我國秸稈生物炭資源化的難點與對策研究

宋婉萌+孫娜+趙園園+牛思露+高園園

摘 要：目前，中國有大量的秸稈被焚燒，不僅造成了嚴重的環境污染，而且是資源的浪費。科學研究表明，生物炭的固碳作用對土壤環境有很大的改善作用，增強土壤肥力及減輕全球變暖，從而促進低碳農業的發展和環境的可持續發展。本文通過調查中國秸稈資源產量及利用現狀，分析秸稈向生物炭轉化的效益，探討在此過程中可能存在的問題，并在此基礎上提出解決秸稈到生物炭轉化的對策及建議。

關鍵詞：秸稈；生物炭；增匯減排

現今我們的環境質量每況愈下，霧霾天氣越來越多也越來越嚴重，全球變暖現象不斷加劇，很可能在未來對我們的生活產生很大影響。社會的不斷進步，工業化進程的步伐加快，增大了碳的排放量。而農業碳排放又占據很大份量，每年產生巨量農作物秸稈，這些秸稈的不合理利用產生了大量碳。秸稈埋藏在土地里產生很多諸如CH4、CO、CO2、等含碳氣體，對大氣造成嚴重污染。然而，如果將秸稈華麗地變身為低能耗、低污染、低排放的生物碳，必然會形成一種節約型、效益型、安全型的經濟模式，對環境和經濟產生很大影響。

1 我國秸稈的利用現狀

我國是糧食生產大國，也是秸稈生產大國，每年產生的秸稈約占全世界秸稈總量的20%～30%得到利用，雖然我國秸稈資源非常豐富，但并沒有充分利用，只有20%多得到利用[1]。

農作物秸稈資源量一般根據糧食的產量和草谷比計算得到，如式（1）。

（1）

其中，CR—秸稈資源量，Qi—第i種農作物的產量，ri—第i種農作物的谷草比。

秸稈資源量估算的關鍵是農作物草谷比系數的確定。綜合已有研究的草谷比選擇方法和中國的秸稈資源情況來確定草谷比系數。根據2014年中國統計年鑒得出中國2013年的秸稈資源量[2]，具體信息詳見表1。

根據2014年中國統計年鑒數據，我國稻谷、小麥、玉米等主要糧食總產量達48，074.2萬t，可產生秸稈高達85，385.6萬t，折合43，068.8萬t標準煤（見表1）。

秸稈能源化利用方式有秸稈還田、燃燒發電、制作沼氣、氣化、作為飼料和作為工業紡織業原料等多種路徑。盡管秸稈的利用方式已經多元化，但秸稈的主要利用方式還是被丟棄和燃燒，這樣的不合理利用已經對環境及社會產生很多負面影響。首先丟棄秸稈是資源的大量浪費，而且有的人將秸稈隨意丟棄在路上，造成交通堵塞等問題。另外，秸稈焚燒的危害更大，其一，嚴重污染環境，傷害人體健康；其二，降低空氣能見度；其三，容易發生火災；其四，破壞土壤地表結構及環境的污染，秸稈焚燒時一般能燒至地表一二分，造成地表腐殖質、有機質礦化，改變土壤的物理性質及生態平衡，使土地質量下降，降低農作物產量。

究其原因在于：一是人們環保意識不強，沒有意識到秸稈的這些利用對環境和社會帶來的影響。二是缺乏引導和宣傳，環保意識不強說到底是引導宣傳力度不夠。三是科技轉化力度不夠，缺乏必要的資金支持，秸稈的經濟價值難以發揮。四是沒有統一組織的規模性處理，大多處理還是小家小戶的規模，對于秸稈的轉化利用比較少。

農業秸稈無氧低溫熱裂解制成的生物炭，不僅可以提高土壤速效養分含量以及土壤有機質含量，增強土壤肥力，還可以改善土壤理化性質，改變土壤氧化還原電位及土壤微生物群落組成等，降低污染物的生物有效性和遷移性。

2 秸稈轉化為生物炭帶來的效益

2.1 環境效益

如今我們的環境質量日趨下降，一系列的環境問題接如今我們的環境質量日趨下降，一系列的環境問題接踵出現，例如污染嚴重、溫室效應、氣候變化異常等。這些環境問題將給我們人類未來在地球的生活帶來嚴重危害。據測算，在不危及人類糧食安全、生存環境及土壤保護的情況下，生物炭每年減排溫室氣體的潛力可達目前人類溫室氣體排放量的12%。生物炭的增匯減排效應，可以減緩全球變暖趨勢，對全球氣候起到調控作用。

2.2 農業效益

（1）改良土壤性質，提高土壤肥力。

生物炭比表面積大且多孔，能夠改良土壤結構和理化性質，生物炭含有一定量的礦物質養分，可以增多土壤中礦物質元素，生物炭通常對養分貧瘠土壤及沙質土壤的一些養分補充作用較明顯。

（2）修復土壤污染，改善農業環境。

隨著科技發展，農藥化肥等農業用品使用得越來越多，重金屬和農藥等污染土壤修復如今備受關注，土壤是農作物及一切植物生長的地方，解決此問題相當重要，世界各國都面臨這個問題。我國是一個農業大國，發展低碳農業是我們努力的方向，以實現改善農業環境，提高土壤肥效，增加農作物產量，促進農業的可持續發展。

2.3 作為新能源

廢棄生物質在熱裂解產生生物炭的過程中還可獲得混合氣及生物油，生物油或混合氣經過蒸汽催化重整分離可得到氫氣副產品，氫氣可作合成氨的原料，也可作氫能源。生物油精煉可得到生物柴油燃料，生物油也可升級加工為工業化學品。因此，廢棄生物質熱裂解產生的生物能源及化學品可降低對化石能源或原料的依賴。

3 秸稈制備生物炭面臨的問題及對策

3.1 面臨的問題

（1）收集困難

秸稈的出現呈間斷且循環的規律，而且秸稈本身容易變質腐爛，全國各地分布著不同的秸稈，這都使得秸稈收集困難。現在也沒有完善的體系和規章制度來約束，很多人都沒有收集的意識，大家對秸稈的利用還了解尚少。

（2）技術還不成熟

秸稈轉化為生物炭的技術目前還不夠成熟，只有在很多大城市有轉化的設備，該項技術掌握的人不多。設備面積大，成本高，耗費大。且秸稈量大，容易使機器磨損。這樣帶來的經濟效益并不高，不能達到期望的效果。

（3）政策支持力度不夠

首先政府沒有制定相關的規章制度，另外政府也沒有相關的資金投入。有些企業雖然有這方面的意向，但是扶持力度不夠，使該技術無法推廣發展。

3.2 應對策略

（1）采取便捷有效的服務措施。宣傳鼓勵人們將秸稈收集，以免造成浪費污染。另外在秸稈集中地方增加生物炭轉化點，使收集的秸稈能更快得到轉化，減少因運輸等帶來的問題。

（2）吸引培養科技人才。不斷完善該轉化技術使其不斷趨于成熟，以此減少成本的無故耗費，增大經濟效益。

（3）加大扶持鼓勵力度。政府應對相關企業增加資金投入，不斷鼓勵更多企業來做該工作。另外要宣傳倡導秸稈生物炭的好處，增強人們廢物再用、保護環境的意識。建立一定的獎懲制度。

4 結論

無論環境，農業還是新能源方面，利用秸稈所產生的生物炭的整體效益遠遠多于秸稈，而且低碳經濟已成為世界經濟、能源、環境可持續發展的必然趨勢。目前全球面臨眾多問題，將生物炭的價值用在這些問題的解決中，相信會給我們帶來成效，只是目前生物炭商業化的生產與農用尚不多見，因此，我國應加強秸稈到生物炭轉變的研究及開發，為上述問題的綜合解決提供技術和產品。

*本文系2015年南陽師范學院教學研究項目宛院發[2015]232-10；南陽師范學院大學生實踐教學活動創新項目，項目編號：ZZ-2015—030；南陽師范學院博士啟動基金科研項目（15087）；河南省教育廳重點項目（16B610010）研究成果之一。作者高園園為本文通訊作者。

參考文獻

[1] 劉瑞偉：我國農作物秸稈利用現狀及對策[J].農業與技術，2009，29（1）.

[2] 中華人民共和國國家統計局：中國統計年鑒[M]，2014.