秸稈的回收和利用研究

楊 帥 王丹丹 孫奇昊 王有慧 劉子源 王亞群

（沈陽工學(xué)院 遼寧 撫順 113122）

當(dāng)前我國每年產(chǎn)生的秸稈資源中，有87%的秸稈未被利用，并且有很多秸稈以現(xiàn)場焚燒的方式被處理。這樣秸稈處理不僅是一種巨大的資源浪費(fèi)，而且還引起了很大的環(huán)境問題。合理引導(dǎo)人們綜合利用廢棄秸稈不僅是一項(xiàng)重大的惠農(nóng)舉措，從政策角度和建設(shè)回收物流體系的角度來看，也具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益[1]。應(yīng)對上述難題的重點(diǎn)在于增加作物秸稈的綜合開發(fā)利用途徑。作物秸稈是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中一種難能可貴的生物質(zhì)能源，它不僅含有大量的有機(jī)物質(zhì)，也是一種粗糧。農(nóng)作物秸稈資源的經(jīng)濟(jì)健康有效利用不僅能提高農(nóng)民收入，避免生態(tài)環(huán)境破壞、節(jié)約能源，對于加快農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展還具有里程碑式意義。

1 秸稈回收和利用現(xiàn)狀

目前我國農(nóng)作物秸稈綜合利用率為90%，其中秸稈肥料化利用率接近51%，飼料化利用率為20.2%，燃料化利用率為13.69%，基料化利用率為2.43%，原料化利用率為2.47%。在農(nóng)作物秸稈肥料化利用中，主要以直接還田為主，占比達(dá)39%左右，農(nóng)作物秸稈堆肥處理占比為12%左右。我國作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，每年有大量的農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)生，對農(nóng)業(yè)廢棄物的處理系統(tǒng)需求極大。從現(xiàn)有情況看，我國陸續(xù)推出許多規(guī)劃和指導(dǎo)意見，意在推動我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)廢棄物資源的經(jīng)濟(jì)環(huán)保利用，而且相繼得到了國家的財(cái)政資金支持。農(nóng)業(yè)廢棄物如何合理利用已成為我國鄉(xiāng)村發(fā)展的重中之重。特別是黑龍江、吉林、遼寧三省所在的東北地區(qū)，農(nóng)作物秸稈資源的年產(chǎn)量非常大。從大局上看，黑龍江省種植區(qū)的玉米、水稻和大豆等常見作物資源的種植量顯著高于吉林和遼寧。數(shù)據(jù)顯示，2019年東北地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)總量超過2 億t，其中黑龍江省作物秸稈生產(chǎn)總量占比近50%，作物秸稈資源的合理經(jīng)濟(jì)環(huán)保利用對該地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有錦上添花的作用[2]。

從中國農(nóng)業(yè)勞動者對農(nóng)作物秸稈利用的發(fā)展看，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平不高、國民生產(chǎn)總值低、秸稈數(shù)量少的情況下，秸稈小部分被用來喂養(yǎng)牲畜，還有一部分用于堆肥，絕大多數(shù)被用于家用取暖做飯。隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的不斷向前發(fā)展，自20 世紀(jì)80 年代至今，我國糧食生產(chǎn)總值不斷增加，秸稈數(shù)量大幅提升，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)持續(xù)向前推進(jìn)，農(nóng)民生活質(zhì)量大幅提升，煤和液化氣逐漸進(jìn)入農(nóng)戶家中，大部分農(nóng)戶不再把秸稈作為生活燃料，作物收獲后許多秸稈被堆放在田間地頭。彼時大多數(shù)農(nóng)戶靠的是牲畜或小型機(jī)械耕田，田間地頭堆積的秸稈又給耕種帶來一定麻煩，所以人們只能就地焚燒處理?！笆晃濉币?guī)劃發(fā)布之后，以農(nóng)林廢棄物為原料的生物質(zhì)能源的開發(fā)利用力度逐漸加重，并取得了顯著的進(jìn)步和一定的優(yōu)勢地位。

2 秸稈綜合利用途徑

2.1 生物質(zhì)能源發(fā)電技術(shù)。生物質(zhì)發(fā)電是利用生物質(zhì)所具有的生物質(zhì)能進(jìn)行的發(fā)電，是可再生能源發(fā)電的一種，包括農(nóng)林廢棄物直接燃燒發(fā)電、農(nóng)林廢棄物氣化發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電、垃圾填埋氣發(fā)電、沼氣發(fā)電。隨著我國生物質(zhì)發(fā)電方式的進(jìn)步，自2003 年以來，國家批準(zhǔn)了河北、錦州、山東和江蘇秸稈發(fā)電企業(yè)，并相繼出臺《中華人民共和國可再生資源法》《電網(wǎng)企業(yè)全額收購可再生能源電量監(jiān)管辦法》 《可再生能源發(fā)電價格和費(fèi)用分?jǐn)偣芾碓囆修k法》等一系列政策，大力推行可再生能源的開發(fā)利用[3]。

2.2 生物燃料。壓縮燃料的生產(chǎn)簡單地說就是利用生物質(zhì)致密化技術(shù)來處理秸稈等，使秸稈等農(nóng)林廢棄物成為致密的燃燒材料，并且還將成型的燃料處理成機(jī)器制炭。這項(xiàng)研究技術(shù)對秸稈回收利用來說具有非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境管理效益。

2.3 生產(chǎn)生物乙醇技術(shù)。生物乙醇是指通過微生物發(fā)酵將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃料酒精，它可以單獨(dú)使用或與汽油混配制成乙醇汽油作為汽車燃料[4]。2007 年全球生物燃料工業(yè)酒精的生產(chǎn)總量近8 000 萬t，美國和巴西是燃料工業(yè)酒精產(chǎn)量非常多的國家，產(chǎn)量分別約為4 000 萬t 和2 000 萬t。目前，我國現(xiàn)代生物燃料乙醇產(chǎn)量約為260 萬t/年，僅占中國全球經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)量的3%，仍然有較大的發(fā)展空間。

2.4 裂解技術(shù)。農(nóng)林廢棄物通過快速熱裂化工藝，得到的液體燃料(生物油)具有易儲存、易運(yùn)輸、能量密度高、使用簡單的特點(diǎn)，不僅可直接燃燒，還可優(yōu)化為柴油或汽油作為動力燃料，或用來提取化工產(chǎn)品。

3 我國秸稈回收利用中存在的問題

3.1 生物質(zhì)能利用技術(shù)存在不足。首先，從目前的發(fā)展來看，由于原材料成本高，我國許多類型的生物質(zhì)能利用方式都面臨原材料瓶頸。比如生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)原料生產(chǎn)成本占總成本70%以上，生物柴油的原料成本占市場成本的比例也相對較高。此外，糧食等原材料的成本也在不斷地提高，因此，生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化成本仍然很高，其價格優(yōu)勢正在逐漸下降。其次，生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)換技術(shù)仍需改進(jìn)。即使我國對生物質(zhì)能方面的關(guān)注度持續(xù)增加，但其研制研發(fā)方向大多集中在熱化學(xué)轉(zhuǎn)化和微生物轉(zhuǎn)化方面，其它更有效的技術(shù)(例如水解法)仍在研究中。同時，生物質(zhì)生產(chǎn)技術(shù)的集成和自動化發(fā)展程度還不高，制約該技術(shù)發(fā)展的因素還有我國農(nóng)村地區(qū)道路交通受阻等問題。

3.2 秸稈還田技術(shù)有待進(jìn)一步提升。雖然秸稈是不可或缺的生物質(zhì)能的原材料，但以我國現(xiàn)在情勢看，我國對秸稈擴(kuò)大利用途徑的研究前途漫漫，還需努力。從秸稈作用看，秸稈作為燃料，它具有密度低、儲存空間大的特點(diǎn)；作為飼料，具有成分獨(dú)特、纖維素含量高、碳含量高、氮含量低的特點(diǎn)；作為工業(yè)原料，具有采購、運(yùn)輸成本高，市場競爭力弱的特點(diǎn)。從產(chǎn)業(yè)角度看，遼寧省撫順市秸稈產(chǎn)業(yè)化程度很低，產(chǎn)業(yè)鏈短、規(guī)模小，難以大量加工秸稈。因此，目前秸稈還田仍是最經(jīng)濟(jì)的處理方式。從整體布局來看，我國秸稈還田技術(shù)正處于研發(fā)上升階段，傳統(tǒng)方式的秸稈還田方法需要人們投入大量工作。針對目前我國秸稈機(jī)械化還田方式中存在的不足和現(xiàn)行狀態(tài)，可推行如下舉措：①在中國大部分地區(qū)，秸稈機(jī)械化還田方式的推行是大部分農(nóng)業(yè)人群所密切關(guān)注的，可以通過開發(fā)新的復(fù)式作業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)具，慢慢地代替原有的單項(xiàng)工程作業(yè)機(jī)具，增快我國機(jī)械秸稈還田的效率。②秸稈還田技術(shù)是保護(hù)環(huán)境、改善土壤質(zhì)量、提高土地利用效率的重要途徑，在全國推廣秸稈還田技術(shù)尤為必要。例如在宣傳方面，通過加大宣傳，禁止農(nóng)民焚燒秸稈，提高農(nóng)民的環(huán)保意識。在政策方面，農(nóng)業(yè)部門要堅(jiān)決支持秸稈還田等方面的相關(guān)工作，加強(qiáng)對秸稈還田方式方法的指導(dǎo)，保證機(jī)械化秸稈還田的推廣應(yīng)用。在資金管理方面，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門要增加資金扶持力度，對秸稈還田方式得當(dāng)?shù)霓r(nóng)民給予相應(yīng)的獎勵，使更多的農(nóng)民更情愿去實(shí)行秸稈還田。

4 我國秸稈回收利用未來發(fā)展方向

秸稈綜合利用技術(shù)逐漸成熟，未來發(fā)展的方向有：秸稈直接回田，培肥耕地；過腹還田，發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)；秸稈作為原料，生產(chǎn)生物活性有機(jī)肥；秸稈發(fā)電等。

廢棄秸稈轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)前景是十分樂觀的。石油資源的減少使國際原油價格不斷上調(diào)，于是將廢棄秸稈轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)汽油和柴油的技術(shù)引起了社會的廣泛關(guān)注。該技術(shù)利用了秸稈碳水化合物的性質(zhì)和木質(zhì)素的原始化學(xué)結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)條件，形成高度反應(yīng)性的自由基，使得聚合物可以重組，以獲得汽油和生產(chǎn)柴油燃料的餾分[5]。擁有這項(xiàng)研究技術(shù)的企業(yè)可以將秸稈轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)汽油和柴油，這對中國石油和化學(xué)工業(yè)具有重要作用，將會為社會發(fā)展提供新的動力。因此，將秸稈轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)燃料和柴油對我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義，符合我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略理念。

5 結(jié)語

農(nóng)作物秸稈是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中一種寶貴的生物質(zhì)能源。秸稈對于牲畜來說是一種粗糧，同時也含有大量的有機(jī)物質(zhì)，具有很多用途，并且可以再生。農(nóng)作物秸稈資源的合理回收利用對促進(jìn)農(nóng)民增收、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、節(jié)約資源和促進(jìn)農(nóng)業(yè)社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。利用廢棄秸稈轉(zhuǎn)化的生物質(zhì)能源是一種可再生的清潔環(huán)保能源，通過對秸稈能源化再利用的研究，可以對我國的能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良，降低我國能源短少的壓力，減少溫室氣體的排放，改善環(huán)境質(zhì)量，所以，秸稈資源再利用能夠?yàn)槲覈慕?jīng)濟(jì)健康穩(wěn)定發(fā)展做出貢獻(xiàn)。秸稈的綜合利用是有利于人類社會文明健康發(fā)展的重要舉措，需要大家積極配合。并通過完善相關(guān)法規(guī)，明確執(zhí)法主體，嚴(yán)格執(zhí)法責(zé)任，進(jìn)一步宣傳貫徹落實(shí)《秸稈禁燒和綜合利用管理辦法》等法律法規(guī)。各地方可結(jié)合本地實(shí)際，制定切實(shí)可行的措施，如加強(qiáng)農(nóng)作物秸稈集中露天焚燒的執(zhí)法檢查，禁止在田間、林帶隨意露天焚燒農(nóng)作物秸稈，禁止任何單位和個人在高速公路沿線、風(fēng)景名勝區(qū)、城市郊區(qū)、機(jī)場周邊等重點(diǎn)區(qū)域焚燒秸稈；建立秸稈綜合利用獎勵基金賬戶，獎優(yōu)罰劣。通過層層簽訂責(zé)任狀，嚴(yán)格實(shí)行責(zé)任追究制度，確保工作落實(shí)[6]。