爱华网——中国秸秆能源化利用的可行方案 摘要：能源紧张、气候变化，使得低碳经济成为发展方向，给农业生物质秸秆能源化利用带来重大机遇，而收集难、运输难、储存难是中国秸秆能源化利用的瓶颈。当大量秸秆被农民当作负担焚烧造成环境污染的同时，大部分秸秆发电厂却因“无米下锅”不能正常生产。秸秆就地加工，固化成便于运输的颗粒型，采取分散式加工、集约化运营的运作模式符合农村实际，得到农民认可，是解决秸秆能源化利用的可行方案。 前 言 农业废弃物（主要指秸秆）在西方国家并没带来多大的环境问题，在我国，却成为政府沉重的负担。目前，我国每年秸秆产量约6亿吨，扣除工业、秸秆还田、饲料以及农民生活散烧所消耗的部分，约有2.5亿吨的秸秆处于闲置、无处利用的状态。每到秋收季节，各级政府都要三令五申，严禁焚烧秸秆。大量秸秆被焚烧，不仅严重污染环境、威胁航空安全，而且浪费了宝贵资源。 经过一年时间的调研，我们走访了相关政府部门、专家学者、科研机构，实地考察了北京、河北、江苏、陕西、黑龙江、吉林、辽宁等地农村，以及设备制造商、锅炉炉具制造商、城市民用及工业的锅炉用户、秸秆发电厂，等等。我们发现，农业废弃物产业化开发利用最突出的问题是原料收集难、运输难、储存难，这也正是生物质秸秆能源化利用的瓶颈。 制约秸秆实现能源化利用的原因 近年来，随着农村生活水平的提高，能源消费结构发生了很大变化，原来作为生活燃料的秸秆，逐渐被煤与液化气所替代。因此，秸秆就成了废物，成了政府和农民的一种负担。秸秆之所以没有形成有效，合理的利用途径，通过调查，我们认为有以下几种原因： 1.耕地分散经营制约了机械化的处理方式 改革开放以来，我国农村实行土地联产承包责任制。这种小片分散经营的模式给农业生产机械化提出了新课题。近几年对于小麦，稻谷等秸秆产量较小的农作物，机械化收割采用留高茬还田处理，机械或人工收集基本解决了秸秆处理的问题。但是，对于玉米这种秸秆产量大、处理又不方便的农作物就带来了很大的挑战。由于农户平均农田面积小，农作物种植分散，秸秆分散，很难采用机械化作业的方式。中央最近出台了农村土地流转办法，给农业大片经营扫清了制度障碍。但是，要实现农业机械化尚需时日。起码，近期我国农户的经营模式及大型机械化收集作业还无法普遍实现，秸秆收集及利用也无法照搬西方发达国家的模式。 2.季节性强，时间短，产生量大 玉米是我国北方大量耕种的农作物之一，秸秆量约2亿吨。多数地区采用的是玉米小麦间作的种植方式，从玉米收获到小麦种植仅有一个多月的时间。时间短，秸秆产生量大。 我们在冀中平原保定地区定兴县所作的玉米秸秆基本数据实测报告显示，在玉米收获时的秸秆籽实比平均为1.49，玉米植株平均每亩为4162.5株，秸秆中的水分含量为73.78%，平均株重为0.58千克。也就是说，收获时玉米平均亩产秸秆2793.6千克，其中秸秆的含水量为2061.1千克。如果在收获时处理秸秆的话，不论将秸秆运往何处，都要考虑运输这每亩秸秆所产生的两吨左右水所作的无用功。 3.质地疏松，运输、储存困难 实地调查显示，玉米秸秆割倒后，经过七至十天的晾晒，其水分含量可以降至百分之十几，达到可以加工的程度。但是，目前秸秆的能源化利用，无论是液化、气化还是固化成型，基本上都是工厂化的生产，即秸秆收获后都要运到工厂。然而，秸秆质地疏松，不论何种运输工具都是得不偿失。即使经过一段时间的晾晒，在百分之十几含水量的情况下，其密度每立方米也只有几十千克。即使是机械成捆的秸秆密度，一般也在300千克/立方米以下，而比较经济的运输密度一般在400千克～600千克/ 立方米以上。这意味着什么？比如对于一个25兆瓦的发电厂来说，年需要秸秆约20万吨，即使运输半径能在100公里以内，且可以收集到足够的原料，但其运输费用仍将超过秸秆本身的价值。再加上秸秆的收获季节性很强，更不用说秸秆储藏需要占用大量土地以及防火等设施的费用，因此仅就成本而言，目前国内建成的20余座秸秆发电厂很难正常生产。 4.大量焚烧，浪费、污染严重 秸秆的存放大致有以下几种情况： (1）堆放在田间地头由于秋收季节时间紧，秸秆产生量大，因此根本没有时间将秸秆处理，大量的秸秆堆在田间地头。一般都是随意堆放，以不影响秋种为目的。如图1所示。 （2）对于不进行秋种的地块，秸秆则随意地扔在地中，或砍倒，或仍长在田中，来不及作处理。如图2所示。 （3）在冬季农闲季节，一些农户则将准备使用的秸秆存放在房前屋后。如图3所示。
调查中我们对于大量秸秆被浪费化处理非常痛心。每年的大量秸秆，除了少部分被用来自用，一部分用作饲料外，存放在田间地头以及仍在田里存放的大量秸秆，基本上被付之一炬。有些是在秋收时被焚的，有的则是在农闲季节被烧掉的。如图4所示。 以河北定兴县的张祖庄为例，虽然村中有一个秸秆饲料压块厂，但由于压块厂的产品受市场的影响较大，每年仍有大量的秸秆被焚烧。一大原因就是前文提及的秸秆价格还不抵运输成本。在对江苏的一些秸秆发电厂的调研中，同样的问题更为严重：大部分秸秆发电厂“无米下锅”。 综上，我国秸秆能源化的利用还远未达到人们的期望值，如何克服秸秆能源化利用的瓶颈，整体上还缺乏行之有效的方法。 可能的解决思路 目前，西方一些发达国家的农业生产基本上都采用机械化作业的方式，因此，收获后秸秆的处理也基本上采用机械化打捆的方式。这样的作业方式在我国除了一些大的国营农场外，对于绝大多数实行联产承包的农村来说，近期是无法实现的。必须考虑其他方法，以实现秸秆的能源化利用。 从目前农村的现状来看，首先要解决的问题就是如何将秸秆转化为便于运输、储藏的原料。一个行之有效的方法就是，将秸秆就地加工、固化成型为可以实现长途运输的秸秆颗粒，以解决能源化利用的瓶颈问题。 经过我们近两年的调研，虽然目前市场上有这样的产品，但是距离商业化成熟的要求还相去甚远，而且，运行的可靠性也大打折扣。实际上，缺乏农民经济实用的配套技术设备以及与之相适应的产业化模式是问题的关键。在农作物轮作茬口紧的多熟农区，秸秆便捷处理设施不配套，农民收集处理秸秆的难度大，随意遗弃和露天焚烧现象严重；秸秆综合利用新技术应用规模较小，尤其是适宜农户分散经营的小型化、实用化技术缺乏，各项技术之间集成组合不够。这使得真正能够在田间地头作业且具备商业化运行的设备及方式还是空白。 通过调研，我们主要有几点体会，并在初步实践中得到了印证，希望能够对于解决秸秆能源化利用的瓶颈有所启发与帮助。 1.一体化便捷式秸秆加工的工作方式 大量的秸秆在收获后，有相当一段时间只能是存放在地头、路旁或田间，而且人们都知道“十里不运草”。因此，加工设备的工作方式应该是小型便捷，可以移动，且配置柴油机、电力等不同的动力输入，集切碎、调质、固化成型为一体，方便农民操作，适合于在地头、路旁实现就地加工。如图5所示。 这样既避免因秸秆的转运而增加利用的难度，又减少浪费，提高了秸秆的利用率，大大提高捡拾率，经实测提高约十个百分点。加工成固体颗粒（固体颗粒的技术指标选择设计为：密度1～1.2，含水率12%～15%）后，再进行运输，既方便又可以大大降低运输成本，而且宜于存储。 通过与村干部、村民交流以及在北京房山区北正村所做的秋季、冬季初步试验，机型及加工方法得到了当地农民、基层干部的认可与肯定。 2.分散式加工，集约化运营的运作模式 有了适合的加工方法，还应有与之相适应的运作模式。以每亩可加工的秸秆量估算，玉米秸秆含水率为15%～25%时，秸秆理论产量在1000千克/亩左右。减除收获、搬运等的损失以及其他用途，整体估算实际可供加工利用的秸秆约600千克/亩。以平均每户3亩玉米，每台加工设备的产量为200～300千克/小时计算，一天可以为1～2户农民完成玉米秸秆的加工。 设备的产量选择设计依据主要是： （1）秸秆肩扛、搬抱移动的距离估算：依据农村家庭联产责任制每个农户分到耕地很细碎、农户自主经营、分散种植的实际情况，经实测并向农民们请教，秸秆肩扛、搬抱移动的距离为几十米不超过100～200米，宜于农民顺手就可以完成。 （2）固化设备每移到一个点的工作量估算：按照机器尽可能靠近秸秆堆的技术路线，结合每次移动机器的直接成本和机会成本，特别考虑适用方便等基本要素，从概率角度以满足最可能出现的情况为主要考虑，估算出每移动一次机器的工作时间、工作半径、需加工秸秆量约为：几十分钟，一二十米，上百千克。这样，加工设备的产量指标可参考设计为100～300千克/小时。在与受访者讨论交流过程中，对于上述考量，大家认为是符合实际情况的。 因此，我们初步的运营模式是：由农民向企业租赁设备，或农民购买加工设备，农民也可以委托企业代为加工或直接向企业出售秸秆，企业组织秸秆固化加工后的产品收购、储运等，从而将农民的风险降至零或最低。通过初步小规模的营运试验，我们认为以上两点契合目前我国农村经营模式的实际，为秸秆的能源化利用开辟了新途径。其前景和优势主要体现在以下几点： 可以有效地解决秸秆能源化利用的瓶颈问题，尤其是秸秆的运输、储藏问题，而这恰恰是工厂化运作无法做到的，因为即使在当地设厂，哪怕一村一厂，秸秆的运输也是不可逾越的瓶颈。 可以解决农民的增收问题，秸秆不再是负担。如果农民购买设备从事加工，按每年3～4个月的生产周期，一台设备的投资回收期为 3 年。此外，还可以解决剩余劳动力的就业问题。 秸秆固化颗粒既可以作为当地农民的燃料，也可以由企业统一收购后送往发电厂、加工厂、饲料厂等，运输、储藏不再是制约瓶颈。 结 语 根据我国农村的实际，到田间、地头，靠近秸秆，就地加工秸秆，避免长距离运输原状秸秆，使困扰秸秆能源化利用的收集难、运输难、储存难的瓶颈问题有了一种初步解决的方案。通过小型试验及调研，农民对于此种运营模式是认可的，因为农民基本上可以做到无风险增收。为此，我们认为这是目前解决秸秆能源化利用瓶颈的有效措施，尽管模式需要进一步试验，扩大规模完善措施；设备也需要进一步优化、完善。
