掃一掃微信溝通農(nóng)作物秸稈資源利用
為了有效推進我省農(nóng)業(yè)和農(nóng)村節(jié)能減排，實現(xiàn)農(nóng)村藍天碧水工程，我站將連續(xù)轉(zhuǎn)載農(nóng)業(yè)部出版的農(nóng)業(yè)和農(nóng)村節(jié)能減排十大技術(shù)。
農(nóng)作物秸稈資源具有多功能性，可用作燃料、飼料、肥料、生物基料、工業(yè)原料等，與廣大農(nóng)民的生活和生產(chǎn)息息相關(guān)。高效開發(fā)和集約利用農(nóng)作物秸稈資源，有利于改善農(nóng)村生產(chǎn)生活條件，促進農(nóng)業(yè)增效和農(nóng)民增收，對發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，構(gòu)建資源節(jié)約型社會，推進社會主義新農(nóng)村建設(shè)等具有重要意義。被人們稱之為改善農(nóng)村生產(chǎn)生活條件的清潔工程，建立資源節(jié)約型社會的能源工程，減輕大氣污染的環(huán)境工程，優(yōu)化畜牧業(yè)結(jié)構(gòu)的節(jié)糧工程，提高耕地綜合生產(chǎn)能力的沃土工程，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)工程，增加農(nóng)民收入的富民工程。
據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年主要農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量6億噸以上，其中直接還田30％，過腹還田22％，剩余約3億噸左右可作為能源加以開發(fā)與利用，折合標(biāo)準(zhǔn)煤1.5億噸。農(nóng)作物秸稈能源轉(zhuǎn)化的主要方式有直接燃燒(包括通過省柴灶、節(jié)能炕、節(jié)煤爐燃燒及直燃發(fā)電)、固化燃料(固體成型為顆粒、塊狀和棒狀燃料)、氣化燃料(包括生物質(zhì)燃?xì)狻⒄託?和液化燃料(包括燃料乙醇和生物原油)等。
農(nóng)作物秸稈由于具有能量密度低、熱值不高、原料種類繁多、難以收集運輸?shù)忍匦?，在能源化利用過程中存在許多技術(shù)和管理方面的問題與障礙。比如，秸稈熱解氣化焦油處理不徹底，熱值過低；秸稈生物氣化配套設(shè)備有待進一步開發(fā)和完善；秸稈致密成型設(shè)備的關(guān)鍵部件壽命短，影響生產(chǎn)能力等，這些問題急需認(rèn)真研究解決。
多年來，黨和國務(wù)院一直非常重視農(nóng)作物秸稈能源化利用工作，制定了相應(yīng)政策措施，加大了資金投入，成效顯著，受到了廣大農(nóng)民的熱烈歡迎。到2005年底，已累計推廣省柴節(jié)煤爐灶1.9億戶，普及率達到70％以上，熱效率比20世紀(jì)80年代初期提高了10個百分點；推廣節(jié)能炕2000萬鋪，節(jié)約了大量的生物質(zhì)資源，有效緩解了農(nóng)村能源的緊張局面。已經(jīng)建設(shè)了秸稈集中供氣站539處，建立了一批秸稈固化成型示范點。截至2006年底，由國家和地方核準(zhǔn)秸稈規(guī)?；l(fā)電項目近50處，總裝機l500兆瓦，其中，山東單縣、江蘇宿遷和河北威縣3座發(fā)電站已投產(chǎn)發(fā)電，總裝機容量8萬千瓦。
雖然，我國在農(nóng)作物秸稈能源化利用方面取得了一定的成績，但是，長期以來人們一直把秸稈看作是農(nóng)業(yè)的副產(chǎn)品，沒有給予足夠的重視，利用率低，浪費嚴(yán)重。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和現(xiàn)代加工技術(shù)的發(fā)展，對農(nóng)作物秸稈的認(rèn)識應(yīng)有一個轉(zhuǎn)變，秸稈和籽實一樣都是重要的農(nóng)產(chǎn)品。加強農(nóng)作物秸稈能源化利用，對加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展具有重要作用。
我國作為一個發(fā)展中的農(nóng)業(yè)大國，以家庭承包經(jīng)營為主體的農(nóng)村社會結(jié)構(gòu)，決定了農(nóng)作物秸稈利用必須立足于分散收集、小規(guī)模生產(chǎn)、就地利用的原則，走具有中國特色的秸稈能源化開發(fā)利用之路。今后一個時期，要對可獲得農(nóng)作物秸稈資源總量以及可利用資源的種類、分布、產(chǎn)量、利用途徑等情況全面深入系統(tǒng)地進行調(diào)研，在此基礎(chǔ)上，對秸稈資源進行全面、科學(xué)的評價，圍繞拓展農(nóng)業(yè)功能、發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)、促進農(nóng)民增收，充分發(fā)揮資源和技術(shù)優(yōu)勢，通過加強科技創(chuàng)新、加大政策扶持、強化體系建設(shè)，引導(dǎo)、整合和利用社會力量廣泛參與，在廣大農(nóng)村地區(qū)推廣高效低排生物質(zhì)爐、省柴灶、節(jié)能炕等農(nóng)村生活節(jié)能技術(shù)和秸稈沼氣技術(shù)，示范建設(shè)秸稈氣化集中供氣站和秸稈固化示范點，為農(nóng)民提供方，燃料，提高農(nóng)業(yè)資源利用效率，降低能源消耗，優(yōu)化能源；少污染排放，為建設(shè)社會主義新農(nóng)村、保障國家能源安全態(tài)環(huán)境作出積極貢獻。
一、秸稈生物氣化
秸稈生物氣化技術(shù)又稱秸稈沼氣技術(shù)，是指以秸稈為原料，經(jīng)微生物厭氧發(fā)酵作用生產(chǎn)可燃?xì)怏w——沼氣的秸稈技術(shù)。采用該項技術(shù)處理秸稈，能生產(chǎn)農(nóng)村急需的高品質(zhì)源，還能生產(chǎn)肥料，轉(zhuǎn)化率高，經(jīng)濟效益好。按處理工藝可分為干法和濕法發(fā)酵兩類，按規(guī)?？煞譃閼粲煤凸こ袒瘍深悺?/p>
20世紀(jì)70年代末至80年代初，由于養(yǎng)殖業(yè)不發(fā)達，缺少糞便，戶用沼氣池普遍采用一次性進出料的“大換料”干法發(fā)酵工藝，秸稈用量在50％左右。目前戶用沼氣池基本采用人畜糞便為原料、連續(xù)進出料的濕法發(fā)酵工藝，基本不用秸稈。工程化和秸稈生物氣化技術(shù)目前尚未進入大規(guī)模推廣階段。
(一)國內(nèi)外技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀
1．國外技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀，由于秸稈含有大量的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，并相互交織在一起，表面還包裹了一層蠟質(zhì)，起支撐、保護及避免微生物侵襲的作用，從而使秸稈降解極其緩慢，導(dǎo)致利用秸稈生產(chǎn)沼氣存在啟動慢、產(chǎn)氣率低、結(jié)殼嚴(yán)重等問題。國外在秸稈的預(yù)處理、秸稈厭氧發(fā)酵工藝及產(chǎn)業(yè)化裝備方面做了研究。
(1)秸稈預(yù)處理研究。
①化學(xué)法。Gh．HassanDar等使用l％濃度的氨水(NH4OH)預(yù)處理秸稈7天后，與禽畜糞便混合，厭氧消化能力和穩(wěn)定性提高高。RuihongZhang等發(fā)現(xiàn)氨水預(yù)處理具有較多的優(yōu)點，通過添加氨水，既增加了氮源，又無氨水排放。
②物理法。RuihongZhang等采用研磨和切碎兩種物理預(yù)處理方法處理稻草，研磨比切碎的預(yù)處理方法在沼氣產(chǎn)量上高12．5％。
③生物法。A.Ghosh等使用白腐真菌(Phanerochaetechry—sosporium)和褐腐真菌(Polyporusostrei／ormis)預(yù)處理秸稈，沼氣產(chǎn)量分別提高了34.73％～46.19％和21.12％～31.94％。
(2)秸稈厭氧發(fā)酵工藝試驗。美國康奈爾大學(xué)的W．J．Jewell等在20世紀(jì)80年代初早完成了多種農(nóng)作物秸稈干發(fā)酵的工藝、反應(yīng)器等系統(tǒng)研究，研究認(rèn)為秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣是可行的，秸稈利用率可達50％。
(3)產(chǎn)業(yè)化設(shè)施裝備的試驗。德國于20世紀(jì)90年代起，開始進行以秸稈為主要原料的沼氣間歇干法厭氧發(fā)酵技術(shù)及工業(yè)級裝備的研發(fā)。目前歐洲可用于秸稈厭氧發(fā)酵處理的工藝主要有四種類型：車庫型、氣袋型、滲出液存貯桶型和干濕聯(lián)合型。美國加州大學(xué)DAVIS分校研制的貯罐型裝置也可用于秸稈厭氧發(fā)酵處理。2002年，德國BIOFERM公司、BEKON公司等廠家生產(chǎn)的車庫型工業(yè)級裝備已投入實際運行，在控制、安全等方面均較完備，但所需投資巨大。
在原料方面，德國農(nóng)場3000多個沼氣工程中，超過60％的工程采用玉米青貯秸稈與畜禽糞便混合厭氧發(fā)酵來生產(chǎn)沼氣并用來發(fā)電，玉米青貯秸稈是指栽種的玉米在成熟前2周左右收割、粉碎和堆放，青貯秸稈添加量一般為發(fā)酵原料的20％左右。這些工程全部采用熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，中溫(35℃)發(fā)酵占90％以上，因此容積產(chǎn)氣率較高，一般都在0.8立方米／(立方米?天)以上。
在全世界能源日益短缺和環(huán)境持續(xù)惡化的情況下，發(fā)達國家紛紛投入巨資，試圖在秸稈生物沼氣技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化方面取得突破。而取得產(chǎn)業(yè)化突破的關(guān)鍵是經(jīng)濟和技術(shù)都可行的工業(yè)級謹(jǐn)施、裝備。因此，研究適用的規(guī)?；斩捀煞▍捬醢l(fā)酵設(shè)施、裝備是當(dāng)前秸稈生物沼氣技術(shù)的發(fā)展趨勢。
2．我國技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀，從20世紀(jì)80年代起，國內(nèi)科研院所、大專院校和相關(guān)企業(yè)對秸稈沼氣干法厭氧發(fā)酵技術(shù)進行了大量研究，如中國科學(xué)院成都生物研究所、遼寧省能源研究所、農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計研究院、山東省能源研究所、吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所、寧夏回族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所、中國科學(xué)院工程研究所、北京化工大學(xué)、武漢大學(xué)、清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、北京合百意生態(tài)能源科技開發(fā)有限公司、天津市同瑞達環(huán)保設(shè)備有限公司等，并取得了大量科技成果。
(1)化學(xué)法。中國科學(xué)院成都生物研究所使用2％的石灰澄清液堆漚秸稈，再進行糞草發(fā)酵，取得了顯著效果。北京化工大學(xué)提出通過氫氧化鈉(NaOH)化學(xué)處理以改善玉米秸稈的可生物消化性能、提高玉米秸稈厭氧消化產(chǎn)氣量的方法，與未處理玉米秸稈相比，單位總固體含量(TS)的產(chǎn)氣率提高了13.1％～48.3％。
(2)物理法。中國科學(xué)院工程研究所研究了氣爆法預(yù)處理秸稈生產(chǎn)沼氣的方法，并利用氣爆預(yù)處理的秸稈經(jīng)多級發(fā)酵工藝進行秸稈沼氣厭氧發(fā)酵研究。
(3)生物法。遼寧省能源研究所利用白腐菌對玉米秸稈中木質(zhì)纖維素進行生物降解，研究木質(zhì)纖維素的變化規(guī)律，確定了白腐菌對玉米秸稈生物降解預(yù)處理的適宜條件。
中國科學(xué)院成都生物研究所開發(fā)了高效復(fù)合菌劑，并與北京合百意公司合作，進行了復(fù)合菌劑預(yù)處理秸稈產(chǎn)沼氣生產(chǎn)性試驗研究，8立方米沼氣池對比試驗研究表明，在前30天產(chǎn)氣階段內(nèi)，經(jīng)過預(yù)處理的秸稈比未預(yù)處理的秸稈，產(chǎn)氣率提高40％以上，并且產(chǎn)氣啟動時間縮短一半，沼氣中甲烷含量為60％左右。發(fā)酵后的物料不結(jié)殼，較為松散。2003年中國科學(xué)院成都生物研究所與北京合百意生態(tài)能源科技開發(fā)有限公司在北京順義建成秸稈產(chǎn)沼氣示范基地和年產(chǎn)1200噸秸稈產(chǎn)沼氣菌劑的生產(chǎn)車間，合作生產(chǎn)秸稈預(yù)處理產(chǎn)沼氣復(fù)合菌劑，在全國10多個省、自治區(qū)、直轄的50多個縣進行了示范應(yīng)用，并在江西吉安等地進行了規(guī)模化推廣。
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