羅維芳

（甘肅省臨夏縣農(nóng)村能源發(fā)展中心，甘肅臨夏731800）

農(nóng)作物秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的副產(chǎn)物，也是主要的生物質(zhì)能源。目前在世界上農(nóng)作物秸稈是僅次于煤炭、石油和天然氣之后的第四大能源，占全球能源消耗總量的14%[1]。與煤炭、石油、天然氣等能源相比，農(nóng)作物秸稈具有分布廣泛、可再生、來源豐富等特點(diǎn)；但由于其主要成分為纖維素、木質(zhì)素等，因此導(dǎo)致使用除燃燒外的普通生物處理方法難以降解，因此無法提高利用率。所以，探索和研究新方法，合理運(yùn)用物理、化學(xué)、發(fā)酵等手段，實(shí)現(xiàn)秸稈資源的高效利用是當(dāng)前的研究重點(diǎn)。

1 秸稈能源化利用技術(shù)

1.1 秸稈沼氣技術(shù)

秸稈沼氣技術(shù)是指以農(nóng)作物秸稈為原料，利用特定的發(fā)酵池或設(shè)備，讓其在隔絕空氣的厭氧環(huán)境中，在適合溫度、適量水分和合理的pH 條件下，通過微生物厭氧發(fā)酵進(jìn)而產(chǎn)生能夠燃燒的氣體（沼氣）的技術(shù)[2]。秸稈沼氣技術(shù)根據(jù)處理工藝，可分為干法發(fā)酵和濕法發(fā)酵兩類。由于秸稈的高纖維素和木質(zhì)素特性，難以被厭氧微生物等利用分解，因此在發(fā)酵前需對秸稈進(jìn)行預(yù)處理，一般的處理方法有物理法、化學(xué)法、熱處理法、生物法等。物理法主要通過改變秸稈的形態(tài)或結(jié)構(gòu)來提高發(fā)酵產(chǎn)氣率，例如粉碎、浸泡秸稈；化學(xué)法主要是利用氨水或氫氧化鈉等制劑破壞秸稈的纖維素和木質(zhì)素來提高產(chǎn)氣率，但該方法由于添加了化學(xué)試劑，會對環(huán)境造成污染；熱處理法主要是運(yùn)用高壓水蒸氣爆破法破壞秸稈的纖維組織，進(jìn)而提高利用率，此方法的缺點(diǎn)是成本高；生物法主要是利用微生物進(jìn)行處理，成本低，處理效果好，因此該方法是使用最廣泛的秸稈處理方法。此外，在發(fā)酵時添加碳酸氫銨或動物糞便等含氮素的原料，可以提高發(fā)酵效率。秸稈預(yù)處理后，便可投入發(fā)酵池中加水封池后進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵一段時間后進(jìn)行點(diǎn)火試氣，進(jìn)而投入使用。

1.2 秸稈氣化技術(shù)

秸稈氣化技術(shù)是以農(nóng)作物秸稈為原料，將其置于缺氧環(huán)境中，通過熱解和還原反應(yīng)讓其發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w的過程[3]。秸稈氣化過程主要分為四個階段，即干燥、裂解反應(yīng)、氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)。氣化后產(chǎn)生的秸稈燃?xì)?，?jīng)過一定的處理，可用于農(nóng)戶的取暖或者進(jìn)行發(fā)電等。秸稈氣化爐根據(jù)其工藝特性，分為固定床秸稈氣化爐和流化床氣化爐2 種類型。固定床秸稈氣化爐由于結(jié)構(gòu)簡單，氣化時產(chǎn)生的灰分較少，因而使用較多。流化床氣化爐雖然也具有產(chǎn)氣率高、氣化反應(yīng)快等特點(diǎn)，但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對秸稈形狀、大小要求苛刻，因此導(dǎo)致使用較少。

1.3 秸稈液化技術(shù)

由于秸稈中含有木質(zhì)素和纖維素等成分，因此可以通過一定的方法進(jìn)行處理，使其轉(zhuǎn)化為可燃性的液體燃料或其他化工原料進(jìn)而使用，即為秸稈液化。秸稈液化的轉(zhuǎn)化方法有化學(xué)方法、物理方法和生物方法等[4]。秸稈直接液化有兩種方式：一種是保留植物纖維大分子結(jié)構(gòu)；另一種是破壞大分子結(jié)構(gòu)，應(yīng)用最多的為后一種，破壞植物大分子后，將其轉(zhuǎn)化為小分子以進(jìn)一步利用，如秸稈液化生產(chǎn)乙醇。生產(chǎn)乙醇時，先將秸稈通過一定的方法進(jìn)行預(yù)處理，然后添加特定的催化劑，在一定的溫度下讓其水解產(chǎn)生單糖，再通過發(fā)酵技術(shù)生成乙醇。此外，秸稈液化技術(shù)還有高溫高壓和微波液化技術(shù)，高溫高壓液化時，需要將秸稈置于特定的設(shè)備中，在高壓環(huán)境下讓其發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)，例如生物柴油的制備；微波液化是利用微波輻射的方法加速秸稈分子反應(yīng)，進(jìn)而使其液化的技術(shù)。由于高溫高壓液化對設(shè)備要求較高，同時需要大量的能量，因此利用較少，而微波液化有較好的潛力。

1.4 秸稈發(fā)電技術(shù)

秸稈發(fā)電技術(shù)，即利用農(nóng)作物秸稈進(jìn)行發(fā)電。利用秸稈發(fā)電時，可直接燃燒發(fā)電，也可將秸稈和其他燃料混合后燃燒發(fā)電，還可將秸稈氣化后進(jìn)行發(fā)電[5]。秸稈直接燃燒發(fā)電是指將秸稈直接放入鍋爐中燃燒后產(chǎn)出高壓水蒸汽進(jìn)行發(fā)電；秸稈混合燃燒發(fā)電是將秸稈和煤炭進(jìn)行混合，然后送入鍋爐進(jìn)行燃燒發(fā)電。秸稈氣化發(fā)電是將秸稈置于缺氧環(huán)境中，通過熱解和還原反應(yīng)讓其發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)，之后轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w，再將其燃燒進(jìn)行發(fā)電的過程。

1.5 秸稈固化成型技術(shù)

秸稈固化成型是指利用特定的設(shè)備，在一定的壓力、溫度下，將作物秸稈壓縮成塊狀、棒狀或其他形狀等成型燃料的技術(shù)。秸稈固化成型后能夠大大提高其密度，從而增加熱值，因此可以代替原煤、燃油以及木柴等，進(jìn)而應(yīng)用于鍋爐灶燃燒或生物發(fā)電等方面[6]。

2 展望

進(jìn)行秸稈能源化利用，能夠在很大程度上提高能源利用率，減少其他不可再生能源的利用和對環(huán)境的污染，因此對于應(yīng)對能源短缺、控制秸稈焚燒、保護(hù)環(huán)境、減少碳排放等有重大意義。目前，我國秸稈能源化利用技術(shù)的研究和應(yīng)用均處在初級階段，部分秸稈能源利用技術(shù)還存在工藝技術(shù)不成熟、生產(chǎn)效率低、能耗高、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)缺失、經(jīng)濟(jì)效益不明顯等問題。因此，應(yīng)加大對秸稈能源化基礎(chǔ)性研究的支持力度，積極引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)科技攻關(guān)，重點(diǎn)在農(nóng)作物秸稈高能效低能耗轉(zhuǎn)化、生物質(zhì)熱解生產(chǎn)、生物質(zhì)發(fā)電、木質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料乙醇、生物柴油等方面開展研究，盡快完善農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源化利用標(biāo)準(zhǔn)體系。秸稈生物質(zhì)能作為可再生能源中唯一可存儲和運(yùn)輸?shù)哪茉?，有著極大的應(yīng)用潛力，因此在我國自然環(huán)境、社會環(huán)境和政策環(huán)境下，秸稈生物質(zhì)的大規(guī)模開發(fā)利用必將成為未來的發(fā)展趨勢。