成家杨 – YouKnow

环保、生物能源开发是眼下炙手可热的专业。北卡罗来纳州立大学生物与农业工程系的成家杨教授致力于这个领域的研究已经有 30余年时间。成教授曾经担任北京大学环境与能源学院院长，国家“千人计划”特聘专家，美国自然科学基金会、美国农业部和美国环保署学术评定委员会成员……在国际生物能源与环境领域，成教授是享誉全球的科学家。他认为，要真正彻底解决污染问题，还是要用生物的方法去消纳。从前环境好，是因为自然可以消纳掉人类活动产生的废物。现在不断工业化，很多废物无法消纳。那么我们把水污染了，再建污水处理厂，也是个补救的过程。但我们如果不让它循环利用起来，只是单单处理了废水，还有空气污染问题，按下葫芦起来瓢，治标不治本。然而最初，繁忙的成教授并没答应我们的采访，他回复说自己取得的成果不足挂齿。当听说我们只是希望帮助未来的留学生快速切入专业学习时，成教授才转而爽快地答应下来。航（刘航）：成教授，您好！我之前在网上随便一搜就找到您在国内做的一次中英文双语报告的现场视频。您把美国这边处理利用畜禽粪便的先进经验介绍回去，现场反应非常热烈。您这几年经常回国吗？国内多一些像您这样低调务实、雪中送炭地解决问题的科学家才好。成（成家杨教授，以下简称“成”）：不敢当，那个是农业部的一次邀请。最近几年国内环境保护问题比较受百姓关注，我们回去的机会相对多一些。一方面是随着经济的快速发展，环境问题越来越突出；另一方面也说明人民生活水平在提高，大家越来越重视咱们人类共同赖以生存的地球环境。那么我们作为海外专家，多回去跟国内联系，在技术、意识方面多多沟通交流，能做一点工作，也是我们为国家建设应尽的一分力量。航：这个团队具体叫什么名字？您是这个项目的学科带头人？成：团队全称是“北卡州立大学生物与农业工程系生物加工过程研究小组”。我从 1997年开始进入这个团队，算是资格比较老了。我们研究的重点就是可再生能源开发和废物资源化利用。航：如果从实验室里的科研项目中能看到希望，找到真正解决这个星球目前所面临环境问题的办法，比如环境污染、水、废弃物处理……那我想对于年轻人来说，投身这个领域无疑是利国利民，更能够实现自我价值的选择。就请您给我们详细介绍下您的研究，给未来的留学生引引路。成：好的。目前我们的课题是研究一些有机废弃物，主要包括农业的废弃物、城市生活的有机废弃物等。我们想办法把它转化成生物能源，具体的形式就是把有机的废物转化成生物天然气，也就是我们俗称的沼气。沼气可以作为能源直接用来发电，也可以把它进行纯化，它的成分就变成跟从地底下开采出来的天然气非常相似，因此我们把它叫作“生物天然气”。我们研究组在过去 20多年来都是在做一些工艺过程的探索，即通过生物发酵，针对不同的有机物，包括早期的养猪场、养牛场的污水，我们把它转换成沼气。再一个来源就是生物废弃物，比如说食品废物。航：我理解，但沼气可是不新鲜呀。我们都知道的一个例子，就是我们的习近平总书记当年在梁家河下乡的时候，他就曾经带领农民进行过沼气池的建设，还因此很大程度上解决了当地老百姓做饭燃料的问题。成：你说得没错，从技术上来讲沼气很早就有了，并不是一个新的技术。但像你刚刚说到习总书记当年在梁家河的工作过程中，那个时代他们处理的主要都是在牛粪、猪粪里面生成的沼气，成分本身比较单一。这一类沼气装置在中国的20世纪七八十年代曾经有 4000多万个，广泛分布在华北等地的农村地区，一度是每家每户都要上这个沼气装置。但是那些沼气装置现在真正能够保留下来的到今天已经很少，原因就是当时的技术支撑不够，沼气这个东西，你说它复杂它其实很简单，你说它简单它又很复杂，就连我们这些搞沼气研究的人，现在还没有彻底研究透。航：您是说，当年那么多沼气装置，后来都废弃了？成：当年都是国家出钱帮老百姓建，想法是挺好，但最终大部分都荒弃了。说到底是农民没那么多专业知识来操作，久而久之大家觉得还是不如砍柴烧火来得实惠便利，就又回到老路上，这也造成了巨大的浪费。现在我们再利用沼气，基本都是在一些中等甚至大型的工业化企业里面进行，不再搞一家一户的小作坊。现在国内大型的沼气发电企业，比如在山东明荷的一个沼气电厂，它用沼气发电能够达到 3 MW，已经是很大的规模。航：新技术的应用还是需要不断探索，有时候还难免走一些弯路。成：另外农村现在的生产方式也改变了。现在农业都是集成化，比如养鸡养牛，也不再是当年那样各家各户的小农经济了。现在都是几千只、上万头的大规模养殖场。针对这样的新方式，一方面，我们希望沼气利用能够通过大规模集中生产进而达到更持续和稳定；另一方面，我们也希望通过努力能够提高沼气应用的效率，这就是要弄清楚它内部的微生物到底是什么样子的。因为现在产沼气，已经不光用粪便和食物残渣了。航：您在研究变废为宝，听起来这些废弃物都是我们日常生活中忽略或不愿留意的东西。成：其实很有趣，它背后的规律也很重要。比如我们现在研究秸秆，如玉米棒，我们把玉米粒脱下来之后，剩下的废弃物就是玉米棒和玉米秆，包括同样性质的麦秆、稻草等。早期在美国这些东西也是会被农民烧掉，形成大气污染，所以从前美国也有雾霾呀！航：中国现在面临的情况比当年的美国更严重。成：但后来在美国燃烧秸秆被彻底禁止了。航：中国也禁止好几年了。成：雾霾问题日趋成为老百姓关注的焦点，那么秋冬季易发的雾霾有一部分原因就是从燃烧秸秆来的。从法律的层面上是禁止了，但老百姓如果觉得这样简单，就还是会偷偷地烧。所以我们探索如何把秸秆和其他有机废弃物一道，让它发酵，经过发酵产生生物天然气。这里面除了过去 20年我们研究工艺过程，优化它达到产气的最佳处理效果，另外最近我们也在研究发酵反应过程中的微生物。本身发酵过程主要就是通过微生物来实现的，但人类目前对沼气微生物的研究还不够，不是很清楚它里面究竟有哪些东西。我们现在也只知道个大概，了解里面有哪些化学反应。具体要讲到沼气微生物的细节，真正理解透，还需要继续深入研究。我和我的同事们现在就是在这方面做着自己的努力。航：过去一听从粪便之类的东西里提取沼气都感觉比较容易，那么你们现在要突破的是从秸秆里生成沼气？成：对，这个在过去来说相当困难，但现在我们已经有所突破。中国、美国田间航：我之前听李百炼校长说咱们 NCSU的教授都直接指导工农业生产，您的研究也直接对接田间地头？成：结合得非常紧密。你之前看到网络上的那个公开讲演，就是 2017年年初我在北京农业部做的一个报告，我是给他们举例北卡这边有关畜禽粪便处理利用的做法。实际那是我自己在美国做的一个示范项目，就在北卡。我们知道，北卡罗来纳州是美国著名的农业州，这里养猪业规模全美第二，养鸡业也能够排进前五，特别是火鸡的产量大概是全美第一。所以说在这里搞农业研究有着得天独厚的条件。航：请您再给没看过这个报告的小伙伴儿们补补课。成：我的主要理念：除了用养猪场的污水产生沼气，对于畜牧业产生的污粪，不能像城市生活污水那样去对待。我早些年也搞过城市生活污水处理的项目，那时候采取的方法就是用氧把有机物降解掉，使它们转化成二氧化碳跑到空气里去。由于没能找到更好的办法，那么我们多年以来在生活污水处理方面基本是不计成本的。耗资非常大，像中国一线城市北京、上海、深圳等地的污水处理厂，建一个处理厂往往花几个亿，后期还有惊人的运行和维护费用，投入巨大。工作人员在分析土壤、养鸡场废物的氮、磷、钾等元素含量。该实验室一部分做环境分析，另一部分研究课题。航：但实际在我当记者的时候了解到，即便这样，老百姓还不满意。成：美国也是一样，但美国大规模的污水处理厂建设早就结束了，基础设施建设更早。畜禽的污水跟城市生活污水不一样，它的浓度比生活污水高出上百倍。用对生活污水的办法处理畜禽污水，一方面成本太高，另一方面也是一个巨大的浪费。这些粪便加以利用，可能创造的价值要远远大于简单地处理掉。航：我在视频里看到咱们已经建成了完整的实体，您就在现场指导。成：我在北卡所做的这个示范项目就是在一个养猪场内形成了一个循环。首先将养猪产生的粪便进行第一级处理，可以产生沼气来发电；然后剩下的沼液里有氮和磷，都是很好的有机肥料，这些有机肥料就可以拿来种有机蔬菜。这个农场种出的有机蔬菜，在美国高大上的有机食品超市 Wholefoods里就有卖。普通西红柿在一般超市大概 1磅（1磅大约等于 0.45千克）卖 1.5美元，这种有机西红柿能卖到Continue reading “【留美航标】循环的意义——听成家杨教授讲述生物治污产能探索之路”