将不起眼的猪粪，变成有着“黑黄金”之称的生物炭，这被视为一场“华丽的蜕变”。
前不久，浙江桐乡华腾牧业公司总经理沈先生得到了一个意外的惊喜。公司接了一个“大单”——出口一套他们园区正使用的猪粪生物炭设备到欧洲。
“依托中科院城市环境所科研人员研发的猪粪生物炭制备技术，我们传统养殖业走上了现代农业科技的道路。”沈总说着。
上述研究团队将华腾牧业养殖场作为试验基地，攻克了一系列科学问题，猪粪类有机物制备成生物炭后再施入土壤，消除了微生物病原菌、显著降低了土壤中抗性基因，猪粪尿污染物真正实现了“零排放”。
初见：一次偶然的发现
中科院城市环境研究所团队用生物炭解决猪粪污染的策略，源于一次偶然的发现。2002年，刚刚回国的朱永官（现任中科院生态环境研究中心主任）在新疆野外考察的途中，结识了一位老医生。为消除当地地下水氟污染，老医生将动物骨头加工成炭，用以吸附水中的重金属等有害物质。
“‘生物炭’是一种碳含量极为丰富的木炭，由缺氧或低氧环境下高温裂解木材、稻草、玉米秸秆等农作物废料而得来。”朱院士当时告诉《中国科学报》。当时，“生物炭”研究正因为荷兰科学家发现几百年前亚马孙河流域的印第安人将生物炭掺入土中而创造出肥沃黑土，掀起一阵热潮。
受此启发，朱永官团队启动了以生物炭治理土壤污染的研究。2005年，他们向重金属铅污染的土壤中添加骨头生物炭，不仅减少了土壤中铅的有效态的含量，还降低了植物对铅的吸收。这项研究在国内重要媒体上发表。
相知：一场华丽的蜕变
随后，研究人员打开了研究思路，将制备生物炭的原料从木材、竹子、农作物秸秆、骨头，逐渐延伸到城市污泥、畜禽粪便等。
与此同时，长期和土壤打交道的朱永官注意到，由于抗生素在养殖业的大量使用甚至滥用，畜禽粪便早已成为抗生素和抗性基因重要的富集库，环境风险不容小觑。
对此，城市环境所的团队和华腾牧业的科技人员商量：“既然生物炭能用于治理重金属污染的土壤，那么抗生素和抗性基因呢？我们来试一试！”2016年起，他们将堆肥猪粪在高温缺氧的环境下炭化，转化成生物炭。实验发现，其中总的抗生素抗性基因和移动遗传因子丰度显著降低。
“这是一种非常有用的降低养殖场排出的抗生素抗性基因公共安全风险的技术手段。”他们在发表于《整体环境科学》的论文中这样下结论。这也是国际上第一次发表有关猪粪生物炭作为肥料从而有效削减养殖业带来的环境中抗生素抗性基因污染的文章。
“black gold”，这个曾经被用来形容石油高价值的词，也被用在了猪粪上。“首先，生物炭本身所具有的孔隙结构，可以为土壤微生物提供一个较好的生存空间，改善土壤透气性。”中科院城市环境研究所研究员汪印解释。而猪粪中的磷、钾等营养元素，在变成生物炭的过程中，被基本保留，在土壤中缓慢释放。此外，生物炭本身具有吸附性能，可将植物根部周围土壤中的重金属和抗性基因吸附到表面，阻止它们进入根系。
将不起眼的猪粪，变成有着“黑黄金”之称的生物炭，这被视为一场“华丽的蜕变”。
值得注意的是，通常我们所见到的猪粪大多潮湿，难以燃烧，烘干粪便又会消耗大量的能量。因此，汪印和中科院南京土壤所研究员曹志洪选择将潮湿的猪粪与稻草、秸秆混合后，再进行高温炭化，这样既能降低水分，又能节省能量。
此外，朱院士还指出：“对于养殖废水的处理，我们将其中的氮磷资源回收，并加入镁离子形成沉淀，这种‘鸟粪石’可作为优良肥料。”
携手：一个完整的轮回
最近几年，眼看着团队陆续在生物炭的基础研究领域取得突破，当时的朱院士又萌生了用基础研究成果解决生产实际问题的想法。2015年，朱院士带领团队与浙江桐乡华腾牧业接触，并迈出关键一步。“把论文写在实际生产中”，成为朱永官团队的新目标。
在华腾牧业，研究团队在600℃及以上的温度条件下，将猪粪或鸡粪等炭化，使其中的典型抗生素和抗生素抗性基因完全分解，获得安全的生物炭，再将这种生物炭作为有机肥的组分使用，确保农作物的土壤安全。
应用测试研究方面，汪印团队和曹志洪团队设计制造了一套15吨/日的猪粪炭化设备。“实践证明，猪粪炭化的工业化应用是可行的。它在解决环境问题的同时，产生了社会和经济效益，猪粪生物炭作为肥料种出来的蔬菜水果，绿色安全。”汪印告诉《中国科学报》，无氧炭化的技术方法彻底解决了抗生素和抗生素抗性基因的污染风险问题。
汪印介绍，未来，研究人员还将进一步开发猪粪生物炭的应用，包括种苗基质、可降解生物炭掺杂塑料、食品保鲜盒等新用途。
