低碳技术 叩开肥料业下一个“黄金十年”
编者按 华南农业大学校园一角,一间不起眼的平房。
这里是华南农业大学新肥料资源研究中心廖宗文教授的住所兼办公室。不足20平米的狭小空间中,年过6旬的老教授完成了“促释肥料活化剂”理论和“低碳技术”的研究。
“低碳技术是肥料界的一场革命,是肥料科技创新最新制高点”,对于肥料的低碳技术,业界专家不吝赞美之辞。在嗅觉敏锐的肥企老总们眼中,“肥料活化剂”和“低碳技术”的研究成果也绝不仅是只适合校园传承的理论。6种活化剂在中低磷矿、 尿素中实际试验成功,在钾肥实验室里试验成功,这些事实让他们相信,廖教授的研究成果将会是下一个行业金矿,在矿产资源供应日益告急,行业频亮红灯的时代背景下,谁能争取到低碳技术,谁就能引导行业下一个十年的风骚。于是通过各种渠道,企业家们先后叩开这间小平房,希望能争取到第一个合作的机会,吃到行业的第一只“大螃蟹”。
那么,什么是肥料的低碳技术,促释型高效肥又如何实现低碳排放的这个业界瞩目的目标,它与现代社会热议正酣的“低碳经济”又有着怎样千丝万缕的联系呢?为此,南方农村报记者特约廖教授作了一次面对面的专访,揭开了低碳技术的面纱。
①低碳经济背景下肥料革命
目前,华南农大新肥所的活化剂已经在磷、氮、钾、镁、硅等大量中量元素肥中取得了突破。仅针对磷矿就研制成功了6种有机类和无机类活化剂,不仅能突破中低品位的磷矿不好利用的产业难题,而且能彻底解决普通磷矿生产中的高能耗、高酸耗技术难题。
记者(以下简称记):在“低碳经济”被全球瞩目之后,您倡导的肥料业低碳技术是一个什么概念?
廖宗文(以下简称廖):作为我国化工行业的高能耗、高排放的代表产业,肥料低碳技术改造与这个经济名词紧密相关。目前,我国肥料行业的发展普遍还处在“高碳经济”时代,特别是肥料生产过程中的高能耗、高酸耗、高污染排放的问题十分突出。肥料业低碳技术的目标,就是要在肥料生产、流通、使用等环节中实现低碳使用和排放,这一技术目标与全球热议的低碳经济理念一脉相承,也符合国家对化肥行业整合改造、节能减排的产业政策措施。
具体到华南农业大学新型肥料研究所的研究项目,就是以活化剂的活化态有效性为基础,降低肥料能耗,消灭肥料酸耗,从而达到缩减碳排放,节能减排的目的。目前,低碳技术已经在中低品位磷矿的利用上取得了突破性进展,在低温、无酸的生产条件下,肥料生产仅需要普通的混合搅拌设备,就能实现对中低品位磷矿的肥效利用,而且肥效完全不输于普通的高品位磷矿制造的磷肥,目前,低碳技术制造的高效磷肥已经在10多种大田作物上做试验取得了成功,具备产业化的条件。
记:能否简单介绍一下您和您的华南农大新肥所团队搞出的肥料低碳技术?
廖:我们所做的低碳技术是以肥料活化剂为依托的。在活化剂作用下,肥料矿石和肥料成品在低温条件下经简单搅拌混合就能完成活化过程,并具备了按需共给、按需释放的的动态平衡施肥能力,在降低生产成本的同时肥效不低于传统肥料。使用了低碳技术活化剂的肥料,生产过程节能、无酸；使用过程省肥、促释；最终结果增产增收。
低碳技术正是由活化剂而来。由于活化剂参与肥料生产是在低温下进行,为节能提供可能。这是低碳排放的第一个要素；而活化剂肥料无须强酸参与反应和化成,又实现了肥料生产低碳排放第二个要素；目前,我们华南农大新肥所的活化剂已经在磷、氮、钾、镁、硅等大量中量元素肥中取得了突破。仅针对磷矿,我们就研制成功了6种有机类和无机类活化剂,不仅能突破中低品位的磷矿不好利用的产业难题,而且能彻底解决普通磷矿生产中的高能耗、高酸耗技术难题,为磷复肥产业低碳排放提供了技术支持。
②来自于鸡猪粪的重要启示
只要肥料达到了一般水溶性,并能实现按需释放,就能达到肥料释放和作物需求的动态平衡。接受了这个概念突破,就能从经典的静态肥效评价指标中跳出来,才敢于在低温、无酸的条件下,促成可以实现产业化的活化剂。
记:作为低碳技术的核心支撑,活化剂从何而来?你又是如何锁定这个核心呢?
廖:这里面的确有运气成分,但最终还是靠10多年的坚守。很多农户在施肥上都曾有过一个生产经验,将腐熟的鸡粪、猪粪与磷矿粉搅拌混合后再施用,比单纯的施用磷肥效果要好上几倍。在这里鸡粪、猪粪与磷矿粉不经意的混合中,起到了对磷肥活化的功能性作用,使得磷肥具备了一定的“按需供肥”的能力,被活化磷矿粉的肥效也得到了一定的提高。
鉴于这个现象的启示,我们确立了肥料活化理论的方向。后来,又在糖厂、味精厂、酒精厂废渣里找到了比鸡粪、猪粪更廉价、更高效的活化剂,最终完把活化剂理论的概念落到了实处。而活化剂研究成功了,低碳技术就有了实现的可能。当然,要从猪粪、鸡粪中于磷矿粉的简单联系中跳跃到在工业废弃物寻找活化剂,完全碰运气也不可能。在研究这个课题之前,我搞了10多年的工业废弃物的农用研究,正是这些研究成果让我能够大胆在“体制外”寻找创新的可能性,这才有了后来的研究方向的确定。
记:从鸡粪、猪粪中搞理论并寻求产业化,这一定会是一个枯燥的过程吧?能说说突破口在哪里吗?
廖:枯燥不是最大困难,最难的是对已有概念体系的突破。鸡粪、猪粪对磷矿粉的作用,这是一个普通的施肥经验,但坚持在这个现象启示下探索的人却并不多,联系到节能减排、低碳经济更是少之又少。为什么呢?概念很难突破。
大家都知道,肥料界的利用率理论是在体制内进行的,很长一段时间内,国内外关于肥料利用率和有效性的评价指标都是静态理论,肥料有效性的经典概念重点一直落脚在水溶性和枸溶性上,通俗讲就是速溶。而目前速溶磷肥的实现无一例外要依赖高温煅烧或者大量耗酸,因此磷肥界的工艺改进都是循着节酸、节能工艺改进,但这是在“体制内”的改进,不论作多大的努力,能耗和酸耗始终必不可少,低碳排放也无从实现。
但如果跳出这个快速水溶性的概念束缚,只要肥料达到了一般水溶性,并能实现按需释放,就可能肥料释放和作物需求的动态平衡。接受了这个概念突破,我们就有可能从经典的静态肥效评价指标中跳出来,才敢于在低温、无酸的条件下寻找肥料制造的另一条道路,最终促成我们寻找到了可以大规模产业化生产的肥料活化剂。
③“低碳”和 “低成本”兼得
目前,根据在广东、广西、贵州、四川等地的实验数据,无酸高效磷肥不仅能实现生产过程中的低碳排放,而且能在等重施肥的条件下与普通过磷酸钙肥效相当或者略优。
记:采用低碳技术制造的无酸磷肥在肥效上有哪些突破?
廖:关于肥效的问题,我们引入磷肥动态水溶性的概念。动态水溶性是相对于普通磷肥技术静态水溶性而言的一个创新。
传统的速效水溶性磷肥测定方法是根据水溶性的速度来判断肥效,这些磷肥均有供肥速度过猛,前期养分富余,后期易脱肥的缺点。而动态水溶性标准下,利用我们首创的技术,活化态(高效)磷肥可实现一般水溶性条件下磷释放与作物吸收的动态平衡,说简单点就是“作物需要吃多少磷,我们就供给多少磷”。
这样就克服了现有的磷肥产品(过磷酸钙、磷铵)普遍存在的前期过高、后期不足的缺点,大大提高磷肥的利用率。目前,经过研究所在广东、广西、贵州、四川等地的实验数据,高效磷肥不仅能实现生产过程中的低碳排放,而且能在等重施肥的条件下与普通过磷酸钙肥效相当或者略优。
记:低碳技术生产的高效肥料肥效好是好事,但生产成本会不会因此而提高成为产业化的障碍?
廖:我知道这个问题的重要性,肥料科学研究是一回事,能不能产业化关键就看成本。但我可以自信告诉你,活化剂产品实现了三项突破,都是低成本的方式。
第一,我们研制活化剂,都是从味精厂、糖厂、酒精厂等工农业废弃物中筛选加工而来,成本极其低廉,以磷肥为例,目前每吨高效磷肥的活化剂成本仅为50元,现在已经找到了适合不同类型磷矿的有机类和无机类活化剂共6种之多。有人会认为增加50元的生产成本,但我们的这项技术可直接利用现有技术难以采用的低品位磷矿,最低为18%全磷(P2O5)。目前低品位磷矿普遍比高品位磷矿价格低130-200元/吨。仅此一项高效磷肥生产成本大大降低。同时,由于活化剂加入生产过程后,实现低温无酸生产,这一低碳生产程序,又节省了磷肥制造的供酸成本、和设备防腐成本,根据我们的综合统计数据,高效磷肥比普通过磷酸钙价格每吨制造成本约低200-400元,不但实现了低碳目标,而且一点也“不费钱”。
第二,低碳技术高效肥除了在制造环节中有低成本优势外,在使用环节中也能实现低碳和节肥目标。利用活化剂搅拌处理过的氮肥和复合肥,能在肥料外围形成一种特有的肥效“保护膜”,一方面可大大减少肥料使用过程中产生温室气体的几率,另一方面可实现肥料的缓释控释,提高肥料利用率。
第三,低碳技术高效肥料的运输过程也可节省成本。
这三个突破加起来,保守估计可以节约30%以上的成本。
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廖宗文教授介绍
廖宗文,华南农业大学资环学院教授,兼任中国植物营养与肥料学会有机肥专业委员会副主任和中国植物营养与肥料学会新型肥料专业委员会副主任、广东肥料协会副会长、广东微量元素与食物链研究会副会长、广东化工协会生化专业委员会副主任。
其主要研究成果包括:提出有机肥生产工业化、产品系列化、投入商品化和废物资源化,提出在废物资源化基础上向功能化发展,并成功地把糖业、畜牧业、矿冶废物废液共20多种用于商品有机复合肥和控释肥生产。开发出高效活化磷肥、木屑秸秆快速腐熟、畜粪脱臭等,已在华东、西南、华南和黑龙江省应用推广。该成果先后获得部、省、市奖励多项。
近年来在利用废物资源作控释材料,首创缓释-促释双向调控技术、开发包膜及非包膜技术研制N、P、K和微量元素控释肥方面获重要进展。在实践基础上开拓施肥节水、施肥防病、施肥控污和制肥节资(能)等低碳技术新途径,并在复合保水材料研制水肥一体化调控和生物有机肥防治番茄青枯病等土传病害的应用及机理研究方面取得重要成果。
