畜禽粪便、农作物秸秆只是“垃圾”或单纯的“燃料”吗？在科学家眼中，它们是一座元素“矿山”。

近日，中国科学院成都生物研究所研究团队提出生物质废弃物全元素极限利用新范式，试图打破传统利用方式效率低下的僵局，通过原料元素挖掘、过程精准转化和终端元素循环利用，充分激活废弃物中元素资源潜力，发挥其最大价值。

长期以来，生物质废弃物的处理陷入了“重能源、轻营养、忽微量”的误区。简单来说，就是大家往往只盯着生物质废弃物能不能产生燃气或电力，却忽视了其中宝贵的营养元素（氮、磷、钾、硫）和微量元素（铁、镁、锌等）。这种“单打一”的转化方式，导致大量资源流失。此前的研究显示，生物质废弃物本质上是一个复杂的元素矩阵。如果只取其一，便是典型的舍本逐末，与“买椟还珠”的谬误无异。

为了把这些流失的资源“抓”回来，科研团队提出三大核心途径：

首先，原料元素潜力深挖。生物质废弃物的综合利用需注重其元素组成。碳元素可以转化为生物炭，这就像建立了一个“碳银行”，把碳稳定地封存在地下，既能改良土壤，又能实现负碳排放。有数据显示，我国每年产生的畜禽粪便中，含氮、磷、钾等营养元素总量达3500万吨，可达全国化肥年用量的一半以上，营养元素的资源化利用价值亟待重点关注。此外，铁、锰、锌含量虽少，但它们是微生物干活的“兴奋剂”，作为厌氧消化中关键酶的辅因子，能够有效稳定微生物活性、抑制挥发性脂肪酸积累，从而大幅提升微生物代谢产生甲烷的效率。

其次，生物质元素高保留。高效利用生物质废弃物，关键在于转化工艺中元素的最大保留。传统的好氧堆肥会因气体排放造成严重的碳、氮流失。相比之下，水热腐殖化技术提供了一种极具潜力的“元素保留”途径，可避免碳的气体流失，实现近100%的碳保留，同时高效地将营养元素和微量元素锁定在腐植酸肥中。在土壤修复应用中，人工腐殖质兼具碳封存功能与强化生物刺激素效应。

此外，副产物也要变废为宝。转化过程中产生的副产物是造成元素损失的关键。将副产物有效循环利用，构建整合利用体系，将推动生物质中元素的极限利用。以生物质厌氧消化为例，将生产的甲烷用于供能的同时，可将沼气提纯回收的硫单质和富含营养元素的沼液转化为高附加值的单细胞蛋白。沼渣则可转化为高价值的人工腐植酸，并通过整合回收的硫单质生产富硫肥料。“榨干吃尽”的模式，可助力实现生物质废弃物元素的极限利用。

要实现生物质废弃物从“单打一”的能源转化向“全元素极限利用”的范式转变，不仅需要生物技术、化学催化与人工智能的“跨界混搭”，更需要管理模式的革新。研究团队强调，未来需要建立精准的“元素导航”系统，根据产业需求，因地制宜地制定生物质中元素利用策略。这一系统性、精准化的资源管理思路，对提升生物质废弃物资源利用效率具有重要意义，有助于推动绿色可持续发展。

相关研究成果发表在《创新》（The Innovation）上。研究得到国家重点研发计划、中国科学院战略性先导专项及四川省科技计划等的支持。

生物质废弃物全元素极限利用示意图