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來源：新浪財經(jīng)
▲河南農(nóng)業(yè)大學(xué)廢棄物資源化利用團(tuán)隊
“科技發(fā)展，關(guān)鍵在人。這是河南農(nóng)業(yè)大學(xué)廢棄物資源化利用團(tuán)隊不忘初心，攻堅克難的基本遵循?！弊鳛橄硎車鴦?wù)院特殊津貼專家、教育部首批“國家級優(yōu)秀骨干教師”和河南省特色骨干學(xué)科（農(nóng)業(yè)工程）的學(xué)術(shù)帶頭人，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部可再生能源新材料與裝備重點實驗室主任、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)原副校長張全國教授從開始的常規(guī)能源煤炭及煤矸石和粉煤灰的清潔高效利用，到順應(yīng)國家碳中和潮流，深入開展生物質(zhì)能領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)研究，利用專業(yè)知識解人民之所需，為可再生能源開發(fā)利用，尤其是為太陽能光合生物制氫提供了重要技術(shù)參考 。
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率先開啟國內(nèi)
光合生物制氫研究先河
改革開放之初，國家啟動了對農(nóng)民家庭用能狀況的調(diào)查，廣大農(nóng)民普遍存在的“夏無三炊薪，冬無御寒柴”的現(xiàn)狀。河南農(nóng)業(yè)大學(xué)在老校長張百良教授帶領(lǐng)下，克服一缺知識、二缺技術(shù)、三缺人才的重重困難，率先開辦了全國第一個農(nóng)村能源工程專業(yè)，并建立了以農(nóng)村可再生能源為主要研究方向的實驗室。張全國毅然投入可再生能源領(lǐng)域的研究中，不斷學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進(jìn)知識，銳意進(jìn)取、攻堅克難。
氫能因其能量密度高，燃燒無污染、應(yīng)用形式多樣等被認(rèn)為是礦物燃料最理想的替代能源。目前，大家所能看見的氫動力汽車已經(jīng)開始試運行。然而傳統(tǒng)的化學(xué)法制氫，不僅消耗化石能源，還會造成環(huán)境污染。生物制氫是利用微生物自身的新陳代謝途徑，在常溫常壓下生產(chǎn)氫氣。國內(nèi)外最初關(guān)于生物制氫的研究，主要集中在光解水制氫和暗發(fā)酵制氫兩種，而對光發(fā)酵制氫的研究還比較少。河南農(nóng)業(yè)大學(xué)廢棄物資源化利用團(tuán)隊，率先開始了光合生物制氫的科學(xué)研究。
光合生物制氫有較高的理論產(chǎn)氫量，但光發(fā)酵制氫過程中的光轉(zhuǎn)化效率普遍低、反應(yīng)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他方法的制氫成本，張全國教授團(tuán)隊根據(jù)光合產(chǎn)氫菌吸收光譜特性和太陽能輻射特性，提出了利用太陽能為光源的光合生物制氫體系及其光譜耦合理論，設(shè)計了具有自動跟蹤太陽能接收裝置、可改變太陽光波長的光生化制氫裝置。這種可選擇光譜的濾光技術(shù)裝置的改進(jìn)，得到了光合產(chǎn)氫菌吸收光譜特性隨太陽能輻射波長的變化規(guī)律，不僅極大的減少了制氫成本，還提高了光轉(zhuǎn)化效率。
▲張全國在調(diào)試暗-光聯(lián)合生物制氫中試系統(tǒng)
針對光合細(xì)菌代謝制氫過程中存在的大量熱物理問題，會直接影響光合生物制氫體系的能量消耗、產(chǎn)氫酶活性、產(chǎn)氫速率等，研發(fā)團(tuán)隊首次提出光合生物產(chǎn)氫熱效應(yīng)理論，揭示生物制氫體系的溫度場變化規(guī)律，開發(fā)出生物制氫反應(yīng)器內(nèi)部的溫度場分布數(shù)值模擬方法，提高產(chǎn)氫菌活性，構(gòu)建與高效光合產(chǎn)氫菌群熱力學(xué)特性相耦合的綠色光合制氫體系。隨后，團(tuán)隊開始轉(zhuǎn)向以農(nóng)業(yè)廢棄物為底物的光合生物制氫研究。同時創(chuàng)制了世界上最大的秸稈類生物質(zhì)光合生物制氫試驗系統(tǒng)及其成套裝置，優(yōu)化設(shè)計了折流式聯(lián)合制氫反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了太陽能光生化反應(yīng)器的連續(xù)穩(wěn)定運行，構(gòu)建了高效節(jié)能型綠色光合制氫體系。
團(tuán)隊圍繞光合生物制氫研究進(jìn)展出版的《光合生物制氫光熱質(zhì)傳遞理論與數(shù)值分析》和《光合生物制氫理論與技術(shù)》等著作在2017年科學(xué)出版社農(nóng)林專著銷售排名中分別位列第一、第二名，《農(nóng)業(yè)廢棄物光生化制氫熱效應(yīng)理論與應(yīng)用》專著于2020年獲得國家科學(xué)技術(shù)著作出版基金資助。團(tuán)隊在秸稈類生物質(zhì)光合生物制氫光譜耦合理論、熱效應(yīng)理論、多相流理論及光熱質(zhì)傳輸規(guī)律等關(guān)鍵科學(xué)問題取得了一系列成果，明晰了對秸稈類生物質(zhì)光合生物制氫中的生物質(zhì)多相流光熱質(zhì)傳遞特性及其穩(wěn)定高效產(chǎn)氫體系，張全國教授及其團(tuán)隊于2019年獲得“國際生物過程學(xué)會PANDEY突出成就獎”，研究成果“秸稈類生物質(zhì)光合制氫光熱質(zhì)傳遞理論與調(diào)控機(jī)制”于2020年獲得河南省自然科學(xué)二等獎，成功主辦了第四屆國際生物過程學(xué)會學(xué)術(shù)年會和第十三屆亞洲生物制氫和生物煉制學(xué)術(shù)年會，并分別擔(dān)任這兩個高規(guī)格國際學(xué)術(shù)會的會議主席。
“三化”協(xié)同開創(chuàng)
農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用新途徑
截至目前，研發(fā)團(tuán)隊在太陽能光合生物制氫方面的研究已有20年。以解決實際問題出發(fā)，從開始提出的光譜耦合、熱效應(yīng)、多相流等理論，到現(xiàn)在的規(guī)模化實驗，一步一個腳印，逐步闡釋了光合生物制氫體系內(nèi)部機(jī)理，突破了光合生物制氫技術(shù)上的瓶頸，并實現(xiàn)了中試規(guī)模化應(yīng)用，引領(lǐng)了基于農(nóng)業(yè)廢棄物的太陽能光合生物制氫科學(xué)研究與技術(shù)發(fā)展，為農(nóng)業(yè)廢棄物高效梯級利用的綠色生物制氫工業(yè)化應(yīng)用提供科學(xué)參考。
2019年3月，中國和意大利簽署了19份政府間雙邊合作文件，進(jìn)一步深化了中意雙方全面戰(zhàn)略伙伴關(guān)系。在中意雙方政府間全面合作的背景下，張全國團(tuán)隊與意大利國家研究委員會大氣污染研究所簽署了“基于農(nóng)業(yè)廢棄物的生物氫氣和生物甲烷及緩釋營養(yǎng)劑聯(lián)產(chǎn)技術(shù)研究與示范”合作研究協(xié)議，并達(dá)成“中意農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用技術(shù)聯(lián)合研究中心”的共建意向，深入開展合作研究，共同努力為“一帶一路”沿線國家提供農(nóng)業(yè)廢棄物資源生態(tài)安全利用的新理論與新方法，開創(chuàng)農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用的新途徑。
除了生物制氫，團(tuán)隊也一直在對廢棄物資源化清潔利用方面進(jìn)行研究。農(nóng)業(yè)廢棄物量大面廣，且能量低，如何能將農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)能源和肥料等產(chǎn)品，使其產(chǎn)生顯著的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。目前，較為成熟的厭氧發(fā)酵產(chǎn)出沼氣的同時，還會產(chǎn)生大量的發(fā)酵尾液（沼渣、沼液等），尾液中含有豐富的氮磷鉀等營養(yǎng)元素，尾液的隨意排放不僅浪費資源，還會造成環(huán)境污染。
針對以上問題，團(tuán)隊提出了農(nóng)業(yè)廢棄物燃料化、肥料化、基料化于一體的“三化”協(xié)同多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，實現(xiàn)了“三化”系統(tǒng)中物質(zhì)和能量的雙元循環(huán)高效清潔利用，研究成果分別獲得中國專利優(yōu)秀獎、中國沼氣學(xué)會科技創(chuàng)新一等獎、河南省科技進(jìn)步一等獎等多項獎勵。同時根據(jù)不同區(qū)域特征和用戶需求，研制了一系列多聯(lián)產(chǎn)裝備，如輔熱集箱式和雙效增溫式等，產(chǎn)生了顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益。
建立資源節(jié)約型
綠色消費體系是當(dāng)務(wù)之急
“我們要做的，就是讓學(xué)生們進(jìn)入社會后，充分運用所學(xué)的專業(yè)知識，能為社會發(fā)展貢獻(xiàn)智慧?！睆埲珖淌谔寡?。正是這樣樸素的堅守，為實施國家碳中和戰(zhàn)略和可再生能源發(fā)展輸送了一批又一批新鮮血液。
科學(xué)研究，最終要為生產(chǎn)實踐服務(wù)。作為中國科協(xié)首席科普專家、“科創(chuàng)中國”農(nóng)業(yè)工程科技服務(wù)團(tuán)副團(tuán)長，張全國教授率領(lǐng)團(tuán)隊，積極服務(wù)鄉(xiāng)村。2020年，舉辦科普講座5場，同時還創(chuàng)辦微信公眾號、做客直播間、出版科普讀物，尤其結(jié)合團(tuán)隊研發(fā)成果“農(nóng)業(yè)廢棄物雙元循環(huán)多聯(lián)產(chǎn)資源化技術(shù)及應(yīng)用”，在南陽、駐馬店等科普實踐基地進(jìn)行宣傳推廣，創(chuàng)建了農(nóng)業(yè)廢棄物全方位高值化利用新模式，于2017年獲河南省科普成果一等獎，為鄉(xiāng)村振興和脫貧攻堅提供了新途徑。
多年擔(dān)任十一和十二屆全國政協(xié)委員、十二屆全國政協(xié)教科文衛(wèi)體委員會委員、民革中央委員、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部科技委農(nóng)業(yè)工程學(xué)部委員、中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會副理事長、中國高等教育學(xué)會工程熱物理專業(yè)委員會副理事長和河南省黨外知識分子聯(lián)誼會副會長等社會職務(wù)的經(jīng)歷，讓張全國教授對民之所需、民心所向有很深刻的認(rèn)識。自2008年任全國政協(xié)委員以來，他就一直集中選題調(diào)研，建言獻(xiàn)策。
其中，他提交的關(guān)于減免農(nóng)業(yè)高等教育涉農(nóng)專業(yè)學(xué)生學(xué)費、家電下鄉(xiāng)的農(nóng)村能源供需、新農(nóng)村人才隊伍建設(shè)、糧食核心產(chǎn)區(qū)的低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展、農(nóng)村沼氣科技推廣能力建設(shè)、涉農(nóng)專業(yè)學(xué)生素質(zhì)教育、提高涉農(nóng)專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新就業(yè)能力、建立資源節(jié)約型綠色消費體系等提案，都取得了較好的效果。其中，關(guān)于建立資源節(jié)約型綠色消費體系的提案得到了國家發(fā)改委和財政部的高度重視，該提案還被評為十一屆全國政協(xié)優(yōu)秀提案。
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出品 | 中國能源報（ID：cnenergy）
