环境、能源已成为当今社会发展的瓶颈，如果不通过科技创新打破瓶颈，我们实现可持续发展的美丽愿景就会受到制约。

一、环境、能源问题制约发展

工业文明促进了社会生产力的进步，创造了巨大的社会财富，但也打破了“自然—人—社会”这个复合体的和谐共存，风险、危机悄然来临。

由于化石能源、化肥、农药大量使用，大气、水体、土壤等生态环境遭到了严重破坏。大气污染物主要是CO2、NOX、SO2、H2S、硝酸盐、气溶胶、碳氢化合物、PM2.5等；水体污染物主要是重金属、农药、放射性物质、生活污水等；土壤污染物主要是有机磷、有机氯、石油、多环芳烃、多氯联苯、硝酸盐、重金属、矿渣、煤渣、垃圾、病源微生物、放射性物质等。环境危机四伏，越来越不安全。

目前，大气中CO2已达300万年以来的最高峰值，污染使海洋生物大量减少，削弱了海洋生物碳泵的作用，使海洋吸收CO2的能力减弱；化肥、农药的大量使用危害人体健康，改变了土壤pH值，使土壤中微生物数量锐减，有机质含量急剧减少，造成土壤板结、贫瘠，降低了碳储量；森林的砍伐，极大地减少了地球生物圈的碳储量。致使CO2聚集滞留在大气圈中，造成了严重的温室效应。大气“碳”驱动“冰”的消融，破坏了水、气、冰共存的气候平衡状态，造成极端气候，乃至改变地球大尺度的冷暖循环；导致地球气候的大改变与物种多样性的丧失；引起海平面上升，海洋风暴增多；土地干旱，粮食减产；沙漠化面积迅速扩大；雾霾肆虐；地球上病、虫、害、热射病和传染性疾病频发等一系列严重的自然灾害。威胁着生命的延续。

全球能源问题形势严峻。根据现在探明的化石能源储量和消耗水平计算，石油可用30—50年，天然气可用60—80年，煤炭可用时间也只有100—200年。总体上化石能源大约还可供人类使用100年左右。能源危机引发国际争端四起；核能源技术不成熟，一旦发生风险，危害全球；新能源如太阳能、风能、潮汐能、地热能、生物质能等可再生能源，因技术、成本或资源问题使其在能源消耗总量中所占比例极小。能源不可持续发展的警钟已经敲响。因此，开发新型能源替代化石能源已成为全球极其紧迫的首要任务。

二、打破发展瓶颈的研究探索

通过种植和刈割韭菜发现，速生草本植物具有生长发育迅速及可反复萌发的特性，一年可刈割多次，其叶面总面积和叶绿体总数量，大于相同种植面积、多年一次生命周期乔木的叶面总面积和叶绿体总数量；其50年的生物质总量和捕碳总量，约为相同种植面积乔木的50倍以上。笔者据此首次提出，种植速生、丰产的陆生和水生草本植物，将大气圈中气态的CO2转入生物圈中形成固态的有机碳化合物，获得大气碳资源，使我国生物质产量发生飞跃性的大增产，实现大气CO2负增长。目前，湖南省长沙县已建立了速生草本植物碳转化封存的科研示范总部基地，在西洞庭湖湿地已种植8万亩高效捕碳的速生草本植物，并在世界首次示范封存10吨CO2。

本研究的技术要点包括：速生：根据速生草本植物具有生长发育迅速、反复萌发的特性，一年内可多次刈割，以获得提供最大生物质质量的能力。刈割：通过对速生草本植物的多次刈割，实现生物质质量最大值。成型：干燥、压缩生物质体积、增加稳定性、减少与空气的接触面，避免生物质的氧化分解，便于运输、储藏。封存：按碳交易合同规定的时间，储藏生物质有机碳，控制储藏的碳产品向大气中释放CO2，实现生物质碳释放的可控性。计量：按技术标准规定对储碳产品进行检测、计量，实现碳排放量与碳产品储藏量的交易。应用：实现储碳目标后，对碳产品进行综合利用，让生物质资源释放价值。

本研究属自主创新科技成果，已申请发明专利27项，特点是：安全、实用、节能、环保、储能、成本低、效益高、可计量。待大气中CO2 含量降低后，碳产品可用作造纸、建筑材料、包装材料、饲料、肥料和化工原料等；也可直接燃烧发电，可转化成为巨大的社会经济效益。

研究掌握碳循环规律，对碳释放、碳转化、碳封存、碳计量、碳应用等碳循环过程实施技术控制、统筹和顶端设计，使我国能充分合理地利用没有国界、没有纷争的大气碳资源，获得可持续发展的大量物质财富，从碳认识的“必然王国”到达“自由王国”。

三、速生植物修复环境

速生草本植物碳转化封存，参与碳交易。碳产品经南方林业生态应用技术国家工程实验室检测：平均有机碳含量为49.2%。封存1吨碳产品相当于封存1.46吨CO2。据测算，全球大气CO2总质量约2.1万亿吨。每年封存90亿—110亿吨碳产品，可实现大气CO2负增长；50年封存4369亿吨碳产品，CO2浓度即可从当前的0.0391%降低到工业革命前的0.0275%。仅需种植土地、湿地和水面约1亿公顷，其中海洋面积约7000万公顷。

世界森林总面积约40亿hm2，形成时间约6500万年，全球森林碳储总量约2890亿吨(森林总量在不断减少)，因此，仅靠地球森林不能实现CO2负增长。只有速生草本植物才能实现大气CO2负增长；提供足量的可替代化石能源的生物质，避免使用远古时代封存在地层下的化石能源排放CO2、NOX、SO2、H2S等有害气体，减少大气中的PM2.5，实现大气温室气体负增长，调节温室效应，抑制雾霾形成。

种植速生草本植物，可对土壤和水体中的铅、镉、砷、汞等重金属离子及农药等污染物进行吸附、降解和转化；富集土壤和水体中的石油等毒害物质，保持水土，保护生态环境。

用速生草本植物制备生物质有机肥，替代化学肥料，可增加土壤有机质和各种营养元素含量，能有效地改善土壤理化状态和生物特性，熟化土壤，增强土壤的保肥、供肥能力和缓冲能力。生物质有机肥逐渐取代其他肥料，能使农业逐步向无公害农业转变，让更多的有机食品、水果、蔬菜走向餐桌。生物质有机肥属可再生资源，用有机肥替代化肥能有效降低化肥厂生产过程中使用化石能源造成的废水、废气、废渣的排放，可维持大气碳收支平衡，对修复生态环境和维护生物多样性具有重大意义。

四、循环经济新型能源

种植速生草本植物替代化石能源和多用途资源，从根本上讲，就是生物质的使用和燃烧，向大气中释放CO2，再利用速生草本植物通过光合作用吸收CO2转化成生物质。再使用、再获得，无止无限的循环，谓之循环经济。C是生命的第一元素，CO2是生命、物质循环的重要载体，是经济运行的原动力，是我们尊贵的朋友，应当珍惜她！

世界每年总能耗约160亿吨标煤，相当于320亿吨碳产品的能量。而每年世界秸秆总产量约43.8亿吨，相当于21.9亿吨标煤，仅占全球总能耗的13%。只有速生草本植物能够替代化石能源。

速生草本植物通过直接燃烧方式、物化转化方式、生化转化方式、化学转化方式等，制备成固体、液体、气体形态的能源产品，替代化石能源。可制成固体燃料，如木炭或成型材料替代煤，燃烧发电、供热、取暖；可制成液体燃料:如生物柴油、生物原油、甲醇、二甲醚、乙醇及植物油替代石油，供内燃机、锅炉使用；可制成气体燃料，如一氧化碳、氢气、甲烷和沼气替代天然气，供锅炉、内燃机使用，以保留优异的濒临枯竭的珍贵化石能源资源，保障国家能源安全。

生物质能源是速生草本植物从大气中吸收CO2转化获得，它的使用是碳排放和碳吸收的动态循环，可维持大气中碳的收支平衡。人为培育和种植速生草本植物，是推动地球碳循环的新动力。

五、敢为人先领导国际

1992年5月22日，由多个国家达成的《联合国气候变化框架公约》提出，控制大气中CO2等温室气体的排放，将温室气体的浓度稳定在使气候系统免遭破坏的水平上。《公约》要求发达国家作为温室气体的排放大户，要向发展中国家提供资金，以支付他们履行《公约》义务所需的费用。目前，国际碳交易产品计量存在技术体系的缺陷，缺乏能够准确计量的碳交易产品，导致《公约》没有从根本上控制大气中CO2浓度绝对值的增加。要想从根本上解决大气温室效应对人类和自然生态的危害，应从减少大气中CO2着手。

我国实施速生草本植物碳转化封存工程后，全世界各个国家、地区都要向我国缴纳碳排放权交易费。实行“碳排放量与碳产品封存量的全球性交易”。 据世界银行统计，2009年碳排放交易量为63亿吨，交易金额为1185亿美元。预计到2020年，全球CO2排放量将达到560亿吨，每年碳排放交易总金额将超过1万亿美元。

建议创立《国际植物碳产品封存与碳排放权交易新公约》。速生草本植物碳产品填补了国际碳交易产品不能准确计量的空白，必然领导全球碳交易市场，引导和创立国际碳排放交易市场高标准化的技术经济秩序；逆转我国在气候变化谈判中的困境，变被动为主动，履行减排承诺，树立起大国的国际形象。项目的实施将使我国成为世界上唯一创造大气CO2负增长和解除全球温室效应危害的国家。