秸稈高值化應用研究

胡蓉

摘 要：本文結合J市農業種植和秸稈綜合利用的實際情況，從生態環境和經濟效益角度對秸稈高值化的發展與應用，進行系統性研究，并在此基礎上提出對策建議。

一、引言

農作物秸稈中含有大量的纖維素、半纖維素、木質素和粗蛋白，以及氮、磷、鉀、鎂、硫等礦物質元素[1]，是很好的肥源和工業原料。截至2015年底，我國農作物秸稈年產量達到9億噸[2]，但是有效利用率卻不足40%。據調查，全國范圍內仍有31%的農作物秸稈被棄置或者露天焚燒[3]，導致污染空氣、引發霧霾，溫室氣體排放（其中70% CO2、7% CO、0.66% CH3和2.09% N2O）[4]，破壞土壤結構，造成農田質量下降和環境污染，地表中的微生物被燒死，腐殖質、有機質被礦化。不僅干擾生物系統的平衡，改變土壤的物理性狀，而且加重土壤板結、破壞地力、加劇干旱，間接造成了巨大的經濟損失。國家和各級政府高度關注，出臺了一系列政策文件，加大推進秸稈綜合利用工作。雖然頗有成效，但是我國秸稈加工業依舊比較落后，加工水平和質量不夠高。《安徽省農作物秸稈綜合利用三年行動計劃（2018-2020年）》中要求：到2020年，秸稈綜合利用率要達到90%，各地區各單位都開展了大量的工作，并取得初步成效。截至2018年，J市農作物種植面積391萬畝，其中水稻240萬畝，玉米20萬畝，小麥74萬畝。秸稈利用總量162.81萬噸，綜合利用率88.7%，其中肥料化108.1萬噸，能源化29.64萬噸，飼料化18.3萬噸，基料化3.35萬噸，工業原材料化3.42萬噸。從以上數據可以看出，J市以肥料化利用為主，其次為能源化與飼料化，基料化和原料化利用程度很低。

二、傳統秸稈利用方式存在的主要問題

1.肥料化利用

第一，天氣影響大。J市地處江南地區，天氣潮濕、雨水多。由于陰雨天氣，不能下田打捆，一般集中在9月至次年1月份收集秸稈。第二，成本消化難。收割機為了減輕負荷，只收割上茬，每年只能收集約560-600噸秸稈，導致機械工作效率下降，成本增高。第三，高投入低收益。不僅需要每戶投入技術和硬件指導制備有機肥，而且肥效也沒有化肥快，生態優勢得不到足夠體現。秸稈若處置不當，還會導致病蟲害。

2.飼料化利用

秸稈的營養價值和消化率低，需要利用微生物接種劑和一些物理處理方法，提高營養價值[5]。一般只有牛可以直接食用秸稈，雞和豬等需要將秸稈深度加工后才能食用。另外，一般種植區離養殖區較遠，導致收儲運成本較高。

3.能源化利用

由于秸稈的燃燒值較低，若將水稻秸稈用于發電和固化成型，則不太合理。因此，有些企業主要是用樹皮、樹根等原料發電，很少使用秸稈。這樣不僅破壞生態環境，而且致使水土流失。雖然現在已有研究用低溫凍融預處理提高秸稈中甲烷的產量[6]，以及利用秸稈生產生物乙醇技術[7-9]，但是目前秸稈作為生物質燃料，顯示出熱值低，成本高，利潤低的特征。

4.基料化利用

不僅需求量有限，并且由于種養分離，對于農民來說，還需要額外支付運輸等費用。

5.激勵政策問題

由于政府補貼力度不夠，以及技術制約等問題，導致J市有些秸稈收購加工企業，處于關停或者勉強維持狀態。一些不合理的政策也阻礙了J市秸稈綜合利用的發展。例如，實踐證明，雖然在J市某鄉鎮，秸稈的能源化利用效率很低，需要探尋新的資源化利用方式，但是有關部門下達任務指標，仍然要求再建一個秸稈固化成型燃料生產點。由于沒有因地制宜、深入基層，有針對性地做出科學合理的安排，導致了不必要的資源浪費和無用功。

6.收儲運體系問題

秸稈分布分散，占地面積較大，加之農村交通不便，運輸成本很高，所以亟需在附近建立收儲中心。省政府文件中明確規定秸稈收儲設施用地原則上按設施農用地管理，但是土地部門不批準建設收儲中心用地，各部門之間的協調不暢，導致收儲運成為制約秸稈綜合利用發展的一個關鍵問題。

三、秸稈原料化利用技術的優勢

1.原料廣

秸稈是一種廉價的天然木質纖維素資源，所有農作物秸稈都可利用，如蘆葦、水稻、小麥、棉花、茭白、樹枝、竹子等。此外，玉米秸、豆莢皮、谷類秕殼、麥秸等經過加工后所制取的淀粉，經過特殊方法處理后還可以生產人造棉和人造絲，制造糠醛、飴糖、釀醋釀酒和木糖醇等。

2.綠色環保

用作物秸稈纖維與樹脂混合物結合，采用融合循環技術，提取天然膠，成型后再回注，無化學合成粘合劑，不釋放甲醛等毒性物質。在短期內可降解，降解后又可作為肥料還田，減少環境污染，是一種綠色環保型人造板材（圖1）。

3.性能好

農作物秸稈具有密度低、生物降解性好、韌性高、力學性能可接受等特點，用秸稈與粘合劑、阻燃劑等配料按照一定比例混合后，進行機械攪拌、擠壓成型以及恒溫固化等工藝處理，再用特殊膨化技術，使秸稈纖維按照多方向組織疊加，形成密集的蜂窩式空隙又相互粘連的板體。由于可承受的拉伸與剪切強度高，可制成具有減震緩沖功能的包裝材料，在低應力條件下，相比聚苯乙烯泡沫塑料具有更好的緩沖性能，體積小、質量輕、隔音隔熱、壓縮強度高，具有一定柔韌性 [10]。

4.外觀美

農作物秸稈已成功應用于3D精細成型等領域[11-12]。這類制造品具有強度高、耐腐蝕、不開裂、經特殊工藝處理后，還具有防水和防震等性能[13]。磨具高壓精密成型，紋理自然，質感好，通過雙面粘貼彩色無紡布，表面多彩色。

5.高附加值

秸稈作為工業原料，用途廣泛，成本低，附加值遠高于傳統方式（表1）。例如，農作物秸稈可用于制漿造紙輕工業、手工紡織編織、一次性餐具用品、可降解包裝材料和建材裝飾原料的長遠來源等。

四、農作物秸稈高值化應用的案例

1.新疆博斯騰湖

新疆博斯騰湖每年蘆葦秸稈的產量20多萬噸，僅收割費用就需要五千萬。以此為原料生產無粘合劑板材、裝修即時貼和庫爾勒香梨防偽包裝盒等六種產品，預計每年的產值突破60億元，利潤30多億元，可占據庫爾勒市年總產值的13%，并極大地保護庫爾勒香梨在市場中不再受假冒產品的侵害。

2.雄安新區白洋淀

白洋淀每年蘆葦秸稈和農業秸稈的產量約為10萬噸，其中白洋淀蘆葦秸稈為7萬噸/年，其他農業秸稈為3萬噸/年。如果用蘆葦秸稈和農業秸稈作原料，生產大型環保快遞包裝箱，年產值2.016億元，年利潤1.303億元，消耗蘆葦4.75萬噸/年，吸收就業102人。通過建設大型薄板生產線，年產值2.92億元，年利潤2.065億元，消耗蘆葦5.32萬噸/年，吸收就業20人，帶動周邊農戶（920人）獲利4600萬元/年（表2）。另外，根據環境評價，消耗自來水200噸/天，且循環利用，無廢水排放，僅產生烘干蒸汽，蒸汽無異味，無有害氣體。車間設有緩沖式沉淀池，設備和車間清掃的垃圾隨著水流入到沉淀池晾干后，再加入至纖維里制漿，沒有任何雜物丟棄。因此，秸稈的原料化利用是解決這一生物質資源科學出路的最有效途徑之一，有著廣闊的市場前景。

五、對策建議

1.積極發展以秸稈為原料的加工業，實現秸稈資源循環利用

按照循環經濟理念，變廢為寶。例如造紙業的前處理環節，需要對紙漿進行酸蝕、堿蝕等，處理成本升高，污染嚴重，因此不少造紙廠正在關停，許多地區已經將造紙行業作為禁止發展產業。而且，由于造紙廠通常離收儲點較遠，秸稈資源大規模轉移運輸也會導致成本上升。如果用秸稈原料替代紙漿，則既經濟又環保。所以政府應鼓勵采用清潔生產工藝，生產以秸稈為原料的非木紙漿。引導生產以秸稈為原料的人造板材、建筑材料、一次性餐具等，加大農作物秸稈在原料加工業方面的利用。

2.加大政府扶持力度

加大秸稈原料化利用的政策扶持力度，研究制定政策引導、市場運作的產業發展機制，不斷加大對經濟落后農村地區的資金投入力度。扶持專業化生產示范基地建設，補貼購置秸稈處理加工配套機械設備，合理發展布局以作物秸稈為原料的規模化生產企業。對秸稈原料化利用等關鍵技術和設備研發給予適當補貼或信貸支持，鼓勵和引導社會資本投入。

3.加大新技術研究和推廣應用

扶持秸稈資源產業化利用，遴選優勢科研單位和龍頭企業開展聯合攻關項目，支持鼓勵企業投資作物秸稈應用技術項目開發，構建秸稈高值化應用技術支撐體系，實現作物秸稈綜合利用向多級產業鏈的延伸，拓展農業增產增效和農民增收致富的有效途徑。此外，要引進吸收適合中國國情的國外先進裝備和技術，提升創新能力，建立秸稈原料化利用產品的標準和質量檢測的標準。

加大秸稈高值化應用技術培訓和推廣力度，擴大試點示范引導。充分發揮現有農村基層組織和服務組織的作用，鼓勵科研人員下鄉為農民普及新技術、新知識，提高農民綜合利用秸稈的技能。

4.鼓勵秸稈進入碳交易市場

鼓勵政府、企業、非政府組織對排放的CO2進行多種形式的抵償，推進秸稈商品化，進入自愿減排碳交易市場中進行交易。例如，通過秸稈的綜合利用而減少的CO2放量，可以獲得碳交易資金，以此補貼農民和企業，同時也緩解了未來持續資金補貼的難題。

六、結語

傳統的秸稈利用技術和一些政策，已不能與農業經濟發展的需求相適應。政府應該從整體上，系統考慮秸稈資源化處理與農業增效、農民增收、生態環境以及產業升級等方面的關系。農業發展依靠生產力，生產力制約于科學技術，所以農業技術對農村經濟發展有著至關重要的影響[14]。結合J市農業種植和秸稈綜合利用的實際情況，從生態環境和經濟效益角度對新興技術的發展與應用，進行系統性研究。不僅可以保護生態環境、促進就業增收，還可以推動農村產業結構的優化和升級，進而讓農產品加工業成為J市的重要增長點，這對農業經濟可持續發展意義重大。因此，探索和加大秸稈高值化應用的途徑迫在眉睫。

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