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解决秸秆利用“五料化”出路

时间:2023-08-08 阅读:98 作者:盛志刚

“谁烧一把火、罚款2000元、拘留15天”这是我们在皖北拍摄《循环农业》科教纪录片时,在田间地头看到的一条标语,此类标语不是仅仅只有这一条。这类标语措辞之直白,处罚之严厉,可见解决秸秆随意焚烧问题的难度。难在何处?难在收割、播种农时太紧,难在秸秆不值钱,难在收集秸秆的劳动力成本太高,难在不严防死守,严禁秸秆焚烧工作就难以得到落实。难道就没有好的解决办法了吗?

现在各地也都在积极探索解决解决秸秆随意焚烧的思路和方法,解决秸秆焚烧问题是有办法的!处理秸秆的方法变得多了起来,我们深入实地调研总结出秸秆利用的“五料化”办法,即肥料化、饲料化、燃料化、基料化、原料化,可以作为解决秸秆焚烧问题的根本之策。

小秸秆   大文章

一、秸秆肥料化

一是秸秆直接还田,在田里腐熟为肥料;很多地方在推广秸秆直接还田。可以说,秸秆直接还田在解决秸秆焚烧的燃眉之急还是起到一定作用的。但我们在基层田间地头调研时农户普遍反映,第二年田里的病虫害发病率大大提高了,特别是杂草明显增多,农药、除草剂的使用量明显增加。同时,秸秆直接还田对下一茬农作物的播种也增加了一定的难度,而秸秆在田里自然腐熟也需要较长的时间。当然,如有条件可以实行休耕的地区,秸秆直接还田自然腐熟则是基本可行的。但是,秸秆直接还田对茬口安排有较高要求的地方只能是权宜之计。

二是秸秆腐熟后作为有机肥料还田。我们考察调研了坐落在怀远经济开发区的安徽莱姆佳生物科技股份有限公司,这是一家集微生物菌剂、有机肥料、复混肥料研发、生产、销售于一体的创新型企业,围绕农作物秸秆处理技术、生物肥料中功能微生物的筛选与扩繁技术、土壤修复技术等技术研究,开发出秸秆腐熟剂、生物有机肥、水溶性肥料等省级新产品。公司目前正在探索小麦秸秆堆腐肥料化利用和秸秆当地腐熟就地利用模式的可行性,把秸秆“变废为宝”制成为有机肥料,秸秆就地利用堆肥项目的实施对农业生产具有重要而深远的意义,不仅可以解决秸秆禁烧的所带来的环境压力问题,而且可以将其转化后合理有效地利用于农业生产,形成“取之于田而还于田”的循环农业,可持续性发展模式。

该项目处于试验阶段,如试验顺利,可解决秸秆直接还田产生的弊端,前景十分看好。

我们考察调研了湖南长沙长沙碧野生态农业科技有限公司。该公司研发的农业有机废弃物生化处理制肥机将作物秸秆等农业废弃物进行快速无害化处理,杀灭废弃物中的病虫草害,制成功能型有机肥料,目前正在推广之中。

二、秸秆饲料化

作为饲料秸秆过腹还田也有两种方法:一是直接喂牛,未揉软的秸秆直接喂牛是不可取的,因为对牛剌口,需将秸秆揉软后再喂,揉软秸秆的环节增加了成本,且直接喂牛营养价值也不高,所以秸秆直接喂牛不是秸秆饲料化的首选。二是秸秆发酵后作为饲料,发展养殖业,过腹还田。我们考察调研了位于皖北灵璧县的安徽省立腾同创生物科技有限公司,公司以河北农业大学和安徽农业大学为依托,突破和完善了微生物科技利用秸秆的关键和核心技术,公司选育的秸秆发酵菌,创造了秸秆发酵的生产工艺,公司成功研发、生产的秸秆发酵饲料,受到了养殖大户的普遍欢迎。公司目前拥有自主研发、发明专利17项。成为该工艺国家标准和企业标准的制定者。公司在循环农业理念的指导下,以生产秸秆饲料系列产品为基础,加快秸秆转化,形成了“种植――微生物肥料、秸秆腐熟――秸秆发酵饲料――牛羊养殖新技术推广――畜禽粪便无害处理――种植”的良性循环。秸秆转化则采用“分散收集、就地加工、统一处理、企业经营、国家支持”的商业模式。该项目以科研为基础,企业为主体,产学研相结合,科研成果及时得到转化,取得了初步的成功,产业化的前景也十分看好。

三、秸秆燃料化

一是农户直接用作炊事的燃料。主要还存在于山区和交通不便的区域。而在相当大的区域,农村的燃料已经气化了(液化气和沼气)。农户直接用秸秆作炊事的燃料不是方向。二是秸秆的块状化加工燃料化。我们先后调研了位于桐城市的安徽香杨能源科技发展有限公司和位于广德的安徽鼎梁生物能源科技开发公司。如香杨能源科技公司秉承“发展可再生能源事业,服务可持续发展社会”的宗旨,依托丰富的农业资源和国家对生物质固化成型燃料产业的支持,从事生物质致密成型燃料的生产、加工和销售。已建成从原材料收集、生产、运输、仓储到销售、客户服务的完整产业链条,初步实现产业化、规模化运营,并在生物质燃料综合利用的实际开发过程中,总结出了农业废弃物在城市中再利用的完整循环模式。公司主要产品有:各类秸秆和农林废弃物加工的生物质固体成型燃料、系列生物质燃料压缩成型成套设备,系列生物质锅炉。另外,鼎梁生物能源科技开发有限公司也是一家集科研与生产为一体,专门从事研发、生产生物质固体成型燃料加工设备、生物质燃料应用设备和生产生物质固体成型燃料的国家高新技术企业。企业年生产生物质固体成型燃料8万吨以上,生物质固体成型燃料加工设备和应用设备3000余台。其中生物质固体成型燃料加工设备及生物质锅炉的质量和技术居全国领先水平。

煤炭是我国最丰富的基础能源资源和化工原料,但长期大比例直接燃烧所带来的生态环境问题也越来越突出,秸秆是一种很好的清洁可再生能源,每两吨秸秆的热值就相当于一吨标准煤,而且其平均含硫量只有3.8‰,而煤的平均含硫量约达1%。在生物质的再生利用过程中,对缓解和最终解决温室效应问题将具有重要贡献。作为煤炭的替代品生物质秸秆块状燃料有着广阔的市场,特别是可以以乡镇或乡村为基地就地加工。在我省秸秆块状燃料装备的研发和生产技术有很好的基础,特别在乡镇,其应用的前景也十分广阔。

三是秸秆燃料发电。秸秆发电,就是以农作物秸秆为主要燃料的一种发电方式,又分为秸秆燃烧发电和秸秆气化发电。秸秆生物质能源是新能源中最具开发利用规模的一种绿色可再生能源,推广秸秆发电,将具有重要意义。特别是 秸秆燃烧发电具有很好的生态效益和社会效益。目前各地都在积极试点,取得经验,加以推广。但据有关权威部门测算,在现有的技术水平下,生物质发电成本远高于常规燃煤发电成本,约为煤电的1.5倍,主要体现在:一是启动资金高。二是机组热效率低于常规火电机组,;三是燃料成本较高,由于生物质秸秆燃料低位热值一般在8000KJ/kg,大大低于煤炭,再加上秸秆比重轻、密度小,体积大,运输成本巨大,这些都将导致燃料成本偏高。

从技术上来说,就现实而言,中国用来秸秆发电的锅炉及燃料输送系统的技术和设备绝大部分依靠进口,投产后生物质发电企业很有可能将长期受制于国外企业。加上储运不便,面对的是千万家的小农户,一是收购难,二是储存难。因秸秆比重轻,体积大,堆入存储场地广大,还需一系列的防雨、防潮、防火等配套设备,投资建设和维护费用大。


综上所述,秸秆发电目前处于探索和起步阶段。秸秆气化发电我们将在秸秆原料化时再一起讨论分析。

四、秸秆原料化

作为工业原料,深加工。

我们到南京林业大学的生物质气(液)化研究工程中心实地采访了中国工程院院士、南京林业大学张齐生教授,他和他的研究团队十几年前开始关注并研究生物质气化技术。这项技术是指生物质在高温、无氧或缺氧条件下加热产生可燃气体的过程。张齐生院士提出了气化多联产的理念,在制取可燃气的同时,获得了生物质炭和生物质提取液,解决了产品单一问题,同时他们还着力开发可燃气、生物质炭、生物质提取液、焦油的多种应用途径和余热的回收利用技术,建设综合的电、热、炭联合工厂。“1千克生物质燃料,能够产生2.5~3立方米的可燃气,这些可燃气可用于发电和锅炉燃料。”而另一副产品——生物质炭,制成活性炭后,是优良的吸附、净化材料,也可以作为催化剂或催化剂载体。以秸秆炭为例,它可以用于改良土壤和制作炭基复合肥还田,增加土壤孔隙度,改善土壤通气、透水状况,缓解土壤板结的难题;同时将氮、磷、钾、镁等元素返回到土壤中,可补充植物所必需的铜、铁、锌等微量元素,提高农作物的产量和品质。湖南农业大学一项水稻试验表明,在两处镉一级污染土壤中施加炭基复合肥后,稻谷中镉和铅的含量未检出,产量增长超过10%。生物质材料经热解气化后,会产生一些液体,其中含有酸类、醇类、酯类、酚类等多种有机化学成分。这些所谓的“废液”其实也是宝贝。张齐生的研究表明,生物质提取液中含有的许多有机化合物,本身都具有生物活性,具有促进作物生长和抑菌、杀菌等性能。“还可以用生物质提取液作为基质,加上农作物生长必需的一定数量的大量元素、中量元素和微量元素,制成活性有机叶面肥。”在番茄、苹果、萝卜、水稻等农产品上开展的试验都表明,这类叶面肥能够显著提高作物的产量和品质。

张齐生院士说,我们打算在现有500千瓦气化炉成功运行多年的基础上,建设5兆瓦生物质电厂与炭基复合肥、生物质电厂与活性炭等联合企业。力争使每个企业消耗6万吨生物质材料,实现亿元销售”。

合肥德博生物能源科技有限公司是集绿色能源产品研发、生产、销售和生物质燃气运营于一体的高新技术企业。看到生物质气化多联产这项技术的发展前景,在张齐生院士的支持下,成立了院士工作站,并联合了中国科技大学共同进行技术研发和推广应用。公司多年来积累了可再生能源开发利用的丰富经验,建立了生物质能工业化完整的产业链基础,用秸秆为原料,德博公司将生物质直燃发电升级为生物质气化多联产发电,在生产电能的同时,联产生物质炭、热和提取液等多项产品,实现经济效益、社会效益和环境效益共同提高。以建设1套发电功率为6MW的秸秆气化分段燃烧热/电/炭/肥联产系统为例,变废料(废弃物)为原料——新技术——新产品——新市场,效益十分显著,打造了逐步增值(持续创造价值)的价值链!

我们考察了山东泉林集团。秸秆原料化

泉林集团前身是高唐县造纸厂,是家以本色系列纸品和黄腐酸肥料为主导产品的秸秆综合利用企业,已走过了30个春夏秋冬,是全球最大的以农作物秸秆为原料。2013年,泉林公司“秸秆清洁制浆及其废液肥料资源化利用新技术”荣获“国家技术发明二等奖”。 公司以累计申报专利166项,已获得授权84项,其中62项为发明专利。尤其是“秸秆清洁制浆新技术”、“环保型秸秆本色浆制品技术”和“秸秆废液精制有机肥技术”三大技术获得国际领先技术成果鉴定,是企业的核心技术。其中泉林本色生活用纸通过美国FDA和欧盟AP(2002)1食品级检测 。美国维吉尼亚州(Virginia)州长特里▪麦考利夫(Terry McAuliffe)对外宣布,山东泉林纸业有限责任公司将投资20亿美元在维吉尼亚州建立一家造纸和生产肥料的工厂,这将是中国在美国最大的一个原始新建项目。据麦考利夫介绍,泉林纸业将在未来五年中在靠近里士满的切斯特菲尔郡(Chesterfield County)投资该项目,该工厂将使用稻草、玉米秸秆和其他纤维原料来生产纸张和肥料,这将是泉林纸业在美国的第一个现代化的工厂看,到2020年该项目将创造2000个新的就业机会。山东泉林纸业的此次投资,将是中国造纸企业走出国门第一次在美国本土建立纸厂,而且泉林纸业作为国内最大的非木纤维制浆造纸生产企业,能够将自主研发的屡获国内大奖的“秸秆清洁制浆造纸循环经济示范项目”输出到美国,充分证明了该技术的国际代表性和先进性。

在实施传统秸秆制浆造纸转型升级的过程中,企业逐步探索构建的以秸秆资源高值化深度利用为核心的新型工农业循环经济模式。基本内容是:应用企业自主创新技术,从小麦、玉米、水稻等农作物秸秆中分离出黄腐酸和纤维素,黄腐酸用于生产系列高端肥料回馈农田,纤维素用于生产系列高档本色纸制品或乙醇。该模式将秸秆资源以“肥料化”、“原料化”实现秸秆高效综合利用,突破性从秸秆中提取黄腐酸,实现了黄腐酸在农业中的广泛应用,一揽子解决秸秆综合利用,减少秸秆焚烧、碳减排以及作物品质提升、增产,减化肥、减农药、土壤退化及污染治理等农业、资源与环境领域一系列突出问题提供了可操作性产业方案。

我们继续考察位于寿县新桥工业园的安徽格义循环经济产业园有限公司的农林废弃物资源化高效综合利用项目。该公司是一家以农林废弃物为原料,依据“逐级分离,分质利用”的科学原理,遵照清洁生产审核的要求,以实现三效统一为目标,采用具有自主知识产权的农林废弃物资源化高效综合利用的成套技术,通过生物质炼制的方式,将农林废弃物中的三大组分:半纤维素、纤维素和木质素逐级分离后,生产生化木素(BCL)、纤维素浆粕、沼气电力和有机液肥等产品的高新技术企业。成功新建《年处理10万吨小麦秸秆生物质炼制生产线》,并已正式投产。安徽星美秸秆循环利用科技有限公司位于无为的工厂,公司现已形成了以各类农作物秸秆草毯系列产品和设备的研发生产、销售、推广与服务一条龙的经营体制。生产的秸秆草毯系列产品可广泛应用于高速公路边坡的塌方和水土流失的防治和治理,河流、湖泊的生态恢复和边坡护理,屋顶花园绿化,沙漠扩大化的控制和复绿,矿山的修复和复绿等领域。秸秆草毯应用在滁马高速公路边坡的绿化工程,在高速公路边坡水土流失的防治方面发挥了很好的作用。

五、秸秆基料化

作为食用菌的基料,发展食用菌产业。

农作物秸秆含有丰富的纤维素和木质素等有机物,是栽培食用菌的好材料。秸秆基料化技术主要利用秸秆来生产食用菌。秸秆食用菌生产技术包括秸秆栽培草腐菌类技术和秸秆栽培木腐菌类技术两大类。草腐菌主要有双孢蘑菇、草菇、鸡腿菇、大球盖菇等,木腐菌主要有香菇、平菇、金针菇、茶树菇等,食用菌的生产技术和市场研究已经十分成熟,且需要秸秆的数量并不大,不作为本文重点调研的对象。

六、秸秆材料化

我们考察的了安徽阜南沪千秸秆纤维板和阜南的秸秆草编和柳编等项目。创立于2005年的柳编企业华宇工艺,位于“中国柳编之都”的阜南县,华宇工艺创新“公司+基地+农户+经纪人”的经营模式,带动7000多名农民从事柳编生产加工,生产以柳、草、竹、木、藤 、树根、树皮、作物秸秆为原料的圣诞产品、灯饰产品、礼品包装、家庭装饰、工艺家具等20大系列、20000多个品种,远销80多个国家和地区。2015年全年完成产值25880万元;销售收入22998万元;出口创汇1627万美元;财政税收882万元。2016年5月25日华宇工艺新三板上市获批,成为中国柳编第一股。

在调研中,我们认识到,解决秸秆利用的“六料化”,有一个认识和实践逐步深化的过程。小秸秆,大文章,由于秸秆量大,面广,处理秸秆的方法多,层次深,解决好了,就可以形成一个大产业,可谓小秸秆,大产业。化腐朽为神奇,面对如此多的秸秆处理和利用的新老方法,我们进行了成本比较。 不同的方法,不同的投入,创造不同的价值,内在要求在于以秸秆为原料的产品的价值创造。由此决定不同的秸秆收购价,进而影响农户和收购者收储秸秆的积极性,并决定不同的产业规模。因地制宜,根据地方条件,选择适合本地区的秸秆处理方法,秸秆深度利用开发同样永无止境。

 


秸秆收购价

(每吨元)

收购半径

(公里)

投资量

(元)

适应规模


秸秆直接还田


就地

很小

山区丘陵地块

秸秆腐熟还田

100左右

就近

较小

秸秆压块燃料

150左右

5—10

乡镇就近

秸秆发电

260--280

20--50

县域规模


立腾发酵饲料

160--200

10--20

乡镇就近

星美的秸秆毯

150

5--10

乡镇就近

阜南的草帘

150

5

乡镇就近

华宇模式

随行就市

较大


德博多联产模式

400左右

200

县域

泉林模式

600以上

500

数县

格义模式

600以上

500

数县

沪千模式

随行就市

20--50

县域

工农村收储模式

随行就市

5--10

村、乡镇


以泉林模式为代表的秸秆深加工,科技含量高,大投入大产出,可作为省市的重点工程,每吨600元以上的秸秆收购价格,可以消化规模经营必需的运输费用,辐射400--500公里的收购半径,既解决了几个市域范围的秸秆焚烧问题,又减少了森林的砍伐,还能带动农户增加收入,是解决秸秆问题的领军旗舰项目。

以张齐声生院士为领军、合肥德博公司为产业化的开拓先行者,秸秆气电热碳多联产技术,每吨400元以上的秸秆原料的消化能力,秸秆收购半径可辐射100至200公里,前景同样十分广阔。

以安徽立腾同创模式为代表的秸秆发酵饲料项目,投入不大,规模适度。种养结合,产业链可向养殖业延伸和优化,辐射半径10至20公里,作为乡镇发展生态循环农业的重点节点项目,易于推广,带动效果好,应是解决乡镇一级解决秸秆焚烧,资源化利用项目的首选。

成熟的秸秆压块燃料技术的应用,投入少,上马快,收储范围可以辐射一个乡镇。当前,作为解决秸秆焚烧的难题,在乡镇一级发挥了重要作用。

对优质、安全的蛋白质的需求,催生了养殖业和食用菌的大发展,秸秆发酵(微生物)优质饲料,培育食用菌的秸杆基料(草腐菌如草菇、木腐菌如香菇)市场广阔。

秸秆腐熟还田,是赋予了新的微生物技术提升的传统生态有机肥还田的好方式,有利于土壤改良,减少化肥,值得支持鼓励,扶持专业户就地发展。要积极推广、引导、支持和鼓励农户在更大面积的使用。

星美秸秆毯的推广,为高效生态型的绿化探索了一条创新之路,试点后,前景广阔。

秸秆草帘的生产属于家庭作坊式生产,主要用于日光温室大棚的保暖,对蔬菜的生产不可或缺。虽然的秸秆的需求量并不是很大,但技术简单,投入不大,市场相对稳定,对农户增收有很大的意义,应鼓励发展。

华宇的秸秆工艺品,出口创汇,化腐朽为神奇,更是提高秸秆资源产出率的典范。

 

小秸秆,大启示

按照“六料化”的思路开发秸秆。给予以下几点启示:

1建立循环经济的解决秸秆焚烧问题的理念

在秸秆焚烧形成大面积严重态势的情况下,动用很大的行政力量,采取严防死守的方法,无疑是十分必要的,确实能立竿见影,取得较好的效果。但要长治久安,就必须转变思路,树立循环经济的发展理念,创新工作的着力点,将秸秆这个“废弃物”作为资源来研究。按照循环经济的理念,“废弃物”是放错地方的资源。我们总能通过技术创新和商业模式的创新将“废弃物”进行有效的再利用。

2. 注重新技术和新商业模式的开发和推广。

除了技术创新外,还需因地制宜的选择和创新秸秆收购的商业模式。就是围绕着秸秆价值的挖掘、提升和创造,不断增加秸秆附加价值的过程,随着不断延伸开发的深度,秸秆将是未来不可或缺的一种优质自然资源。秸秆从资源到产品,要围绕市场的需求,供给侧的改革。创新秸秆收购的商业模式关键是收购者和农户收益的双赢。如淮南八公山区山王镇工农村蔡兆成秸秆收储合作社,蔡兆成是山王镇工农村的村主任,秸秆收储合作社的社长,他认为秸秆收储的关键是效率,提升效率的关键是机械化,他购买了8台拖拉机、3台打捆机、3台抓草机、1台搂草机和4台运输车,共19台机具,总投资160余万元。他聘用工人17人,采取计件计时相结合,普工与技工相区别的管理模式,计划15天收秸秆12000亩,约3000余吨,每吨预计售价280元,销售额80余万元,加上每亩30元的补贴,12000亩,共36万。扣除人工、油料、辅料和运费,每吨秸秆的收储成本可控制在约150元以内,预计二年可回收投入的全部成本。机械化收储,创新的作业组织形式,劳动生产率的提升及创新的商业模式激发了秸秆收储专业户的崛起。解决了秸秆从原作为焚烧对象的废弃物,到秸秆开发为工业原料,进行资源化利用的第一环节,即收储环节的难题。

 3. 好的科研课题的来源和选题:要来自解决实际难题。

马云说过,机会永远在最麻烦,让你忧虑的地方。你能够解决多大的麻烦,就能够产生多大的机会。秸秆问题是个大麻烦,你解决了,机会就是你的。想当年,秸秆造纸带来的污染是个大麻烦,最简单的解决办法就是关停并转,实际上就是一关了之。山东泉林集团走了一条布满荆棘之路:创新!创新工艺,创新技术。再利用、再循环,坚持不懈的努力,泉林集团获得了成功的果实。

当前秸秆问题的解决已经破题,但深层次的课题仍然很多,诸如,秸秆发酵饲料高效微生物的筛选,有机肥腐熟高效微生物的筛选,围绕秸秆收储加工,适合不同规模、不同量级和不同层次的技术、机械的研发等等,这些都有赖于我们的科学家和企业家协同作战,共同去研究去解决。

4. 科学家与企业家相结合推动科技成果转化。

安徽立腾同创生物科技有限公司,公司以河北农业大学和安徽农业大学为依托;合肥德博生物能源科技有限公司在张齐生院士的支持下,成立了院士工作站,同时还取得了中国科技大学等院校的技术支持;莱姆佳公司在康奈尔大学、南京农业大学和安徽农业大学等专家教授的支持下,其农生物有机肥创制重点实验室已经农业部批准,生物有机肥方向的研究已迈入全国第一方阵。凡此等等无不启示我们,科技成果的转化,需要科学家与企业家的相结合。科研成果要走出实验室继续进行产业化,需要企业家的再创造,企业家的项目要产业化,要上新台阶,需要科学家做后盾。

解决秸秆利用的“五料化”思路,就是不再将秸秆作为废弃物,而是作为资源和原材料来研究,通过创新加工工艺、开发基于秸秆为原材料的新产品,新用途和新市场,挖掘秸秆的新价值,提高秸秆资源的产出率,遵循价值规律,形成以秸秆为纽带的收储、加工、研发,新工艺、新产品和新市场的全产业链。从严防死守到提高秸秆资源的产出率,解决秸秆问题思路的转变将带动我们行政部门的工作思路的优化,在严防死守的同时,可以腾出一部分力量(包括人力、物力和财力),去调研、筛选和支持适合本地区的秸秆处理方法,只要方法得当,就会取得进展。我们有理由相信,秸秆焚烧这一难题,一定能得到完满的解决。

 

(作者单位: 安徽省循环经济研究院 )


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