如,當(dāng)某個(gè)地區(qū)因季節(jié)性因素產(chǎn)生大量農(nóng)業(yè)廢棄物時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整周邊"補(bǔ)碳站"的處理參數(shù),提高處理能力。同時(shí),根據(jù)土壤監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),系統(tǒng)還能指導(dǎo)生產(chǎn)最適合當(dāng)?shù)赝寥罈l件的有機(jī)肥料。真正實(shí)現(xiàn)技術(shù)+場(chǎng)景的變廢為寶,綠色生態(tài)。


新疆是“一帶一路”的重要節(jié)點(diǎn),也是希望田野的起點(diǎn),除了沙灣項(xiàng)目的落地,希望田野也在溢達(dá)創(chuàng)研村設(shè)置了運(yùn)營(yíng)中心,向全疆輻射發(fā)展。同時(shí)希望田野還在內(nèi)蒙古、南通等地設(shè)立資源化利用處置中心。隨著移動(dòng)站點(diǎn)的不斷鋪開(kāi),希望田野會(huì)搭建起從廢棄物處理到定制化生物質(zhì)碳源生產(chǎn)的全鏈條,滿足不同的農(nóng)業(yè)環(huán)保場(chǎng)景需求。給我國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)發(fā)展、雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)以及生態(tài)環(huán)境改善注入新力量。



目前希望田野正在進(jìn)行新一輪融資,并尋找業(yè)務(wù)相關(guān)合作伙伴。如您對(duì)希望田野感興趣,請(qǐng)與我們聯(lián)系。


注:文中如果涉及35斗記者采訪的數(shù)據(jù),均由受訪者提供并確認(rèn)。

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