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        秸稈高值化應(yīng)用研究

        2020-04-07 03:35:29胡蓉
        新絲路(下旬) 2020年3期
        關(guān)鍵詞:農(nóng)作物原料秸稈

        胡蓉

        摘 要:本文結(jié)合J市農(nóng)業(yè)種植和秸稈綜合利用的實(shí)際情況,從生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益角度對(duì)秸稈高值化的發(fā)展與應(yīng)用,進(jìn)行系統(tǒng)性研究,并在此基礎(chǔ)上提出對(duì)策建議。

        一、引言

        農(nóng)作物秸稈中含有大量的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和粗蛋白,以及氮、磷、鉀、鎂、硫等礦物質(zhì)元素[1],是很好的肥源和工業(yè)原料。截至2015年底,我國(guó)農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量達(dá)到9億噸[2],但是有效利用率卻不足40%。據(jù)調(diào)查,全國(guó)范圍內(nèi)仍有31%的農(nóng)作物秸稈被棄置或者露天焚燒[3],導(dǎo)致污染空氣、引發(fā)霧霾,溫室氣體排放(其中70% CO2、7% CO、0.66% CH3和2.09% N2O)[4],破壞土壤結(jié)構(gòu),造成農(nóng)田質(zhì)量下降和環(huán)境污染,地表中的微生物被燒死,腐殖質(zhì)、有機(jī)質(zhì)被礦化。不僅干擾生物系統(tǒng)的平衡,改變土壤的物理性狀,而且加重土壤板結(jié)、破壞地力、加劇干旱,間接造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。國(guó)家和各級(jí)政府高度關(guān)注,出臺(tái)了一系列政策文件,加大推進(jìn)秸稈綜合利用工作。雖然頗有成效,但是我國(guó)秸稈加工業(yè)依舊比較落后,加工水平和質(zhì)量不夠高?!栋不帐∞r(nóng)作物秸稈綜合利用三年行動(dòng)計(jì)劃(2018-2020年)》中要求:到2020年,秸稈綜合利用率要達(dá)到90%,各地區(qū)各單位都開展了大量的工作,并取得初步成效。截至2018年,J市農(nóng)作物種植面積391萬(wàn)畝,其中水稻240萬(wàn)畝,玉米20萬(wàn)畝,小麥74萬(wàn)畝。秸稈利用總量162.81萬(wàn)噸,綜合利用率88.7%,其中肥料化108.1萬(wàn)噸,能源化29.64萬(wàn)噸,飼料化18.3萬(wàn)噸,基料化3.35萬(wàn)噸,工業(yè)原材料化3.42萬(wàn)噸。從以上數(shù)據(jù)可以看出,J市以肥料化利用為主,其次為能源化與飼料化,基料化和原料化利用程度很低。

        二、傳統(tǒng)秸稈利用方式存在的主要問題

        1.肥料化利用

        第一,天氣影響大。J市地處江南地區(qū),天氣潮濕、雨水多。由于陰雨天氣,不能下田打捆,一般集中在9月至次年1月份收集秸稈。第二,成本消化難。收割機(jī)為了減輕負(fù)荷,只收割上茬,每年只能收集約560-600噸秸稈,導(dǎo)致機(jī)械工作效率下降,成本增高。第三,高投入低收益。不僅需要每戶投入技術(shù)和硬件指導(dǎo)制備有機(jī)肥,而且肥效也沒有化肥快,生態(tài)優(yōu)勢(shì)得不到足夠體現(xiàn)。秸稈若處置不當(dāng),還會(huì)導(dǎo)致病蟲害。

        2.飼料化利用

        秸稈的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和消化率低,需要利用微生物接種劑和一些物理處理方法,提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[5]。一般只有??梢灾苯邮秤媒斩挘u和豬等需要將秸稈深度加工后才能食用。另外,一般種植區(qū)離養(yǎng)殖區(qū)較遠(yuǎn),導(dǎo)致收儲(chǔ)運(yùn)成本較高。

        3.能源化利用

        由于秸稈的燃燒值較低,若將水稻秸稈用于發(fā)電和固化成型,則不太合理。因此,有些企業(yè)主要是用樹皮、樹根等原料發(fā)電,很少使用秸稈。這樣不僅破壞生態(tài)環(huán)境,而且致使水土流失。雖然現(xiàn)在已有研究用低溫凍融預(yù)處理提高秸稈中甲烷的產(chǎn)量[6],以及利用秸稈生產(chǎn)生物乙醇技術(shù)[7-9],但是目前秸稈作為生物質(zhì)燃料,顯示出熱值低,成本高,利潤(rùn)低的特征。

        4.基料化利用

        不僅需求量有限,并且由于種養(yǎng)分離,對(duì)于農(nóng)民來(lái)說(shuō),還需要額外支付運(yùn)輸?shù)荣M(fèi)用。

        5.激勵(lì)政策問題

        由于政府補(bǔ)貼力度不夠,以及技術(shù)制約等問題,導(dǎo)致J市有些秸稈收購(gòu)加工企業(yè),處于關(guān)?;蛘呙銖?qiáng)維持狀態(tài)。一些不合理的政策也阻礙了J市秸稈綜合利用的發(fā)展。例如,實(shí)踐證明,雖然在J市某鄉(xiāng)鎮(zhèn),秸稈的能源化利用效率很低,需要探尋新的資源化利用方式,但是有關(guān)部門下達(dá)任務(wù)指標(biāo),仍然要求再建一個(gè)秸稈固化成型燃料生產(chǎn)點(diǎn)。由于沒有因地制宜、深入基層,有針對(duì)性地做出科學(xué)合理的安排,導(dǎo)致了不必要的資源浪費(fèi)和無(wú)用功。

        6.收儲(chǔ)運(yùn)體系問題

        秸稈分布分散,占地面積較大,加之農(nóng)村交通不便,運(yùn)輸成本很高,所以亟需在附近建立收儲(chǔ)中心。省政府文件中明確規(guī)定秸稈收儲(chǔ)設(shè)施用地原則上按設(shè)施農(nóng)用地管理,但是土地部門不批準(zhǔn)建設(shè)收儲(chǔ)中心用地,各部門之間的協(xié)調(diào)不暢,導(dǎo)致收儲(chǔ)運(yùn)成為制約秸稈綜合利用發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵問題。

        三、秸稈原料化利用技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

        1.原料廣

        秸稈是一種廉價(jià)的天然木質(zhì)纖維素資源,所有農(nóng)作物秸稈都可利用,如蘆葦、水稻、小麥、棉花、茭白、樹枝、竹子等。此外,玉米秸、豆莢皮、谷類秕殼、麥秸等經(jīng)過加工后所制取的淀粉,經(jīng)過特殊方法處理后還可以生產(chǎn)人造棉和人造絲,制造糠醛、飴糖、釀醋釀酒和木糖醇等。

        2.綠色環(huán)保

        用作物秸稈纖維與樹脂混合物結(jié)合,采用融合循環(huán)技術(shù),提取天然膠,成型后再回注,無(wú)化學(xué)合成粘合劑,不釋放甲醛等毒性物質(zhì)。在短期內(nèi)可降解,降解后又可作為肥料還田,減少環(huán)境污染,是一種綠色環(huán)保型人造板材(圖1)。

        3.性能好

        農(nóng)作物秸稈具有密度低、生物降解性好、韌性高、力學(xué)性能可接受等特點(diǎn),用秸稈與粘合劑、阻燃劑等配料按照一定比例混合后,進(jìn)行機(jī)械攪拌、擠壓成型以及恒溫固化等工藝處理,再用特殊膨化技術(shù),使秸稈纖維按照多方向組織疊加,形成密集的蜂窩式空隙又相互粘連的板體。由于可承受的拉伸與剪切強(qiáng)度高,可制成具有減震緩沖功能的包裝材料,在低應(yīng)力條件下,相比聚苯乙烯泡沫塑料具有更好的緩沖性能,體積小、質(zhì)量輕、隔音隔熱、壓縮強(qiáng)度高,具有一定柔韌性 [10]。

        4.外觀美

        農(nóng)作物秸稈已成功應(yīng)用于3D精細(xì)成型等領(lǐng)域[11-12]。這類制造品具有強(qiáng)度高、耐腐蝕、不開裂、經(jīng)特殊工藝處理后,還具有防水和防震等性能[13]。磨具高壓精密成型,紋理自然,質(zhì)感好,通過雙面粘貼彩色無(wú)紡布,表面多彩色。

        5.高附加值

        秸稈作為工業(yè)原料,用途廣泛,成本低,附加值遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方式(表1)。例如,農(nóng)作物秸稈可用于制漿造紙輕工業(yè)、手工紡織編織、一次性餐具用品、可降解包裝材料和建材裝飾原料的長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)源等。

        四、農(nóng)作物秸稈高值化應(yīng)用的案例

        1.新疆博斯騰湖

        新疆博斯騰湖每年蘆葦秸稈的產(chǎn)量20多萬(wàn)噸,僅收割費(fèi)用就需要五千萬(wàn)。以此為原料生產(chǎn)無(wú)粘合劑板材、裝修即時(shí)貼和庫(kù)爾勒香梨防偽包裝盒等六種產(chǎn)品,預(yù)計(jì)每年的產(chǎn)值突破60億元,利潤(rùn)30多億元,可占據(jù)庫(kù)爾勒市年總產(chǎn)值的13%,并極大地保護(hù)庫(kù)爾勒香梨在市場(chǎng)中不再受假冒產(chǎn)品的侵害。

        2.雄安新區(qū)白洋淀

        白洋淀每年蘆葦秸稈和農(nóng)業(yè)秸稈的產(chǎn)量約為10萬(wàn)噸,其中白洋淀蘆葦秸稈為7萬(wàn)噸/年,其他農(nóng)業(yè)秸稈為3萬(wàn)噸/年。如果用蘆葦秸稈和農(nóng)業(yè)秸稈作原料,生產(chǎn)大型環(huán)保快遞包裝箱,年產(chǎn)值2.016億元,年利潤(rùn)1.303億元,消耗蘆葦4.75萬(wàn)噸/年,吸收就業(yè)102人。通過建設(shè)大型薄板生產(chǎn)線,年產(chǎn)值2.92億元,年利潤(rùn)2.065億元,消耗蘆葦5.32萬(wàn)噸/年,吸收就業(yè)20人,帶動(dòng)周邊農(nóng)戶(920人)獲利4600萬(wàn)元/年(表2)。另外,根據(jù)環(huán)境評(píng)價(jià),消耗自來(lái)水200噸/天,且循環(huán)利用,無(wú)廢水排放,僅產(chǎn)生烘干蒸汽,蒸汽無(wú)異味,無(wú)有害氣體。車間設(shè)有緩沖式沉淀池,設(shè)備和車間清掃的垃圾隨著水流入到沉淀池晾干后,再加入至纖維里制漿,沒有任何雜物丟棄。因此,秸稈的原料化利用是解決這一生物質(zhì)資源科學(xué)出路的最有效途徑之一,有著廣闊的市場(chǎng)前景。

        五、對(duì)策建議

        1.積極發(fā)展以秸稈為原料的加工業(yè),實(shí)現(xiàn)秸稈資源循環(huán)利用

        按照循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念,變廢為寶。例如造紙業(yè)的前處理環(huán)節(jié),需要對(duì)紙漿進(jìn)行酸蝕、堿蝕等,處理成本升高,污染嚴(yán)重,因此不少造紙廠正在關(guān)停,許多地區(qū)已經(jīng)將造紙行業(yè)作為禁止發(fā)展產(chǎn)業(yè)。而且,由于造紙廠通常離收儲(chǔ)點(diǎn)較遠(yuǎn),秸稈資源大規(guī)模轉(zhuǎn)移運(yùn)輸也會(huì)導(dǎo)致成本上升。如果用秸稈原料替代紙漿,則既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保。所以政府應(yīng)鼓勵(lì)采用清潔生產(chǎn)工藝,生產(chǎn)以秸稈為原料的非木紙漿。引導(dǎo)生產(chǎn)以秸稈為原料的人造板材、建筑材料、一次性餐具等,加大農(nóng)作物秸稈在原料加工業(yè)方面的利用。

        2.加大政府扶持力度

        加大秸稈原料化利用的政策扶持力度,研究制定政策引導(dǎo)、市場(chǎng)運(yùn)作的產(chǎn)業(yè)發(fā)展機(jī)制,不斷加大對(duì)經(jīng)濟(jì)落后農(nóng)村地區(qū)的資金投入力度。扶持專業(yè)化生產(chǎn)示范基地建設(shè),補(bǔ)貼購(gòu)置秸稈處理加工配套機(jī)械設(shè)備,合理發(fā)展布局以作物秸稈為原料的規(guī)?;a(chǎn)企業(yè)。對(duì)秸稈原料化利用等關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備研發(fā)給予適當(dāng)補(bǔ)貼或信貸支持,鼓勵(lì)和引導(dǎo)社會(huì)資本投入。

        3.加大新技術(shù)研究和推廣應(yīng)用

        扶持秸稈資源產(chǎn)業(yè)化利用,遴選優(yōu)勢(shì)科研單位和龍頭企業(yè)開展聯(lián)合攻關(guān)項(xiàng)目,支持鼓勵(lì)企業(yè)投資作物秸稈應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目開發(fā),構(gòu)建秸稈高值化應(yīng)用技術(shù)支撐體系,實(shí)現(xiàn)作物秸稈綜合利用向多級(jí)產(chǎn)業(yè)鏈的延伸,拓展農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增效和農(nóng)民增收致富的有效途徑。此外,要引進(jìn)吸收適合中國(guó)國(guó)情的國(guó)外先進(jìn)裝備和技術(shù),提升創(chuàng)新能力,建立秸稈原料化利用產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)。

        加大秸稈高值化應(yīng)用技術(shù)培訓(xùn)和推廣力度,擴(kuò)大試點(diǎn)示范引導(dǎo)。充分發(fā)揮現(xiàn)有農(nóng)村基層組織和服務(wù)組織的作用,鼓勵(lì)科研人員下鄉(xiāng)為農(nóng)民普及新技術(shù)、新知識(shí),提高農(nóng)民綜合利用秸稈的技能。

        4.鼓勵(lì)秸稈進(jìn)入碳交易市場(chǎng)

        鼓勵(lì)政府、企業(yè)、非政府組織對(duì)排放的CO2進(jìn)行多種形式的抵償,推進(jìn)秸稈商品化,進(jìn)入自愿減排碳交易市場(chǎng)中進(jìn)行交易。例如,通過秸稈的綜合利用而減少的CO2放量,可以獲得碳交易資金,以此補(bǔ)貼農(nóng)民和企業(yè),同時(shí)也緩解了未來(lái)持續(xù)資金補(bǔ)貼的難題。

        六、結(jié)語(yǔ)

        傳統(tǒng)的秸稈利用技術(shù)和一些政策,已不能與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求相適應(yīng)。政府應(yīng)該從整體上,系統(tǒng)考慮秸稈資源化處理與農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收、生態(tài)環(huán)境以及產(chǎn)業(yè)升級(jí)等方面的關(guān)系。農(nóng)業(yè)發(fā)展依靠生產(chǎn)力,生產(chǎn)力制約于科學(xué)技術(shù),所以農(nóng)業(yè)技術(shù)對(duì)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著至關(guān)重要的影響[14]。結(jié)合J市農(nóng)業(yè)種植和秸稈綜合利用的實(shí)際情況,從生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益角度對(duì)新興技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,進(jìn)行系統(tǒng)性研究。不僅可以保護(hù)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)就業(yè)增收,還可以推動(dòng)農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和升級(jí),進(jìn)而讓農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)成為J市的重要增長(zhǎng)點(diǎn),這對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展意義重大。因此,探索和加大秸稈高值化應(yīng)用的途徑迫在眉睫。

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