科学报国正当时｜破解地球“碳密码”，一起书写绿色未来

  编者按：党的二十届三中全会强调，教育、科技、人才是中国式现代化的基础性、战略性支撑。实现高水平科技自立自强，归根结底要靠高水平创新人才。中国科协科普部联合光明网推出“科学报国正当时”栏目，解读高校科技类学科设置、人才培养模式，引导广大青少年把个人理想追求融入国家发展伟业，赓续科学报国传统，筑牢科技创新的根基和底座。 #千万IP创科普

  碳中和这个词你一定不陌生。这里的“碳”并非单指二氧化碳，而是包括氧化亚氮、甲烷、氟利昂……产生碳排放很简单，玩电脑、看电视、点外卖，都会留下“碳足迹”。但要抵消它，实现地球的“碳收支平衡”却很难。

  当全球气候变化形势越来越严峻，实现碳达峰、碳中和迫在眉睫，急需专业人才来解决难题。今年，教育部发布了2024年度普通高等学校本科专业备案和审批结果，增设了碳中和科学与工程专业。这个新鲜出炉的专业有什么特别？本期《科学报国正当时》带你一起去“碳”秘。

  “温室效应本质上也是环境问题。”昆明理工大学环境科学与工程学院院长田森林表示，煤炭、石油等化石能源开采出来后，在实际的工业生产和人类生活中，通过一系列的转化过程，可以把其中的化学能转变为电能、机械能等便于人类使用的能量形式，但同时也会产生温室气体，给环境带来诸多负面影响，如导致全球气候变暖等。

  因此，在整个工业生产流程中，一方面要依靠科学家开展科研工作，深入研究并解决相关科学难题；另一方面，要从工程技术层面着手，探索诸如碳捕集、固碳等技术的有效实现途径。碳中和科学与工程专业的学生正是以此为目标，去破解难题。

  与传统的环境专业相比，碳中和科学与工程专业既协同互补又有所差异。“以脱硫为例，传统的脱硫技术主要采用石灰石－石膏湿法脱硫，虽经济有效，却会置换出二氧化碳。在‘双碳’背景下，这样的模式就存在问题。”田森林介绍，碳中和强调协同推进减污降碳，因此，需从全局角度设计技术路线，助力我国实现可持续发展。

  “从市场调研和行业反馈来看，均显示碳中和领域人才需求迫切，这也正是设立该专业的直接动因。”在田森林看来，有情怀的学生都适合学碳中和科学与工程专业，这是为全人类谋福祉的事情。他表示，昆明理工大学环境科学与工程学院的院训是“环泽天下 学达四境”，碳中和科学与工程专业的理念是“志中达和”，正是这种情怀的写照。

  “植物通过光合作用可以固定大气中的二氧化碳，将其转化为自身的有机质。植物死亡后，这些有机质会变成动植物的残体进入土壤，经微生物的代谢呼吸，部分会以二氧化碳或甲烷的形式排放回大气，形成一个相对完整的碳循环闭环。”昆明理工大学环境科学与工程学院副教授张鹏和团队致力于提高土壤里有机质含量，从而达到固碳增效的效果。

  生物炭是张鹏研究的重点方向之一。这是有机质在低氧或无氧条件下热解形成的高碳物质，将其施入土壤后，首先可以提高土壤的碳库储量，还能通过调控微生物代谢过程，减少土壤的碳排放。此外，生物炭对土壤中的重金属、有机污染物具有吸附乃至转化作用，从而实现土壤环境修复。

  生物炭的生产过程并不难，将秸秆进行适当干燥处理后，放入热解炉在无氧环境中热解，就能得到黑色的碳材料，也就是生物炭。但在实际应用上，却要因地制宜。

  张鹏介绍，生物炭也是一把“双刃剑”。“生物炭自身含有较强的持久性自由基，会介导环境中活性氧物质（ROS）的产生，影响微生物的代谢过程。我们的实验结果表明，生物炭如果导电性过强，通过其表面的官能团会影响微生物产甲烷过程，加速电子传递，可能导致更多甲烷产生。”

  如今，他和团队已将生物炭应用于云南的红土地上，未来，他希望能够在更多的土壤环境中得到更多的实验验证，发挥生物炭的最大作用，为国家“双碳”目标的实现提供科研支撑。

出品人

杨　谷

总监制

宋乐永 战　钊

总策划

宋雅娟 蔡　琳

记者/编导

蔡　琳

文字整理/校对

丰菲扬（实习）

统　筹

张　蓉

特别鸣谢

昆明理工大学

联合出品

中国科协科普部 光明网