小秸稈大產(chǎn)業(yè)，助力碳中和

陳淑蓮

農(nóng)作物的春華秋實(shí)，一半在籽實(shí)，一半在秸稈。

中國自古以來就是農(nóng)業(yè)大國，自然也是秸稈生產(chǎn)大國。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年我國秸稈產(chǎn)量為8.65億噸，作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的后續(xù)問題，這樣一個(gè)龐大的數(shù)字隨著我國糧食產(chǎn)量的逐年增加而遞增，與此同時(shí)，不合理的秸稈利用既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境。2020年，我國承諾將力爭2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，這樣的時(shí)代大背景賦予了秸稈資源新的歷史使命。秸稈綜合利用是推進(jìn)節(jié)能減排的一項(xiàng)重要手段，農(nóng)業(yè)農(nóng)村減排固碳是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的重要舉措，也是潛力所在。

近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所（以下簡稱中國農(nóng)科院環(huán)發(fā)所）種植廢棄物清潔轉(zhuǎn)化與高值利用團(tuán)隊(duì)在秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物共熱解轉(zhuǎn)化技術(shù)上取得新突破，闡明了共熱解過程中相互促進(jìn)-抑制作用機(jī)制，提出了農(nóng)業(yè)廢棄物清潔轉(zhuǎn)化利用技術(shù)路徑，相關(guān)研究成果發(fā)表在《清潔生產(chǎn)（Journal of Cleaner Production）》上。為此，本刊記者采訪了中國農(nóng)科院環(huán)發(fā)所研究員姚宗路，就如何通過科學(xué)合理利用，將秸稈“變廢為寶”，在提升農(nóng)業(yè)農(nóng)村減排固碳能力同時(shí)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色低碳循環(huán)發(fā)展展開探討。

被忽視的秸稈產(chǎn)業(yè)

“回到田里做肥料、喂給牛羊做飼料、做飯取暖做燃料、種植蘑菇做基料、還有造紙做原料。”這段生動(dòng)描述秸稈用途的小口訣，來自中國農(nóng)科院環(huán)發(fā)所趙立欣、姚宗路主編的《秸稈清潔供暖技術(shù)》一書。對(duì)于生活在都市里的人而言，秸稈既熟悉又陌生，很難形成較為立體的印象。這本科普讀物深入淺出為讀者們展現(xiàn)出了在秸稈綜合利用過程中，如何利用不同技術(shù)生產(chǎn)清潔能源，從而達(dá)到減少排放、增加碳匯，同時(shí)又使企業(yè)獲益、農(nóng)民增收、減輕國家財(cái)政補(bǔ)貼壓力。

2019年，我國秸稈產(chǎn)生量8.65億噸，實(shí)際上可收集量為7.31億噸，實(shí)際利用量6.34億噸，其綜合使用率從2015年的80.1%增加到2019年的86.7%。從數(shù)據(jù)中足以看出，秸稈產(chǎn)業(yè)是一個(gè)被忽視已久的新興產(chǎn)業(yè)，更是一個(gè)大有可為的大產(chǎn)業(yè)。

近年來，中國在秸稈資源綜合利用方面已取得了顯著成效，但也存在利用率低，秸稈加工產(chǎn)業(yè)鏈條短以及加工產(chǎn)業(yè)布局不合理等不足之處。尤其在過去很長一段時(shí)間里，還田是秸稈綜合利用的主要方式，生產(chǎn)上廣泛采用的秸稈覆蓋還田和淺旋還田，大多存在著秸稈腐解慢、土壤消納能力差、土壤有機(jī)質(zhì)提升效果不佳等問題，致使農(nóng)民面對(duì)量多體大的剩余秸稈處于“還不下、無處放、不讓燒”的尷尬處境。此外，秸稈量多體大，“收、運(yùn)、儲(chǔ)”體系不完備，離田成本高，成為制約秸稈產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。

秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物是寶貴的資源，中國農(nóng)科院環(huán)發(fā)所開展了長期研究，通過科學(xué)合理利用，秸稈、畜禽糞便等廢棄物可生產(chǎn)生物天然氣、成型燃料、燃燒發(fā)電等可再生能源，可以抵扣生產(chǎn)生活使用的化石能源的排放，助力碳達(dá)峰、碳中和。同時(shí)，發(fā)展秸稈產(chǎn)業(yè)可以加固農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的鏈條，拓展農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間，增加了農(nóng)民收入和農(nóng)業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性。鼓勵(lì)和引導(dǎo)秸稈產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)于提高我國農(nóng)業(yè)資源綜合利用水平，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，加快農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

秸稈綜合利用的技術(shù)路徑及最新進(jìn)展

農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能是指以秸稈、畜禽糞污等農(nóng)業(yè)廢棄物為主要原料轉(zhuǎn)化的生物質(zhì)能，是促進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源有效利用的重要途徑，既能解決農(nóng)業(yè)廢棄物的環(huán)境污染問題、減少因焚燒或無序堆放排放溫室氣體，又能夠替代化石能源減排CO2、提升土壤固碳能力，是可再生、可持續(xù)的零碳或負(fù)碳的能源技術(shù)。秸稈作為能源使用的方式很多，可以轉(zhuǎn)化成型燃料、沼氣、熱解氣等，不同地域利用方式有所不同。

熱解炭氣聯(lián)產(chǎn)技術(shù)是秸稈在絕氧或低氧環(huán)境下被加熱升溫（500～600°C），引起分子內(nèi)部分解產(chǎn)生熱解氣和生物炭。在農(nóng)業(yè)廢棄物生物質(zhì)熱解炭氣聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的最新研究中，中國農(nóng)科院環(huán)發(fā)所將農(nóng)業(yè)廢棄物與低品質(zhì)煤共熱解，從共熱解各相產(chǎn)物分布、生物炭性能表征，以及共熱解過程中能量平衡、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益等各個(gè)方面開展了綜合分析。結(jié)果表明，農(nóng)膜的加入降低了共熱解反應(yīng)活化能，提供了C、H元素，有效提升了熱解油的產(chǎn)率和品質(zhì)，低品質(zhì)煤的加入促進(jìn)了中間產(chǎn)物與水蒸氣的重整反應(yīng)，提升生物炭的產(chǎn)率和熱解氣品質(zhì)。據(jù)測(cè)算，在河邊邢臺(tái)建設(shè)的示范工程，每年生產(chǎn)的生物炭和熱解氣可替代1100噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減排1720噸CO2，具有較好的社會(huì)環(huán)境效益。研究結(jié)果為農(nóng)業(yè)廢棄物清潔轉(zhuǎn)化、農(nóng)村地區(qū)清潔供暖提供了有效的技術(shù)路徑。

除了生物質(zhì)熱解炭氣聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，秸稈捆燒也是秸稈較為常見的處理方式。在糧食收獲后，將田里松散的秸稈打成捆，在專門的生物質(zhì)鍋爐中燃燒，通過高效換熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)清潔供暖。近期，秸稈捆燒清潔供暖技術(shù)裝備研發(fā)也取得新進(jìn)展，圍繞秸稈打捆、高效燃燒、污染物脫除等關(guān)鍵技術(shù)，通過搭建秸稈半氣化捆燒仿真平臺(tái)，研發(fā)出高效低排放燃燒技術(shù)，開發(fā)出秸稈捆燒清潔供暖鍋爐，建立了示范工程。據(jù)第三方檢測(cè)，鍋爐熱效率可達(dá)85%左右，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物分別在30mg/m3、10mg/m3、200 mg/m3以下，明顯優(yōu)于GB 13271-2014《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。從提質(zhì)增效情況來看，新的技術(shù)裝備降低了取暖成本。在遼寧鐵嶺秸稈捆燒供暖的取暖費(fèi)約19.8元/m2，明顯低于煤炭（約25.2～28元/m2），供暖成本降低20%～30%。此外，秸稈捆燒供暖技術(shù)的二氧化碳排放僅為煤炭供暖的1/10，為農(nóng)村碳減排、碳中和做出了貢獻(xiàn)。

成型燃料技術(shù)是將松散的秸稈擠壓成不同形狀的燃料，有顆粒燃料、塊狀燃料、棒狀燃料三種。與松散的秸稈相比，具有體積小、密度大等特點(diǎn)，便于運(yùn)輸和貯存。其燃燒效率高，又干凈，密度相當(dāng)于中質(zhì)煙煤，使用時(shí)火力持久，可以直接替代煤炭，進(jìn)行發(fā)電、供熱、取暖、做飯，是一種清潔環(huán)保的能源。截至2019年底，我國秸稈成型燃料加工點(diǎn)共2360處，產(chǎn)品主要用于中小型鍋爐供熱、發(fā)電和村鎮(zhèn)炊事取暖用能等。

秸稈也可以通過微生物厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，常見的有濕法發(fā)酵、干法發(fā)酵和干濕耦合發(fā)酵三種方式。產(chǎn)生的沼氣可以用于炊事，也可以通過沼氣熱水鍋爐生產(chǎn)熱水進(jìn)行集中供暖，或通過壁掛爐分散供暖，還可以通過沼氣發(fā)電機(jī)發(fā)電。此外，沼氣還可以被提純?yōu)樯锾烊粴?，進(jìn)入天然氣管網(wǎng)，用于居民供氣或者車用燃?xì)狻?019年，以農(nóng)業(yè)廢棄物為主要原料的沼氣工程10.265×104處，總池容2197.81×104 m3。

生物質(zhì)能潛能巨大

2019年，全國能源化利用的秸稈量約為5025.4萬噸（不含傳統(tǒng)散燒），其中：成型燃料、生物質(zhì)發(fā)電、規(guī)?；託?生物天然氣分別占48.4%、27.8%和16.4%。農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能既能作為清潔可再生能源替代化石燃料推動(dòng)能源碳強(qiáng)度下降，又能通過副產(chǎn)物還田利用形成土壤碳匯實(shí)現(xiàn)負(fù)碳排放，減排固碳潛力巨大。據(jù)測(cè)算，基于現(xiàn)有技術(shù)水平及前沿技術(shù)進(jìn)展，能源結(jié)構(gòu)變化情景下，如果稈綜合利用率達(dá)到90%，減排約1億噸二氧化碳當(dāng)量，未來潛能巨大。姚宗路認(rèn)為目前還存在著一些問題，如秸稈綜合利用減排固碳關(guān)鍵技術(shù)使用復(fù)雜，成本高，難以快速推廣;部分技術(shù)操作繁瑣，使勞動(dòng)力投入或生產(chǎn)成本均有所增加，需要依賴國家財(cái)政補(bǔ)貼，限制了其應(yīng)用推廣?！敖斩捑C合利用屬于民生工程，不應(yīng)以盈利為導(dǎo)向，還需要更多國家層面支持?！币ψ诼氛f道。

關(guān)于秸稈綜合利用的進(jìn)一步研究，姚宗路認(rèn)為要從三個(gè)方面來加強(qiáng)，一是要根據(jù)不同地區(qū)的氣候條件、耕作方式和土壤特性等推廣秸稈還田技術(shù)模式，實(shí)現(xiàn)科學(xué)還田，提升土壤有機(jī)質(zhì)含量，增加土壤碳匯;二是秸稈能源化利用減排潛力很大，要繼續(xù)加大政策保障，強(qiáng)化激勵(lì)措施，發(fā)揮好抵扣化石能源排放的作用;三是要提高秸稈利用產(chǎn)品附加值，開發(fā)高值產(chǎn)品，探索秸稈產(chǎn)業(yè)化利用新模式，助力碳達(dá)峰、碳中和的同時(shí)，把秸稈產(chǎn)業(yè)列為推進(jìn)鄉(xiāng)村振興和加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化重點(diǎn)工作，真正讓小秸稈變成大產(chǎn)業(yè)。