基于TRIZ 理論的玉米秸稈綜合利用分析?以齊齊哈爾某新能源電力有限公司為例

王文信， 白 焱， 劉期成， 茹 卓， 呂黃珍

（1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京 100086； 2. 煙臺(tái)市蓬萊區(qū)檢驗(yàn)檢測(cè)中心，山東 煙臺(tái) 265699；3. 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，北京 100083）

0 引言

農(nóng)作物秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要副產(chǎn)品，是我國農(nóng)村使用的傳統(tǒng)燃料，也是寶貴的生物質(zhì)資源，秸稈資源能否合理處理與利用關(guān)系農(nóng)業(yè)能否實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展[1-3]。全國每年秸稈產(chǎn)量9 億多t，其中很大一部分秸稈仍采取焚燒方式處理，既造成大量資源浪費(fèi)，又嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境，危害居民身體健康，帶來火災(zāi)隱患[4-5]。

我國近年來出臺(tái)了一系列針對(duì)農(nóng)作物秸稈綜合利用的舉措和建議。2008 年《關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)作物秸稈綜合利用的意見》和2015 年《關(guān)于進(jìn)一步加快推進(jìn)農(nóng)作物秸稈綜合利用和禁燒工作的通知》強(qiáng)調(diào)全面管控秸稈露天焚燒，拓寬秸稈綜合利用渠道。2016 年《關(guān)于編制“十三五”秸稈綜合利用實(shí)施方案的指導(dǎo)意見》強(qiáng)調(diào)各省應(yīng)依據(jù)具體情況，找準(zhǔn)秸稈綜合利用困難根源，切實(shí)解決問題。2020 年《關(guān)于抓好“三農(nóng)”領(lǐng)域重點(diǎn)工作確保如期實(shí)現(xiàn)全面小康的意見》明確了治理農(nóng)村生態(tài)環(huán)境問題要加速推進(jìn)農(nóng)作物秸稈綜合利用。2022 年中央1 號(hào)文件把秸稈綜合利用作為加強(qiáng)農(nóng)業(yè)面源污染綜合治理、推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村綠色發(fā)展的重要抓手。

雖然國家高度重視，投入不斷增加，但秸稈綜合利用依然不容樂觀。以玉米秸稈利用為例：2020 年我國玉米種植面積4 126 萬hm2，約占糧食種植總面積的35.3%，秸稈產(chǎn)量約3 億t，無論種植面積還是秸稈產(chǎn)量都遙遙領(lǐng)先于其他作物，但據(jù)對(duì)我國重要玉米產(chǎn)地黑龍江省齊齊哈爾市調(diào)查，當(dāng)?shù)赜衩捉斩捰行Ю寐什蛔?0%。玉米秸稈的巨大產(chǎn)量與多元利用的需求量不足間的矛盾凸顯，導(dǎo)致地區(qū)性、季節(jié)性、結(jié)構(gòu)性的秸稈過剩，每到玉米收獲季節(jié)田間地頭、村莊內(nèi)到處都是秸稈，每年都有大量玉米秸稈違規(guī)焚燒，屢禁不止。本文運(yùn)用TRIZ 理論，對(duì)玉米秸稈綜合利用過程進(jìn)行分析，并以齊齊哈爾市某新能源電力有限公司實(shí)踐為例，為玉米秸稈綜合利用提供新思路，為農(nóng)作物秸稈提高綜合利用效率做出有益嘗試。

1 玉米秸稈綜合利用現(xiàn)狀

從全國范圍來看，目前玉米秸稈利用主要有肥料化、飼料化、基料化、原料化、燃料化5 種方式。

（1）肥料化利用：秸稈還田。這是目前最直接也最容易實(shí)施的利用方式，具有成本低、生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)，可增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，減少污染[6-7]。秸稈還田包括直接粉碎還田、高溫堆肥、過腹還田等。由于高溫堆肥需要較高成本、過腹還田受養(yǎng)殖業(yè)限制，目前玉米秸稈還田以直接粉碎還田為主。直接粉碎還田時(shí)，如果玉米秸稈粉碎不徹底、覆蓋不均勻，就會(huì)影響作物出苗，增加整地除草難度和某些病蟲害的發(fā)病率[8]。由于我國玉米主要種植區(qū)域位于北方地區(qū)，冬季土壤積溫較低，秸稈直接還田過程中秸稈分解速度緩慢，所以秸稈還田效果需要配套合理的施肥和灌溉技術(shù)來保證。由于存在上述限制，實(shí)際生產(chǎn)中玉米秸稈肥料化利用比例一般不超過50%。

（2）飼料化利用：利用秸稈生產(chǎn)飼料。玉米秸稈可作為發(fā)展畜牧業(yè)的原料[9]。作為飼料利用后，其副產(chǎn)品糞便又是上好的肥田原料。秸稈飼料分為青貯飼料、氨化飼料、草粉或顆粒等。近年玉米秸稈飼料化利用量一直保持增長(zhǎng)趨勢(shì)，年均增長(zhǎng)2.93%。但是玉米秸稈的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較低，適口性較差，對(duì)于單胃動(dòng)物來說很難消化吸收，所以只能作為反芻動(dòng)物的部分粗飼料，限制了玉米秸稈的大規(guī)模飼料化利用。

（3）基料化利用：利用秸稈生產(chǎn)食用菌。玉米秸稈粉碎后可用來生產(chǎn)食用菌，如平菇、雞腿菇、蘑菇等，用后的廢料還可作為農(nóng)家肥還田。但是基料化利用需要專業(yè)的技術(shù)指導(dǎo)，否則會(huì)面臨產(chǎn)量低、品質(zhì)差等技術(shù)難題。秸稈基料化技術(shù)在山東省相對(duì)成熟，但要輻射到更大的范圍并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益，還需要一定的時(shí)間[10]。

（4）原料化利用：主要是工業(yè)化利用。用玉米秸稈生產(chǎn)的包裝材料體積小、質(zhì)量小、壓縮性好、可降解、無污染，是一種可大力發(fā)展的工業(yè)化利用方法。利用秸稈造紙可以取代木漿造紙，其中草漿造紙領(lǐng)域的無污染清潔制漿技術(shù)可使造紙產(chǎn)業(yè)變得更節(jié)能環(huán)保。玉米秸稈還可以作為人造板材、工藝品、活性炭、木糖醇的原料。然而，由于秸稈資源分散，原料收集困難，要求具備專業(yè)的技術(shù)等，嚴(yán)重制約了原料化利用推廣。

（5）燃料化利用：玉米秸稈能源化利用。我國每年用作燃料的農(nóng)作物秸稈折合標(biāo)準(zhǔn)煤約1.5 億t[11]。秸稈可以被轉(zhuǎn)化為固態(tài)、液態(tài)、汽態(tài)燃料，并且可以用來發(fā)電。將秸稈加工為機(jī)制木炭，可以應(yīng)用在冶金、化工、生活燃料等場(chǎng)合；秸稈沼氣池相比糞便沼氣池更不容易腐爛，產(chǎn)氣率高；將秸稈進(jìn)行氣化及轉(zhuǎn)化為酒精燃料等，成為秸稈利用的新方式；玉米秸稈還可以通過擠壓成塊作為燃料，但是熱值較低；隨著生物發(fā)酵技術(shù)的進(jìn)步，近年玉米秸稈開始被用作生物質(zhì)發(fā)電的原料，但仍處于探索階段。秸稈燃料化利用的過程中，存在著秸稈收儲(chǔ)點(diǎn)分散、收集成本高、運(yùn)輸距離遠(yuǎn)、農(nóng)民認(rèn)識(shí)不足、企業(yè)積極性不高等一系列問題。

總的來看，雖然玉米秸稈利用模式中部分模式在各地取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，技術(shù)手段也在逐步發(fā)展完善，但很多應(yīng)用仍然難以直指痛點(diǎn)。我國玉米秸稈資源利用潛力巨大，如何精準(zhǔn)發(fā)力，實(shí)現(xiàn)資源化利用，變害為寶，值得研究[12]。

2 應(yīng)用TRIZ 理論分析玉米秸稈綜合利用思路

2.1 TRIZ 理論

TRIZ 理論在我國譯為“發(fā)明問題解決理論”，是由蘇聯(lián)科學(xué)家阿奇舒勒（G. S. Altshuller）于1946 年創(chuàng)立，該理論總結(jié)出各種技術(shù)發(fā)展進(jìn)化遵循的規(guī)律模式，以及解決各種技術(shù)矛盾和物理矛盾的創(chuàng)新法則[13]。TRIZ理論廣泛應(yīng)用于自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、管理科學(xué)和生物科學(xué)等領(lǐng)域，有助于查找問題根源、尋找創(chuàng)新路徑，快速解決實(shí)際問題。近年TRIZ 理論在國內(nèi)發(fā)展迅速，尤其在工程技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為快速提升我國創(chuàng)新技術(shù)水平提供了有效支撐，得到國內(nèi)諸多科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)和專家的重視，受到政府的大力推廣與支持。

為了破解當(dāng)前我國玉米秸稈利用困境，探索一條玉米秸稈綜合利用的有效路徑，項(xiàng)目組自2012 年以來一直致力于應(yīng)用TRIZ 理論提高玉米秸稈綜合利用效果的研究，將TRIZ 理論實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的基本原理同我國玉米秸稈利用的實(shí)際情況相結(jié)合，開展產(chǎn)學(xué)研深度合作，查找我國玉米秸稈處理過程中面臨的問題根源，全流程跟蹤指導(dǎo)企業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐，為秸稈處理相關(guān)方提供全方位的創(chuàng)新理論與方法支持，發(fā)展出一種符合生產(chǎn)實(shí)際、運(yùn)行高效、生態(tài)友好的玉米秸稈處理方式。

2.2 玉米秸稈綜合利用因果分析與物理矛盾分析

經(jīng)過多年實(shí)地調(diào)研和技術(shù)積累，通過對(duì)玉米秸稈“五化”利用過程進(jìn)行詳細(xì)梳理，全面查找了玉米秸稈利用過程中的阻礙因素，分析矛盾點(diǎn)，找到問題的根源，并使用TRIZ 理論有針對(duì)性地提出解決方案。分析過程如圖1 所示。

由圖1 可以看出，在玉米秸稈綜合利用過程中，生產(chǎn)者（農(nóng)戶）自身可以做的工作非常有限。如在秸稈肥料化處理過程中，由于農(nóng)戶自身缺乏技術(shù)，肥料還田過程中極易造成農(nóng)田毀壞；在秸稈飼料化處理過程中，只有飼養(yǎng)牲畜的家庭才有秸稈用作飼料需求，即使飼養(yǎng)牲畜，也只能消耗少量秸稈。此外，基料化、原料化和燃料化處理都要依賴一定的技術(shù)、設(shè)備、資金、場(chǎng)地和管理等方能取得預(yù)期的效益，而這些正是農(nóng)戶所不具備的。

圖1 玉米秸稈綜合利用因果分析與矛盾分析Fig. 1 Causal analysis and contradiction analysis of comprehensive utilization of corn straw

由于以上原因，調(diào)研地區(qū)收割后的大量玉米秸稈一開始只能被丟棄在田間，嚴(yán)重妨礙下一輪耕種。雖然我國已明令禁止焚燒秸稈，但為了不影響耕作，不少農(nóng)民依然冒著風(fēng)險(xiǎn)選擇就地焚燒。造成這種后果的直接原因是農(nóng)戶既缺乏專業(yè)的技術(shù)、設(shè)備、資金、場(chǎng)地等條件，又要求短期內(nèi)處理大量田間秸稈。對(duì)農(nóng)戶來說，不能因?yàn)榻斩挾逊e而影響來年耕種，哪怕是沒有收益，或者付出一定代價(jià)，也要迅速處理掉大量的玉米秸稈，“時(shí)效性高”是農(nóng)戶的首選原則。

另一方面，對(duì)玉米秸稈進(jìn)行深加工的機(jī)構(gòu)雖然能夠提供技術(shù)、資金、場(chǎng)地等條件，但由于這些機(jī)構(gòu)的秸稈處理地點(diǎn)是固定的，實(shí)際生產(chǎn)過程中秸稈處理機(jī)構(gòu)的生產(chǎn)需求與農(nóng)民秸稈的供給無法很好地匹配。一是玉米秸稈加工機(jī)構(gòu)規(guī)模有限，無法短時(shí)間內(nèi)加工大量的秸稈。二是秸稈處理機(jī)構(gòu)需掌握生產(chǎn)地點(diǎn)片區(qū)農(nóng)戶的秸稈產(chǎn)量信息，農(nóng)戶的種植地點(diǎn)并非一成不變，處理機(jī)構(gòu)也無法與每一位農(nóng)戶取得聯(lián)系，獲取玉米種植戶零散動(dòng)態(tài)信息需要大量時(shí)間成本，難度過大。三是玉米秸稈深加工機(jī)構(gòu)要根據(jù)自身的秸稈處理能力和秸稈運(yùn)輸距離進(jìn)行選擇。因?yàn)榻斩捗芏容^低，單位質(zhì)量的價(jià)格低，因此運(yùn)輸成本占總成本的比例較高。有些地點(diǎn)雖秸稈產(chǎn)量大，但因距離遠(yuǎn)、運(yùn)輸成本過高的原因，不得不放棄收購。因此，目前情況下玉米秸稈處理機(jī)構(gòu)需要的時(shí)間較長(zhǎng)，直接導(dǎo)致了處理過程的“時(shí)效性低”。

以上TRIZ 分析指向玉米秸稈處理中的一對(duì)物理矛盾?“時(shí)效性高”與“時(shí)效性低”。“時(shí)效性高”是為了防止影響下一輪耕種，需要快速處理農(nóng)地中積壓的玉米秸稈；“時(shí)效性低”是肥料化、飼料化、基料化、原料化和燃料化的應(yīng)用不能迅速處理秸稈的現(xiàn)實(shí)情況。

在TRIZ 創(chuàng)新方法理論中，解決物理矛盾的方式有時(shí)間分離、空間分離、條件分離和系統(tǒng)級(jí)別分離等[14]。這些分離方式的具體運(yùn)用過程如表1 所示。根據(jù)TRIZ理論中物理矛盾的解決方式，結(jié)合玉米綜合利用分析，考慮目前玉米秸稈處理的實(shí)際情況，提出4 種解決方案，如表2 所示。

表1 TRIZ 物理矛盾及其解法Tab. 1 Physical contradiction and solutions of TRIZ

表2 運(yùn)用物理矛盾分析解決玉米秸稈綜合利用方案Tab. 2 Using physical contradiction analysis to solve comprehensive utilization scheme of corn straw

2.3 運(yùn)用“物質(zhì)-場(chǎng)模型”分析玉米秸稈處理

鑒于玉米秸稈處理的矛盾，要解決的關(guān)鍵問題是實(shí)現(xiàn)秸稈與農(nóng)戶“分離”。采用TRIZ 理論中“物質(zhì)?場(chǎng)”模型方法分析農(nóng)戶和玉米秸稈構(gòu)成的系統(tǒng)，探索秸稈處理功能的實(shí)現(xiàn)路徑，如圖2 所示。一方面，農(nóng)民在玉米收獲季節(jié)很難騰出時(shí)間專門處理秸稈，并且農(nóng)民大部分不掌握玉米秸稈利用技術(shù)，資本積累少，對(duì)玉米秸稈的處理能力弱，反映在“物質(zhì)?場(chǎng)”模型中，農(nóng)戶對(duì)玉米秸稈是“有效不充分作用”。另一方面，如果秸稈處理不及時(shí)或處理效果差，玉米秸稈的堆積將對(duì)農(nóng)戶產(chǎn)生“有害作用”。

圖2 玉米秸稈高效處理的“物質(zhì)-場(chǎng)”模型Fig. 2 "Matter and field" model for efficient treatment of corn straw

根據(jù)TRIZ 理論構(gòu)建“物質(zhì)?場(chǎng)”模型，可運(yùn)用76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解的方法解決系統(tǒng)問題[15]。在農(nóng)戶與玉米秸稈的系統(tǒng)中，由于處理玉米秸稈往往需要特殊的機(jī)構(gòu)或組織，并不能形成一個(gè)有效的系統(tǒng)，因此考慮運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)解中的“在物質(zhì)外部引入附加物，建立外部復(fù)合的物場(chǎng)模型”的解法。

形成方案：引入秸稈處理主體，即一定的機(jī)構(gòu)或組織，其功能為就近大量處理秸稈，與農(nóng)戶、玉米秸稈、場(chǎng)共同構(gòu)成新的“物質(zhì)?場(chǎng)”模型，秸稈處理機(jī)構(gòu)提供秸稈收儲(chǔ)與后續(xù)處理服務(wù)。相較于農(nóng)戶就地焚燒，該機(jī)構(gòu)可以在無償甚至獲得一定報(bào)酬的情況下，將廢棄的玉米秸稈統(tǒng)一收集作為庫存生產(chǎn)原料，后續(xù)逐步消化。由于農(nóng)戶一般只負(fù)責(zé)農(nóng)業(yè)種植活動(dòng)，很少有農(nóng)戶擁有組建秸稈處理機(jī)構(gòu)的資本、技術(shù)與先進(jìn)的管理手段，并且缺乏一定的市場(chǎng)敏感度，自行處理秸稈的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)較大，因此農(nóng)戶自行組建秸稈處理組織不具有推廣價(jià)值。我國秸稈產(chǎn)區(qū)分布點(diǎn)多面廣，如果該機(jī)構(gòu)由政府承擔(dān)，極易造成低效、政府負(fù)擔(dān)過重的局面，也不具有推廣價(jià)值。而企業(yè)的生產(chǎn)目標(biāo)是獲取利潤(rùn)，企業(yè)既具有技術(shù)、資金，也對(duì)市場(chǎng)較為敏感，效率高，投資靈活。只有秸稈處理企業(yè)在市場(chǎng)中獲利，才具有普遍的推廣價(jià)值，避免政府輸血式投資的不可持續(xù)發(fā)展。因此，秸稈處理主體主要應(yīng)由企業(yè)承擔(dān)。

2.4 解決方案

根據(jù)以上對(duì)玉米秸稈綜合利用過程的矛盾分析和農(nóng)戶與秸稈“物質(zhì)?場(chǎng)”模型分析可知，玉米秸稈處理的主要著力點(diǎn)在于在玉米秸稈資源豐富的地區(qū)建立秸稈處理企業(yè)。

秸稈處理企業(yè)需建在秸稈資源豐富的地區(qū)，運(yùn)輸距離短。處理秸稈的企業(yè)要求具有較強(qiáng)的資本與技術(shù)實(shí)力，并具有相關(guān)的管理經(jīng)驗(yàn)與足夠的抵御項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)能力，運(yùn)行要相對(duì)靈活，了解當(dāng)?shù)亟斩捁┙o和企業(yè)產(chǎn)品市場(chǎng)的需求情況。因此，尤其鼓勵(lì)技術(shù)資本實(shí)力雄厚的母公司在不同玉米種植區(qū)成立分公司，分公司根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況開展玉米秸稈加工業(yè)務(wù)，產(chǎn)生最大效益；母公司提供資金支持與技術(shù)指導(dǎo)。這種運(yùn)行方式的好處是子公司取得的成功經(jīng)驗(yàn)可以迅速推廣。母公司根據(jù)玉米秸稈分布情況進(jìn)行子公司布局，形成風(fēng)險(xiǎn)可控、收益共享、靈活高效的運(yùn)行方式。

3 應(yīng)用TRIZ 理論分析玉米秸稈綜合利用實(shí)踐

某電氣裝備有限公司成立于1992 年，注冊(cè)資金10 800萬元，資本實(shí)力雄厚，近年來主要從事節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品及新能源電力相關(guān)技術(shù)的研發(fā)、應(yīng)用和推廣，具備較強(qiáng)的自主研發(fā)新能源電力項(xiàng)目及相關(guān)設(shè)備加工制造能力。依據(jù)TRIZ 理論大公司“就地建廠”結(jié)論，該公司2013 年在齊齊哈爾市秸稈豐富產(chǎn)區(qū)成立了某新能源電力有限公司，并建成2MW 純玉米秸稈沼氣發(fā)電項(xiàng)目。公司在生產(chǎn)中運(yùn)用TRIZ 理論，找到了運(yùn)營(yíng)突破口，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展。

3.1 公司所在地區(qū)玉米秸稈綜合利用現(xiàn)狀

公司所在地齊齊哈爾市玉米秸稈產(chǎn)量大，但秸稈利用存在較多問題。2013 年當(dāng)?shù)夭捎糜衩捉斩挿鬯橹苯舆€田，由于缺少專業(yè)的技術(shù)把控，嚴(yán)重影響來年玉米播種質(zhì)量，許多農(nóng)戶田里發(fā)生病蟲害、玉米爛根等，損失嚴(yán)重，農(nóng)戶對(duì)秸稈直接還田較為排斥。壓塊燃料在當(dāng)?shù)卣急认鄬?duì)較高，火力發(fā)電企業(yè)回收后作為發(fā)電的原料，但受限于運(yùn)輸距離及秸稈發(fā)電的低熱值，普遍反響不高。由于工業(yè)基礎(chǔ)薄弱、資本及技術(shù)稀缺，基料化、原料化、燃料化在當(dāng)?shù)匾埠茈y推進(jìn)。為了不影響下一輪作物的播種，很多農(nóng)戶甚至冒著被處罰的風(fēng)險(xiǎn)焚燒秸稈，農(nóng)戶迫切需要盡快處理掉大量的玉米秸稈。據(jù)調(diào)研，超過72%的農(nóng)戶愿意支付一定的秸稈處理成本。

3.2 運(yùn)用TRIZ 理論延伸玉米秸稈綜合利用產(chǎn)業(yè)鏈

公司建立之初僅靠投資成套沼氣發(fā)電設(shè)備，發(fā)電機(jī)每日工作約20 h，每日發(fā)電量約1×105kW·h，所發(fā)電量全部并網(wǎng)。公司最初盈利完全依賴發(fā)電，利潤(rùn)來源單一，產(chǎn)業(yè)鏈條短。為解決農(nóng)戶自身玉米收獲能力不足問題，公司先后購入2 臺(tái)青貯玉米收獲機(jī)、5 臺(tái)大功率拖拉機(jī)。公司發(fā)電每年約消耗玉米秸稈6 000 t，最初產(chǎn)生的沼液與沼渣當(dāng)作廢棄物處理，造成了巨大的運(yùn)營(yíng)成本，如何處理沼液與沼渣成為公司面臨的巨大難題。

為了打破思維禁錮，公司按照TRIZ 理論的“聰明小人法”分析，即當(dāng)遇到無法解決的問題時(shí)，假想有一群可以實(shí)現(xiàn)任何功能的“聰明小人”，處理現(xiàn)實(shí)中的各種難題。引入“聰明小人”的意義在于克服由于思維慣性導(dǎo)致的思維障礙，以提供解決問題的思路。運(yùn)用TRIZ 理論“聰明小人法”延伸玉米秸稈綜合利用產(chǎn)業(yè)鏈的分析過程如圖3 所示。

圖3 TRIZ 理論“聰明小人法”分析發(fā)酵殘留物處理Fig. 3 Analysis of fermentation residue treatment by TRIZ theory

運(yùn)用TRIZ“聰明小人”思維，目的是努力尋找可以處理殘?jiān)c沼液功能的TRIZ“聰明小人”。這些“聰明小人”要滿足兩點(diǎn)要求：一是運(yùn)輸距離要近，二是能有效處理沼渣與沼液。公司附近全部為玉米種植戶，因此“聰明小人”最好由附近的農(nóng)戶扮演。

玉米秸稈處理有“五化”方法，處理殘?jiān)碚撋峡砂凑铡拔寤钡乃悸愤M(jìn)行。然而，燃料化、原料化一般需要有專業(yè)公司，農(nóng)戶作為“聰明小人”不可行；發(fā)酵過的秸稈作為飼料也不可行。因此，公司決定在肥料化和基料化應(yīng)用方面創(chuàng)新。

3.2.1 沼渣處理辦法

在充分調(diào)研后公司了解到，該地除了種植玉米，還種植水稻，每年水稻種植戶都要花大量資金購買水稻育秧土。水稻育秧土是農(nóng)戶專門購入培育水稻秧苗的特殊土壤，待秧苗長(zhǎng)大后，連土帶苗一同移入農(nóng)田中。這種土的基質(zhì)主要成分為草炭，草炭是沼澤植物的殘?bào)w，具有適宜植物生長(zhǎng)所需的理化和生物特性，尤其適合培育秧苗、花卉等。草炭形成和積累需要經(jīng)歷極緩慢的過程，我國可開采、利用的草炭多集中于東北、云南、內(nèi)蒙古等地[16]。近年來由于過度開采草炭土，造成當(dāng)?shù)剌^大環(huán)境壓力，地方政府明文規(guī)定不準(zhǔn)大規(guī)模挖掘草炭土。一方面是水稻生產(chǎn)不斷增長(zhǎng)的草炭土需求，另一方面政府限制草炭土開采，使當(dāng)?shù)夭萏客羶r(jià)格不斷上升，農(nóng)戶購買草炭土支出不斷增加。

沼渣中含有很多水稻育苗所需養(yǎng)分，若沼渣能替代育秧土，農(nóng)戶即可完成“聰明小人”的角色任務(wù)。如果實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，每年的玉米秸稈發(fā)電殘?jiān)纯勺儚U為寶，既能為公司帶來收益，還有利于當(dāng)?shù)丨h(huán)境改善，減輕草炭土盜采壓力。

總部專業(yè)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多次分析、化驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)，使用玉米秸稈發(fā)酵殘?jiān)渲贸梢环N新型的水稻育秧土。經(jīng)過試驗(yàn)，完全可以替代育秧土。2019 年請(qǐng)農(nóng)戶免費(fèi)試用并獲得認(rèn)可后，2020 年開始公司將配制的發(fā)電殘?jiān)硗烈缘陀谑袌?chǎng)水稻育秧土的價(jià)格售賣，產(chǎn)品供不應(yīng)求。該模式不僅使公司獲得了收益，而且實(shí)現(xiàn)了資源節(jié)約、生態(tài)友好，受到農(nóng)戶和當(dāng)?shù)卣臍g迎，對(duì)于公司的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展具有重要意義。

3.2.2 沼液處理辦法

經(jīng)公司調(diào)研，周邊農(nóng)戶為種好水稻，大量使用化肥。而玉米秸稈發(fā)酵液除了添加菌種，還包括牛、羊、豬等牲畜排泄物，因此公司初步判斷沼液的肥力應(yīng)有保證，可以嘗試還田。能否還田成功，重點(diǎn)在于沼液是否具有替代化肥的功能。若判斷實(shí)現(xiàn)，農(nóng)戶將完成“聰明小人”角色的又一重大功能。

為達(dá)上述目標(biāo)，公司與農(nóng)戶協(xié)商進(jìn)行了農(nóng)田施肥對(duì)比試驗(yàn)。將種植過程僅使用沼液的稻田與按農(nóng)戶種植習(xí)慣施化肥的稻田比較，結(jié)果表明，使用沼液的稻田水稻（沼液稻）產(chǎn)量超過使用化肥的稻田，且沼液稻的口味更好。獲得農(nóng)戶認(rèn)可后，公司將沼液隨水渠排入附近農(nóng)田當(dāng)作肥料，免費(fèi)提供給農(nóng)戶，不僅有效處理了沼液，也為農(nóng)戶省去了化肥購買費(fèi)用，減少了環(huán)境污染，提高了水稻品質(zhì)，非常受農(nóng)戶歡迎。由于產(chǎn)品供不應(yīng)求，下一步公司考慮對(duì)農(nóng)戶收取少量費(fèi)用，調(diào)節(jié)農(nóng)戶需求，增加公司收入。

3.2.3 其他延伸產(chǎn)業(yè)鏈的處理思路

根據(jù)TRIZ 理論的分析結(jié)果，公司還可以在玉米秸稈基料化方面做大做強(qiáng)。如使用沼渣開發(fā)基料化利用材料，雖然公司的技術(shù)已經(jīng)成熟，但目前產(chǎn)量有限，難以實(shí)現(xiàn)大的利潤(rùn)增長(zhǎng)。公司下一步準(zhǔn)備深入研究擴(kuò)大產(chǎn)能，加大在當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶中推廣沼渣材料力度。這既有利于公司引入新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)，又有利于促進(jìn)農(nóng)民增收，保護(hù)脆弱的環(huán)境，是TRIZ 提供的一種較好思路。

3.3 運(yùn)用TRIZ 理論分析公司技術(shù)難題

秸稈密度低，在發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵的最初幾天漂浮于液面上方，難以與沼液充分接觸，需要不斷攪拌使秸稈吸收發(fā)酵液，以加快發(fā)酵速度。發(fā)酵罐內(nèi)裝有6 個(gè)攪拌器進(jìn)行攪拌，如圖4 所示。發(fā)酵完成后，使用泵將沼液與沼渣的混合物抽走。

圖4 發(fā)酵罐秸稈局部堆積難題Fig. 4 Problem of straw local accumulation in fermentation tank

設(shè)備在運(yùn)行過程中，出現(xiàn)一個(gè)技術(shù)難題：發(fā)酵周期結(jié)束，泵無法完全抽干沼渣、沼液，罐底部總是有大量的玉米秸稈局部堆積物。因此，每個(gè)發(fā)酵周期完成后，都需要工人進(jìn)入罐底清除沼液、沼渣。由于發(fā)酵罐內(nèi)有大量沼氣殘留，工人進(jìn)入時(shí)需戴好安全面具以防引起窒息，并做好防火措施。由于有大量難聞氣體，工作環(huán)境極差，操作安全隱患大，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。

為了解決這一技術(shù)難題，運(yùn)用TRIZ 理論技術(shù)矛盾與矛盾矩陣進(jìn)行分析。技術(shù)矛盾，是指用已知的原理和方法去改進(jìn)系統(tǒng)某部分或參數(shù)時(shí)，不可避免地會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)的其他部分或參數(shù)變壞的現(xiàn)象[15]。TRIZ 中給出了39 個(gè)工程參數(shù)和40 個(gè)發(fā)明創(chuàng)新原理，任何兩個(gè)工程參數(shù)構(gòu)成的技術(shù)矛盾都可以查詢矛盾矩陣表，找到對(duì)應(yīng)的發(fā)明創(chuàng)新原理。遵循矛盾矩陣中所查詢到的原理，可以為創(chuàng)新帶來思路。

在這個(gè)技術(shù)難題解決過程中，要解決的問題是“秸稈局部堆積”，對(duì)應(yīng)到TRIZ 理論39 個(gè)工程參數(shù)中，需要改善的工程參數(shù)是“形狀”；帶來的問題是需要工人操作，即惡化的工程參數(shù)是“操作流程的方便性”。表3 是截取的技術(shù)矛盾矩陣表中的一部分，表3中給出了TRIZ 理論解決這對(duì)矛盾的原理。

表3 運(yùn)用技術(shù)矛盾分析解決技術(shù)問題Tab. 3 Using technical contradiction analysis to solve technical problem

矛盾矩陣給出了4 種解決原理，其中，“拋棄與修復(fù)”“氣動(dòng)或液壓結(jié)構(gòu)”“柔性殼體與薄膜”未帶來有參考意義的思路。而“動(dòng)態(tài)化”直接提供了解決思路，如表4 所示。

表4 運(yùn)用技術(shù)矛盾方案Tab. 4 Solutions of using technical contradiction analysis

在TRIZ 理論的指導(dǎo)下，公司經(jīng)過設(shè)備改造，將6個(gè)攪拌器改為上下浮動(dòng)式攪拌，同時(shí)，不同位置攪拌器采用正反轉(zhuǎn)相結(jié)合的方式，使發(fā)酵罐內(nèi)的固體與液體始終處于均勻混合的狀態(tài)。不僅加快了發(fā)酵速度，而且在發(fā)酵周期結(jié)束后，成功解決了秸稈局部堆積問題，泵可以一次性全部抽干沼液，不必人工入罐操作，既提高了工作效率，又提升了安全性。

3.4 技術(shù)路線

經(jīng)過實(shí)踐、改造后，該公司新的玉米秸稈綜合利用技術(shù)路線如圖5 所示。

圖5 玉米秸稈綜合利用技術(shù)路線Fig. 5 Technical route for comprehensive utilization of corn straw

3.5 經(jīng)營(yíng)管理

該子公司是由南京母公司提供技術(shù)支持，日常經(jīng)營(yíng)活動(dòng)由分公司經(jīng)理負(fù)責(zé)。秸稈收集運(yùn)輸，如運(yùn)輸秸稈的司機(jī)、車輛等，除公司自由設(shè)備外，主要是雇傭當(dāng)?shù)厝藛T和車輛。公司項(xiàng)目申請(qǐng)、技術(shù)改造等由母公司全權(quán)負(fù)責(zé)，分公司人員負(fù)責(zé)日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)，并及時(shí)將公司運(yùn)行中出現(xiàn)的問題反饋給上級(jí)，并提出改進(jìn)建議。

原料收購方面，根據(jù)表2 的分析，目前公司有1.33 hm2（20 畝）專門的秸稈加工場(chǎng)地，已經(jīng)做到“先將產(chǎn)生的玉米秸稈暫存到不影響耕種的地方，日后統(tǒng)一處理”；日常工作中分公司通過密切與當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶的聯(lián)系，與當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶建立了良好的信任關(guān)系，從而“秸稈處理公司根據(jù)加工能力，提前與農(nóng)戶聯(lián)系排定收購計(jì)劃，指定時(shí)間收購”也得到實(shí)現(xiàn)。具體操作：公司精準(zhǔn)制定收購計(jì)劃，并提前與周邊農(nóng)戶聯(lián)系，按照產(chǎn)能每年到田間進(jìn)行秸稈收割。

人員管理方面，最初分公司有6 名工作人員。經(jīng)理負(fù)責(zé)總體管理與調(diào)度，另外兩名負(fù)責(zé)技術(shù)維護(hù)、行政管理，其余3 人負(fù)責(zé)公司雜務(wù)操作。隨著公司不斷創(chuàng)新發(fā)展及裝備逐步實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)行，日常事務(wù)多頭管理、分頭操作、效率低下的問題浮現(xiàn)出來。

應(yīng)用TRIZ 理論解決管理問題。該公司對(duì)全部6 名工作人員進(jìn)行了功能分析，如圖6 所示。功能分析的意義在于找出系統(tǒng)內(nèi)多余的功能并進(jìn)行裁剪，通過對(duì)非必要組件進(jìn)行刪除、替換，或者利用其他資源添加到原模型中，以使設(shè)計(jì)系統(tǒng)最大限度地趨近于最終理想解的過程[17]。方框內(nèi)表示系統(tǒng)內(nèi)的不同元素及相互之間的功能。對(duì)于多余的功能可以實(shí)現(xiàn)裁剪組合，達(dá)到最優(yōu)配置。

圖6 公司人員功能分析及裁剪Fig. 6 Functional analysis and tailoring of company personnel

不同人員與公司組成了一個(gè)系統(tǒng)。經(jīng)過改造，公司智能化程度提高，經(jīng)理、技術(shù)人員與行政人員3 人完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠內(nèi)的操作事務(wù)，故可以將多余的3 人裁剪掉，實(shí)現(xiàn)效益最大化。

目前公司運(yùn)行良好，員工工作氛圍好，工作輕松，配合默契。

3.6 發(fā)展建議

這種“一拖一”或“一拖多”的子公司與總公司協(xié)同配合的方式，以及運(yùn)營(yíng)過程中種種難題的解決，充分論證了TRIZ 理論對(duì)于解決實(shí)際問題的重要性與可行性。

目前公司形成了“農(nóng)戶+公司”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系。公司發(fā)展方向：①尋找當(dāng)?shù)厮窘斩捹Y源綜合利用方法，挖掘新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)；②適當(dāng)擴(kuò)大玉米秸稈處理規(guī)模；③進(jìn)一步技術(shù)創(chuàng)新；④探索與農(nóng)戶互動(dòng)的秸稈處理新模式，實(shí)現(xiàn)農(nóng)民增收與企業(yè)增效相統(tǒng)一。

4 結(jié)論與啟示

玉米秸稈綜合利用是一個(gè)非常重要但又十分復(fù)雜的問題。雖然目前我國在玉米秸稈資源化利用方面已積累一定經(jīng)驗(yàn)，但整體發(fā)展并不成熟。利用TRIZ 理論提出的玉米秸稈綜合利用探索性解決方案，在實(shí)踐中取得了較好的收益，為玉米秸稈綜合利用提供了一些思路。

第一，鼓勵(lì)大型公司在玉米秸稈豐富產(chǎn)區(qū)建設(shè)分公司。處理玉米秸稈，時(shí)效性是首要問題，縮短運(yùn)輸距離是關(guān)鍵著力點(diǎn)。由大型公司在玉米秸稈資源豐富地區(qū)建設(shè)子公司就地處理秸稈，不但總公司的資金和技術(shù)優(yōu)勢(shì)得以體現(xiàn)，而且總公司還能與子公司之間形成良性互動(dòng)，相互促進(jìn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)用性創(chuàng)新。

第二，創(chuàng)新是關(guān)鍵支撐。創(chuàng)新不在于企業(yè)大小，而在于是否能解決實(shí)際問題。小型企業(yè)生產(chǎn)過程中，解決具體問題的創(chuàng)新尤為重要。只有不斷應(yīng)用創(chuàng)新，才能為玉米秸稈高效利用提供動(dòng)力，不斷探索出新的發(fā)展模式。

第三，玉米秸稈處理應(yīng)與當(dāng)?shù)毓┙o、需求和地方實(shí)際密切結(jié)合，挖掘當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)。鼓勵(lì)因地制宜，明確玉米秸稈利用過程中各種成本與產(chǎn)出，明確各個(gè)工藝過程的功能，不斷延伸產(chǎn)業(yè)鏈條，才能真正實(shí)現(xiàn)變廢為寶，變害為利，創(chuàng)造最大收益。

第四，重視貼近農(nóng)戶。農(nóng)戶是理性的，能給農(nóng)戶帶來收益的，必然會(huì)得到擁護(hù)。玉米秸稈加工利用企業(yè)在發(fā)展過程中應(yīng)重視貼近農(nóng)戶、依靠農(nóng)戶，開發(fā)受農(nóng)戶歡迎的產(chǎn)品與服務(wù)，采取符合農(nóng)戶利益的發(fā)展模式，才能實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新價(jià)值。