如果有一種殺菌劑，將核心成分銳減80%，但防治效果較以前毫不遜色，會不會“不可思議”？如果大幅減少施肥量，但農(nóng)作物產(chǎn)量不減甚至更高，是不是“異想天開”？答案是，單原子制造技術(shù)正在讓不可能變成可能。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授 吳宇恩

由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授吳宇恩領(lǐng)銜研發(fā)、安徽原植生物科技有限公司產(chǎn)業(yè)化的單原子銅制劑，已經(jīng)可以完全替代傳統(tǒng)銅制劑，銅用量減少80%，防效依然出眾。這是國內(nèi)率先將單原子制造技術(shù)成功應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的案例。與此同時，吳宇恩團(tuán)隊(duì)對更多傳統(tǒng)殺菌劑、肥料、調(diào)節(jié)劑的單原子改造也逐漸提上日程。

肥藥“雙減”是中國農(nóng)業(yè)面臨的重大課題，也是全球農(nóng)業(yè)科技攻堅焦點(diǎn)之一。單原子制造技術(shù)能否帶來農(nóng)業(yè)農(nóng)資的顛覆性創(chuàng)新？日前，本報記者就此專訪了吳宇恩教授。

“單原子制造+農(nóng)業(yè)”的關(guān)鍵一跳

單原子制造+農(nóng)業(yè)，目標(biāo)直指全球農(nóng)業(yè)共同的挑戰(zhàn)：把過量使用的農(nóng)藥和肥料減下來，在保障糧食安全的同時，降低資源投入和環(huán)境代價。“農(nóng)業(yè)投入品的原子利用率低，已經(jīng)成為制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。”吳宇恩表示。

一項(xiàng)權(quán)威研究表明，我國殺菌劑使用率僅在35%左右，意味著超六成的殺菌劑都被浪費(fèi)掉了。肥料同樣不容樂觀。根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的最新數(shù)據(jù)，三大糧食作物的肥料利用率為42.6%，超一半的養(yǎng)分流失。

作為一款曾經(jīng)廣泛使用的殺菌劑——銅制劑，正是由于植物藥害、混配性差、重金屬污染等問題，導(dǎo)致農(nóng)民和市場談“銅”色變。“傳統(tǒng)銅制劑只有表面少量的銅發(fā)揮作用，其余大量的銅或堆積在作物表面，或進(jìn)入土壤，造成多方面問題。”吳宇恩解釋，一是大量的銅聚集在作物表面引起藥害，二是多余的銅進(jìn)入土壤引發(fā)污染；三是資源浪費(fèi)推高了農(nóng)業(yè)成本。

提高農(nóng)業(yè)投入品利用率的緊迫性，還不僅于此。

以肥料為例，鉀肥是農(nóng)業(yè)使用量最大的肥料品種之一，但中國每年一半左右的鉀肥有待進(jìn)口。“如果遭遇國際斷供，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)就會受到極大威脅，提高肥料原子經(jīng)濟(jì)性，減量不減產(chǎn)，意義深遠(yuǎn)?！眳怯疃髡f，氮肥、磷肥等作為資源型產(chǎn)品，同樣面臨越來越急迫的提高利用率的重任。

通過單原子制造技術(shù)，將傳統(tǒng)殺菌劑、肥料等改造成原子級材料，破解利用率低下的全球難題。單原子銅制劑的問世，標(biāo)志著單原子科技與農(nóng)業(yè)結(jié)合邁出了實(shí)質(zhì)性的關(guān)鍵一跳，也預(yù)示著農(nóng)資行業(yè)的“原子級革命”由此開端。

減量80%背后的科技“狠活”

較之傳統(tǒng)銅制劑，單原子銅制劑成功實(shí)現(xiàn)銅用量降低80%左右，這背后藏著怎樣的科技密碼？

從原子層面看，傳統(tǒng)材料之所以大量浪費(fèi)，是因?yàn)榻^大多數(shù)原子被包裹在內(nèi)部，無法接觸到目標(biāo)。單原子材料的神奇之處就在于，每一個原子都裸露在表面，直接與目標(biāo)進(jìn)行反應(yīng)?！霸永寐蔬_(dá)100%，這已經(jīng)是化學(xué)的理論極限。”吳宇恩解釋。

單原子制造的核心，是通過特殊的工藝和裝置，將一個個原子像星星一樣各自獨(dú)立地固定在載體表面或孔隙之中，確保每個原子都可以接觸到目標(biāo)物。而傳統(tǒng)材料的原子會自發(fā)團(tuán)聚成顆?；驂K狀，導(dǎo)致裹在內(nèi)部的原子閑置，無法參與反應(yīng)，造成浪費(fèi)和污染?！安牧显踊院?，利用率呈幾何級增長，而且靶向精準(zhǔn)，大幅提升有效性?！眳怯疃鹘忉?。

正是這個原因，單原子銅制劑僅需以前2成的銅用量便可達(dá)到同樣的防治功能，而且還帶來新的性能突破：一是用量少了，藥害問題和土壤污染難題迎刃而解；二是解決了混配難題。傳統(tǒng)銅制劑呈堿性，與酸性化學(xué)投入品易發(fā)生反應(yīng)，而單原子銅制劑幾乎可以與所有的殺菌劑、肥料混配。

單原子制造讓銅制劑這個曾經(jīng)的大單品重獲新生。由于安全性差和混配難，傳統(tǒng)銅制劑銷量一度降到高峰時的20%左右。安徽原植公司單原子銅制劑自去年推出至今，短短一年多，便已迅速躍上市場份額前列。

“在銅制劑上，我們現(xiàn)在不斷刷新市場紀(jì)錄，應(yīng)用面積越來越大，這是科技工作者價值的最大體現(xiàn)?！眳怯疃餍牢康卣f。

開啟農(nóng)業(yè)的單原子時代

對大多數(shù)人而言，單原子制造還是新鮮事物，農(nóng)業(yè)人尤是。其實(shí)，全球?qū)@項(xiàng)科技的探索已久，中國科學(xué)家通過數(shù)代人接續(xù)努力，如今無論是研發(fā)還是應(yīng)用，單原子制造技術(shù)都站到了國際最前沿。

2010年，中國科學(xué)院院士、大連化工研究所研究員張濤在全球范圍首次提出“單原子催化”概念；此后，吳宇恩的導(dǎo)師中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授李亞棟在“單原子合成”上取得重大突破；而專注這一領(lǐng)域十余年的吳宇恩團(tuán)隊(duì)，則在單原子技術(shù)應(yīng)用上做出了突出貢獻(xiàn)。

通過制造單原子材料提高使用經(jīng)濟(jì)性，技術(shù)路徑看似簡單，但做起來絕非易事?！半y點(diǎn)在于找到特定的活性材料和載體，這往往需要大量的試驗(yàn)和篩選。”得益于中國科學(xué)院的項(xiàng)目支持，吳宇恩團(tuán)隊(duì)已經(jīng)建成AI高通量篩選平臺，借助人工智能，“單原子制造+農(nóng)業(yè)”的結(jié)合將會大大提速。

目前，吳宇恩帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)正在建設(shè)世界最大的抗菌數(shù)據(jù)庫，搞清每一個原子級材料的稟賦，未來一旦暴發(fā)耐藥性或突發(fā)病蟲害，可以迅速找到有效的材料，與企業(yè)結(jié)合實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

與此同時，對肥料的原子制造也擺上了日程，碳、氮、磷、鉀、鐵是下一步重點(diǎn)攻關(guān)的目標(biāo)，旨在顯著提升植物營養(yǎng)的有效性。“

單原子時代正式開啟。我們期待著這一新時代的到來，能夠?yàn)橥寥澜】?、植物健康以及人類健康的偉大愿景提供?qiáng)有力的支撐?！眳怯疃鞒錆M期待地說。