我国秸秆能源化利用问题与发展方向

我国秸秆能源化利用问题与发展方向

摘要：我国秸秆资源丰富，但目前秸秆能源化利用率不高。本文综述了我国目前秸秆能源化利用所面临的主要问题，包括技术因素和经济因素，同时展望了今后我国秸秆能源化利用的主要方向。

关键词：秸秆；能源化；利用

Abstract: China’s straw is rich in resources, but the straw energy utilization rate is not high. This paper introduced the major issues of China straw energy facing, including the technical and economic factors, and prospects of straw in the future energy utilization of the main directions.

Key words: straw; energy;

引言

我国是农业大国，每年产农作物秸秆7亿t以上[1]。2008年财政部表示，在保障适度还田和满足饲料需求前提下，能源化利用应作为我国剩余秸秆综合利用的主要方向。今后国家将通过财政补贴及税收优惠，引导农民收集剩余秸秆。通过现代技术手段将其转化为适应现代社会需求的清洁能源，变废为宝[2]。同时生物质利用过程中SO2、NOX的排放较少，造成的空气污染和酸雨现象会明显降低。每利用1万吨秸秆替代煤炭，将减少二氧化碳排放1.4万t，二氧化硫排放40t，烟尘排放100t[3]。因此，秸秆是一种理想的清洁能源，开发利用秸秆对转变能源结构及环境保护都有巨大的现实和深远的社会意义。

1 我国农作物秸秆资源概况

我国农作物秸秆年产量有7亿t左右，除部分作为造纸原料、炊事燃料、饲料肥料和秸秆还田之外，可作为能源用途的秸秆约4亿t，折合1.8亿t标准煤，可以转化为1亿t燃料酒精或5000万t生物柴油。到2010年秸秆总量将达7.26亿t，相当于5亿t标准煤[4]。然而秸秆每年利用率不足10％。因此，我国农业秸秆资源具有巨大的应用潜力。

2 秸秆利用所面临的主要问题

2.1 技术因素

(1)秸秆体积密度和能量密度低，加上运输、储存费用都相对较高，这限制了大型电厂对秸秆能源的有效利用。提高秸秆的体积、能量密度是秸秆能源化利用的重要研究方向。目前采用的主要技术有打包、制作高压成型块或焦碳。

(2)纤维素含量高，不易粉碎以及加料设备易阻塞。针对这一系列的困难，应开发大型、高效率的秸秆能源转化利用技术，如秸秆的低温热解集中供气；热解液化制生物油等。

2.2 经济因素

秸秆资源分布分散，难以使用集中处理技术，而分散处理技术效率较低，这也是目前秸秆大规模推广使用的主要难题。同时秸秆生物质能转换技术的商业化发展过程仍然面临诸多障碍和问题。这些障碍和问题主要来自经济因素，例如液体生物油，它具有可再生、低污染等诸多优点，但其成本通常比矿物油高1O％～100%，且需要专用的燃料处理设备，这些因素在经济上的制约都阻碍了它的广泛应用。当前秸秆能源化利用研究重点在于开发经济性合理的应用技术与工艺。

3 秸秆能源化利用技术图解

秸秆转化利用图解见图1：

图1 秸秆转化利用图解

固化成型技术原理是将经过粉碎、具有一定粒度的秸秆，放入挤压成型机中，在一定压力和温度的作用下制成棒状、块状或粒状物的加工工艺，成型后再采用传统的燃煤设备燃用[5]。秸秆气化是通过秸秆的大分子结构在高温(700～900℃)下与气化剂(如空气、氧气或水蒸汽)反应，分解、断裂或重整产生轻质可燃气体燃料。气化后的产物是H2、CO和CH4等低分子烃类的可燃气体[6]。催化热解和共热解技术原理是秸秆在反应器中完全缺氧或只提供有限氧和不加催化剂条件下，高温分解为生物炭、生物油和可燃气的热化学反应过程[7]。热裂解工艺有以下3种类型：①低温慢速热解(烧炭法)；②常规热解；③快速热解。秸秆热化学转化制生物原油或燃料油的高压液化技术，一般在温度为250～400℃、压

力为5～20MPa的条件下进行，通常是在催化剂存在下转化为液体燃料，作为汽车用燃料或进一步分离加工成化工产品[8]。厌氧干发酵制沼气技术原理是水稻、玉米、花生等农作物秸秆作为原料，经过粉碎并添加发酵菌剂做堆沤等预处理后，加入沼气池进行厌氧发酵来生产沼气和有机肥料。发酵制乙醇制备过程是先将秸秆碾碎，通过化学水解或催化酶作用将纤维素、半纤维素转化成多糖，再用发酵剂将糖转化为乙醇，得到乙醇体积分数较低的产品，蒸馏除去水分和一些杂质，最后浓缩的乙醇冷凝得到液体。

4 秸秆能源化利用展望

我国秸秆能源化研究取得的进展有目共睹，但很多研究成果尚在实验阶段，离普及推广应用为时甚远。产业化发展比较快的将会是秸秆气化(供气、供热、发电)，开发秸秆高效气化装置和燃气净化技术，尤其是热电联供系统，将会引起人们的重视。固化成型技术在我国发展比较快，在已经研究开发成功的棒状和颗粒状成型燃料生产技术基础上，将重点开发低能耗的成型技术和设备。今后我国将大力加强以下几方面的研究：大中型高效沼气和发电工程系统的研究；秸秆生产燃料酒精工艺与关键技术的研究(高效水解工艺与设备；高效纤维素水解酶的筛选和改造；先进的乙醇发酵与精制工艺和设备)；热裂解液化开发燃料油的工艺和设备的研究；间接液化生产合成甲醇和其它副产物综合利用技术的研究。

生物质科研工作者是开展生物质能源研究的主体，政策的倾向和制度的建立对其发挥自身作用起着关键作用，所以应从政策与制度上给予支持。同时设立奖罚分明的激励机制，充分调动科研技术人员的科研积极性。生物质科研工作者应转变观念，努力提高自身素质，完善知识结构，不断提高解决生物质科研工作问题的能力。

参考文献：

[1] 杨立,张婷,王永泽,王金华. 不同秸秆厌氧发酵产沼气效果的比较[J]. 可再生能源.2008,26(5):46.

[2] 国务院办公厅关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见（国发办[2008]105号）

[3] Xianyang Zeng, Yitai Ma, Lirong Ma. Utilization of straw in biomass energy in China[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2007(11):976–987.

[4] 赵军,王述洋. 我国生物质能资源与利用[J]. 太阳能学报. 2008,29(1):90-95.