關于秸稈轉化為生物質能源利用研究

肖振華

（晉能控股煤業集團氫能源項目部，山西 大同 037001）

引言

我國較為重視農業方面的生產，糧食產量逐年穩定提高，在需要處理的秸稈數量上也逐漸增多，結合農村地區秸稈處理技術的落后和秸稈處理理念的傳統，大部分秸稈的轉化和利用率較低，在普遍進行秸稈燃燒處理方式下，不僅會影響當地的環境，也會危害人民的身體健康，因此有必要對秸稈生物質能源的利用進行研究，如何有效認知和了解能源利用的方向，并且提出秸稈轉化的措施，便成為當前農業的發展和環境保護需要考慮的問題。

1 秸稈轉化生物質能源利用的現狀

結合我國農業的發展情況看，在有著悠久的農業生產歷史下，對于秸稈資源的利用也較為豐富，會用于牲畜喂養、漚肥和秸稈燃料肥田，雖然能對秸稈進行充分利用，不過在秸稈燃燒下會對環境產生破壞，如表1 所示[1]。

表1 秸稈燃燒污染物排放

在時代的不斷發展下，液化氣、燃煤的普及和應用使農村中的秸稈成為了富余之物。秸稈本身具有轉化生物質能源價值，可以作為飼料、燃料和生物基料供人民使用，同時在作為原料進行人造板材的生產和包裝材料的制造等方面也有著一定程度應用。不過個別農村在信息閉塞、技術落后的影響下，并不能有效將秸稈轉化為生物質能源并進行利用，在實際秸稈應用方式占比，如表2 所示。

表2 某農村秸稈的應用方式占比

2 影響秸稈轉化生物質能源利用的因素

目前影響秸稈轉化生物質能源利用的因素主要有以下幾點：第一，在經濟發展層面，雖然秸稈在生物質轉化能源利用方面有著較大的價值，且秸稈資源較為豐富，不過在進行集中化處理時會受到農民思想和處理設備、技術的影響，同時在分散處理時也存在著效率低和成本高的問題，制約了秸稈生物質能源轉化和規模化利用的發展；第二，在轉化效益層面，通過秸稈可以將其轉化為汽油和柴油生物油，不過受到生產技術、過程的復雜性影響，在生產成本上要高于礦物油的生產，生物柴油的轉化工藝，如圖1 所示；第三，技術應用層面，受到秸稈能量密度、堆積密度較低的影響，在存儲費和運輸費上較高，制約了秸稈的生物質能源轉化利用，同時在秸稈纖維素含量多的影響下，如果不能通過提高技術來增強秸稈粉碎效果，也會影響秸稈轉化為生物質能源后的利用[2]。

3 秸稈轉化生物質能源利用的方向與策略

針對生物質而言，是生物通過空氣、土地和水，在光合作用下產生的能量，結合植物中的秸稈而言，是生物質的重要組成部分，在應用價值上目前排在煤炭、石油和天然氣之后，是世界上第四大能源，因此做好秸稈生物質能源的轉換有著重要價值，據統計當前全球能量消耗中生物質能量占據了14%，且有著逐年增長的趨勢，在秸稈生物質轉化和利用上的研究，也具有較強的前景，需要明確能源的利用方向和轉化措施[3]。

3.1 秸稈生物質能源的利用方向

在秸稈生物質能源的利用方向中，大體有轉化發電、沼氣與熱分解、柴油制備等方面，下面進行具體分析：第一，在秸稈轉化發電中，通常使用直接燃燒法，在將秸稈生物質原料進行集中處理后，投入鍋爐燃燒，一般發電工藝順序為鍋爐、蒸汽、蒸汽輪機、發電機。通過轉發點電方面的應用，雖然可以提供電能且秸稈應用較為方便，不過熱效率較低，同時存在一定的燃燒細粒子污染問題。第二，在生物質燃氣方面也有著顯著效果，原理是通過沼氣發酵生物法（生物氣化）和秸稈氣化爐氣化法（熱解氣化）來將秸稈轉化為可燃氣體，且有著綠色清潔能源的特點。在生物氣化法中，原理是秸稈在厭氧條件下受到微生物發酵的作用，而產出沼氣和有機肥料。該技術有著發酵速度快、原料易得、前期投入少和大型設備需求小的優點，不過也存在著投資總成本高、短期效益低、產氣不穩定和推廣難度高的問題，需要進一步對生物氣化法進行研究。在熱解氣化中，該技術原理是秸稈等有機廢料在氣化爐中進行缺氧燃燒，會在高溫下出現熱解氣化反應，產出甲烷、氫氣和一氧化碳等氣體，可供工業生產和人民生活需要。該技術有著秸稈燃燒充分、熱值高、季節約束力小和輔助能源需求小的優勢，不夠也存在著資源利用率低、一定概率安全隱患和一定概率二次污染的問題，需要對該技術進行研究完善，滿足工業生產，人民生活用能、發電、干燥、供暖等方面需要。第三，在秸稈轉化成柴油技術中，結合石油資源儲量的不斷降低，為了滿足人民的生活、生產需要，可以著重研發秸稈生物質能源轉化柴油的技術，具體需要通過催化劑并控制反應要素，在結合秸稈碳水化合物和木質素的化學結構特點下，得到柴油。目前玉米秸稈還可以進行乙醇的制備，具體包括處理、水解和發酵三個階段，能有效提高秸稈的利用效率，促進社會實現可持續的發展。

最后，結合國內外對秸稈生物質能源的利用，大體處于普及階段、示范階段、中試階段和研究階段，具體所包含的技術，如表3 所示。

表3 不同階段的能源利用技術

3.2 秸稈轉化生物質能源的戰略

為了提高秸稈朝生物質能源轉換的效率，需要做好以下幾點工作：第一，需要國家在政策上給以一定的支持，不僅要支持秸稈資源的利用，也要鼓勵相關技術的研發。在新能源法中，就將秸稈等可再生能源的利用當做了部分政策扶持的重點內容，為技術的研發和轉化體用了制度支持；第二，需要通過國家倡導，地方落實的方式進行秸稈轉化的宣傳工作，提高農民在生物質能源轉換方面的積極性，提高該工作的接受度和效率；第三，為了落實秸稈生物能源的轉化利用，需要有著具體項目支持，要求各級政府建立農業推廣體系，在不斷吸引投資下促進秸稈綜合利用工作的落實

4 結語

綜上所述，結合農業秸稈價廉量多的特點和生物技術的發展背景，可以將秸稈進行生物質能源轉化和利用，能有效滿足社會在能源方面的需求，也能降低秸稈燃燒帶來的環境污染并提高秸稈資源的利用效率。為了更好的提高秸稈的轉化利用效果，在轉化生物質能源方面需要政策上給予支持，同時做好一系列的宣傳工作，在具體項目支持下，提高秸稈的轉換效率。在生物質能源的利用中，可以著重研究發電技術、沼氣與熱分解氣化技術、秸稈轉化柴油技術等方面，在有效將秸稈轉化成生物質能源并高效利用后，能促進社會實現可持續的發展。