我國秸稈生物炭資源化的難點與對策研究

宋婉萌+孫娜+趙園園+牛思露+高園園

摘 要：目前，中國有大量的秸稈被焚燒，不僅造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，而且是資源的浪費。科學(xué)研究表明，生物炭的固碳作用對土壤環(huán)境有很大的改善作用，增強土壤肥力及減輕全球變暖，從而促進低碳農(nóng)業(yè)的發(fā)展和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。本文通過調(diào)查中國秸稈資源產(chǎn)量及利用現(xiàn)狀，分析秸稈向生物炭轉(zhuǎn)化的效益，探討在此過程中可能存在的問題，并在此基礎(chǔ)上提出解決秸稈到生物炭轉(zhuǎn)化的對策及建議。

關(guān)鍵詞：秸稈；生物炭；增匯減排

現(xiàn)今我們的環(huán)境質(zhì)量每況愈下，霧霾天氣越來越多也越來越嚴(yán)重，全球變暖現(xiàn)象不斷加劇，很可能在未來對我們的生活產(chǎn)生很大影響。社會的不斷進步，工業(yè)化進程的步伐加快，增大了碳的排放量。而農(nóng)業(yè)碳排放又占據(jù)很大份量，每年產(chǎn)生巨量農(nóng)作物秸稈，這些秸稈的不合理利用產(chǎn)生了大量碳。秸稈埋藏在土地里產(chǎn)生很多諸如CH4、CO、CO2、等含碳氣體，對大氣造成嚴(yán)重污染。然而，如果將秸稈華麗地變身為低能耗、低污染、低排放的生物碳，必然會形成一種節(jié)約型、效益型、安全型的經(jīng)濟模式，對環(huán)境和經(jīng)濟產(chǎn)生很大影響。

1 我國秸稈的利用現(xiàn)狀

我國是糧食生產(chǎn)大國，也是秸稈生產(chǎn)大國，每年產(chǎn)生的秸稈約占全世界秸稈總量的20%～30%得到利用，雖然我國秸稈資源非常豐富，但并沒有充分利用，只有20%多得到利用[1]。

農(nóng)作物秸稈資源量一般根據(jù)糧食的產(chǎn)量和草谷比計算得到，如式（1）。

（1）

其中，CR—秸稈資源量，Qi—第i種農(nóng)作物的產(chǎn)量，ri—第i種農(nóng)作物的谷草比。

秸稈資源量估算的關(guān)鍵是農(nóng)作物草谷比系數(shù)的確定。綜合已有研究的草谷比選擇方法和中國的秸稈資源情況來確定草谷比系數(shù)。根據(jù)2014年中國統(tǒng)計年鑒得出中國2013年的秸稈資源量[2]，具體信息詳見表1。

根據(jù)2014年中國統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)，我國稻谷、小麥、玉米等主要糧食總產(chǎn)量達48，074.2萬t，可產(chǎn)生秸稈高達85，385.6萬t，折合43，068.8萬t標(biāo)準(zhǔn)煤（見表1）。

秸稈能源化利用方式有秸稈還田、燃燒發(fā)電、制作沼氣、氣化、作為飼料和作為工業(yè)紡織業(yè)原料等多種路徑。盡管秸稈的利用方式已經(jīng)多元化，但秸稈的主要利用方式還是被丟棄和燃燒，這樣的不合理利用已經(jīng)對環(huán)境及社會產(chǎn)生很多負面影響。首先丟棄秸稈是資源的大量浪費，而且有的人將秸稈隨意丟棄在路上，造成交通堵塞等問題。另外，秸稈焚燒的危害更大，其一，嚴(yán)重污染環(huán)境，傷害人體健康；其二，降低空氣能見度；其三，容易發(fā)生火災(zāi)；其四，破壞土壤地表結(jié)構(gòu)及環(huán)境的污染，秸稈焚燒時一般能燒至地表一二分，造成地表腐殖質(zhì)、有機質(zhì)礦化，改變土壤的物理性質(zhì)及生態(tài)平衡，使土地質(zhì)量下降，降低農(nóng)作物產(chǎn)量。

究其原因在于：一是人們環(huán)保意識不強，沒有意識到秸稈的這些利用對環(huán)境和社會帶來的影響。二是缺乏引導(dǎo)和宣傳，環(huán)保意識不強說到底是引導(dǎo)宣傳力度不夠。三是科技轉(zhuǎn)化力度不夠，缺乏必要的資金支持，秸稈的經(jīng)濟價值難以發(fā)揮。四是沒有統(tǒng)一組織的規(guī)模性處理，大多處理還是小家小戶的規(guī)模，對于秸稈的轉(zhuǎn)化利用比較少。

農(nóng)業(yè)秸稈無氧低溫?zé)崃呀庵瞥傻纳锾?，不僅可以提高土壤速效養(yǎng)分含量以及土壤有機質(zhì)含量，增強土壤肥力，還可以改善土壤理化性質(zhì)，改變土壤氧化還原電位及土壤微生物群落組成等，降低污染物的生物有效性和遷移性。

2 秸稈轉(zhuǎn)化為生物炭帶來的效益

2.1 環(huán)境效益

如今我們的環(huán)境質(zhì)量日趨下降，一系列的環(huán)境問題接如今我們的環(huán)境質(zhì)量日趨下降，一系列的環(huán)境問題接踵出現(xiàn)，例如污染嚴(yán)重、溫室效應(yīng)、氣候變化異常等。這些環(huán)境問題將給我們?nèi)祟愇磥碓诘厍虻纳顜韲?yán)重危害。據(jù)測算，在不危及人類糧食安全、生存環(huán)境及土壤保護的情況下，生物炭每年減排溫室氣體的潛力可達目前人類溫室氣體排放量的12%。生物炭的增匯減排效應(yīng)，可以減緩全球變暖趨勢，對全球氣候起到調(diào)控作用。

2.2 農(nóng)業(yè)效益

（1）改良土壤性質(zhì)，提高土壤肥力。

生物炭比表面積大且多孔，能夠改良土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，生物炭含有一定量的礦物質(zhì)養(yǎng)分，可以增多土壤中礦物質(zhì)元素，生物炭通常對養(yǎng)分貧瘠土壤及沙質(zhì)土壤的一些養(yǎng)分補充作用較明顯。

（2）修復(fù)土壤污染，改善農(nóng)業(yè)環(huán)境。

隨著科技發(fā)展，農(nóng)藥化肥等農(nóng)業(yè)用品使用得越來越多，重金屬和農(nóng)藥等污染土壤修復(fù)如今備受關(guān)注，土壤是農(nóng)作物及一切植物生長的地方，解決此問題相當(dāng)重要，世界各國都面臨這個問題。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)是我們努力的方向，以實現(xiàn)改善農(nóng)業(yè)環(huán)境，提高土壤肥效，增加農(nóng)作物產(chǎn)量，促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2.3 作為新能源

廢棄生物質(zhì)在熱裂解產(chǎn)生生物炭的過程中還可獲得混合氣及生物油，生物油或混合氣經(jīng)過蒸汽催化重整分離可得到氫氣副產(chǎn)品，氫氣可作合成氨的原料，也可作氫能源。生物油精煉可得到生物柴油燃料，生物油也可升級加工為工業(yè)化學(xué)品。因此，廢棄生物質(zhì)熱裂解產(chǎn)生的生物能源及化學(xué)品可降低對化石能源或原料的依賴。

3 秸稈制備生物炭面臨的問題及對策

3.1 面臨的問題

（1）收集困難

秸稈的出現(xiàn)呈間斷且循環(huán)的規(guī)律，而且秸稈本身容易變質(zhì)腐爛，全國各地分布著不同的秸稈，這都使得秸稈收集困難?，F(xiàn)在也沒有完善的體系和規(guī)章制度來約束，很多人都沒有收集的意識，大家對秸稈的利用還了解尚少。

（2）技術(shù)還不成熟

秸稈轉(zhuǎn)化為生物炭的技術(shù)目前還不夠成熟，只有在很多大城市有轉(zhuǎn)化的設(shè)備，該項技術(shù)掌握的人不多。設(shè)備面積大，成本高，耗費大。且秸稈量大，容易使機器磨損。這樣帶來的經(jīng)濟效益并不高，不能達到期望的效果。

（3）政策支持力度不夠

首先政府沒有制定相關(guān)的規(guī)章制度，另外政府也沒有相關(guān)的資金投入。有些企業(yè)雖然有這方面的意向，但是扶持力度不夠，使該技術(shù)無法推廣發(fā)展。

3.2 應(yīng)對策略

（1）采取便捷有效的服務(wù)措施。宣傳鼓勵人們將秸稈收集，以免造成浪費污染。另外在秸稈集中地方增加生物炭轉(zhuǎn)化點，使收集的秸稈能更快得到轉(zhuǎn)化，減少因運輸?shù)葞淼膯栴}。

（2）吸引培養(yǎng)科技人才。不斷完善該轉(zhuǎn)化技術(shù)使其不斷趨于成熟，以此減少成本的無故耗費，增大經(jīng)濟效益。

（3）加大扶持鼓勵力度。政府應(yīng)對相關(guān)企業(yè)增加資金投入，不斷鼓勵更多企業(yè)來做該工作。另外要宣傳倡導(dǎo)秸稈生物炭的好處，增強人們廢物再用、保護環(huán)境的意識。建立一定的獎懲制度。

4 結(jié)論

無論環(huán)境，農(nóng)業(yè)還是新能源方面，利用秸稈所產(chǎn)生的生物炭的整體效益遠遠多于秸稈，而且低碳經(jīng)濟已成為世界經(jīng)濟、能源、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。目前全球面臨眾多問題，將生物炭的價值用在這些問題的解決中，相信會給我們帶來成效，只是目前生物炭商業(yè)化的生產(chǎn)與農(nóng)用尚不多見，因此，我國應(yīng)加強秸稈到生物炭轉(zhuǎn)變的研究及開發(fā)，為上述問題的綜合解決提供技術(shù)和產(chǎn)品。

*本文系2015年南陽師范學(xué)院教學(xué)研究項目宛院發(fā)[2015]232-10；南陽師范學(xué)院大學(xué)生實踐教學(xué)活動創(chuàng)新項目，項目編號：ZZ-2015—030；南陽師范學(xué)院博士啟動基金科研項目（15087）；河南省教育廳重點項目（16B610010）研究成果之一。作者高園園為本文通訊作者。

參考文獻

[1] 劉瑞偉：我國農(nóng)作物秸稈利用現(xiàn)狀及對策[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2009，29（1）.

[2] 中華人民共和國國家統(tǒng)計局：中國統(tǒng)計年鑒[M]，2014.