狄恩倉 張學濤

（鄭州工程技術學院機電與車輛工程學院，河南 鄭州 450044）

隨著我國國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展壯大，人民群眾的各項需求在日益增長，如對木料的需求在不斷增大。但是，我國森林資源短缺，木料的供應跟不上市場的需求，如何解決這種供需矛盾，秸稈人造板產(chǎn)業(yè)進入了人們的視線，得到了充分重視。秸稈人造板是以農(nóng)作物秸稈為原料，經(jīng)熱壓膠合制作而成的板材，是一種環(huán)境友好型材料。秸稈人造板可以降低板材行業(yè)對樹木的依賴，有利于生態(tài)環(huán)境的保護，減少碳排放，以草代木。據(jù)統(tǒng)計，2010年我國秸稈利用量約為5億t，其中作為秸稈人造板、造紙等工業(yè)原料的量約為0.18億t，僅為秸稈利用總量的2.6%［1］。由此可以看出，我國秸稈人造板市場需求和產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

1 我國秸稈人造板產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國秸稈人造板產(chǎn)業(yè)真正起步于20世紀70年代，在廣東、福建等省區(qū)興建了以蔗渣為原料的刨花板和纖維板。20世紀80年代，我國掀起研究秸稈人造板的熱潮，中國林業(yè)科學研究院、南京林業(yè)大學、東北林業(yè)大學等一批高校和科研單位對秸稈人造板開展了系統(tǒng)且深入的研究，取得了諸多研究成果，不同類型秸稈人造板的研究開發(fā)從實驗室轉向實際生產(chǎn)實踐。20世紀90年代后期，隨著國外利用異氰酸酯（MDI）生產(chǎn)秸稈人造板取得成功，我國也開始進行大規(guī)模的研究開發(fā)，研究方向主要集中在稻草中密度板、麥秸纖維板、水泥/麥秸刨花板、麥秸與塑料復合人造板等方面［2-4］。隨著市場對人造板需求量的增加和國家對環(huán)境保護的日益重視，科技部在“十五”期間將秸稈復合材料的研究列入國家“863”計劃和“973”重大基礎研究計劃，予以重點支持。采用異氰酸酯（MDI）或改性脲醛樹脂為膠粘劑，以稻/麥秸稈為原料制造環(huán)保型人造板的技術已經(jīng)成熟，產(chǎn)品性能達到木質人造板國家標準的要求，經(jīng)過對生產(chǎn)設備和工藝的不斷研究和推廣，該項技術已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

2 我國秸稈人造板產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制約因素

秸稈人造板產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊，然而現(xiàn)實情況并不容樂觀。目前，秸稈人造板生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益并不理想，企業(yè)生存狀況堪憂。我國屈指可數(shù)的幾家規(guī)模生產(chǎn)線，企業(yè)經(jīng)濟效益都不盡如人意。其原因在于秸稈人造板生產(chǎn)設備和工藝不成熟、設備可靠性差、自動化程度不高，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品價格沒有競爭力，與木質人造板相比沒有質量和價格優(yōu)勢。

2.1 原材料采購和貯存

秸稈人造板的原材料雖然產(chǎn)量大、可再生、收購價格低，但是收集過程麻煩、勞動量大、松散秸稈運輸不便。隨著我國勞動力價格的升高及運輸成本的增加，使得秸稈人造板企業(yè)的收購價格居高不下，已經(jīng)占到了原材料成本的40%。另外，農(nóng)作物秸稈結構松散、密度小、體量大，占用存儲空間大；含糖量高，易霉變，對存儲環(huán)境要求高；容易燃燒，對防火條件要求高等。上述因素都間接增加了秸稈人造板企業(yè)的生產(chǎn)成本。

2.2 生產(chǎn)設備和生產(chǎn)線

為了節(jié)約成本和在秸稈原料空檔期生產(chǎn)木質人造板，我國現(xiàn)有的秸稈人造板生產(chǎn)線所用設備大都是在木質人造板生產(chǎn)線基礎上改造而來的，這就造成了生產(chǎn)設備的非專一性。由于秸稈和木質原料的物理和生物特性并不一致，其在加工過程中對生產(chǎn)設備的要求也就不一樣。用木質人造板生產(chǎn)線的設備生產(chǎn)秸稈人造板，因為所要求的設備參數(shù)和工藝參數(shù)不一致，設備的可靠性就會大打折扣，造成生產(chǎn)的連續(xù)性和產(chǎn)品的穩(wěn)定性出現(xiàn)問題。生產(chǎn)過程中修修停停，不斷改進，導致企業(yè)生產(chǎn)效率較低，生產(chǎn)成本居高不下。

2.3 膠粘劑

膠粘劑是秸稈人造板的核心問題，直接影響板材的生產(chǎn)成本和性能指標。最初人們采用用于木質人造板的脲醛樹脂或酚醛樹脂作為秸稈人造板的膠粘劑，由于秸稈原料表面存在蠟質層，造成板材的內(nèi)結合強度不達標。所以，截至目前，國內(nèi)外已經(jīng)建成的秸稈人造板生產(chǎn)線幾乎都采用異氰酸酯（MDI）作為膠粘劑。從現(xiàn)實生產(chǎn)效果來看，秸稈人造板采用異氰酸酯（MDI）作為膠粘劑，需要的單位施膠量比較少，施膠后對原料單位含水率要求不太嚴格，在含水率稍高一點的情況下也可以進行熱壓，熱壓的周期相對較短。但是，采用異氰酸酯（MDI）作為膠粘劑會帶來以下問題。一是雖然目前從技術上解決了脫模難題，但還是增加了生產(chǎn)過程和材料，提高了產(chǎn)品生產(chǎn)成本。二是異氰酸酯（MDI）的市場價格一直很高，一般為脲醛樹脂的8～10倍。盡管異氰酸酯（MDI）的單位用膠量比脲醛樹脂低得多，但其最終折合成本仍然較高。采用異氰酸酯（MDI）作為膠粘劑，膠的投入甚至占到產(chǎn)品成本的50%以上［3］。三是采用異氰酸酯（MDI）的秸稈人造板初期強度低，導致在板坯的運輸過程中邊緣破損，加工時的裁邊量增加，更有甚者直接成為廢品，增加了板坯成本。四是生產(chǎn)過程中，在拌膠和鋪裝時會產(chǎn)生游離的異氰酸酯（MDI），這種有毒的廢氣會毒害人們的呼吸道和肺部，需要對工人進行防護，對有害氣體進行收集和無害化處理，當然這些必要的設備和措施會增加生產(chǎn)成本。

2.4 熱壓時間

秸稈的結構疏松，主要成分為纖維素、半纖維和木質素，纖維細胞含量（60%）低于木材（75%～98%），溶液抽提物含量較高、灰分大，與木材相比，秸稈的機械強度要低很多。尤其是秸稈表面特性對秸稈的合理利用具有重要影響［5］。由于農(nóng)作物秸稈空隙多、密度小、傳熱效率低下，導致秸稈人造板的熱壓時間要比同樣條件下（如板子密度、厚度均相同）的木質刨花板或木質中密度纖維板長得多。以15 mm厚的板材為例，施加脲醛樹脂的木質人造板需熱壓5 min左右，而施加異氰酸酯（MDI）的稻秸人造板熱壓時間遠遠超過5 min，幾乎相當于木質人造板的2倍［6］。相對較長的熱壓時間導致生產(chǎn)效率下降、加熱成本上升、生產(chǎn)成本增加。

3 促進秸稈人造板產(chǎn)業(yè)發(fā)展的策略

3.1 國家政策扶持

近年來，我國大部分地區(qū)霧霾天氣越來越多，沙塵暴也有重新抬頭的趨勢，環(huán)境污染日益嚴重。國家為了減少污染，改善自然生態(tài)環(huán)境，從中央到地方先后出臺了一系列支持環(huán)保產(chǎn)業(yè)、促進循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的政策。秸稈人造板產(chǎn)業(yè)是循環(huán)經(jīng)濟的重要組成部分，將優(yōu)先享受到政策帶來的紅利。目前，秸稈人造板項目在前期及后期建設過程中，可申報并獲得國家或地方政府的政策支持。例如，2017年“中央一號文件”《中共中央國務院關于深入推進農(nóng)業(yè)供給側結構性改革加快培育農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展新動能的若干意見》，鼓勵各地加大農(nóng)作物秸稈綜合利用支持力度，健全秸稈多元化利用補貼機制。國家發(fā)展改革委辦公廳下發(fā)的《關于組織申報資源節(jié)約循環(huán)利用重點工程2016年中央預算內(nèi)投資備選項目的通知》（發(fā)改辦環(huán)資［2016］663號），申報范圍主要包括大宗固體廢棄物資源化利用工程、農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟示范項目、農(nóng)作物秸稈綜合利用等項目。財政部、國家稅務總局聯(lián)合發(fā)布《關于印發(fā)<資源綜合利用產(chǎn)品和勞務增值稅優(yōu)惠目錄>的通知》（財稅［2015］78號）明確規(guī)定秸稈人造板項目增值稅即征即返70%。國家農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)辦公室《關于印發(fā)<2016年國家農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營項目申報指南>的通知》（國農(nóng)辦［2015］68號）規(guī)定，秸稈人造板項目可以獲得貸款貼息。河南省人民政府辦公廳《關于加強秸稈禁燒和綜合利用工作的通知》（豫政辦［2015］77號）統(tǒng)籌安排了主要用于農(nóng)作物秸稈綜合利用的試點資金。

3.2 創(chuàng)新秸稈收集和運輸模式

農(nóng)作物秸稈資源分布范圍廣、總體產(chǎn)量大、價格便宜，屬于可再生資源，但是單位面積農(nóng)作物秸稈密度低，勞動環(huán)境差而強度大，收集困難。由于目前農(nóng)村精壯勞動力大都外出打工，他們只在農(nóng)忙季節(jié)短時間回村參加農(nóng)業(yè)勞動，其他時間段農(nóng)村勞動力出現(xiàn)了短缺現(xiàn)象，用工成本上升很快，導致農(nóng)民收集秸稈的積極性下降。許多農(nóng)業(yè)企業(yè)和專業(yè)合作社，在具體的運營過程中進行過各種不同條件下的運營方式試驗，探索了不同形式的秸稈原料采集與輸送模式。綜合來看，成熟可行的模式是以企業(yè)為中心建立秸稈原料采集地，采用秸稈收購經(jīng)紀人的形式，由經(jīng)紀人把好原料質量第一關，打包成捆后轉賣給企業(yè)，企業(yè)根據(jù)工廠生產(chǎn)需要量以及廣大農(nóng)民可供秸稈的具體情況，控制好秸稈原料的進量或進入頻率［7］。

《中華人民共和國農(nóng)民專業(yè)合作社法》中規(guī)定，農(nóng)民專業(yè)合作社是在農(nóng)村家庭承包經(jīng)營基礎上，同類農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)經(jīng)營者或者同類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營服務的提供者、利用者，自愿聯(lián)合、民主管理的互助性經(jīng)濟組織。農(nóng)民專業(yè)合作社是新形勢下農(nóng)村經(jīng)濟探索新的成果，是新形勢下促進農(nóng)村生產(chǎn)方式轉變的有效途徑，有助于我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)專業(yè)化程度的提高，有利于我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術和生產(chǎn)效率的提高，在一定程度上加快了農(nóng)村社會分工，使農(nóng)村富余勞動力轉移到其他產(chǎn)業(yè)，增加了農(nóng)民收入。目前，我國農(nóng)村各類農(nóng)民專業(yè)合作社遍地開花，尤其是一部分大型的專業(yè)合作社，運營管理良好，給合作社成員創(chuàng)造了實實在在的財富，在當?shù)剞r(nóng)民中擁有了一定的群眾基礎和社會美譽度，有很大的示范效應和帶動作用。建議充分利用農(nóng)民專業(yè)合作社這個優(yōu)秀平臺，與成員多、信譽好的農(nóng)民專業(yè)合作社合作，委托他們統(tǒng)一采集收購農(nóng)作物秸稈，既能解決農(nóng)村勞動力短缺問題，又能解決收購點場地和原料質量把控及追溯問題。

3.3 秸稈預處理技術

大部分秸稈表面光滑，這是由于其表層分布有大量硅元素和蠟狀物質，這使得脲醛樹脂膠難以浸潤，給膠粘劑的潤濕及膠合固化帶來了很大的困難。所以，必須對秸稈進行預處理。長期以來，秸稈人造板科研人員對秸稈預處理技術進行了深入且廣泛的研究，目前已出現(xiàn)的方法有水熱處理法、生物處理法、機械處理法、化學處理法及等離子體處理法等。上述預處理方法的主要機理是通過應用以上預處理技術，消除秸稈表面的難膠合物質，激化表面物質活性，分散不利于膠合的物質，改變影響膠合的官能團的數(shù)量和分布［6］。

人造纖維板加工行業(yè)是較早應用蒸汽爆破技術的行業(yè)之一。蒸汽爆破處理過程一般為把待爆破物料裝入密閉的容器內(nèi)，通入高溫高壓蒸汽并保持適當?shù)臅r間，然后瞬間釋放掉壓力和溫度。由于蒸汽爆破系統(tǒng)能耗較高、生產(chǎn)效率低，嚴重制約了蒸汽爆破技術的普及與應用。因此，相關行業(yè)推廣應用蒸汽爆破技術，必須降低能耗、提高爆破效率，對蒸汽爆破技術加以改進創(chuàng)新。鄭州工程技術學院生物質高值利用研發(fā)中心和鶴壁正道科技有限公司聯(lián)合研制改進的瞬時彈射式蒸汽爆破（ICSE）技術及其設備，采用新的爆破原理，降低了能耗，提高了生產(chǎn)效率。經(jīng)過ICSE技術處理后的秸稈原料沉降比最大為1∶1，固體表面自由能增大，比表面積明顯增加，比原料增加65.2%；最大孔容為80～90 nm，相對于原料在絕對量上大比例地增加了中孔、大孔的孔洞數(shù)量及孔容，徹底改變了組織結構，使細胞壁完全斷裂破碎［8］。經(jīng)過ICSE技術處理后使用傳統(tǒng)脲醛樹脂或酚醛樹脂作為粘接劑制作的秸稈人造板內(nèi)結合強度可以達到要求，如果采用異氰酸酯（MDI）作為粘接劑，在秸稈人造板達到相同技術指標的前提下，可以減少粘接劑的使用量，直接降低了粘接劑的成本，既經(jīng)濟又環(huán)保。

4 結語

秸稈人造板是通過對農(nóng)作物剩余物進行熱壓膠合制作而成的環(huán)境友好型板材，其在對農(nóng)作物剩余物進行資源化利用的同時也緩解了環(huán)境污染問題，農(nóng)民也通過賣秸稈提高了種田的經(jīng)濟效益，因此秸稈人造板產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊。然而，目前在實際生產(chǎn)中還有很多制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的因素，如原料收集、膠粘劑、內(nèi)結合強度和生產(chǎn)成本等問題，創(chuàng)新原料收集模式和發(fā)展秸稈預處理技術是破局的關鍵。根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中不斷出現(xiàn)的新問題，建議從多個層面開展深入研究，針對不同情況做出應對，積極破解秸稈人造板產(chǎn)業(yè)發(fā)展困局。