秸秆综合利用新旧技术对比

2019-04-10 13:03:12 盛唐新能源 371

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秸秆作为农业固体生物质废弃物,一直是废弃物处理研究和技术发展的一大领域。科技界对秸秆的处理和资源化利用研究和技术发展一直没有停止过。在西方,例如欧洲和  美国,自20世纪30年代治理土壤风蚀和退化开始,一直推行秸秆覆盖和少免耕,至今仍是最普遍和环境友好的利用方式。这种利用方式成本低,土壤保护成效明显,符合一年一熟的轮作农业,农场主乐意而为。在日本,70%左右秸秆还 田,10%左右用作饲料。韩国的利用主要是还田和作为饲料。这些国家就地焚烧不到5%。作为耕地保地力、促增产和防退化的主要技术手段,中国20世纪80年代以来大力支持秸秆还田。另外,中国也大力扶持秸秆资源化利用,秸秆材料利用的形式多样,产品缤纷,但无论从产品接受程度还是秸秆利用量和产业规模,没有形成优势的秸秆利用方向。

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秸秆饲料化是国家大力推行的,但除了在西北农牧交错区有一定规模外,这一利用尚未形成气候。目前,农业部大力推广和支持秸秆四  化(肥料化,能源化,饲料化和基料化),特别是农业部保护性耕作计划、秸秆还田和地力提升计划、配方施肥和有机肥补贴计划都大力鼓励和扶持秸秆肥料化利用,国家发改委、财  政部和农业部通过国家绿色能源计划政策和资金支持秸秆  能源化利用,财政部一直对秸秆大规模利用进行补贴扶持。  在推动秸秆利用中,可谓国家政策到位,技术多种多样,环保  监管维持高压态势,遗憾的是秸秆焚烧愈演愈烈,根本解决任重道远。可以说秸秆利用“人人有办法,处处皆烦恼”,其症结可能在于技术和政策与实际的脱节,秸秆利用形式与生产者的社会经济条件的脱节,秸秆利用与产品出路、产业与市场的脱节。秸秆作为农业的副产物,作为农业中携带有能 量和养分的未利用生物质资源,能否找到一种既满足“四化”要求,又符合产业化条件和市场需求的解决途径?自2006年以来,一种秸秆资源化利用的新技术方向——秸秆热裂解炭化技术应运而生。

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生物质热裂解与资源化利用的优势  科学家研究亚马逊流域2000多年前玛雅人留下的热带  93 www.kjdb.org 科技导报 20153313  黑色肥沃土(当地人称Terra Prata),证明其肥力来自火烧迹  地残留的大量稳定的炭质有机质。这种有机质是生物质在氧气不足下热裂解产生,在自然条件下比残留的农作物有机质稳定得多。2007年,科学家在Nature刊文提议热裂解产生的有机质用来培肥不断退化的土壤[7]  。从此,废弃物生物质热裂解处理和生物质炭研究和技术开发在世界农业和生态环境学界风起云涌。  生物质热裂解的基本原理是:在限氧条件下,生物质在  250~750℃发生热裂解作用,碳化合物发生结构崩解而产物通过固液气分离而得到生物质炭、木醋液和生物质可燃气。  虽然这些产物的得率依原料、工艺和温度而异,但从挥发分有机质获得了生物质可燃气——能源,从固体残留物生物质炭保留下养分和固定态碳,从液体获得了生物活性有机物质  ——液体有机质(图1)。通常,1 t干秸秆热裂解碳化可以得  700 m3  以上的可燃气、300 kg生物质炭和200~250 kg木醋液。生物质炭既可以作为土壤改良调节剂,又可以用于有机无机复合缓释肥和新型基质及环境污染处理剂。这个新技术途径,区别于生物质直燃式发电,是通过炭质保留和循环  了化肥厂合成的化肥养分(NPK);区别于秸秆还田,是土壤  保存了稳定态碳而避免了分解产生CO2排放于大气;与秸秆堆肥的区别,是炭化消除了秸秆中农药和抗生素残留,且利用了秸秆的能源;与秸秆沼气的区别,是得到了结构性稳定的炭质,可开发农业新型生产资料的多用途利用产品。  这一技术途径是目前为止秸秆处理中最为节能减排的。

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秸秆还田是零碳技术,没有排放,但也没有减排;秸秆沼气主要利用了能源,通过沼肥少量养分得到循环;秸秆发电尽管得到了能源,但化肥养分的损失巨大。

秸秆堆肥利用了养分,但损失了能源,秸秆直接还田也是如此。全国20%的秸秆还田,1.5亿多吨,其能量损失近8000t标煤。只有秸秆热裂解处理可最大程度利用能源、养分和秸秆有机质,作物秸秆吃干榨净,实现农业自循环和资源全利用,是一种能源和养分利用不偏废,减肥又减排的秸秆利用新技术。秸秆热裂解和秸秆生物质炭肥料等技术途径列为国家重点关键低碳技术。不仅如此,热裂解处理的优势突出,实现了多产品联产,使秸秆循环提供了农业多种生产资料产品,使废弃物处理具备产业化发展的多种选择,这展现了农村秸秆处理产业的就业新机遇和农业的新增长点。

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