生物质资源与利用选修课论文

农作物秸秆使用情况初探

摘要：矿石燃料越来越稀缺的今天，生物质能的转化是国家能源战略中的重要板块之一。我国是一个农业大国，农作物秸秆是重要的生物质能储存载体，充分利用这部分资源创造客观的社会效益。本文旨在探究我国农作物茎秆资源使用情况，总结农作物茎秆资源的利用途径，发现资源利用中存在的问题，并提出一点自己的想法。

关键词：秸秆，利用

1.利用秸秆资源的必要性

在农业生产中种植能源作物的可实施性并不是很强，原因是我国的耕地面积紧张，粮食安全问题并没有被完全解决，在这种情况下还要拿出专门的耕地来种植能源作物，这是不现实的、不合理的。但是现有的农业生产体系产生的农作物秸秆中有许多我们没有完全充分利用的能量的，这些秸秆都是是被埋没的“财宝”，充分利用这些资源，不但是保护环境的功德之举，更是创造价值的有效途径。

当今世界，常规矿物资源的缺口越来越大，资源争夺的方式并不能解决根本问题，寻找新能源对国家来说，对人类长久的发展来说都是具有重要战略意义的事情。对我国来说更是这样的，长久以来精耕细作、搞投入的农业生产形成了大量的农业废弃物，充分利用其中的能量也将会是我国环保和能源战略中一个很重要的版块。然而在众多农业废弃物中，农作物的秸秆占了很大一部分，据2003年的统计，我国农作物秸秆总产量为71 629万t，占农田生物质总产量的50.37%[1]，秸秆使用不当，会形成农业污染对环境造成一定的影响，也是一种资源的浪费。

2.农作物秸秆利用现状

2.1秸秆利用途径：

我国人口众多，农业文明更是历史悠久，长期以来农作物秸秆在农业生产中担当着重要的角色，根据相关研究数据表明每年我国农业生产产出的秸秆去向是：目约1.2 亿吨秸秆用作饲料，1 亿吨秸秆用于还田，1.6 亿吨秸秆用于工业造纸，但秸秆利用技术不高，还有3 亿多吨被当作废弃物焚烧或扔掉[2]。

就图1.的统计数据来看，我国秸秆利用偏向燃用，饲用、可再生能源开发利用和工业利用偏少，这是我国秸秆利用过程中存在的突出问题。另外，在我国已经利用的秸秆总量中，有52%的是在农业生产系统内部循环利用的，在农村社会经济体系中利用的量占39%，而在农村社会经济体系之外利用的比率只是约占9%[3]；这一系列的数据说明，我国秸秆的利用范围较小，基本限定在农村经济体系之内，创造的经济价值也较少，不能给农村以外的经济体系带来明显的经济效益。我们需要加快秸秆综合利用的研究实践，攻克难题，形成秸秆综合利用的成熟技术。

2.2秸秆合理利用的相关技术：

肥料化：秸秆作为肥料主要的方式有直接还田、发酵后还田、生产有机和无机复合肥等。秸秆肥料化生产是控制一定的条件，通过一定的技术手段，在工厂中实现秸秆腐烂分解和稳定，最终将其转化为商品肥料的一种生产方式，其产品一般主要包括精制有机肥和有机一无机复混肥的两种产品

饲料化：

农作物秸秆的饲料化是特定的处理将其变为养殖动物的饲料的过程。农作物饲料化的过程包含预处理、挤压成型两个重要的技术环节。预处理阶段，物理处

理改良饲料的物理性状，不能改变秸秆的营养价值，化学处理可以改变秸秆的细胞结构和物质组成，提饲料的营养价值；但是单纯的物理方法和化学方法不能满足某些单胃动物的要求[4]，所以生物发酵处理的出现使秸秆的饲料化可以形成物理、化学、生物三位一体的复合处理技术，使得饲料的营养价值、饲养效果和经济效益都有一定的提高。秸秆密度小，我国的秸秆产出有相对比较分散，所以秸秆的运输和存储问题尤为严重，要最终使得秸秆利用效率提高就必须解决茎秆压缩运输的困难。挤压成型技术不但对于准备生产有重要的意义，对于形成成型产品、迎合牲畜喜好也有重要作用。

能源化：

直接燃烧、秸秆作燃料在我国仍然以直接燃烧为主，这种传统的能量转化方式具有经济方便、成本低廉、易于推广的特点。然而秸秆露天直接燃烧不卫生，对农村生态环境有较强的破坏性，其主要影响大气环境。焚烧秸杆不仅烧掉秸杆本身所含的有机质，而且还烧掉了土壤中的部分有机质;焚烧秸杆对土壤微生物量的影响非常显著，焚烧秸杆过程中产生的高温，对土壤微生物具有很大的杀灭作用。此外，焚烧秸杆所造成的土壤结构破坏和水分蒸发也不利于微生物的生存[5]。秸秆直接燃烧，其能源利用率仅为13%，如果2 t秸秆直接燃烧其热值仅相当于0. 13 t煤，而87%的能量的损失将造成农田生态系统中能量失调，致使后级消费者及分解者所获得的能量少之又少。目前一些欧洲国家已经采用大型秸秆锅炉用于供暖、发电或热电联产以提高直接燃烧秸秆的效率。

沼气、秸秆以一定的比例与牲畜的粪便相配合，在厌氧条件下产生出以甲烷为主要成分的可燃气体，这些气体通过管道可以进入千家万户。这种转化方式可提高能源利用率的2~4倍[5]。

气化技术、秸秆气化技术通过对秸秆不完全燃烧或干馏，获得可燃气作燃料。秸秆气化装置可使1 kg农作物秸秆产生近2 m3的可燃气

生物乙醇、用秸秆生产燃料乙醇可作为汽油添加剂，替现有的MTBE。以秸秆为原料生产乙醇的成本低于用粮食发酵法生产乙醇的成本，现用以淀粉为原料的方法，原料成本约占总成本的40%。秸秆水解生产乙醇工艺有:酶解法;稀酸水解法;浓酸水解法。其中以酶解法的研究最为活跃，该方法一般要经过原料的预处理、酶水解和发酵。

成型燃料、秸秆的基本组织是纤维素、半纤维素和木质素。通常在200～300 ℃下软化，将其粉碎后，添加适量的粘结剂和水混合，施加一定的压力使其固化成型，即得到棒状或颗粒状“秸秆炭”，若再利用炭化炉可将其进一步加工处理成为具有一定机械强度的“生物煤”。秸秆成型燃料容重为1. 2～1. 4 g·cm- 3，热值为14～18MJ·kg- 1，具有近似中质烟煤的燃烧性能，且含硫量低、灰分小。

该种利用模式对于秸秆能源的利用率可提高到40%左右，且使用方便，干净卫生，燃烧时污染极小。生物型煤与原煤比较，具有热效率高、灰分少、生物质来源广泛、生产成本低等优点，既能节省能源，又能明显减少大气污染，具有储存、运输和使用方便等特点。这一技术在农村具有很好推广使用价值。

材料化：材料化利用是利用农业废弃物中含有的高蛋白质和纤维性的材料生产多种生物质材料与生产资料的利用模式，是农业废弃物的资源化利用领域。如生产纸板、纤维板、轻质的建材板等材料；活性炭材料的制备；利用稻壳生产白碳黑、炭化硅的陶瓷、氮化硅的陶瓷等；秸秆、稻壳生产新型保温材料；甘蔗渣和玉米渣等制取膳食纤维产品。农业废弃物的材料化利用是很有趣的一个方向，设想一下，材料化了的生物质产品经过一轮利用以后会再次变成废弃物，但这些废弃物经过一定的过程有可以再利用，原本的生物质从自然界进入人们的日常生活，经过诸多波折，这些物质被在一次次的转化，渗透进入人类生活的方方面面，这是一种很奇妙的体会。这种感觉就像人类用自己的智慧将原本自然界的循环加快了很多倍，将神奇的自然界的物质循环浓缩了展现在我们面前。

2.3秸秆利用难题

2.3.1技术不够成熟。从产业化的角度而言，秸秆利用的技术和设备多或多或少存在许多不完善的地方。例如：秸秆固化成型燃料技术不完善之处是挤压成型模具磨损严重，设备工作寿命短；秸秆直燃发电存在高温过热器氯腐蚀和秸秆适应性等问题；秸秆气化集中供气存在气体热值低、焦油含量高等问题；秸秆热解液化存在设备结构复杂和生物油应用技术没有跟上等问题；秸秆发酵生产燃料乙醇存在纤维素酶工业化批量生产困难等问题。而且技术单一，技术与技术之间缺乏联系，不能形成技术体系实现最优化的综合利用。

2.3.2秸秆大规模收集和跨季节储存困难

每年我国农作

物秸秆产量7 亿多吨，但秸秆资源季节性强、分布散、体积能量

密度低、容易腐烂霉变、堆储时易引发火灾，加之农村青壮劳力

多半都外出打工，在家务农的多半是老人和妇女，且还要赶农时

播插下一茬庄稼和作物，使得秸秆大规模收集和跨季节储存非

常困难。

秸秆使用成本没有得到充分运算。农作物秸秆从田地里产

生，到作为能源原料使用，中间需要经过很多环节，每个环节都

需要消耗劳动力成本，所以秸秆实际使用成本的构成除了秸秆

自身价值外，更多的是这些中间环节的劳动力成本。所以，目前

秸秆综合利用主要是靠政府支持和推动，通过政府补贴来抵消

秸秆利用带来的成本损失。

当前，我国秸秆大规模收集和跨季节储存难度大、生产技

术和设备达不到、新技术应用规模范围较小，尤其是适宜农户分

散经营的小型化、实用化新型技术匮乏，各项技术之间集成组合

不够完善，秸秆综合利用存在利用率低、产业链短和产业布局不合理的问题，秸秆利用程度不高。秸秆利用往往采用单一的秸秆

利用方式和秸秆循环综合利用系统，但单一秸秆利用成本高、效

益低，所以，当前我们要针对储存难、生产技术和生产设备的问

题加以研究以达到降低成本，提高附加价值的效果，使得秸秆的

利用成本降低，提高利用效率，符合农民使用要求。随着国家的

重视，以及高新的生物质能直燃发电、气化发电、液化等技术在

我国的发展，农业机械在秸秆综合利用过程中发挥着越来越重

要的作用，并作用越来越广泛。

2.3.3推广难

展望、想法

从国外情况看，特别是在发达国家，通过科技进步与创新，为农作物秸秆的综合开发利用找到了多种用途，除传统的将秸秆粉碎还田作有机肥料外，还走出了秸秆饲料、秸秆汽化、秸秆发电、秸秆乙醇、秸秆建材等新路子，大大提高了秸秆的利用值和利用率，值得我们借鉴。如北美以耕种玉米、小麦为主，每年产生大量的秸秆。在加拿大的农业区，当玉米成熟时，人们就用玉米收割机一边收割一边把玉米秆切碎，切碎的玉米秆作为肥料返到田里。在美国，有24个农业州，每年能收集大约4500万吨秸秆，被用作饲料，或者用来盖房，将整捆的秸秆高强度挤压后填充新房的墙壁；此外，美国还积极推动再生能源事业，把秸秆作为新兴的替代燃料特别是生物燃料，从中提取乙醇进行开发利用，使秸秆综合回收利用有了新发展。当然，这些活动得到了政府补贴等政策的鼓励与支持。在欧洲，则开创了秸秆发电的新途径。丹麦是世界上首先用秸秆发电的国家，农民将秸秆卖给电厂发电，满足上万户居民的用电和供热需求，电厂降低了原料成本，居民获得了实惠的电价，而秸秆燃烧后的草木灰又无偿地还给农民作了肥料，从而形成了一个工业与农业相衔接的循环经济圈。在日本，人们主要是把秸秆翻入土层中还田用作肥料，也把秸秆用作粗饲料喂养家畜；此外，对部分难以处理的秸秆，则通过专门组织、采取统一地点和时间进行就地焚烧。现在，日本也在积极挖掘秸秆的燃料转化潜力，已研制出从秸秆所含纤维素中提取酒精燃料的技术，向着

秸秆的科学化、实用化迈出了新步伐。

从国内看，目前情况仍然不能令人乐观。秸秆还田要影响作物生长，秸秆焚烧污染大气环境，综合开发利用又面临着技术不成熟、投资比较大、效果比较差的窘境。现在是农民急于焚烧，而政府急于封堵，二者就打起了游击战。实际上，秸秆综合开发的前景非常好。有学者算过一笔账：如果我们能将秸秆在农村就地变为国家急需的工业原料，实现产业化，吸纳农村劳动力，将给农民带来可观的收入（0.5吨秸秆/亩，增收150元/亩）。可以设想：如果能转化我国每年7亿多吨秸秆的50%，将是一个巨大的新兴产业；如果能创建以秸秆为原料的新型生态工业，实行种植业、养殖业、农副产品加工业、秸秆生态工业四业相结合的高级阶段生态农业的生产模式，则农用生物柴油燃料、寡糖植保素生物农药、秸秆有机肥、秸秆生物饲料等都是秸秆转化的产物，有望形成比传统“石油农业”劳动生产率更高、可持续发展的新型农业，这种前景十分诱人。在实践中，我国也有不少地方积极探索，创造性地采用了许多有益的经验和办法。如利用秸秆造纸；或者利用秸秆生产无甲醛系列秸板，广泛用作高档家具、高档包装、高档建筑材料以及高档音箱等基材，既能增加农民收入，还能出口增加外汇收入，使秸秆资源转化为经济优势；鼓励农民扩大养殖规模，使秸秆成为牛羊的粗饲料；可喜的是，一些地方已经利用秸秆汽化原理和技术，在农村推行秸秆沼气工程，这是十分有意义的事情。但是，由于秸秆利用的具体工艺还不完善，政策和资金投入不足，市场运作力度还很不够，秸秆加工设备以及相关加工设施有限，秸秆使用技术比较低下，秸秆综合利用的效率和效益有待提高，所以出现了当前的两难困境。

以上情况表明，秸秆焚烧与秸秆多少没有关系，而与秸秆综合利用率低下有直接关系，因此必须解决秸秆综合利用的问题。但如何提高，却不是农民自身可以解决的，必须采取多管齐下的措施与办法。首先要明确的是，秸秆问题必须通过市场化的途径加以解决，即要以市场化的理念来认识秸秆的资源价值，看待其发展前景，要以企业化的制度来推进秸秆的综合利用，拓宽其开发利用的途径。其次要明确和突出政府对秸秆综合利用的主要责任。第一，政府要加大推进秸秆科学研究的力度。近年来，我国已经开始了秸秆研究，如国家“973”项目就是瞄准“秸秆组分分离、分级定向转化”的前沿问题，采用秸秆组分分离—纤维素酶解发酵与热化学转化的有机整合的研究主线进行研究，目的是为具有独立知识产权的秸秆高值化技术提供科学基础，促进我国秸秆生态产业链的发展。但是，由于尚未建立比较完善的具有秸秆特性的转化过程理论和技术体系，所以在适用技术及其推广方面还不成熟。因此，必须改变现行的秸秆利用技术效率较低、经济效

益差、投入产出不合算的状况。第二，政府要加大政策和资金支持的力度。这些年，我国各地政府在秸秆开发利用方面也采取了一些措施，取得了一些成效，但由于支持力度不够，财政补贴、税收减免等政策和措施没有跟上去，公共服务不到位，民间投资也不到位，使加工设备、基础处理设施配套不足的状况长期延续，秸秆综合利用严重滞后。第三，政府也必须同时加大宣传和服务工作的力度，充分调动广大农民的积极性，为秸秆综合利用做好各项准备工作。最后还要明确农民和农村集体组织在秸秆综合利用中的任务和责任，不仅要做好宣传，而且要做好相关的管理工作。我们相信，通过政府、企业、农村集体组织和农民的共同努力，建立起秸秆综合开发利用的长效机制，一定能够推动农村走出一条经济、社会和生态协调发展的新路子。

参考文献

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