低碳經濟下農作物秸稈能源利用需求性分析

周育紅 花海蓉 陳 前

（南通農業職業技術學院，江蘇 南通 226007）

低碳經濟下農作物秸稈能源利用需求性分析

周育紅 花海蓉 陳 前

（南通農業職業技術學院，江蘇 南通 226007）

本文介紹了農作物秸稈能源利用的幾個途徑，從能源短缺、環境壓力、秸稈過剩數量壓力以及發展農村經濟等方面分析了在低碳經濟下秸稈能源利用的需求性和緊迫性，提出應該加強秸稈能源利用技術研究，大力推廣秸稈能源利用。

農作物秸稈；能源；利用；環境污染

低碳經濟，是指在可持續發展理念指導下，通過技術創新、制度創新、產業轉型、新能源開發等多種手段，盡可能地減少煤炭石油等高碳能源消耗，減少溫室氣體排放，達到經濟社會發展與生態環境保護雙贏的一種經濟發展形態。近年來，發展低碳經濟已成為中國經濟發展的大趨勢，農作物秸稈作為農業生產的主要副產物，是農村重要的物質資源，秸稈能源利用就是把低碳經濟的發展理念應用于農業系統中，在農業生產中把秸稈重新利用，實現農業發展和生態環境的雙贏。我國是一個農業大國，每年可生產農作物秸稈數億噸，是世界上秸稈資源量最為豐富的國家之一，農作物秸稈大部分用于農村生活能源被燒掉，另有一部分被丟棄在田間；秸稈的丟棄或焚燒造成了資源的巨大浪費，不僅嚴重影響了我國的生態環境以及交通安全，而且還危害著人類的健康和安全。總的來說，秸稈目前還處于高消耗、高污染、低產出的狀況，未能得到高效合理的開發利用，因此，秸稈資源的合理、有效利用已成為亟待解決的問題。

1 農作物秸稈能源利用技術

1.1 農作物秸稈綜合利用技術

綜合起來，秸稈利用主要途徑為“五料”，即肥料、燃料、飼料、基料及工業原料。秸稈肥料化是指秸稈通過直接還田、動物過腹還田以及積制、堆漚肥等技術使之肥料化，可以改善土壤理化性狀，增加土壤有機質，活化土壤，有利于農作物的正常健康生長；秸稈飼料化是指秸稈通過經過一定的物理、化學或生物方法處理，打破秸稈營養物質障礙，把秸稈轉化為營養豐富的優質飼料來用于發展養殖業；作為工業原料是指利用秸稈天然纖維素纖維生物降解性好的特性，將其作為紙漿原料、保溫材料、包裝材料、各類輕質板材的原料，或從中提取淀粉、木糖醇、糖醛等；秸稈是食用菌栽培的基礎材料，秸稈袋料栽培食用菌，是目前利用秸稈生產平菇、香菇、金針菇、雞腿菇的常用方法；秸稈用作燃料是指通過秸稈能源化利用技術產生燃氣、燃油等可以供熱、發電等用途。

1.2 農作物秸稈能源利用技術

農作物秸稈能源轉化的主要方式有直接燃燒（包括通過省柴灶、節能炕、節煤爐燃燒及直燃發電）、固化燃料（固體成型為顆粒、塊狀和棒狀燃料）、氣化燃料（包括生物質燃氣、沼氣）和液化燃料（包括燃料乙醇和生物原油）等。

1.2.1 秸稈生物氣化

又稱秸稈沼氣技術，是指以秸稈為主要原料，經微生物厭氧發酵作用生產可燃氣體——沼氣的秸稈處理利用技術。采用此技術處理秸稈，可通過化學、物理和生物等預處理方法，改善厭氧發酵效果，提高沼氣產量，能生產農村急需的高品質清潔能源；同時產生的沼渣、沼液具有高肥效、低成本的優勢，對改善植物與環境的互作關系、增強植物的抗逆能力、提高作物的產量、改進農產品品質等具有重要作用。

1.2.2 秸稈熱解氣化

就是將秸稈轉化為氣體燃料的熱化學過程。秸稈在氣化反應器中氧氣不足的條件下發生部分燃燒，以提供氣化吸熱反應所需的熱量，使秸稈在700℃～850℃左右的氣化溫度下發生熱解氣化反應，轉化為含H2、CO和低分子烴類的可燃氣體。得到的可燃氣體既可直接作為鍋爐燃料供熱，又可以經過除塵、除焦、冷卻等凈化處理后，為燃氣用戶集中供氣，或者驅動燃氣輪發電機或燃氣內燃發電機發電。

1.2.3 秸稈固化成型燃料

秸稈固化成型燃料是指利用機械設備，在一定溫度和壓力作用下，將農作物秸稈粉碎后再壓縮制成規則的、密度較大的棒狀、塊狀或顆粒狀等成型燃料。秸稈擠壓成型后，密度可達0.8～1.3t/m3，熱值可達15～17MJ/Kg，燃燒特性明顯改善，且貯存、運輸、使用方便，是在一定領域代替木材、煤炭的理想燃料。

1.2.4 秸稈直接燃燒發電

秸稈直接燃燒發電技術類似燃煤技術，燃燒產生的蒸氣通過汽輪機或蒸汽機系統驅動發電機發電。秸稈燃燒發電技術可分為直接燃燒、氣化燃燒和混合燃燒發電等幾種技術類型。

1.2.5 秸稈液化

是指是通過不同的工藝，將秸稈液化為生物油或液化油的技術。秸稈液化主要包括水解液化、熱解液化和直接液化三種技術。此不同于目前已應用的生物柴油和糧食乙醇等第一代生物燃料技術，它是利用農林廢棄物等生物質為原料來制備液體燃料的新一代生物能源技術，能解決用作物籽實生產生物柴油和乙醇等第一代生物能源占用耕地、與人搶糧的致命缺點，被稱為第二代生物能源。得到的產品可以完全與目前的車用液體燃料系統相兼容，不需要對目前的車輛系統做出任何調整，便于推廣；此外，生物質合成油產品質量非常高，基本不含硫和芳香化合物，污染排放指標優于傳統石油產品，屬于清潔燃料。

2 農作物秸稈能源利用需求性分析

為了應對全球氣候變化和石油價格不斷上升等問題，進入21世紀以來，世界各國非常重視發展替代能源，提出明確的發展目標，積極制定新的能源發展戰略、法規和政策，能源多元化和發展可再生能源已成為世界發展之大勢。我國是能源消費大國，能源供應主要依靠煤炭、石油和天然氣等化石能源，而化石能源資源的有限性及其開發利用過程對生態環境造成的巨大壓力，制約著經濟社會的可持續發展，開發清潔的可再生能源已成為我國能源領域的一個緊迫課題。生物質能作為一種環境友好的可再生能源，是唯一可存儲和運輸的可再生能源，是國家重點鼓勵發展領域之一。

2.1 開辟新能源，解決能源危機

近十幾年來，化石能源儲量逐漸減少耗竭，越來越引起全世界的關注。據國際權威機構測算，從全球現有石油、天然氣和煤炭可采儲量、儲量增長潛量及待發現量來看，石油還可用92年，天然氣和煤炭分別可用63年和90年，可見21世紀將是化石能源換代世紀。

我國能源資源短缺，消費結構單一，需求增長，石油進口依存度高，形勢十分嚴峻。我國2005年一次能源消費結構中，煤炭占68%，石油21%，天然氣3%，水電7%，即其中化石能源占了92%，核能與可再生能源不到1%，這種能源結構必然導致對環境的嚴重污染和可持續低。據專家估計，我國可用煤儲量1145億～1892億t，按2004年開采量計，可用60～100年，石油可開采資源量150億t，約能用到2040年。我國能源的緊張，突出地表現在石油上，儲量僅占世界總量的3%，消費是世界第二，其需求持續高速增長。1990年的消費量突破1億t，2000年達2.3億t，2004年達3.2億t。我國自1993年成為是有進口國后，2004年進口量達到1.4億t，依存度46%；預測2020年的石油消費量將達到4.5億t，進口2.5億t，依存度將超過55%。我國經濟的高速發展，必須建立在能源安全和有效、持續供給的基礎上，資源短缺與需求劇增的矛盾激化以及石油產品價格飆升的嚴峻挑戰，已越來越深刻地影響我國經濟的健康發展和安全，在厲行能源節約和加強常規能源開發的同時，改變目前的能源消費結構，向能源多元化和可再生清潔能源時代過渡，已是迫在眉睫。

農作物秸稈含碳量約為40%，其能源密度約為14.0～17.6MJ/kg，即燃燒熱值相當于標準煤的50%，秸稈本身作為某些物質和能量的載體，是當今世界上僅次于煤炭、石油和天然氣的第四大能源，在世界能源總消費量中占14%，預計到本世紀中葉，采用新技術生產的各種生物質替代燃料將占全球總能源的40%以上，如何讓農作物秸稈能源發揮最大的效益，目前已成為越來越多的國家廣泛關注的問題，并且已經把農作物秸稈等可再生資源的轉化利用列入社會經濟可持續發展的重要戰略。

丹麥是世界上最早使用秸稈發電的國家，其阿維多發電廠建于上世紀90年代，被譽為全球效率最高、最環保的熱電聯供電廠之一，該電廠每年燃燒15萬t秸稈，可滿足幾十萬用戶的供熱和用電需求；和煤、油、天然氣相比，秸稈成本低、污染少，是電廠認為最劃算的燃料；此外，秸稈燃燒后的草木灰還可以無償地返還給農民作為肥料。使用秸稈發電，電廠降低了原料的成本，百姓享受了便宜的電價，環境受到保護，新能源得以開發，同時還使農民增加了收入，串聯起了一個“黃金圈”。但目前我國這樣的專業發電廠很少。如今已有130家秸稈發電廠遍及丹麥，秸稈發電等可再生能源占到全國能源消費量的24%以上。丹麥BWE發電技術也在西班牙、英國、瑞典、法國等國投產運行多年。丹麥建有許多小型的利用農作物秸稈的氣化爐，用于家庭冬季供暖。

農作物秸稈在美國的用途很廣，其利用農作物秸稈氣化發電技術的總裝機容量已達9×103MW，單機容量達10～25MW，預計2020年將達3×105MW，有關農作物秸稈與纖維素乙醇的提煉，則是秸稈綜合回收利用在美國的最新進展；近年日本地球環境產業技術研究機構與本田技術研究所共同研制出從農作物秸稈纖維素中提取酒精燃料的技術，向實用化發展；德國農場3000多個沼氣工程中，超過60%的工程采用玉米青貯秸稈與畜禽糞便混合厭氧發酵來生產沼氣并用來發電。

據有關資料，如果我國產生的農業廢棄物按目前的沼氣技術水平能轉化成沼氣3111.5億m3，戶均達1275.2m3，可解決農村能源短缺。以農作物秸稈為例，將目前的7億t秸稈轉化成電能，按1kg秸稈產生電1kWh計算，就具有產生7億kWh電能的潛力。

2.2 緩解環境壓力，改善生態環境質量

眾所周知，過分使用化石原料已造成嚴重的環境污染，減排溫室氣體和減緩全球大氣變暖已成為人類的共識。我國以化石能源為主的能源消費量劇增，對環境壓力越來越大。2003年的二氧化碳排放量達到8.23億t，居世界第二位，二氧化硫的排放量也超過了2000萬t，居世界第一位，酸雨區已占到國土面積的30%以上。我國氧化碳排放量的70%、二氧化硫的排放量90%、氮氧化物排放量的2/3均來自燃煤。預計到2020年，我國氧化碳的排放量、二氧化硫的排放量將分別超過我國環境容量的30%和46%。在未來幾十年，我國將面臨國際公約以及二氧化碳減排的巨大壓力。

秸稈是一種很好的清潔的可再生能源，其利用方式充分體現了環保和綠色。首先，秸稈纖維中的碳占絕大部分，小麥、玉米等主要糧食作物秸稈的含碳量約占40%以上，而且其平均含硫量只有3.8‰，而煤的平均含硫量約達1%，與礦物能源相比，秸稈在完全燃燒后釋放出的SOX、NOX、灰分等要小得多；同時，秸稈生產和能源利用過程還具有二氧化碳零排放特性，由于秸稈在生長時需要的二氧化碳相當于利用它時排放的二氧化碳的量，因而對大氣的二氧化碳凈排放量近似于零，是減排二氧化碳的最重要的途徑；另外，通過氣化，松散的秸稈變成燃氣，供應給農戶使用，又避免了秸稈的隨意焚燒而帶來的環境污染以及隨意堆放而帶來火災隱患，改變了村莊的面貌，減少了家庭的炊事時間，改善了廚房的環境衛生。

2.3 克服秸稈過剩，解決資源浪費

我國是農業大國，大部分地區盛產糧食作物，秸稈的年產量也非常可觀，且呈逐年增加的趨勢，見表1。

表1 我國主要農作物秸稈資源量（107t/y）

由上表可見我國秸稈的資源量增加較快，秸稈利用方式主要有：還田、飼料、工業原料、薪柴和露天焚燒，其中還田占15%、飼料20%、工業原料4%、薪柴45%、露天焚燒16%，依次參數，秸稈資源在有61%可用于能源，即在不改變秸稈現有用途的前提下，每年可用做生物質原料的秸稈數量巨大并呈逐年上升趨勢。

另外，近幾年來，隨著農村經濟的發展和農民生活水平的提高，與隨種植業發展秸稈產出量增加相反，農民對秸稈的燃燒利用卻減少，從而使農作物秸稈出現過剩，山東、福建、吉林、河南等地區，本身的煤炭資源就十分豐富，很多農戶已經選用較為清潔和使用方便的煤、油、電、氣作為日常生活用能。

秸稈還田雖然可以補充土壤中的有機質含量，提高土壤肥力，但是在目前耕作條件下，秸稈還田并不是越多越好。這是由于中國大部分地區復種指數高，倒茬間隔時間短，加之秸稈碳氮比高，不易腐爛。秸稈還田常因翻壓量過大，土壤水分不適，施氮肥不夠，翻壓質量不好等原因，出現妨礙耕作、影響出苗、病蟲害增加等現象，有的甚至造成減產。因此，秸稈還田并非多多益善，需要根據實際情況，尤其是土壤肥力狀況，量田定還。化肥也替代農家肥而廣泛使用。因此，秸稈剩余量就更為豐富，秸稈能源浪費量也更為驚人。

秸稈產量過剩的趨勢不可逆轉，只有通過能源利用技術實現工業化生產才能解決秸稈大量過剩問題。

2.4 發展農村經濟，改善農民生活質量

我國有8億農民，農業和農村經濟還比較落后，正在大力推進現代農業和社會主義新農村建設，在發展農村經濟上，就必須延伸生產鏈條，拓寬生產領域和農民增收渠道；在社會效益上，要推進農村工業化和中小城鎮建設，縮小工農和城鄉差別，充分利用農村勞動力；在生態效益上可以通過對農業廢棄物的處理和利用使之無害化和資源化，推進資源化節約和循環使用，改善農村環境狀況，改善農村生活能源的消費水平和質量。

在這種形勢下，使得農作物秸稈能源利用成為必需，秸稈熱解氣化、液化等技術，符合我國高速發展的經濟形勢，大大降低煤、天然氣等化石能源的使用量，提高能源綜合利用效率，減少污染，對新農村建設，構建節約型社會，保障能源供應，提高農民生活質量、健康水平和文明程度，從長遠的能源發展戰略角度出發，是改變我國能源結構、實現科學用能的重大舉措。

3 研究結論

本文在介紹了農作物秸稈能源利用的幾個途徑基礎上，從能源短缺、環境壓力、秸稈過剩數量壓力以及發展農村經濟等方面分析了在低碳經濟下秸稈能源利用的需求性和緊迫性。

研究充分表明：

第一，近年來發展低碳經濟已成為中國社會經濟發展的大趨勢。尤其為了應對全球氣候變化和石油價格不斷上升等問題，進入21世紀以來，世界各國非常重視發展替代能源，提出明確的發展目標，積極制定新的能源發展戰略、法規和政策，能源多元化和發展、可再生能源已成為世界發展之大勢。農村秸稈能源利用就是把低碳經濟的發展理念應用于我國社會主義新農村建設的重要實踐與途徑之一。

第二，我國是能源消費大國，能源供應主要依靠煤炭、石油和天然氣等化石能源，而化石能源資源的有限性及其開發利用過程對生態環境造成的巨大壓力，制約著經濟社會的可持續發展，開發清潔的可再生能源已成為我國能源領域的一個緊迫課題。生物質能作為一種環境友好的可再生能源，是唯一可存儲和運輸的可再生能源。

第三，我國是一個農業大國，每年可生產農作物秸稈數億噸，是世界上秸稈資源量最為豐富的國家之一，農作物秸稈大部分用于農村生活能源被燒掉，另有一部分被丟棄在田間。秸稈的丟棄或焚燒造成了資源的巨大浪費，不僅嚴重影響了我國的生態環境以及交通安全，而且還危害著人類的健康和安全。同時，我國秸稈目前還處于高消耗、高污染、低產出的狀況，未能得到高效合理的開發利用，因此，秸稈資源的合理、有效利用已成為亟待解決的重要生態環境問題。

第四，過分使用化石原料已造成嚴重的環境污染，減排溫室氣體和減緩全球大氣變暖已成為人類的共識。我國以化石能源為主的能源消費量劇增，對環境壓力越來越大。在農業生產中把秸稈重新利用，能夠有效緩解環境壓力，改善生態環境質量，實現農業發展和生態環境保護的雙贏。

第五，我國有8億農民，農業和農村經濟還比較落后，目前正在大力推進現代農業和社會主義新農村建設，通過對農業秸稈等廢棄物的處理和利用使之無害化和資源化，推進資源化節約和循環使用，改善農村生態環境狀況，改善農村生活能源的消費水平和質量。從長遠的能源發展戰略角度出發，推動秸稈循環利用是改變我國能源結構、發展農村經濟，建設社會主義新農村的重大舉措。

總之，隨著石油、煤等不可再生資源的日益枯竭，農作物秸稈作為一種寶貴的可再生資源，得到有效地利用已是必然趨勢。我國農作物秸稈資源豐富，分布廣、種類多、產量大、質量高，但是利用率還不是很高，在未來的發展中，我國應積極利用世界先進技術，結合本國現有條件，加快秸稈能源轉化技術研究，通過廣泛宣傳和政府多渠道扶持，大力推廣秸稈能源利用，促進秸稈利用向商品化發展，從而轉變農業增長方式、發展農業循環經濟，給農民增收帶來新的途徑，并且減少污染物排放，改善環境質量。

［1］ 胥暢，王勝清．低碳經濟下的農作物秸稈綜合利用研究［J］ ．經濟研究導刊，2011（31）：199-201.

［2］ 蔡澤民，曹明軍．秸稈利用路在何方? http：//www.kjcxpp.com/xueshu jiaoliu.asp?id=1121.

［3］ 崔宗均．生物質能源與廢棄物資源利用［M］ ．北京：中國農業大學出版社，2011.

［4］ 梁榕旺，徐淑莉．我國秸稈資源現狀及其利用［J］ ．畜牧與飼料科學2011，32（11）：21-22.

［5］ 趙希鵬．農作物秸稈的綜合開發利用現狀［J］ ．廣州化工，2011，39（22）：17-19.

［6］ 葉家春．農作物秸稈處理與利用中的幾個實際問題與解決辦法［J］ ．農業開發與裝備，2011，（5）：34-36.

［7］ 李歡，楊仁斌，陳亮．秸稈能源利用模式分析及進展［J］ ．第二屆全國農業環境科學學術研討會論文集，2007，7：694-698.

［8］ 黃素逸，杜一慶，明延臻．新能源技術［M］ ．北京：中國電力出版社，2011.

［9］ 農業部新聞辦公室．農業工程技術(新能源產業)［M］ ．全國農作物秸稈資源調查與評價報告，2011，（2）：2-5.

［10］ “十二五”農作物秸稈綜合利用實施方案http：//www.ndrc.gov.cn/zcfb/zcfbtz/2011tz/W020111219503630433351.pdf.

［11］ 石元春．決勝生物質［M］ ．北京：中國農業大學出版社，2010.

［12］ 蔡亞慶，仇煥廣，徐志剛．中國各區域秸稈資源可能源化利用的潛力分析［J］ ．自然資源學報，2001，26（10）：1637-1646.

Study on the Necessity of Energy Utilization of Crop Straw in the Low-Carbon Economy

ZHOU Yuhong HUA Hairong CHEN Qian

(Nantong Agriculture Vocational Technological College, JiangSu NanTong 226007)

In this paper, we recommend the energy utilization of crop straw; analyze the necessity of crop straw in the low-carbon economy from energy shortage, environment pressure, excess straw and rural economy development; We must strengthen study and spread on energy utilization of crop straw.

Crop straw; Energy; Utilization; Pollution

X32

A

1673-288X（2012）04-0104-05

周育紅, 工程師、副教授,主要研究方向為固體廢物處理與利用