秸稈高附加值工業應用現狀

摘要" 根據國家統計數據，我國每年秸稈總量約為10億t，而傳統的秸稈處理方法則存在許多局限性，如容易產生二氧化碳、甲烷等溫室氣體。因此，秸稈資源化利用成為解決這一難題的熱門途徑。在此背景下，深入研究秸稈的資源化利用，并總結了當前適用于我國的、能夠提高秸稈附加值的新途徑及工業應用。實踐證明，秸稈在生物基材料、液體燃料、木質纖維材料等方面具有廣泛應用前景。因此，應該大力發展秸稈綜合利用技術并努力推進生物基材料、液體燃料、氫氣等高值化產業的廣泛應用，使其潛力得到充分挖掘，為我國能源領域的高效、可持續發展注入新的動力，從而提升我國的經濟效益。

關鍵詞" 秸稈；高值化；資源化利用；生物基材料；液體燃料；氫氣

中圖分類號" F323.2" 文獻標識碼" A" 文章編號" 0517-6611（2024）05-0001-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.05.001

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Current Status of High Value-Added Industrial Applications of Straw

GAO Li-hong1.2，ZHAO Xin-peng2，ZHOU Qing-bo2 et al

（1.College of Materials Science and Engineering， Taiyuan University of Science and Technology， Taiyuan， Shanxi 030024;2.Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering， Chinese Academy of Sciences， Ningbo，Zhejiang 315201）

Abstract" According to national statistical data， the total amount of straw in China is about 1 billion tons per year.However， traditional straw treatment methods have many limitations， such as the easy generation of greenhouse gases such as carbon dioxide and methane.Therefore， the utilization of straw resources has become a popular way to solve this problem.In this context， this paper conducts in-depth research on the resource utilization of straw and summarizes the new approaches and industrial applications that are currently applicable to China and can improve the added value of straw.Practice has proven that straw has broad application prospects in bio based materials， liquid fuels， wood fiber materials， and other fields.Therefore， it is necessary to vigorously develop straw comprehensive utilization technology and strive to promote the widespread application of high-value industries such as bio based materials， liquid fuels， and hydrogen， so as to fully tap their potential and inject new impetus into the efficient and sustainable development of China's energy sector， thereby improving China's economic benefits.

Key words" Straw;High value;Resource utilization;Biobased materials;Liquid fuel;Hydrogen

基金項目" 浙江省科技計劃項目（2018B10011，2019C02073）。

作者簡介" 高麗紅（1998—），女，山西五臺人，碩士研究生，研究方向：生物基高分子材料。*通信作者，研究員，博士生導師，從事生物基高分子材料研究。

收稿日期" 2023-04-26

秸稈是指成熟植物種類中莖、葉、穗等在農作物，包括麥子、水稻、玉米、馬鈴薯和棉花、油菜籽、甘蔗以及其他粗糧作物收割后剩余的總稱。超過50%的農作物光合代謝物質都存在于秸稈中［1］。秸稈富含有機纖維素、半纖維素、木質素、蛋白質和糖類等有機能源來源，同時含有氮、磷、鉀和多種微量元素，是一種可再生資源，并且成本很低，具有廣泛的應用領域［2］。

隨著我國農業生產水平的提高，秸稈數量逐年增多，但大量秸稈無法有效利用，造成資源的浪費。根據國家統計數據，我國每年秸稈總量約為10億t，而傳統的秸稈處理方法則存在許多局限性，如容易產生二氧化碳、甲烷等溫室氣體。因此，秸稈資源化利用成為解決這一難題的熱門途徑。事實上，秸稈綜合利用價值與糧食相差不大，完全可以進行產業化綜合利用［3］。秸稈的高效利用對農業生產、農民增收、可持續發展和環境改善均具有重要意義，因此受到了全球范圍內的關注［4］。在此背景下，秸稈綜合利用的可持續發展已經成為國家重要的戰略方向之一。秸稈的高效利用，不僅需要政府相關部門加大投入，更需要各方面的共同參與和推進。

2021年10月26日，國務院發布的《國務院關于印發2030年前碳達峰行動方案的通知》提出，到2025年，大宗固廢年利用量達到40億t左右；到2030年，年利用量達到45億t左右，同時加快推進秸稈高值化利用，完善收儲運體系，嚴格禁止秸稈焚燒等管控措施。農作物秸稈作為農業生產中最具代表性的固體廢棄物，具有分布廣、產量大、產生時間集中、難以收集和利用等特點。因此，加快大宗固廢綜合利用是一項十分緊迫的任務［5］?！笆濉币詠恚瑖以跂|北地區大力實施秸稈綜合利用試點和秸稈加工措施，取得了顯著成效。2020年，全國秸稈產量達到8.56億t，綜合利用率達到87.6%，利用能力持續提高。在2060年前，中國的糧食產量預計將增長8.4%，棉花、油料和糖的產量將增長14.5%，秸稈總產量在2030年和2060年將分別達到9億t和10億t，其可收集資源將達到7.8億t和8.8億t［6］。

隨著工業化的發展，環境和能源問題越來越重要，農作物秸稈作為可再生資源，推廣其綜合利用對增加收入、保護環境、節約資源和實現農業可持續發展具有重要意義。實現“雙碳”目標需要做到碳排放達峰和碳中和，持續改善生態環境，推動綠色低碳發展，有序推進碳達峰碳中和工作。秸稈綜合利用作為實現農業“雙碳”目標的重要著力點，目前面臨著秸稈總量大但產品附加值低的困境。針對這一問題，該研究重點從制備高附加值材料的角度出發，對秸稈再利用途徑進行綜述，以期為我國秸稈高值化利用提供一些理論支持。

1" 秸稈的傳統處理方法

秸稈處理的傳統方式是采用將收集到的作物秸稈直接還田或焚燒的方法。雖然這種方法節省了時間和勞動力，減少病蟲害，但實際上存在很多不利因素［7］。秸稈焚燒每年都會釋放大量的顆粒物和氣態物質，對空氣質量和人體健康造成不良影響，同時也會對農業生產和人類生活造成負面影響［8］。例如，秸稈焚燒會破壞土壤結構，導致土壤板結、水分和肥料保持能力下降，對農業可持續發展造成重大損害，并浪費大量自然資源［9］。此外，焚燒秸稈會釋放大量溫室氣體，對空氣質量和人類健康產生極大影響，影響航空和道路交通安全，間接造成大量有機物流失。同時，燃燒大量顆粒物也會對人類的呼吸系統健康產生不良影響，研究表明，暴露在顆粒狀的空氣污染中會對心臟和肺部健康產生不利影響［10］。為了解決這些問題，需要采用先進的處理技術和工藝，推動秸稈資源化和綜合利用。

2" 秸稈的資源化利用現狀

2.1" 秸稈肥料化

秸稈利用是實現農業資源高效利用和環境保護的重要途徑。其中，秸稈還田技術是一種傳統而普遍的方式。秸稈還田可分為直接還田和間接還田，其中直接還田主要包括秸稈表層覆蓋還田、秸稈翻壓還田及秸稈深層填埋等［11］。研究表明，秸稈還田可以促進土壤的物理、化學與生物特性的改善，特別是在高溫高濕條件下體現出更明顯的作用［12］。此外，在農業土壤中，利用秸稈替代部分礦物肥料可降低農業徑流中的富營養化風險，提高農業的可持續發展［13］。直接還田主要是將秸稈切碎后均勻撒在土壤表面；而間接還田則主要應用于田間畜牧業，通過將秸稈切碎后作為牲畜飼料，使得秸稈成為有機肥料輸入田地中［14］。此外，秸稈還可通過炭化、發酵制氣等方式轉化為生物質能、生物炭等高附加值產品，實現能源和資源的多元化利用。

2.2" 秸稈飼料化

秸稈飼料化是利用秸稈作為飼料進行加工與利用的技術，主要采用青貯、揉搓切絲和壓塊等技術，旨在將秸稈轉換為高質量的飼料。秸稈飼料化技術的應用不僅能夠有效降低養殖成本，還可以減輕環境壓力。目前，大多數家畜如牛、羊和雞等，主要采用谷物等糧食作為飼料，然而這些飼料成本較高，且加工過程煩瑣，同時也需要大量的糧食投入。隨著農副產品價格的不斷上漲，發展以非食品型飼料為主的飼料已經成為趨勢。秸稈飼料化技術包括壓塊技術、顆粒技術、青貯技術和機械化微貯技術等方面。這些技術的應用，可以有效地提高秸稈飼料的營養價值，減少浪費和環境污染。

2.2.1" 秸稈青貯技術。

秸稈青貯技術也被稱為自然發酵技術，是指將秸稈和微生物在一個封閉的設施中進行發酵，通過控制外來細菌的繁殖，最大化地保留飼料中的營養物質。主要涉及儲存棚的搭建、原料的收集和混合以及發酵條件的監測和控制等技術。青貯飼料具有營養流失少、飼料轉化率高、口感好和易于長期儲存等優點，對于畜牧業的可持續發展具有重要意義。在生產實踐應用中，秸稈青貯技術也能夠有效地提高飼料利用效率、降低成本。秸稈青貯技術的關鍵操作包括儲藏設施的設計、飼料原料的收集和混合、壓實、密封等過程的控制與管理。尤其是在控制發酵過程中，適時地檢測物質的pH、溫度、氧氣含量和水分等因素，并在發酵過程中進行調整和維護，從而獲得高質量的青貯飼料。

2.2.2" 秸稈飼料顆粒技術。

秸稈飼料顆粒技術是指利用造粒設備將粉碎成粉末的秸稈制成顆粒狀飼料。在加工過程中，還可以添加其他營養成分和全價飼料，從而提高飼料的營養價值和顆粒化性能。通過顆?；夹g，秸稈飼料可以更好地適應動物的消化系統，提高采食量和消化率。研究表明，采用秸稈顆粒飼料可使采食量提高99%，消化率達60%以上，對于提高家畜的生產性能、降低飼料成本等具有重要意義。秸稈飼料顆粒技術的加工過程中，需要嚴格控制物料加工的細節，包括原料的選擇、粉碎、混合、調節濕度和添加劑等方面。此外，還需要合理選擇造粒設備、控制工藝參數，確保制粒質量和穩定性。顆?；暳系膽靡残枰罁笄莘N類、年齡和生長階段等特點來進行合理的飼喂計劃。

2.2.3" 秸稈壓塊技術。

秸稈壓塊技術是一種利用機械切碎或揉搓粉碎的加工工藝，秸稈通過補充必要的營養物質，最終擠壓成型為高密度塊狀或顆粒狀的飼料產品。由于其密度較高、體積較小，秸稈壓塊燃料可作為商品飼料長途運輸，特別適用于應對冬季雪災或夏季干旱造成的飼料短缺。秸稈壓塊加工可以通過高溫擠壓的方式，增加其適口性，提高采食量，從而大大提高飼料的消化率，減少飼料浪費，提高飼喂效率。此外，秸稈壓塊通過造粒加工，可以改善飼料中各種營養成分的均衡配給，使得品質更優。秸稈壓塊具有抗變質能力，可長期儲存，這也為飼料儲存及使用帶來了方便。

2.2.4" 機械化秸稈微貯技術。

機械化秸稈微貯技術采用高效的機械技術將秸稈揉成細絲，隨后加入水和微生物進行發酵處理，并采用攪拌等工藝將發酵后的秸稈存儲在密封的水泥坑和土坑中。這種技術處理的農作物秸稈可轉化為酸香可口的飼料。與傳統貯存方式相比，機械化秸稈微貯技術具有多種優點，包括高效、低成本、高消化率、高攝入量、良好的適口性、長保質期、生產周期長以及使用方便等［15］。

2.3" 燃料化

將秸稈轉化為燃料以供利用，是一種有效緩解能源和環境問題的方法，同時也可以有效地減少秸稈露天焚燒的問題，是提高秸稈資源利用率的重要途徑之一［16］。秸稈燃料化利用主要包括秸稈氣化、沼氣生產、固化成型、秸稈炭化和發電等多種方法，涉及物理、化學、生物和綜合處理等多種技術路線。

2.3.1" 秸稈氣化。

秸稈氣化技術是一種以秸稈為原料，通過熱解還原反應在匱乏氣氛的條件下進行的氣化處理。秸稈的熱化學反應可以將其轉化為氫氣、甲烷、一氧化碳等燃料氣體分子。通常，秸稈氣化經歷干燥、裂解反應、氧化反應和還原反應4個階段，處理完成后會產生大量氣體，可用于民用供暖、工業發電和農業烘干等領域［17］，同時大大提高了環保性，有效推進農業生產的高效發展，增加農民的經濟收入。在秸稈能源利用中，秸稈氣化爐是必不可少的設備，也稱為燃氣發生裝置、氣化爐或生物質氣化爐［18］。氣化爐主要分為制氣式氣化爐和半氣化氣化爐2種類型，其目的是從生物質原料中產生氣體，并自動分離和凈化氣體。燃料進入爐膛后，產生大量的氫氣和一氧化碳，然后通過自動進入燃燒分離系統進行蒸汽脫水、去除煙塵和焦油等過程，確保生產出的煤氣質量優良。

2.3.2" 秸稈制備沼氣。

秸稈沼氣生產是一種將生物質轉化為生物能源的策略，對可再生能源的發展具有重要意義［19］。為了實現基質生物的降解，木質纖維素材料必須經過機械預處理，如輥磨、擠壓、造粒和錘磨等。秸稈沼氣生產具有巨大的經濟價值，因此被列為“十三五”規劃中的關鍵戰略工程之一［20］。通常，沼氣是通過厭氧發酵技術生產的，包括組裝、儲運、預處理、厭氧發酵以及沼氣處理等多個步驟。在處理過程中，可產生大量可燃性沼氣，可為農村地區和縣城提供集中供應的沼氣，從而在一定程度上減少天然氣的消耗。這種技術是一種和平、生態良好、穩定、節能、環境友好且經濟效益良好的技術，因此得到了廣泛應用。

2.3.3" 固化成型。

我國在20世紀80年代開始了對秸稈固化燃料生產技術的研究，該技術可將農作物秸稈壓縮成固體燃料，代替煤炭或天然氣為人們提供熱量［21］。當時該技術采用木質素作為黏合劑，將秸稈進行研磨和提煉，形成大型固體燃料。秸稈固化燃料易于點燃，燃燒效率高，廢氣污染易于控制，碳排放低，同時易于儲存和運輸［22］。此外，16%的剩余生物質可作為煤炭的替代品，比煤炭燃燒時產生的二氧化碳排放量低。使用有機生物質秸稈可以降低能源成本，生產綠色能源［23］。

2.3.4" 秸稈炭化。

秸稈炭化技術是一種處理秸稈廢棄物的技術，其過程為先將秸稈進行粉碎，然后在炭化設備中，在隔絕氧氣或幾乎沒有氧氣通風的條件下，進行干燥、熱解和冷卻，從而產生炭和熱解氣體等產品。這種處理方式有助于秸稈廢棄物的管理，并有潛力提高農業產量［24］。秸稈炭化技術包括機制炭技術和生物炭技術，其特點為雜質少、易燃、熱值高，可作為優質清潔燃料，并可加工成活性炭。此外，生物炭具有堿性和良好的細胞結構，因此可以用作土壤改良劑或木炭肥料。李新［25］發明了一種新型的回轉炭化設備，該設備采用了熱解氣體再利用燃燒的方法來處理生物質秸稈，并結合連續旋轉輸送的原理，該技術有望成為秸稈廢棄物處理的有力工具。

2.3.5" 秸稈發電。

秸稈發電技術是一項利用秸稈作為發電材料的高效能技術。此技術通過將秸稈輸送到電廠，在鍋爐中進行燃燒，產生高壓蒸汽，驅動汽輪機并帶動發電機發電。該技術自20世紀90年代以來，一直是最為重要的研究之一。相較于其他電力生產方法，秸稈發電技術的優勢在于，其大量減少了秸稈焚燒所產生的環境污染。同時，秸稈發電技術也是一種可直接替代煤炭等化石燃料發電的技術，具有非凡的節能減排效果。在發展過程中，該技術也省去了秸稈固化、燒炭等復雜工序，讓更多的秸稈可以直接用于發電，并帶動相關產業的迅速發展。

2.4" 基料化

“秸稈基質”是指以秸稈為主要原料，經過加工或制備后可以為微生物、植物或動物的生長提供養分和良好條件的有機物料。這種基質主要應用于食用菌技術、植物栽培育苗基質技術和動物飼養墊料技術等領域［26］。秸稈基質作為食用菌的基料，一定程度上改善了食用菌生產的原料來源。同時，由于基料成本較低，秸稈基質可大幅降低生產成本，并消耗大量的農作物秸稈，從而對環境有保護作用［27］。目前，秸稈被廣泛用于生產平菇、香菇、金針菇和雞腿菇等［28］食用菌栽培技術，成為新時代農業發展的新趨勢。充分利用秸稈資源生產具有優質食用菌基料，可以進一步降低食用菌種植成本，提高食用菌的整體營養價值。利用秸稈生產優質食用菌，有助于促進食用菌產業規模的擴大，并提高經濟與資源效益。

3" 秸稈的工業化應用

3.1" 秸稈造紙

我國的造紙業發展迅速，但缺乏足夠的森林資源作為造紙原材料，許多需求只能通過進口進行滿足。因此，紙漿和造紙工業正經歷著嚴重的紙漿木材短缺問題，目前需要尋求其他原材料以補充。盡管回收的紙張可以部分替代化學紙漿生產，但仍無法生產高質量的紙張。此外，再生紙的收集數量有限，難以滿足造紙業的需求。對此，從非木材原材料中提取化學紙漿至關重要［29］。研究表明，農業殘留物如秸稈可成功應用于制漿造紙工業［30］。汪潑［31］設計的一種無污染的玉米秸稈多輥壓延造紙技術，部分替代了現有的工業用紙生產，對解決秸稈原料問題、減少環境污染、節約自然資源等具有重要意義。

秸稈清潔制漿造紙技術通過技術創新突破了傳統造紙技術的瓶頸，解決了秸稈造紙行業的纖維原料、環境保護和水資源等三大技術問題。此項技術開發了清潔制漿、環保型草漿制品、草漿廢液生產木質素有機肥等三項具有自主知識產權的技術，并通過“一草兩用”的方式建立了水資源減量化、廢紙液再利用、固體廢棄物回收的循環經濟體系［32］。所有這些舉措都有助于實現秸稈造紙關鍵技術的成功應用。

3.2" 秸稈的三素分離

將秸稈三大主要組分實現高效分離和高值化利用是經濟有效利用秸稈資源的關鍵。發展高效的秸稈組分分離技術是生物基能源、化學品和材料生產的重要環節。然而，這些技術成本高昂，是實現木質纖維素類秸稈原料工業化生產的主要技術難點之一。目前，通過自主研發和技術合作，采用生物酶法、含有催化劑的復雜有機溶劑、充分應用有機組分分離等技術，成功實現三組分高效分離，即高純度的纖維素、半纖維素和木質素，有效降低了成本和污染。三組分的分離為產品的精細轉化和后續的價值化提供了更大的保障，具有極其重要的意義。推動秸稈綜合利用的產業化，對實現綠色經濟和循環經濟的發展具有十分重要的意義。

3.3" 秸稈草磚

近年來，由于能源危機和全球變暖問題的日益突出，提高能源效率已成為社會廣泛關注的熱點議題之一。在全球范圍內，建筑領域的能源消耗占總消耗的20%，因此對于建筑節能和提高能源效率具有極其重要的作用。在建筑圍護結構中使用合適的保溫材料和技術是確保室內舒適度、減少對于冷卻和加熱系統依賴的有效途徑。保溫材料的主要作用在于減緩熱量的傳導、對流和輻射流動。目前，玻璃纖維、礦棉和塑料等合成材料由于其出色的熱性能成為保溫材料主流，但這些材料的生產消耗大量不可再生資源，并導致溫室氣體排放，最終導致氣候變化和環境污染，同時這些材料也無法被有效降解。因此，合理利用秸稈廢料是一種有效的節約能源和減碳途徑。秸稈內部的中空結構、低密度和很好的導熱性能使其可以被用作絕緣材料。由于對秸稈加工和現代化的需求越來越大，傳統建筑材料的嚴重污染，以及秸稈廢料的良好性能，使用秸稈磚作為建筑材料成為一個重要的趨勢［33］。秸稈磚由秸稈經過機械壓制纏繞而成，主要用于非承重部位的建筑，具有良好的保溫性能和低能耗，同時對環境無不良影響。秸稈復合材料則是通過將秸稈纖維與各種黏合劑混合而來。

茅草磚房是一種由太陽能、水和礦物質制成的環保和健康的建筑材料。對于節約能源而言，秸稈磚具有較低的加工成本和極高的經濟優勢，這是因為其使用廢棄秸稈資源。同時，使用秸稈磚代替傳統磚材可以減少燒制過程中的碳排放，并起到一定的環境保護作用。從成本角度來看，與傳統的磚房相比，茅草磚房的成本可以降低約25%。此外，茅草磚房的壽命通常比常用磚房的壽命高出1～2倍。由于秸稈磚具有良好的保溫、隔音和吸聲性能，因此在東北地區寒冷氣候下是一個理想選擇。同時，由于草磚被緊密壓縮，即使在接觸火焰時，其中心也因缺氧而不容易燃燒，起到了一定的防火作用。此外，在沒有氧氣的情況下，也不必擔心秸稈磚內部產生蟲害。這些優異的性能不僅使得秸稈磚成為一種理想的保溫和隔墻材料，而且為秸稈廢料的處理提供了一個潛在的解決方案。

3.4" 人造板

我國面臨著木材資源匱乏的問題，尤其是大口徑木材。隨著人造板產業的迅猛發展，其已成為緩解木制品供需矛盾、保護森林資源和生態環境的重要手段。因此，可采用秸稈作為人造板生產原料并不斷增加秸稈人造板產量。 秸稈人造板的生產一般包括秸稈粉碎、預處理、再粉碎、加入黏合劑混合、鋪裝、熱壓、冷卻和脫模等步驟［34］。黏合劑的使用直接影響板材的性能，是生產秸稈基板材的核心。普遍采用的黏合劑包括有機黏合劑和無機黏合劑。在有機黏合劑中，異氰酸酯廣泛使用，具有防水性好、耐候性高、熱壓時間短、用量少以及不含游離甲醛等環保特點。然而，由于異氰酸酯的高成本，其應用仍受到一定限制。在無機黏合劑中，硅酸鹽和氧化鎂膠黏劑的應用最為廣泛。值得一提的是，我國的秸稈板膠黏劑已經達到零甲醛的標準。人造板具有力學性能穩定以及原料來源廣泛的優勢，廣泛應用于家具生產、裝飾板、木結構建筑板等領域，成為木制品的理想替代材料。

3.5" 木糖醇

木糖醇是一種天然甜味劑，廣泛應用于食品、牙科和制藥行業，并被用作其他有價值化學品的平臺。目前，市場上的商業生產模式仍然是基于半纖維素水解物中的木糖進行催化氫化提純。然而，木糖提純過程非常復雜，因此該生產模式被認為是低效且昂貴的。與傳統的高溫高壓催化加氫生產方法相比，采用從秸稈中分離提取半纖維素并通過發酵半纖維素水解物來生產木糖醇的方法具有諸多優勢，如原料成本低、能耗低、反應條件溫和，并且產品質量良好。秸稈的半纖維素含量與其他類型的生物質相似，半纖維素水解物中木糖的高濃度也表明，秸稈可作為木糖轉化為木糖醇的理想原料［35］。

4" 高值化路徑

4.1" 生物基材料

4.1.1" 聚乳酸。

2020年1月16日，我國公布了《關于進一步加強塑料污染治理的意見》，鼓勵生產和使用可降解塑料制品。聚乳酸塑料（PLA）因其來源廣泛、生物相容性良好而成為可降解塑料的一個重要分支。聚乳酸材料可以通過現代生物發酵技術利用秸稈等農作物原料生產一系列塑料替代制品。這種完全綠色可降解材料近年來廣受關注，它不僅能增加農作物收入，同時廢棄聚乳酸產物還會在土壤微生物或水分的作用下降解為完全無毒低分子物質水（H2O）與二氧化碳（CO2）。因此，PLA的生命周期形成一個封閉的循環，制品在廢棄后焚燒或降解都不會加重溫室效應。PLA具有機械性能高、塑性好、加工成型容易等特點，目前可以廣泛應用于醫療藥品、包裝、塑料餐具、日用品、紡織服裝面料、口罩、皮革、環保材料、農用地膜、組織工程支架、裝飾品、健身器、3D打印等領域［36-39］。PLA以其原材料來自農作物、可生物降解、綜合性能佳等優良特性被譽為緩解全球石油危機、白色污染和溫室效應的最有前途的材料［40］。以2022年北京冬奧會為例，為參會人員提供的注塑類餐具和一次性餐具都是以聚乳酸為原料。這些產品不含甲醛雙酚A，焚燒過程中不排放氮化物、硫化物及其他有毒氣體，6個月內堆肥過程中可以通過微生物的作用將其降解成二氧化碳及水。這些可降解材料的應用作為綠色奧運的重要組成部分，起到了舉足輕重的作用。

聚乳酸是一種脂肪族聚酯，由乳酸聚合而成。它可以從天然生物體中提取，也可以通過人工合成得到。目前有2種主要的方法：直接聚合法和間接聚合法。這2種方式各有優缺點，直接聚合法制備的聚乳酸分子量較低，而低分子量聚乳酸則較易降解，適合用于醫藥領域；直接脫水聚合制備方法為：將乳酸脫水從而得聚乳酸。這一方法聚乳酸相對分子量小，且分子間范圍較大，需進一步除外聚合，才可獲得分子量較大聚乳酸。該工藝需要對水、溫度和其他條件得到有效的控制，具體分為溶液縮聚法、熔融縮聚法等［41］。間接聚合法雖能得到高分子量聚乳酸產品，但是制備工藝比較煩瑣，適用于紡織和塑料工業。間接聚合法即為開環聚合，以乳酸為原料，經縮聚、解聚得到環形丙交酯，然后進行丙交酯開環聚合反應，獲得聚乳酸。開環聚合是一種在較短時間內進行的反應，反應溫度和使用不同的催化劑類型，可控制聚乳酸分子量的合成工藝。這種方法的優點是反應原理簡單、反應過程具有可控性，但聚乳酸后續純化工藝較復雜，所需費用較高。根據所用催化劑的不同及相應反應原理，間接聚合法又可分為離子開環聚合、配位開環聚合及有機開環聚合等方式。

稈制膜技術是以秸稈為原料，通過對秸稈纖維進行發酵處理、高濃度研磨、提取凈化廢液以及低濃度研磨處理形成有機秸稈漿料，最終形成秸稈膜的一種技術。它的優點是清潔無污染、完全生物降解，能抑制雜草生長和保水，可作為普通地膜的適宜替代品。新疆石河子的棉花作物種植試驗發現，與傳統PE地膜相比，聚乳酸降解地膜的出苗率更高，保水性也有所改善，達到了20%以上，而且其抑制雜草的能力也更強，完全可以滿足棉花生產的覆蓋需求［42］。Li等［43］將46 mm×62 mm的長方形PLA生物地方埋入野外土壤24個月后，PLA地膜大約降解10%。然而，聚乳酸的制備成本較高，這也是其被廣泛應用的限制因素之一。應致力聚乳酸合成與制備工藝的創新，促進聚乳酸的進一步推廣應用。取而代之的是，也可以使用聚乳酸制成包括地膜在內的導致白色污染的制品［44］。以推進相關產業為前提，探索聚乳酸價值，降低制備成本。

4.1.2" 植物短纖維-生物基復合材料。

植物短纖維-生物基樹脂復合材料作為新一代環保材料，近年來得到了廣泛關注。這種材料是由可再生資源制成的，包括農作物秸稈、麻纖維和竹子纖維。它還含有改性淀粉和聚乳酸等生物基樹脂。通過注塑和3D打印等加工方式，它可以制成各種容器、工藝品、包裝材料和日常用品。具有高強度、質樸的表面紋理、鮮艷的顏色和獨特的質感，可多次重復使用，并可替代部分塑料、玻璃、陶、瓷等制品。在廢棄后還可以生物降解，從而減輕對環境的負擔。我國長期以來對一次性餐具的需求量很大，但大部分是由塑料或紙制品制成，這既危害了生態環境，也會對人們的健康造成危害。而植物纖維環保材料，如小麥秸稈+食品級PP材料的生活用品，則成為一種取代傳統餐具的綠色環保健康選擇。這些用小麥秸稈制成的生活用品具有獨特的綠色環保、自然麥香和可降解的特性，并且可以在自然環境中自然降解，因此受到大眾的喜愛和迅速的發展。市面上很多以小麥秸稈為宣傳點的生活用品，如牙杯、餐具、砧板等，都以綠色環保健康為主要銷售點［45］。秸稈餐具作為一種環保友好型餐具，具有易降解、可回收、原料清潔、來源廣泛、對人體無毒等優點，既可以減輕環境污染，又可以創造經濟效益［46］。另外，我國作為農業大國，秸稈原料極其豐富，通過利用秸稈生產餐具可以提高秸稈的綜合利用率，促進地方經濟的發展，因此秸稈餐具被視為一種節約資源和環保的寶貴貢獻。

4.1.3" 木塑材料。

木塑復合材料克服了木材強度和可變性以及有機材料低模量等局限，同時還能夠充分利用廢棄木材和塑料，減少環境污染，具有可塑性、可降解性、低生產成本及環保等特點。秸稈生物質塑料則是通過將秸稈粉碎后與一定比例的熱塑性樹脂混合，并加入偶聯劑、阻燃劑、相容劑、潤滑劑、發泡劑、穩定劑和其他加工助劑等，以改善材料的性能。隨后通過熱壓、擠出成型、注塑成型等技術生產，木塑產業的發展有效促進了秸稈的高值利用［47］。

4.2" 液體燃料

4.2.1" 乙醇。

木質纖維素生物質是一種廣泛、豐富和可再生的資源，含有大量的可發酵糖類。作為綠色生物能源領域備受矚目的創新，在木質纖維素生物質中生產乙醇已成為科學界廣泛關注的焦點［48］。將豐富的木質纖維素生物質轉化為乙醇可提高能源安全性、減少溫室氣體排放量并提高價格穩定性。秸稈等木質纖維素材料易于獲取并可以發酵生產乙醇，因此可以作為純車輛燃料或添加到汽油混合物中的成分［49］。燃料乙醇是通過將秸稈等木質纖維素原料進行預處理、酸水解/酶水解、微生物發酵及乙醇濃縮而生產出來的。近年來，生物燃料乙醇技術已涌現出來，乙醇生物燃料技術成為替代傳統石油等能源的重要方法。第二代木質纖維素生物燃料乙醇是未來大規模替代石油的關鍵。利用秸稈等生產乙醇可直接替代工業乙醇生產中大量消耗的糧食，為維護國家糧食安全做出巨大貢獻。因此，秸稈轉化為乙醇已成為目前生物燃料乙醇技術研究的熱點方向。

4.2.2" 丁醇。

可再生資源在生產燃料、化學品和環保材料方面的應用是可持續工業發展中的重要問題［50］。對于玉米秸稈等廢棄物，其含有的碳水化合物能通過轉化為可發酵的糖，用于生物燃料的生產。生物丁醇是一種可替代的燃料，可從玉米秸稈中獲得。同時，Nanda等［51］提出了從不同的木質纖維素生物質中獲得新燃料的方法，比如通過丙酮-丁醇-乙醇（ABE）發酵過程生產丁醇。幾種農業廢棄物，包括玉米秸稈在內，已成功實現了ABE發酵生產生物丁醇［52］，具有很好的應用前景。由于快速達到所需的工業規模，玉米秸稈目前被視為工業化國家生產生物乙醇的最重要原料之一。此外，玉米秸稈由于其纖維結構和高碳水化合物含量也成為一種有趣的生物丁醇生產原料，這種特性引起了研究人員的極大興趣。利用玉米秸稈生產第二代生物丁醇不僅能發電，還可以有效減少溫室氣體排放、提高廢棄物的利用率［53］，因此具有很高的經濟和環境效益。

4.3" 氫氣

隨著化石能源的大量消耗和環境危害的日益加劇，越來越多的關注被投入發展清潔高效的可再生能源上。全球正在積極尋找替代“化石燃料”的清潔和綠色能源，以最大限度地減少“溫室效應”和“氣候變化”給人類帶來的威脅。氫氣是一種高效且環保的燃氣，可以從生物質、水、碳氫化合物、天然氣等多種組合形式中得到，具有較高的發熱量，備受關注?？梢哉f，氫能源是21世紀最重要的清潔能源之一，其制備技術正在得到廣泛的發展和應用［54］。

木質纖維素生物質是一種碳水化合物含量高達70%～80%的理想制氫原料。但是，由于含有木質纖維素的水稻秸稈結構復雜且緊密，因此在制氫前需要進行預處理。預處理的第一步是將秸稈粉碎，然后采用機械或化學方法脫木素，并進行暗發酵過程［55］。在暗發酵過程中，水稻秸稈中的纖維素和半纖維素可水解成碳水化合物，然后進一步處理為有機酸和氫氣。已經證明，厭氧產氫菌（如NCIMB10102）在暗發酵法生產氫氣方面具有很高的產氫能力［56］。暗發酵工藝連續生產氫氣的影響因素有很多，包括pH、水力停留時間和溫度等。為了精確掌握連續生產氫氣的影響因素，申勛宇等［57］使用連續攪拌釜式反應器，利用暗發酵法以稻草秸稈為原料連續生產氫氣，并進行了大量研究。研究表明，當pH為5.5、水力停留時間為18 h、氫氣產量為6.8 L/d、45.0 mL/g COD，其反應條件最優。Datar等［58］使用蒸汽爆炸法對玉米秸稈進行預處理，并研究了其產氫發酵性能。該研究以玉米秸稈為模型生物質，采用從當地污水處理設施獲取的微生物群落接種于間歇式生物反應器中，展示了溶解半纖維素和固體木質纖維素餾分作為底物的氫發酵。結果表明，通過玉米秸稈蒸汽爆炸法預處理，選取220 ℃下3 min的處理條件可以得到最佳的氫氣產量，可能是由于該條件下釋放了最多的葡聚糖和木聚糖。盡管水解液中的大多數糖都是低聚物，木糖是主要成分，但微生物仍然可以有效地分解這些低聚糖并將其發酵成氫。

5" 總結與展望

我國的秸稈綜合利用目前仍處于起步階段，難以建立規模化、簡單化、粗放化的整個秸稈產業市場化運作。其中，秸稈產品低附加值和低經濟效益是目前的主要問題。自“十二五”規劃實施以來，秸稈的利用有了進一步的發展，我國秸稈總利用率超過80%，在以肥料為主、飼料和燃料為輔的基礎上，積極推進秸稈原料和基礎材料的利用模式。盡管如此，秸稈的使用引起了很多問題，并且仍存在種種困境。由于技術和成本的限制，目前秸稈的資源化程度較低，工業應用也未得到全面推廣，并且需要提高秸稈產品的附加值。

因此，秸稈綜合利用面臨的問題需要針對性地逐步完善政策，開發針對性的技術和產品。在現有成熟技術和產品的基礎上，秸稈的高值化發展應當向“工業化、高值化”方向發展，主要包括三個方面的應用：一是生產生物基材料，例如具有良好生物降解性和可重復利用性的聚乳酸、植物短纖維-生物基復合材料等；二是將秸稈轉化為乙醇、丁醇等液體燃料；三是將秸稈轉化為生物天然氣，例如轉化為氫氣等。秸稈具有非常廣泛的應用前景，推動秸稈高值化發展有利于其充分利用，高附加值產品使我國秸稈的新工業用途達到一個新水平，同時也符合我國綠色環保、低碳經濟政策和節能減排、可持續發展戰略，有助于促進我國經濟、社會與環境的和諧發展。

參考文獻

［1］

尹成杰.撿回另一半農業的再思考［J］.農村工作通訊，2018（3）：44-48.

［2］ 宋大利，侯勝鵬，王秀斌，等.中國秸稈養分資源數量及替代化肥潛力［J］.植物營養與肥料學報，2018，24（1）：1-21.

［3］ 王春勇，張彩虹，可欣，等.金霉素對牛糞和玉米秸稈混合厭氧消化性能影響研究［J］.可再生能源，2022，40（8）：1015-1019.

［4］ WANG X L，YANG Z L，LIU X，et al.The composition characteristics of different crop straw types and their multivariate analysis and comparison［J］.Waste management，2020，110：87-97.

［5］ 劉燕.適合湖南地區的農作物秸稈綜合利用產業技術現狀：以安鄉縣為例［J］.作物研究，2022，36（3）：275-279.

［6］ 許雪亞.全國人大代表、中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所所長趙立欣提升秸稈綜合利用水平助推實現農業“雙碳”目標［J］.農村工作通訊，2022（6）：34-35.

［7］ GUAN Y N，CHEN G Y，CHENG Z J，et al.Air pollutant emissions from straw open burning：A case study in Tianjin［J］.Atmospheric environment，2017，171：155-164.

［8］ 李建峰，宋宇，李蒙蒙，等.江漢平原秸稈焚燒污染物排放的估算［J］.北京大學學報（自然科學版），2015，51（4）：647-656.

［9］ 蘇瑜，黃連光，王秀敏.秸稈焚燒現狀與對策探討［J］.寧夏農林科技，2012，53（3）：113-114.

［10］" POPE C A Ⅲ，DOCKERY D W.Health effects of fine particulate air pollution：Lines that connect［J］.Journal of the air amp; waste management association，2006，56（6）：709-742.

［11］ 張婧，陳慶鋒，劉偉，等.秸稈還田對鹽堿地土壤及作物生長的影響研究進展［J］.江蘇農業科學，2022，50（11）：13-22.

［12］ 周腰華，潘榮光.玉米秸稈綜合利用技術分析與評價［J］.河北民族師范學院學報，2020，40（4）：116-121.

［13］ HUANG R，LIU J，HE X H，et al.Reduced mineral fertilization coupled with straw return in field mesocosm vegetable cultivation helps to coordinate greenhouse gas emissions and vegetable production［J］.Journal of soils and sediments，2020，20（4）：1834-1845.

［14］ 李輝.東北地區農作物秸稈綜合利用的現狀及建議［J］.農機使用與維修，2022（7）：149-151.

［15］ 馮新航.農作物秸稈綜合利用技術［J］.當代農機，2021（5）：53-55.

［16］ 姚文秋.黑龍江省農作物秸稈處理方式調查研究［J］.園藝與種苗，2021，41（9）：74-75，84.

［17］ 黃雪麗，舒志強.生物質能發電廠秸稈氣化系統的安全分析［J］.機電信息，2020（14）：32-33.

［18］ 李愛芹.秸稈氣化技術對秸稈能源化利用的有效提高分析［J］.農業與技術，2021，41（18）：75-77.

［19］ ZIELIE’N′SKI M，DE’BOWSKI M，KISIELEWSKA M，et al.Cavitation-based pretreatment strategies to enhance biogas production in a small-scale agricultural biogas plant［J］.Energy for sustainable development，2019，49：21-26.

［20］ 劉秋蘭，易陽，胥偉，等.玉米秸稈燃料化利用技術研究進展［J］.武漢輕工大學學報，2022，41（1）：9-15，29.

［21］ 張國鵬.農作物秸稈的綜合利用及可持續發展［J］.農業開發與裝備，2021（4）：124-125.

［22］ 王密盛.黑龍江省秸稈利用方式解析［J］.農機使用與維修，2021（2）：123-124.

［23］ VERGARA J C，ROJAS G，ORTEGON K.Sugarcane straw recovery for bioenergy generation：A case of an organic farm in Colombia［J］.ACS omega，2020，5（14）：7950-7955.

［24］ 白懷瑾.淺談農田秸稈炭化的利用［J］.河南農業，2022（4）：24.

［25］ 李新.農作物秸稈連續回轉式炭化技術研究［D］.長春：長春理工大學，2021.

［26］ 楊曉東.農作物秸稈基料化利用技術及效益分析［J］.農業科技與裝備，2017（12）：41-43.

［27］ 楊武英.秸稈綜合利用分析［J］.新農業，2016（11）：57.

［28］ 劉翱翔.食用菌多元化循環經濟模式與發展建議［J］.中國食用菌，2019，38（3）：97-100.

［29］ PUIT’EL A C，MOISEI N，TOFNIC B M，et al.Turning wheat straw in a sustainable raw material for paper industry［J］.Environmental engineering amp; management journal，2017，16（4）：1027-1032.

［30］ MOUSAVI S M M，HOSSEINI S Z，RESALATI H，et al.Papermaking potential of rapeseed straw，a new agricultural-based fiber source［J］.Journal of cleaner production，2013，52：420-424.

［31］ 汪潑.秸稈壓延造紙設備軋輥的傳熱模擬及分析［D］.哈爾濱：哈爾濱商業大學，2022.

［32］ 李洪嶺，周恒民，尹麗華，等.秸稈清潔制漿造紙廢水處理工藝研究［J］.中華紙業，2018，39（14）：12-16.

［33］ 劉世君.秸稈原料化利用技術在濱海新區的應用前景分析［J］.農機使用與維修，2021（1）：131-132.

［34］ DOMNGUEZ-ROBLES J，TARRS Q，ALCAL M，et al.Development of high-performance binderless fiberboards from wheat straw residue［J］.Construction and building materials，2020，232：1-11.

［35］ HERNNDEZ-PREZ A F，DE ARRUDA P V，DE ALMEIDA FELIPE M D G.Sugarcane straw as a feedstock for xylitol production by Candida guilliermondii FTI 20037［J］.Brazilian journal of microbiology，2016，47（2）：489-496.

［36］ 范寧偉，翦英紅，景麗潔，等.聚乳酸的合成及分析［J］.合成化學，2003，11（6）：530-532，539.

［37］ 蒲小聰.聚L-乳酸的合成及其改性［J］.成都航空職業技術學院學報，2009，25（1）：59-61.

［38］ 魏軍.聚L-乳酸的合成研究［D］.南京：南京工業大學，2006.

［39］ 楊惠，劉文明，黃小強，等.聚乳酸合成及改性研究進展［J］.合成纖維，2008，37（3）：1-5.

［40］ 張瑾，王麗偉，王川，等.分析聚乳酸/麥秸稈纖維復合材料力學及吸水性能［J］.現代農業研究，2022，28（7）：124-126.

［41］ 趙今，劉杲，姜紅.生物可降解材料在臨床治療與護理中的應用［J］.合成材料老化與應用，2022，51（1）：120-122，21.

［42］ 王碩.找回農業生產的“另一半”［N］.人民政協報，2022-08-18（006）.

［43］ LI C H，MOORE-KUCERA J，MILES C，et al.Degradation of potentially biodegradable plastic mulch films at three diverse U.S.locations［J］.Agroecology and sustainable food systems，2014，38（8）：861-889.

［44］ 李淑慧，楊樹榮，徐棟.生物可降解材料聚乳酸的制備及應用［J］.化工管理，2023（5）：69-71.

［45］ 王琪，李波濤.生物基復合材料在現代工業產品中的應用與前景［J］.設計，2019，32（4）：137-139.

［46］ 申天天，何思龍，王欽可，等.秸稈環保餐具營銷現狀及市場推廣對策分析［J］.現代商業，2021（16）：21-23.

［47］ 魏珣，林長喜.我國生物基材料產業發展對策與建議［J］.化學工業，2022，40（2）：6-11，23.

［48］ 張毅，張宏，劉云云，等.纖維素燃料乙醇預處理技術研究進展［J］.可再生能源，2021，39（2）：148-155.

［49］ SINGH R，SHUKLA A，TIWARI S，et al.A review on delignification of lignocellulosic biomass for enhancement of ethanol production potential［J］.Renewable and sustainable energy reviews，2014，32：713-728.

［50］ ALAVIJEH M K，KARIMI K.Biobutanol production from corn stover in the US［J］.Industrial crops amp; products，2019，129：641-653.

［51］ NANDA S， GOLEMI-KOTRA D，MCDERMOTT J C，et al.Fermentative production of butanol：Perspectives on synthetic biology［J］.New biotechnology，2017，37：210-221.

［52］ HIJOSA-VALSERO M，PANIAGUA-GARCA A，DEZ-ANTOLNEZ R.Industrial potato peel as a feedstock for biobutanol production［J］.New biotechnology，2018，46：54-60.

［53］ MALMIERCA S，DEZ-ANTOLNEZ R，PANIAGUA A I，et al.Technoeconomic study of biobutanol AB production.1.Biomass pretreatment and hydrolysis［J］.Industrial amp; engineering chemistry research，2017，56（6）：1518-1524.

［54］ BAUER C G，FOREST T W.Effect of hydrogen addition on the performance of methane-fueled vehicles.Part I：Effect on S.I.engine performance［J］.International journal of hydrogen energy，2001，26（1）：55-70.

［55］ FAN K S，KAN N R，LAY J J.Effect of hydraulic retention time on anaerobic hydrogenesis in CSTR［J］.Bioresource technology，2006，97（1）：84-89.

［56］ FABIANO B，PEREGO P.Thermodynamic study and optimization of hydrogen production by Enterobacter aerogenes［J］ .International journal of hydrogen energy，2002，27（2）：149-156.

［57］ 申勛宇，黃昊飛.以廢棄水稻秸稈為原料制備氫氣試驗研究［J］.農機化研究，2015，37（12）：251-253，268.

［58］ DATAR R，HUANG J，MANESS P C，et al.Hydrogen production from the fermentation of corn stover biomass pretreated with a steam-explosion process［J］.International journal of hydrogen energy，2007，32（8）：932-939.