一、技术突破：从“粗放燃烧”到“精准调控”

传统生物质热解技术面临三大难题：产物选择性低、焦炭质量差、环保成本高。例如，土窑炭化依赖人工经验，得炭率仅20%左右，且黑烟排放严重；机制炭窑虽解决部分环保问题，但喷淋工艺处理黑烟成本高昂，能源利用率低。

关键突破点：

1. 可控热解技术
   东南大学团队通过调控生物质的有效氢碳比，揭示了氧—碳自由基的交换机理，开发出基于废弃富氢原料共热解的增炭技术。该技术使热解蒸汽中重质焦油含量降低10倍，轻质羰基化合物增加2倍，生物炭产率提升40%，且炭化过程无黑烟排放。

2. 短流程原位提质
   华中科技大学团队发现碳酸盐（如K₂CO₃、Na₂CO₃）可显著提升焦炭品质。通过人工添加20%碳酸盐，焦炭碳含量从85%增至89%，比表面积从8.6 m²/g跃升至116.8 m²/g，媲美商用活性炭。同时，气体组分中CO₂和H₂产率翻倍，燃气富氢特性利于后续合成氨或燃料电池应用。

3. 紧凑式一体化装备
   东南大学团队创制的内循环串行床反应器，通过颗粒分区耦联循环流动，实现了可控热解、热解炭自活化与热解油蒸气原位催化转化的一体化工艺。该装备使活化时间缩短10倍，活性炭制备成本降低60%以上。

二、应用场景：从“废弃物”到“高值产品”

1. 能源领域
   • 高品质固体燃料：机制木炭热值达5500~7000大卡/kg，灰分低于煤炭，燃烧完全，可替代煤炭用于工业锅炉和发电。
   • 清洁燃气：热解气中甲烷、氢气含量高，经提纯后可用于居民供暖或合成化学品。
   • 生物航油：通过催化分级脱氧异构技术，热解油蒸气可合成碳产率达28%的生物航油直/支链组分。
2. 环保领域
   • 土壤修复：高孔隙生物炭可吸附土壤中Cd、Pb等重金属，吸附量达26.32~76.92 mg/g，显著降低重金属迁移性。
   • 废水处理：以芒果皮、橄榄渣等为原料的生物炭，对六价铬离子去除效果显著，吸附成本低于活性炭。
3. 材料科学
   • 超级电容器电极：生物炭的高导电性和大比表面积（达116.8 m²/g）使其成为理想电极材料，可替代石墨降低生产成本。
   • 活性炭替代：通过K₂CO₃催化工艺制备的生物炭，苯系化合物含量提升至78.2%，为医药、农药中间体提供廉价原料。

三、产业化进展：从“实验室”到“工业革命”

1. 技术推广
   截至2025年，机制木炭技术已在江苏、安徽、河南等20余省份建成19条生产线，年转化生物质320余万吨，减排二氧化碳520余万吨。例如，某企业采用碳酸盐催化工艺后，年产10万吨生物质处理规模下可多产焦炭3500吨，年减排CO₂约5万吨。

2. 国际合作
   技术已推广至捷克、西班牙等8国，其中东南亚地区利用椰壳原料生产的机制木炭，出口至日韩市场，替代天然木炭用于烧烤和冶金行业。

3. 标准制定
   项目团队牵头制订行业、团体标准5项，规范了生物质热解炭化的工艺参数（如炭化温度500℃以内、升温速率≤30℃/min）和产品质量（如固定碳含量≥85%、灰分≤5%）。

四、未来挑战与方向

1. 催化剂回收
   碳酸盐需从焦炭中浸出循环使用，否则增加成本。目前团队正开发低比例（如5 wt%）碳酸盐的协同效应技术，以平衡产物质量与经济性。

2. 设备耐腐蚀性
   高盐环境（如碳酸盐催化）对反应器材料要求高，需研发耐腐蚀涂层或新型合金材料。

3. 规模化中试
   东南大学与企业合作开发连续式热解中试装置，目标3年内建成万吨级示范线，推动生物质能从“实验室创新”走向“工业革命”。