原文章轉截於 https://biochartoday.com/2025/01/17/dr-waqas-ahmad-advancing-biochar-research-in-material-science/
以下是全文翻譯：
這是《生物炭專家專訪系列》的首篇文章，我們藉此向那些以熱情、專業知識和創新精神推動生物炭領域發展的專家致敬。這些專家來自各行各業：有的是以突破性研究重新定義可能性的知名科學家，有的是以嶄新視角塑造未來的新興研究者，還有的是透過新技術和商業模式拓展市場的行業領袖，以及默默耕耘、致力於用生物炭改良土壤的無名英雄。無論是他們的開創性技術、深刻發現，還是堅定不移的奉獻精神，這些人都是生物炭革命的核心。本系列旨在通過分享他們的貢獻和知識，啟發更廣泛的生物炭社群。
瓦卡斯·艾哈邁德博士（Dr. Waqas Ahmad）
瓦卡斯·艾哈邁德博士是美國沙迦大學材料科學與工程領域的一名專注研究人員。他專門從事透過熱化學轉化過程生產生物炭以實現可持續解決方案。他的研究重點包括共熱解技術，用於製造應用於土壤修復、碳封存和可再生能源的先進生物炭材料。憑藉對生物炭表徵的深厚專業背景，瓦卡斯致力於通過評估毒性特徵和污染物固定能力，確保生物炭的環境安全性和性能。他因研究在可持續廢物管理與氣候變化減緩方面的卓越貢獻，榮獲2024年古爾福德綠色創新大獎（Green Food Innovation Award）。
瓦卡斯博士熱衷於推動循環經濟實踐，並在可再生能源與可持續發展的交叉領域創新。我最近與他進行了一次訪談，以下是我們對話中的一些精華內容。
訪談精選
尚蒂·普拉巴（Shanthi Prabha）：您是在職業生涯的哪個階段轉向生物炭研究的？可否分享您在生物炭領域的主要專長及當前研究重點？
瓦卡斯·艾哈邁德（Waqas Ahmad）：我在2021年12月加入美國沙迦大學攻讀博士研究生時，開始專注於生物炭研究。由阿聯酋全球鋁業（Emirates Global Aluminum）資助，我的初始項目專注於通過熱解技術生產酸性生物炭，將生物質廢料轉化為像生物炭、生物油和氣體等有價值的資源。我專攻熱化學轉化技術，使用如GCMS、ICP-AES、SEM/EDS及CHNS分析儀等高級工具，以及ANT、CEC和WHC等化學程序，優化生物炭在環境應用中的特性。目前，我的研究集中於鹽角草和棗樹廢料的共熱解，開發用於增強土壤肥力及碳封存的生物炭。我最感興趣的是將廢物管理與可再生能源生產相結合，將未充分利用的資源轉化為財富，為可持續發展鋪平道路。
SP：作為材料科學專家，您如何看待生物炭作為一種新型材料？它在解決緊迫環境挑戰方面的潛力如何？
WA：從材料科學的角度，我認為生物炭是一種具有巨大潛力的可持續創新材料，能夠應對全球環境挑戰。生物炭能捕捉和儲存碳，是氣候變化減緩的重要工具。同時，其改善土壤肥力和修復污染物的能力，支持了可持續農業和環境恢復。生物炭還能通過將生物質廢料轉化為有價值的資源，減少對垃圾填埋場的依賴並降低污染。此外，它在水處理和能源存儲中的新興應用，進一步突顯了其在促進清潔能源和資源回收方面的多功能性。我認為生物炭不僅是一種材料，更是一條通往可持續發展的道路，彌合廢物增值、氣候韌性和環境管理之間的差距。
SP：近年來生物炭材料的表徵技術有哪些進步？這些發展如何提升研究成果的質量和影響力？
WA：近年的技術進步極大地增強了我們對生物炭結構、組成及功能性的理解，從而使其應用更具針對性和影響力。例如，傅立葉變換紅外光譜（FTIR）和X射線光電子光譜（XPS）可詳細分析表面官能團，幫助研究人員為特定用途（如吸附污染物和保留養分）量身定制生物炭特性。掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）等高分辨率成像工具提供形態和微結構的洞見，而X射線衍射（XRD）則能識別影響穩定性和反應性的礦物相。熱重分析（TGA）等先進的熱技術可以評估熱穩定性和分解行為，這對於優化熱解過程至關重要。此外，Zeta電位分析及表面電荷測量為研究膠體穩定性和離子交換能力開闢了新途徑，這對於土壤修復和水淨化至關重要。這些工具不僅提高了材料性能，也保證了研究的可重複性，使生物炭能更廣泛地應用於環境和能源系統。
SP：您如何看待生物炭研究的範圍？特別是生物炭基複合材料的潛力和未來應用？
WA：生物炭研究的範圍廣泛且不斷發展，特別是在環境可持續性、能源存儲和材料創新方面提供了解決重大挑戰的機會。生物炭基複合材料是一個令人振奮的研究領域，這些材料通過將生物炭與聚合物、金屬或陶瓷結合，可以提高機械強度、熱穩定性和導電性，應用於輕質結構材料、隔熱材料以及超級電容器和電池的導電電極。在環境系統中，生物炭基複合材料在水過濾方面顯示出潛力，與其他材料結合可以提高對重金屬、有機污染物和營養物的去除效果。在農業中，這些複合材料可以作為智能化肥料或農藥載體，實現養分的可控釋放，同時改善土壤健康。展望未來，生物炭基複合材料的開發符合循環經濟的原則，將廢物轉化為先進材料，應用於建築、汽車和能源存儲等行業。
SP：您在生物炭研究中面臨的主要挑戰有哪些？如何應對這些挑戰？
WA：生物炭研究面臨的主要挑戰之一是生物質的多樣性，不同的原料會導致生物炭性能的差異性。為解決這一問題，需要對原料進行全面表徵，並利用機器學習等技術建立預測模型以優化過程參數。此外，根據特定應用定制生物炭的功能性也是一大挑戰，例如改善重金屬固定能力和營養物保留的表面化學結構與形態。後處理技術如活化、功能化和礦物浸漬可以提升其多功能性。規範化和標準化的缺失則影響了生物炭的廣泛採用。通過研究人員、行業和政策制定者的合作，建立全球生物炭質量標準，可以增強市場信心並確保合規。
SP：到2025年，您對生物炭研究的範圍和影響有何願景？
WA：到2025年，我相信生物炭將成為應對全球環境挑戰、可再生能源及循環經濟的一個多功能平台。從農業、氣候減緩到廢物管理，生物炭的應用將大幅增長，並成為碳負材料的核心。隨著反應器技術和過程優化的進步，其能源效率和可擴展性將顯著提高。此外，功能化生物炭產品在養分輸送和污染物吸附等方面的創新將進一步推動其發展。