吉林省玉米秸稈利用現(xiàn)狀與潛力

一、吉林省玉米秸稈利用現(xiàn)狀

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，秸稈資源尤其豐富，據(jù)估計，我國每年農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量達(dá)7 億多噸，作物加工副產(chǎn)物量為1億多噸。我國秸稈數(shù)量大種類多、分布廣，長期來，秸稈是我國農(nóng)村居民主要生活燃料大牲畜飼料和有機肥料，部分作為工業(yè)原料和食用菌基料。近年來，隨著農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移能源消費結(jié)構(gòu)改善和各類替代原料的應(yīng)用，加上秸稈綜合利用成本高、經(jīng)濟性差、產(chǎn)業(yè)化程度低等原因，開始出現(xiàn)了地區(qū)性、季節(jié)性、結(jié)構(gòu)性的秸稈過剩，特別是在糧食主產(chǎn)區(qū)和沿海經(jīng)濟發(fā)達(dá)的部分地區(qū)。違規(guī)焚燒現(xiàn)象屢禁不止，不僅浪費資源，污染環(huán)境，還嚴(yán)重威脅交通運輸安全。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本循環(huán)中，秸稈還田對保持土地肥力、防止土壤侵蝕、維持作物可持續(xù)生產(chǎn)具有重要作用。而且，長期以來秸稈還是畜牧業(yè)主要的飼料來源，也是農(nóng)村取暖的主要能源。盡管現(xiàn)在已有大量秸稈用于還田、飼料和工業(yè)原料以及農(nóng)民生活燃料等方面，但仍有很大一部分秸稈直接在田間焚燒，而且由于熱利用率低，造成了秸稈資源的極大浪費，并且導(dǎo)致大氣污染，甚至影響人民群眾的健康。隨著現(xiàn)代農(nóng)村經(jīng)濟和生產(chǎn)力的高速發(fā)展，石油資源日益枯竭和生態(tài)環(huán)境不斷惡化，使得秸稈資源化具有重大的現(xiàn)實意義。當(dāng)前我國秸稈利用方式很多， 主要是還田利用、飼料化處理、秸稈能源化利用和作為工業(yè)生產(chǎn)原料等。 目前，吉林省玉米秸稈產(chǎn)業(yè)發(fā)展已形成顯著優(yōu)勢，正在運行的相關(guān)企業(yè)和生產(chǎn)線如下：

（一） 吉林省玉米秸稈綜合利用產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟

2010年12月22日吉林省玉米秸稈綜合利用產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟在長春成立，聯(lián)盟中13家開發(fā)玉米秸稈產(chǎn)業(yè)的知名企業(yè)、科研機構(gòu)將讓各單位之間的雙邊和多邊合作得到進(jìn)一步發(fā)展，達(dá)到合作多元化的效果，以此推動吉林省玉米秸稈綜合利用新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

（二）遼源、梅河口生物能發(fā)電

吉林省遼源、梅河口等地秸稈發(fā)電項目均已啟動投產(chǎn)。國能遼源生物發(fā)電有限公司是吉林省第一個生物質(zhì)發(fā)電工程，也是我國第一批環(huán)保清潔和可再生能源生物發(fā)電示范項目之一。年消耗生物質(zhì)能燃料20～28萬t左右，提供綠色電力約2億kWh，可為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增收約6000～8000萬元，發(fā)電的成本幾乎全部轉(zhuǎn)化為農(nóng)民的收入。圍繞燃料收加儲運環(huán)節(jié)，可直接吸納農(nóng)村勞動力1000多人。國能梅河口生物發(fā)電有限公司，2010年共生產(chǎn)綠色電力6400kWh，消耗農(nóng)林廢棄物12.3萬t，實現(xiàn)主營業(yè)務(wù)收入3921萬元，利稅308萬元，為周邊農(nóng)民創(chuàng)收3200多萬元。

（三）吉林鼎基新能源公司玉米秸稈顆粒項目

吉林鼎基新能源公司玉米秸稈顆粒項目2010年5月27日開工，吉林鼎基新能源開發(fā)有限公司玉米秸稈顆粒項目設(shè)在農(nóng)安縣。項目總占地面積 14.6 萬 m2，公司總投資在10億元以上，一期投資2億元。秸稈顆粒項目可以實現(xiàn)節(jié)能減排。吉林鼎基新能源開發(fā)有限公司還將與大中專院校聯(lián)合科研攻關(guān)，對秸稈顆粒產(chǎn)品進(jìn)行深度開發(fā)，生產(chǎn)木糖醇、木質(zhì)紙漿、酒精、可降解餐盒、生物質(zhì)有機肥等。不斷延伸產(chǎn)業(yè)鏈條，爭取用3年左右時間，努力打造成中國最大的生物質(zhì)能源基地。

（四）大成集團玉米秸稈生產(chǎn)植物多元醇和制糖新技術(shù)

2009年，長春大成集團成功開發(fā)出了多種非糧植物資源，率先實現(xiàn)了從玉米原料平臺向多糖原料平臺的轉(zhuǎn)變，特別是用玉米秸稈資源替代玉米，實現(xiàn)原料平臺的第二次飛躍，為解決國家糧食安全問題闖出了一條新路。

大成生物化工新材料工程技術(shù)中心的秸稈利用方向代表了吉林省秸稈利用方向，主要將秸稈用于秸稈糖的制造。玉米秸稈主要成分為纖維素（35%-40%）、半纖維素（19%-21%）和木質(zhì)素（17%-19%），甜高粱桿主要成分除纖維素、半纖維素和木質(zhì)素外，還含有10%左右的六碳糖。通過熱解和酸或酶水解的方法，可將秸稈中的半纖維素轉(zhuǎn)化為五碳糖，纖維素轉(zhuǎn)化為六碳糖，工業(yè)上秸稈糖生產(chǎn)主要采用熱解、酶解技術(shù)。秸稈糖為五碳糖（約10%）、六碳糖（約80%）及低聚糖（約10%）等的多糖混合物，可代替淀粉糖作為生物發(fā)酵和生物化工碳源。除此之外，秸稈糖應(yīng)用范圍廣泛，可以應(yīng)用于降解塑料、纖維織物、樹脂鏡片、生物燃油、汽車內(nèi)飾和管材等領(lǐng)域。

（五）松原來禾化學(xué)有限公司生產(chǎn)的新技術(shù)

松原來禾化學(xué)有限公司是一家專注農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用研發(fā)的民營企業(yè)，在與中國科學(xué)院工程研究所長期合作的過程中，取得了一系列重大技術(shù)突破，于2010年建成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“30萬噸∕年秸稈煉制生產(chǎn)線”，并被確定為國家“973”計劃“秸稈資源高值化關(guān)鍵過程的基礎(chǔ)研究”的工業(yè)產(chǎn)業(yè)化示范工程。項目投產(chǎn)后每年可實現(xiàn)銷售收入12億元、稅金0.85億元、利潤近1億元。該工程在充分利用秸稈半纖維素實現(xiàn)年產(chǎn)5萬噸丁醇的同時，還可同步生產(chǎn)高純度木質(zhì)素3萬噸、纖維素12萬噸。2010年“年產(chǎn)5萬噸生物聚醚多元醇生產(chǎn)線”在吉林省松原市百瑞生物多元醇有限公司正式建成并投產(chǎn)試車成功。該生產(chǎn)線采用來禾化學(xué)“秸稈煉制項目”所生產(chǎn)的纖維素和木質(zhì)素為原料，產(chǎn)品應(yīng)用于能源、塑料、材料、化工等行業(yè)，其技術(shù)為華南理工大學(xué)與松原市百瑞生物多元醇有限公司等合作攻關(guān)，自2010年7月以來，各方已就該技術(shù)聯(lián)合申請發(fā)明專利多項。

二、吉林省玉米秸稈利用潛力分析

吉林省玉米種植面積較大，但由于資源利用的不合理，大量農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)物，特別是秸稈，給生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。而秸稈作為一種可利用的資源，如果利用合理，即可創(chuàng)造一定的經(jīng)濟效益，也可避免秸稈對周圍環(huán)境的污染。根據(jù)調(diào)查，吉林省秸稈收集資源總量主要用于燃料和廢棄燃燒，除一少部分由農(nóng)戶收集作為生活燃料外，絕大部分在田間隨意焚燒和堆積，這種處理方式既造成了資源的浪費，同時易造成火災(zāi)風(fēng)險與大氣環(huán)境的污染，對周圍環(huán)境、人類健康、交通運輸和周圍植物的成長造成影響。而用于工業(yè)用途的造紙、壓制密度板、食用菌基料比重很小，秸稈資源化利用存在廣闊的發(fā)展空間。中國的廣大科技工作者對秸稈還田進(jìn)行了卓有成效的研究。秸稈還田有堆漚還田，過腹還田，直接還田等多種方式。當(dāng)前，我國的秸稈處理技術(shù)有了新的發(fā)展，有一批新的成熟技術(shù)正在示范和推廣之中。這些技術(shù)有的是對傳統(tǒng)的處理方法進(jìn)行技術(shù)改造，有的則是尋找新思路和新措施。當(dāng)前，各國已將農(nóng)作物秸稈處理列為發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村可再生資源利用的重要戰(zhàn)略之一，采用適宜技術(shù)有效開發(fā)利用農(nóng)作物秸稈資源對可持續(xù)農(nóng)業(yè)及農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展必將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的意義。

吉林省應(yīng)根據(jù)資源、技術(shù)等實際，對大部分燃燒和廢棄的秸稈進(jìn)行有效收集，開發(fā)多種能源化利用途徑，如秸稈固化、氣化等；由于秸稈的松散性、密度低、不便運輸?shù)瓤梢虻刂埔瞬扇≈苯訐焓按蚶?、壓縮的方式，配套相應(yīng)的收集機械，在地頭完成秸稈的集中收集、運輸工作，為能源化利用（如秸稈固化、直燃發(fā)電、氣化以及大中型沼氣工程等）創(chuàng)造條件。未來農(nóng)作物秸稈綜合利用還可以通過主要有以下途徑：

（一）機械化秸稈還田

農(nóng)作物秸稈還田是補充和平衡土壤養(yǎng)分。改良土壤的有效方法，是高產(chǎn)田建設(shè)的基本措施之一，對于提高資源利用率，節(jié)本增效，提高耕地基礎(chǔ)地力和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。西方國家還將秸桿還田作為發(fā)展有機食品（綠色食品）的主要手段。玉米秸稈直接還田通過玉米聯(lián)合收割機把秸稈直接還田，不僅供給作物氮、磷、鉀、微量元素等養(yǎng)分，而且還會改善土壤物理性質(zhì)，促進(jìn)團粒結(jié)構(gòu)的形成。目前，秸稈還田方法包括，第一，秸稈覆蓋或粉碎直接還田；第二，利用高溫發(fā)酵原理進(jìn)行秸稈堆漚還田；第三，秸稈養(yǎng)畜，過腹還田；第四，利用催腐劑快速腐熟秸稈還田，在秸稈中添加一定量的生物菌劑及適量的氮肥和水，再經(jīng)高溫堆漚，可使秸稈腐熟時間提早15～20天。實踐證明，機械化粉碎秸稈還田是秸稈綜合利用的主要技術(shù)措施和手段。

（二）秸稈能源化利用新技術(shù)

秸稈直接燃燒作為我國農(nóng)村傳統(tǒng)式，成本低、易推廣。秸稈的主要成物，如果充分燃燒，可以作為一種清潔能源。我國秸稈能源化利用技術(shù)主要包括秸稈沼氣（生物氣化）、秸稈固化成型嫩料、桔稈熱解氣化、直燃發(fā)電和秸稈干餾等方式。我國在該領(lǐng)域開展了大量的研究。但推廣過程并不順利，主要表現(xiàn)在利用技術(shù)還不成熟，成本過高，無法在農(nóng)村地區(qū)大范圍推廣。如果未來有關(guān)秸稈利用技術(shù)取得重大進(jìn)展。我國農(nóng)村秸稈消費必將大幅提高。生物質(zhì)是僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源，在世界能源總消費量中占14%。我國每年農(nóng)作物秸桿資源量約占生物質(zhì)能資源量的近一半。秸桿在我國農(nóng)村生活用能構(gòu)成中占有重要地位，但消費方式亟需改變。農(nóng)作物秸稈能源轉(zhuǎn)化的主要方式是秸稈氣化。秸稈氣化的目標(biāo)是建立農(nóng)村生活用集中供氣系統(tǒng)。集中供氣就是利用大型秸稈氣化設(shè)備，集中村莊的秸稈原料，采用集中制氣、集中供氣的方法，相當(dāng)于工廠化制氣，然后通過管道將秸稈氣輸送到各家各戶使用。

（三）加強基礎(chǔ)理論研究，在引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上自主創(chuàng)新

目前，我們在秸稈收獲機械領(lǐng)域幾乎沒有可以參考的設(shè)計參數(shù)，一些關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)都掌握在國際大集團手里而不對外公布。例如：秸稈打捆的密度合理區(qū)間、各種秸稈在打捆過程中的摩擦系數(shù)等。為了掌握關(guān)鍵技術(shù)并進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計，基礎(chǔ)理論研究是必不可少的過程。為了適合我國具體種植業(yè)結(jié)構(gòu)，設(shè)計適用機型，就需要在引進(jìn)吸收國際先進(jìn)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計開發(fā)。同時，需要研發(fā)相關(guān)成套設(shè)備。由于小型打捆機揀拾寬度有限，為提高其作業(yè)效率，應(yīng)研發(fā)與之相配套的摟集設(shè)備，該設(shè)備應(yīng)該兼顧多種作物秸稈的摟集作業(yè)，以降低使用成本。目前使用的小型打捆機用于玉米、大豆等秸稈打捆尚有一定困難，這就要求研發(fā)與之相配套的前期處理設(shè)備或?qū)ζ渌r(nóng)業(yè)機械進(jìn)行部分改進(jìn)，使之與打捆機能夠配套使用（如聯(lián)合收割機的秸稈粉碎機構(gòu)）。 由于小型打捆機自身結(jié)構(gòu)的限制，密度的大幅度提高是極其困難的，應(yīng)該繼續(xù)研發(fā)與之相配套的高密度二次壓縮機，以減少運輸和儲藏成本。該類設(shè)備國際上基本沒有成型技術(shù)可以借鑒，需要深入研究進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計。為了提高效率，相關(guān)運輸和儲藏設(shè)備是必不可少的，例如適合秸稈運輸?shù)倪\輸車輛、草捆抓手等。該類產(chǎn)品的研發(fā)應(yīng)兼顧多功能性以減少使用成本。