馬毅

摘要：甲醇能源在理化性質(zhì)、生產(chǎn)制備、價(jià)格方面具有諸多優(yōu)勢，討論其在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的控溫、補(bǔ)充二氧化碳、制備農(nóng)藥、提供機(jī)械動力、制備生物催化劑等作用，為甲醇能源的開發(fā)和利用提供理論借鑒。

關(guān)鍵詞：甲醇;設(shè)施農(nóng)業(yè);控溫、CO₂;農(nóng)藥

中圖分類號：S316??? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A??? 文章編號：1674-1161（2021）04-0047-03

設(shè)施農(nóng)業(yè)能滿足人們對食物的全年需求，推動農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化發(fā)展，因此逐漸成為農(nóng)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展方向。在設(shè)施農(nóng)業(yè)的運(yùn)行過程中，需要能源作為支撐。相較于傳統(tǒng)設(shè)施農(nóng)業(yè)能源，甲醇能源的優(yōu)勢非常明顯，不僅能降低環(huán)境污染，還能從其能源延伸物中滿足設(shè)施農(nóng)業(yè)的多元需求。探究甲醇能源在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用價(jià)值和方向，對設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展具有積極的促進(jìn)作用。

1 甲醇能源的優(yōu)勢分析

試驗(yàn)和實(shí)踐證明，甲醇能源在經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和節(jié)能性方面的優(yōu)勢非常突出，逐漸被應(yīng)用于各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域。

1.1 理化性質(zhì)優(yōu)良

從甲醇的構(gòu)成體系可以看出，其化學(xué)式為CH₃OH（一元醇），主要由38%的炭，12%的氫，50%的氧構(gòu)成，熱利用率較高，燃燒完全;在化學(xué)式構(gòu)成基礎(chǔ)上，氣化潛熱是汽油的3倍多。上海內(nèi)燃機(jī)研究證明，其腐蝕性良好，還能強(qiáng)化和汽油的互溶性，能與汽油交叉或混合使用。甲醇自燃需要較高溫度，儲運(yùn)較為安全?！豆I(yè)用甲醇-國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》（GB338-2011）中明確指出：甲醇純度100%時(shí)，燃燒產(chǎn)物為二氧化碳和水，潔凈性非常高。

1.2 制備工藝簡單

甲醇的制備一般以煤和天然氣為原材料。我國煤資源蘊(yùn)藏豐富，煤田面積55萬km²，有充足的甲醇制備原材料。從生產(chǎn)工藝上看，甲醇制備主要有聯(lián)產(chǎn)和單產(chǎn)兩種方式。聯(lián)產(chǎn)甲醇不僅可以利用相應(yīng)裝備制備，還可在城市煤氣和化工廠的基礎(chǔ)上進(jìn)行制備，制備方式具有多樣性。從其化學(xué)反應(yīng)過程看，甲醇制備主要利用蒸汽轉(zhuǎn)化或部分氧化方式，化學(xué)反應(yīng)方程式為2H₂+CO→CH₃OH，處理相應(yīng)原料后獲得H₂與CO，過程非常簡單。同時(shí)，反應(yīng)過程也較溫和，不僅能提升煤炭資源的潔凈性，還能在某種程度上提升煤炭的使用效率。

1.3 價(jià)格低廉

將甲醇汽油應(yīng)用于設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械動力系統(tǒng)，在降低成本輸出的同時(shí)，還能提升運(yùn)行潔凈性。將甲醇應(yīng)用于汽油領(lǐng)域，能節(jié)約大量油費(fèi)成本。92號汽油的價(jià)格為5～6元/L，綜合價(jià)格5 000～6 000元/t，而甲醇汽油的出廠價(jià)在3 000元/t左右，可節(jié)約40%～50%的成本。

2 設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要分析

設(shè)施農(nóng)業(yè)主要利用體系裝置和設(shè)施為農(nóng)作物或禽類營造良好的生長環(huán)境，保障農(nóng)作物和禽類健康生長。設(shè)施農(nóng)業(yè)的設(shè)備主要有溫室、禽舍和蘑坊，這些設(shè)施運(yùn)行需要?dú)?、水、光、溫等的支持，其中溫度調(diào)控最為關(guān)鍵。

設(shè)施農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的溫度調(diào)控一般采用燃煤鍋爐加熱方式，但煤燃燒容易產(chǎn)生大量煤灰，造成經(jīng)濟(jì)和環(huán)境兩方面的壓力，亟需污染程度低、清潔高效的能源。用污染程度低、環(huán)境污染效果友好的甲醇能源代替煤能源，有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)施農(nóng)業(yè)社會效果最大化。

3 甲醇在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用途徑

3.1 溫度調(diào)控

基于可持續(xù)發(fā)展的視角，我國開始治理各項(xiàng)環(huán)境問題，既要充分發(fā)揮能源的作用，又要降低煙塵、CO₂及SO₂等污染物的排放。在此情況下，設(shè)施農(nóng)業(yè)溫控應(yīng)盡量選擇清潔能源。一般情況下，設(shè)施農(nóng)業(yè)建在距離生產(chǎn)者聚集區(qū)較遠(yuǎn)的地區(qū)，若以鋪設(shè)管道方式傳遞熱量，不僅造價(jià)高，而且會消耗大量能量。利用甲醇能源建立以設(shè)施農(nóng)業(yè)為中心的溫度控制中心，是一種行之有效的方法。甲醇溫度控制系統(tǒng)有鍋爐式、立體式及真空式等類型，適用不同的設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境。

甲醇鍋爐可在較短時(shí)間內(nèi)升壓升溫，具有熱效率大、燃燒完全、結(jié)構(gòu)合理、壽命長、占地面積小、運(yùn)行可靠、自動化程度高等優(yōu)勢（如1所示）。其原理為：利用鼓風(fēng)機(jī)將空氣送入反應(yīng)爐內(nèi)，與O₂結(jié)合發(fā)生放熱反應(yīng)，反應(yīng)式為：CH₃OH（L）+2/3O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（L），△H=-725.8 kJ/mol，即1 mol甲烷完全燃燒放熱725.8 kJ的熱量。根據(jù)植物或生物的溫度需求，利用溫度控制系統(tǒng)控制反應(yīng)系統(tǒng)啟停使溫室達(dá)到預(yù)期溫度，具體原理見圖1。

設(shè)施農(nóng)業(yè)一般為密閉空間，作物在夜間進(jìn)行呼吸作用，若將甲醇反應(yīng)結(jié)果物（CO₂）排入室內(nèi)，可能會導(dǎo)致作物CO₂中毒。因此，夜間加溫時(shí)需將甲醇反應(yīng)產(chǎn)物排出室內(nèi)。

3.2 補(bǔ)充CO₂

一般來說，設(shè)施農(nóng)業(yè)中的作物需要補(bǔ)充CO₂，傳統(tǒng)補(bǔ)充方式主要有三類：1） 利用設(shè)備鋼瓶等裝載CO₂，再利用電加熱方式將其以氣化的方式傳輸至大棚溫室;2） 利用碳酸鹽和硝酸反應(yīng)獲得CO₂;3） 通過生物堆肥方式形成適量的CO₂。

這3種方式速度慢、安全差和成本高，綜合效果一般。而甲醇燃燒反應(yīng)可形成農(nóng)作物所需的水和CO₂，反應(yīng)過程為：3O₂+2CH₃OH=4H₂O+2CO₂。一般來說，1 kg甲醇完全燃燒得到1.375 kg的CO₂，可使

1 000 m³的溫室中的CO₂濃度達(dá)到1 000 μL/ m³以上。

當(dāng)溫室中的CO₂含量較低時(shí)，利用排氣管道將甲醇燃燒形成的氣體補(bǔ)充到溫室中。為防止排放水氣過量導(dǎo)致濕度過高，可利用冷凝方式提出水汽。

需注意的是：1） CO₂應(yīng)在白天補(bǔ)充，夜間補(bǔ)充會導(dǎo)致作物中毒。2） 補(bǔ)充CO₂氣體時(shí)，應(yīng)將濃度控制在臨界值以下，保護(hù)作業(yè)人員的安全;3） 依據(jù)作物實(shí)際生長情況如生育周期、類型等選擇合理的CO₂濃度。

3.3 制備農(nóng)藥

甲醇是很多農(nóng)藥的制備材料。除草劑莎稗靈、稻豐散、亞胺硫磷、馬拉硫磷、樂果等的原材料是O，O二甲基二硫代磷酸酯，其由98%甲醇和98%五硫化二磷制備而成。蔬果磷、苯胺硫磷、甲基異柳磷、水胺硫磷、甲胺磷和甲基對硫磷等的原材料是甲氧基硫代磷酰二氯，其主要由甲醇和三氯硫磷制備而成。

除草劑苯噻酰草胺、噻嗪酮和撲虱靈殺蟲劑的原材料是N-甲基苯胺，其主要要由98%甲醇和99%的苯胺構(gòu)成。其生產(chǎn)過程是利用銅鋅鉻催化甲醇和苯胺反應(yīng)，再在真空或蒸餾基礎(chǔ)上剔除N、苯胺、水、甲醇等。此外，利用乙酰乙酸甲酯還可以制備密啶氧磷、蠅毒磷和二嗪農(nóng)等殺蟲劑，或乙密酚、二甲密酚、嗯霉靈等殺菌劑，或咪唑乙煙酸除草劑，或殺鼠靈、殺鼠醚等殺鼠劑等。

4 甲醇在設(shè)施農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的展望

甲醇作為一種清潔能源，不僅能替代污染性能源，還能在一定程度上推動設(shè)施農(nóng)業(yè)綠色化發(fā)展。甲醇可與90號、97號等汽油混合使用，發(fā)揮等同于汽油的功效。甲醇也是一種生物催化劑，能夠催生設(shè)施作物生長，除增加作物產(chǎn)量外，還能在一定程度上保持枝葉鮮嫩、茁壯茂盛，在炎熱的夏季可減少灌溉用水。

當(dāng)前，應(yīng)充分利用甲烷能源在理化性質(zhì)方面、制備方面、價(jià)格方面的優(yōu)勢，在設(shè)施農(nóng)業(yè)中發(fā)揮控溫、補(bǔ)充二氧化碳、制備農(nóng)藥、提供機(jī)械動力、制備生物催化劑和促生長等作用，為設(shè)施農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供支持。

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Research on Application of Methanol Energy in Facility Agriculture

MA Yi

（Aba Vocational College， Aba Tibetan and Qiang Autonomous Prefecture Sichuan 623200， China）

Abstract： Methanol energy has many advantages in physical and chemical properties， production preparation and price. This paper discussed the effects of methanol energy on temperature control， carbon dioxide supplement， pesticide preparation， mechanical power supply and biocatalyst preparation in facility agriculture production， in order to provide theoretical reference for the development and utilization of methanol energy.

Key words： methanol; facility agriculture; temperature control; CO₂; pesticide

收稿日期：2020-11-12

作者簡介：馬 毅（1984—），男，講師，從事農(nóng)業(yè)工程方面的研究。