在“双碳”目标与乡村振兴战略深度交织的时代，我国每年产生的超过40亿吨农业农村废弃物正从环境负担转变为“放错位置的资源”。华北一家大型养殖场，每天产生的畜禽粪污不再是环境污染隐患，而是通过一套管道系统直接进入密闭反应器，无需干燥，在一定温度和压力下经水热液化技术瞬间处理，最终转化为热值堪比煤炭的“绿煤”和生物润滑油——这正是中国农业大学水利与土木工程学院刘志丹教授团队研发的水热液化技术的落地场景。历经10余年的不懈努力，团队成功构建起了从基础研究到工程示范的完善水热液化技术链条，为“双碳”目标下的农业绿色转型提供了可靠的技术支撑。 无氢炼制技术：破解高水分生物质能源化利用的瓶颈 在中国农业大学的实验室，科研团队正在调试新一代水热液化反应器。管道中的生物原油缓缓流动，经过蒸馏塔分离后，不同温度区间的馏分被分别收集——这正是2025年发表在《Nature Communications》上的突破性成果“生物质水热液化生物原油无氢炼制绿煤及润滑剂”的核心工艺。 主流的生物原油提质加工需要大量氢气，成本高且碳排放量大，而刘志丹教授团队提出一种以生物原油重质组分利用为主的无氢炼制新范式，将蒸馏温度超过500℃的重质组分作为可再生绿煤使用，350-500℃的馏分通过环氧化和酯化制成生物润滑油，实现了生物原油几乎全组分增值利用（超过90%）。绿煤的高位热值与传统煤炭相当，燃料比和灰分含量更低。生物润滑油有着更高的饱和度和极性，使其摩擦学特性得到了改善。
现场指导研究生运行生物质连续水热液化成套化装置和系统
这项技术的突破源于十多年来团队对水热液化反应机理的深入理解和持续突破。团队有关水热液化基础研究的成果“富氮高湿生物质水热液化多元素转移行为与多相调控环境增值方法”获教育部自然科学二等奖。该成果为水热液化生物原油的无氢炼制工艺提供了理论基础， 与传统加氢工艺相比，该技术路线的生命周期碳排放降低28%，能源投入减少35%，被国家自然科学基金委专题报道。 水-能源-环境协同：构建可持续发展的生态闭环 研究团队在《Science Bulletin》发表的“可再生生物质助力可持续水-能源关系”的研究，首次采用水热处理后的生物质实现了盐水分离与同步清洁发电。利用农业废弃物制备的水热炭材料，具有独特的多孔结构和表面官能团，既能高效吸收太阳能，又能通过离子通道实现盐分截留。这种材料在弱光条件下仍能保持较高的蒸发效率，装置产生的电能可直接驱动小型淡化设备，形成“取海水 - 产淡水 - 发电”的独立系统，为海岛、边疆等离网地区提供了新的解决方案。 这项技术的诞生源于团队对“水 - 能源 - 粮食”关系的长期思考。我国每年产出的畜禽粪便中蕴含着巨大能量和丰富资源，该团队将水热液化与生态治理创新结合，成功开发出“粪便水热制油 - 残渣制炭 - 炭基材料治污”的全链条技术。在北京市平谷区的生态厕所示范项目中，团队采用连续水热技术处理农村粪污，使相关作物生长指标改善显著。 研究团队进一步挖掘水热液化水相产物的价值和潜力。水相产物是水热液化技术放大的重要瓶颈，在充分研究水相中的养分和抑菌活性成分的基础上，团队正在开发“水肥药一体化”技术。研究发现水相产物对病原微生物有抑制作用，在多地多个作物和蔬菜的验证中，显著提升带病种子的发芽率，抑制病害传播，提升作物和蔬菜抗病能力，并在一定浓度下可以提高产量，为种养结合和农田面源污染防控提供了 “以废治害” 的绿色方案。 畜禽废弃物资源化：打通碳中和与乡村振兴的技术节点 畜禽养殖是农业碳排放的“重头”，团队十余年来深耕农业工程领域，对多家规模化养殖场调研，践行“减污降碳协同”的粪污管理理念，推动行业从单纯的无害化、资源化利用向全周期碳管理升级。
应邀在全国畜禽废弃物资源化利用大会上做报告
针对我国“厕所革命”和无下水道区域厕所的实际需求，团队研发的无下水道一体化生态厕所系统，获得比尔及梅琳达?盖茨基金会连续资助。该生态厕所在平谷区成功落地示范。其运行中，每天处理的粪便经连续水热反应器转化，生成绿色能源与肥料，完美构建起 “厕所 - 能源 - 肥料” 的闭环模式。 十年磨一剑：在交叉学科中培育创新沃土 生物质废弃物处理涉及农工、工程热物理、化工、环境、材料、生物等多个领域，相关领域的学术科研始终围绕着“交叉”二字，只有打破学科壁垒，才能找到真正的解决方案。刘志丹领衔的“生物质与环境增值技术”青年科学家创新团队，聚集了农业工程、化学化工、能源、环境、等不同背景的研究人员，形成了“基础研究-技术研发-工程示范”的全链条创新模式。
为大学生讲授《生物质能源工程》核心专业课
刘志丹教授秉持创新教育理念，深耕教学一线，将理论课堂与实践现场深度融合，打破传统教学局限，把田间地头打造为“第二课堂”，将实验室的科研仪器与田野里的灌溉管道、养殖场的粪污处理设备巧妙串联，构建起生动鲜活、极具实操价值的教学场景，，曾获得首届全国农业工程类青年教师讲课竞赛一等奖，带领师生调研农业科技创新的报告入选北京高校师生双百行动优秀示范项目。生物质废弃物资源化技术发展很快，团队十分注重提升学生的国际前沿认知和国际化视野，构建了“4C 驱动、三新举措”的研究生国际化视野培养模式，获中国农业大学教学成果一等奖和研究生教育成果一等奖，刘志丹教授获国家级青年人才、中国农业大学优秀研究生导师等荣誉。 在刘志丹教授带领的科研团队眼中，生物质废弃物并非传统意义上的污染物，而是一座座亟待开发的“城市矿山”， 该团队矢志不渝地致力于为每一吨生物质废弃物在“双碳”行动和循环经济的宏大蓝图中找准定位，使其释放出最大的潜在价值，让乡村既保持绿水青山，又收获金山银山，实现生态与经济的双赢。。从实验室的精密反应器到田间地头的管道，团队成员们始终紧守科技工作者的初心使命，把论文写在祖国的大地上，让科研成果惠及千万农户。这或许就是新时代科学家最动人的模样：脚踩泥土，心向星空，用科技的力量编织着绿色发展的美好图景。
责任编辑：赵娜
