秸稈能源化利用技術探討

羅維芳

（甘肅省臨夏縣農村能源發(fā)展中心，甘肅臨夏731800）

農作物秸稈是農業(yè)生產中的副產物，也是主要的生物質能源。目前在世界上農作物秸稈是僅次于煤炭、石油和天然氣之后的第四大能源，占全球能源消耗總量的14%[1]。與煤炭、石油、天然氣等能源相比，農作物秸稈具有分布廣泛、可再生、來源豐富等特點；但由于其主要成分為纖維素、木質素等，因此導致使用除燃燒外的普通生物處理方法難以降解，因此無法提高利用率。所以，探索和研究新方法，合理運用物理、化學、發(fā)酵等手段，實現(xiàn)秸稈資源的高效利用是當前的研究重點。

1 秸稈能源化利用技術

1.1 秸稈沼氣技術

秸稈沼氣技術是指以農作物秸稈為原料，利用特定的發(fā)酵池或設備，讓其在隔絕空氣的厭氧環(huán)境中，在適合溫度、適量水分和合理的pH 條件下，通過微生物厭氧發(fā)酵進而產生能夠燃燒的氣體（沼氣）的技術[2]。秸稈沼氣技術根據處理工藝，可分為干法發(fā)酵和濕法發(fā)酵兩類。由于秸稈的高纖維素和木質素特性，難以被厭氧微生物等利用分解，因此在發(fā)酵前需對秸稈進行預處理，一般的處理方法有物理法、化學法、熱處理法、生物法等。物理法主要通過改變秸稈的形態(tài)或結構來提高發(fā)酵產氣率，例如粉碎、浸泡秸稈；化學法主要是利用氨水或氫氧化鈉等制劑破壞秸稈的纖維素和木質素來提高產氣率，但該方法由于添加了化學試劑，會對環(huán)境造成污染；熱處理法主要是運用高壓水蒸氣爆破法破壞秸稈的纖維組織，進而提高利用率，此方法的缺點是成本高；生物法主要是利用微生物進行處理，成本低，處理效果好，因此該方法是使用最廣泛的秸稈處理方法。此外，在發(fā)酵時添加碳酸氫銨或動物糞便等含氮素的原料，可以提高發(fā)酵效率。秸稈預處理后，便可投入發(fā)酵池中加水封池后進行發(fā)酵，發(fā)酵一段時間后進行點火試氣，進而投入使用。

1.2 秸稈氣化技術

秸稈氣化技術是以農作物秸稈為原料，將其置于缺氧環(huán)境中，通過熱解和還原反應讓其發(fā)生熱化學反應，進而轉化為可燃氣體的過程[3]。秸稈氣化過程主要分為四個階段，即干燥、裂解反應、氧化反應和還原反應。氣化后產生的秸稈燃氣，經過一定的處理，可用于農戶的取暖或者進行發(fā)電等。秸稈氣化爐根據其工藝特性，分為固定床秸稈氣化爐和流化床氣化爐2 種類型。固定床秸稈氣化爐由于結構簡單，氣化時產生的灰分較少，因而使用較多。流化床氣化爐雖然也具有產氣率高、氣化反應快等特點，但由于其結構復雜，對秸稈形狀、大小要求苛刻，因此導致使用較少。

1.3 秸稈液化技術

由于秸稈中含有木質素和纖維素等成分，因此可以通過一定的方法進行處理，使其轉化為可燃性的液體燃料或其他化工原料進而使用，即為秸稈液化。秸稈液化的轉化方法有化學方法、物理方法和生物方法等[4]。秸稈直接液化有兩種方式：一種是保留植物纖維大分子結構；另一種是破壞大分子結構，應用最多的為后一種，破壞植物大分子后，將其轉化為小分子以進一步利用，如秸稈液化生產乙醇。生產乙醇時，先將秸稈通過一定的方法進行預處理，然后添加特定的催化劑，在一定的溫度下讓其水解產生單糖，再通過發(fā)酵技術生成乙醇。此外，秸稈液化技術還有高溫高壓和微波液化技術，高溫高壓液化時，需要將秸稈置于特定的設備中，在高壓環(huán)境下讓其發(fā)生熱化學反應，例如生物柴油的制備；微波液化是利用微波輻射的方法加速秸稈分子反應，進而使其液化的技術。由于高溫高壓液化對設備要求較高，同時需要大量的能量，因此利用較少，而微波液化有較好的潛力。

1.4 秸稈發(fā)電技術

秸稈發(fā)電技術，即利用農作物秸稈進行發(fā)電。利用秸稈發(fā)電時，可直接燃燒發(fā)電，也可將秸稈和其他燃料混合后燃燒發(fā)電，還可將秸稈氣化后進行發(fā)電[5]。秸稈直接燃燒發(fā)電是指將秸稈直接放入鍋爐中燃燒后產出高壓水蒸汽進行發(fā)電；秸稈混合燃燒發(fā)電是將秸稈和煤炭進行混合，然后送入鍋爐進行燃燒發(fā)電。秸稈氣化發(fā)電是將秸稈置于缺氧環(huán)境中，通過熱解和還原反應讓其發(fā)生熱化學反應，之后轉化為可燃氣體，再將其燃燒進行發(fā)電的過程。

1.5 秸稈固化成型技術

秸稈固化成型是指利用特定的設備，在一定的壓力、溫度下，將作物秸稈壓縮成塊狀、棒狀或其他形狀等成型燃料的技術。秸稈固化成型后能夠大大提高其密度，從而增加熱值，因此可以代替原煤、燃油以及木柴等，進而應用于鍋爐灶燃燒或生物發(fā)電等方面[6]。

2 展望

進行秸稈能源化利用，能夠在很大程度上提高能源利用率，減少其他不可再生能源的利用和對環(huán)境的污染，因此對于應對能源短缺、控制秸稈焚燒、保護環(huán)境、減少碳排放等有重大意義。目前，我國秸稈能源化利用技術的研究和應用均處在初級階段，部分秸稈能源利用技術還存在工藝技術不成熟、生產效率低、能耗高、行業(yè)標準缺失、經濟效益不明顯等問題。因此，應加大對秸稈能源化基礎性研究的支持力度，積極引進國外先進技術和經驗，加強科技攻關，重點在農作物秸稈高能效低能耗轉化、生物質熱解生產、生物質發(fā)電、木質纖維素生產燃料乙醇、生物柴油等方面開展研究，盡快完善農業(yè)生物質資源化利用標準體系。秸稈生物質能作為可再生能源中唯一可存儲和運輸的能源，有著極大的應用潛力，因此在我國自然環(huán)境、社會環(huán)境和政策環(huán)境下，秸稈生物質的大規(guī)模開發(fā)利用必將成為未來的發(fā)展趨勢。