秸秆生物质能源的应用现状与前景

摘要：我国大量的秸秆被焚烧或废弃．不但造成严重的环境污染，而且浪费了宝贵的可再生能源，因此研究开发秸杆压块燃料具有重要意义。通过对秸杆压块燃料国内外发展现状、生产工艺、性能特点和主要技术参数的阐述，详细分析了使用生物质压块燃料的节能效益、生态效益和经济效益，展望开发秸杆压块燃料前景。

1秸杆压块燃料的发展状况

秸杆压块燃料的发作始于20世纪，如今生物质固化成型燃料在日本、欧盟、美国等国家和地区已经商品化，非常普及和方便，在超市都能买到。1985年日本平均每户家庭年消耗生物质固化成型燃料750kg；2005年美国林地就提供了3．68亿t生物质燃料资源用于能源生产，美国能源部计划到2030年生物质能源的使用量占美国发电量的5％、运输燃料使用量的20％和化学品生产量的25％，相当于美国现有石油消费量的30％。

我国从20世纪80年代中期开始生物质固化成型燃料的开发研究，积极引进国外先进机型，组织技术攻关，在消化、吸收的基础上研制出适合我国区域农作物秸秆特性的各种类型的秸秆压块机，用以生产颗粒、棒状(块状)成型燃料。全国现有农作物秸秆固化成型燃料加工厂(公司)300多家，年生产生物质固化成型燃料200万t以上；2009年全国通过生物质气化、干馏、固化等能源化利用审核的农作物秸秆数量为165万t，发放以奖代补资金2．3l亿元。江苏现有秸秆固化成型燃料加工厂50多家，年产秸秆固化成型燃料25万t，为农作物秸秆能源化利用开辟了新路径。

2秸杆压块燃料的生产工艺及特点

秸杆压块燃料固化成型技术工艺线路为：秸秆料晒干处理(含水率控制在8％一12％)一秸秆料揉搓—储存回性一搅拌混合(含水率控制在12％一25％)一均匀输送上料一除铁一压制成型一输送出料一自然风干一计量包装一检验入库一成品。生物质压块燃料具有密度大、热值高、燃烧充分、成本低、使用方便、清洁卫生、便于运输和储存等特点，可作为气化炉、取暖炉、农业暖房、锅炉和发电的燃料，同时可作为生产沼气、肥料、饲料和高密度板等的原料，用途非常广泛。

3秸杆压块燃料的主要技术参数

3．1密度

秸杆压块燃料按其密度分为低密度(小于O．5毫克／立方米)、中密度(0．6一1．1∥毫克／立方米)、高密度(1．1～1．4毫克／立方米)三种。低密度农作物压块适宜做动物饲料，中密度压块适宜于户用型秸秆半气化炉、小型锅炉和经改造的自动炉排机械加料的大型锅炉，高密度压块更适宜进一步加工成为炭化产品。

3．2灰分

秸杆压块燃料的燃尽率可达96％，剩余4％的灰分可以回收做钾肥，实现了“农作物秸秆一燃料～肥料一农作物秸秆”的循环利用。

3．3水分

农作物秸秆揉搓料含水率过高时，压块过程中产生的蒸汽不能顺利地排出，结果造成秸秆压缩成型燃料表面开裂，成型效果较差；秸秆揉搓料含水节能率过低时，较难成型，而且密度较大，这是因为微量适宜的水分对秸秆木素的软化、塑化具有促进作用。揉搓料含水率控制在15％～20％范围内比较适宜压块成型。

3．4热值

秸杆压块燃料的密度大，在压制成型过程中，高压使原料从松散到致密。从而限制了挥发分逸出速度，延长了挥发物的燃烧时间，通常其热值14220—16730kJ／kg。其燃料反应大部分只在压块燃料表面进行，燃烧状况属于静态渗透式扩散燃烧，类似于煤的燃烧过程。采用不同农作物秸秆生产的生物质压块燃料，其热值有所不同，1kg燃烧时间约为1—4h。整个燃烧过程的需氧量趋于平衡，燃烧过程稳定。

生物质压块燃料的热值因秸秆的种类不同而不同。以玉米秸秆为例：热值约为煤的0．8～o．9倍，即1．1t玉米秸秆成型燃料相当于1t煤；如果把玉米秸秆成型燃料在下燃式生物质燃烧锅炉中燃烧，其燃烧效率是燃煤锅炉的1．3～1．5倍。因此lt玉米秸秆成型燃料的热量利用率与1t优质煤的热量利用率相当，甚至更高。

3．5废气排放

(1)二氧化碳：排放接近零。生物质中的碳来自空气中流动的二氧化碳：，通过光合作用将其固化在生物质中，而生物质压块燃料在燃烧过程中，又产生等量的二氧化碳：放到空气中，即生物质生长过程和燃烧过程结合在一起，实现了二氧化碳：的零排放。

(2)氮氧化物：排放量为14毫克／立方米(微量)。

(3)二氧化硫：排放量为46毫克／立方米，远低于国家标准，可忽略不计。

(4)烟尘排放量低于127毫克／立方米，远低于国家标准。

4生物质压块燃料使用分析

4．1使用生物质压块燃料的节能效益生物质压块燃料容易着火，易于燃尽，灰分含碳量接近于零；使用生物质燃料可以降低锅炉空气过剩系数，减少锅炉床层通风阻力，降低风机功耗，减少排烟损失，锅炉热效率可以提高10％一20％。

4．2使用秸杆压块燃料的环境效益

煤炭在锅炉燃烧后，排出大量的飞灰、炉渣、二氧化硫，和二氧化碳，其中飞灰和二氧化硫：是主要的空气污染物．炉渣占用大量的土地，二氧化硫：是主要的温室气体。而锅炉使用生物质压块燃料则可最大限度地减少废气和污染物的排放，具有非常显著的环境效益。据测算，与燃烧二类烟煤相比，燃烧生物质压块燃料的飞灰(粉尘)、炉渣、二氧化硫：减排率分别为93％、69％、91％，二氧化碳，实现零排放。

4．3使用秸杆压块燃料的经济效益

目前农作物秸秆的收购价为160元/t，生产秸秆成型燃料的能耗为70kwh／t，折合70元/t，秸秆成型燃料的用工成本为45元/t，设备折旧为10元/t，修费用为5元/t，其他费用按10元/t计算，则1t秸秆成型燃料的生产成本合计为300元/t。现在秸秆成型燃料的销售价格为450元/t左右，那么1t秸秆成型燃料的纯利润在150元/t左右；1个秸秆成型燃料加工厂按年产300元/t计算，1年创收45万元，基本上1年就能收回投资，经济效益十分显著。

秸秆成型燃料不仅可以作为替代燃料，它也是一个可以大量出口创汇的产品。据有关资料介绍，生物质燃料在美国市场的小包装零售价格为170美元/t，大包装价格约为135美元/t；在瑞典的交货价格为150美元/t。据测算，秸秆成型燃料批量生产成本不超过300元/t，按70—80美元/t出口，这样的价格在国际市场上是有竞争力的。如果能够规模化生产和持续大批量的出口，将促进农民、农林业增加综合经济效益具有重要意义。

5结语

随着生物质压块燃料生产技术的不断进步和各级政府的高度重视，生物质压块燃料生产将进一步规模化、产业化，生物质压块燃料生产技术不仅能有效地解决我国农村秸秆随意废弃和焚烧的问题，将其变废为宝，而且为农民增收提供了一条重要途径，同时可以实现二氧化碳零排放，二氧化硫、氮氧化物等排放，均低于国际排放标准，能有效改善生态环境，进而承担中国对世界作出的庄重减排承诺。因此，加快秸秆的能源化利用势在必行。

农作物秸秆是指农作物的茎叶，是获得农产品过程中产生的副产品。富含氮、磷、钾等微量元素，可作为肥料、饲料、燃料、基础材料和原料。长期以来，农作物秸秆一直是农村地区的主要能源和饲料来源。秸秆焚烧不仅污染生态环境，而且造成安全风险和资源浪费。

由于农民工、农村能源和饲料结构的变化，大量秸秆无法得到有效处理，使秸秆反复燃烧。秸秆还田遵循养分回归规律，可以改善土壤结构，提高养分有效性，增强土壤缓冲能力。一些研究文献也表明，它可以钝化重金属，改善土壤盐渍化。既有利于作物生产，又有利于环境保护，但实际操作受到劳动力成本等因素的限制。

提高秸秆还田水平，关键在于配套农机农艺，秸秆收获机械推广切碎、均匀撒布装置。切草长度控制在10cm以内，留茬高度控制在10cm以下。如果碎秸杆没有均匀地铺放到位，则应人工均匀地铺放。为了提高整地质量，为作物创造适宜的种植条件，因地制宜地采用了耕作和旋耕的方法。轮作的关键是要有足够的机械功率和土壤含水量，保证轮作埋草深度大于15cm，防止秸秆在播种层富集。

秸秆还田的原因很多，其中最重要的是减少焚烧污染和秸秆还田后的土壤施肥。然而，近年来，这些原因是否属实引起了人们的怀疑，尤其是农民朋友的怀疑，增加夏玉米收获等生产成本，通常小麦等间作作物，直接还田秸秆，如果土壤缺水，就会造成真正的虚实，为了提高发芽率，要提高播种率，当秸秆燃烧前每亩20公斤就可以了，现在四十多斤还不够，同时，出苗还不如烧稻草好。种子的成本将增加一倍以上。

1．中国农村可再生能源发展现状

（1） 农村居民生活用能消费总量稳步增加

（2） 能源消费结构仍以秸秆和薪柴为主

（3） 商品能源消费城乡差距较大

（4） 地域差异显著

2. 中国农村可再生能源开发迅速

（1） 农村沼气步入健康稳步快速发展阶段

（2） 太阳能利用技术推广速度持续快速增长

（3） 秸秆沼气技术已经成熟并逐步推广

（4） 支撑服务体系进一步发展壮大

3. 中国农村可再生能源发展趋势

（1） 商品能源无法满足中国农村能源发展需求

（2） 中国具有丰富的可再生能源资源

①农村生物质能资源。

②农村水电资源。

③风力资源。

④太阳能资源。

4. 中国农村能源发展对策建议

（1） 完善可再生能源开发利用的政策法规体系

（2） 加大资金投入力度

（3） 大力普及农村沼气

4） 加快推进秸秆能源化利用力度

（5） 加大宣传力度，提高全社会节能减排意识

秸秆综合利用前景广阔

从国外情况看，特别是在发达国家，通过科技进步与创新，为农作物秸秆的综合开发利用找到了多种用途，除传统的将秸秆粉碎还田作有机肥料外，还走出了秸秆饲料、秸秆汽化、秸秆发电、秸秆乙醇、秸秆建材等新路子，大大提高了秸秆的利用值和利用率，值得我们借鉴。如北美以耕种玉米、小麦为主，每年产生大量的秸秆。在加拿大的农业区，当玉米成熟时，人们就用玉米收割机一边收割一边把玉米秆切碎，切碎的玉米秆作为肥料返到田里。在美国，有24个农业州，每年能收集大约4500万吨秸秆，被用作饲料，或者用来盖房，将整捆的秸秆高强度挤压后填充新房的墙壁；此外，美国还积极推动再生能源事业，把秸秆作为新兴的替代燃料特别是生物燃料，从中提取乙醇进行开发利用，使秸秆综合回收利用有了新发展。当然，这些活动得到了政府补贴等政策的鼓励与支持。在欧洲，则开创了秸秆发电的新途径。丹麦是世界上首先用秸秆发电的国家，农民将秸秆卖给电厂发电，满足上万户居民的用电和供热需求，电厂降低了原料成本，居民获得了实惠的电价，而秸秆燃烧后的草木灰又无偿地还给农民作了肥料，从而形成了一个工业与农业相衔接的循环经济圈。在日本，人们主要是把秸秆翻入土层中还田用作肥料，也把秸秆用作粗饲料喂养家畜；此外，对部分难以处理的秸秆，则通过专门组织、采取统一地点和时间进行就地焚烧。日本也在积极挖掘秸秆的燃料转化潜力，已研制出从秸秆所含纤维素中提取酒精燃料的技术，向着秸秆的科学化、实用化迈出了新步伐。

从国内看，情况仍然不能令人乐观。秸秆还田要影响作物生长，秸秆焚烧污染大气环境，综合开发利用又面临着技术不成熟、投资比较大、效果比较差的窘境。农民急于焚烧，而政府急于封堵，二者就打起了游击战。实际上，秸秆综合开发的前景非常好。有学者算过一笔账：如果我们能将秸秆在农村就地变为国家急需的工业原料，实现产业化，吸纳农村劳动力，将给农民带来可观的收入（0.5吨秸秆/亩，增收150元/亩）。可以设想：如果能转化我国每年7亿多吨秸秆的50%，将是一个巨大的新兴产业；如果能创建以秸秆为原料的新型生态工业，实行种植业、养殖业、农副产品加工业、秸秆生态工业四业相结合的高级阶段生态农业的生产模式，则农用生物柴油燃料、寡糖植保素生物农药、秸秆有机肥、秸秆生物饲料等都是秸秆转化的产物，有望形成比传统“石油农业”劳动生产率更高、可持续发展的新型农业，这种前景十分诱人。在实践中，我国也有不少地方积极探索，创造性地采用了许多有益的经验和办法。如利用秸秆造纸；或者利用秸秆生产无甲醛系列秸板，广泛用作高档家具、高档包装、高档建筑材料以及高档音箱等基材，既能增加农民收入，还能出口增加外汇收入，使秸秆资源转化为经济优势；鼓励农民扩大养殖规模，使秸秆成为牛羊的粗饲料；可喜的是，一些地方已经利用秸秆汽化原理和技术，在农村推行秸秆沼气工程，这是十分有意义的事情。但是，由于秸秆利用的具体工艺还不完善，政策和资金投入不足，市场运作力度还很不够，秸秆加工设备以及相关加工设施有限，秸秆使用技术比较低下，秸秆综合利用的效率和效益有待提高，所以出现了当前的两难困境。

以上情况表明，秸秆焚烧与秸秆多少没有关系，而与秸秆综合利用率低下有直接关系，因此必须解决秸秆综合利用的问题。但如何提高，却不是农民自身可以解决的，必须采取多管齐下的措施与办法。首先要明确的是，秸秆问题必须通过市场化的途径加以解决，即要以市场化的理念来认识秸秆的资源价值，看待其发展前景，要以企业化的制度来推进秸秆的综合利用，拓宽其开发利用的途径。其次要明确和突出政府对秸秆综合利用的主要责任。第一，政府要加大推进秸秆科学研究的力度。我国已经开始了秸秆研究，如国家“973”项目就是瞄准“秸秆组分分离、分级定向转化”的前沿问题，采用秸秆组分分离—纤维素酶解发酵与热化学转化的有机整合的研究主线进行研究，目的是为具有独立知识产权的秸秆高值化技术提供科学基础，促进我国秸秆生态产业链的发展。但是，由于尚未建立比较完善的具有秸秆特性的转化过程理论和技术体系，所以在适用技术及其推广方面还不成熟。因此，必须改变现行的秸秆利用技术效率较低、经济效益差、投入产出不合算的状况。第二，政府要加大政策和资金支持的力度。这些年，我国各地政府在秸秆开发利用方面也采取了一些措施，取得了一些成效，但由于支持力度不够，财政补贴、税收减免等政策和措施没有跟上去，公共服务不到位，民间投资也不到位，使加工设备、基础处理设施配套不足的状况长期延续，秸秆综合利用严重滞后。第三，政府也必须同时加大宣传和服务工作的力度，充分调动广大农民的积极性，为秸秆综合利用做好各项准备工作。最后还要明确农民和农村集体组织在秸秆综合利用中的任务和责任，不仅要做好宣传，而且要做好相关的管理工作。我们相信，通过政府、企业、农村集体组织和农民的共同努力，建立起秸秆综合开发利用的长效机制，一定能够推动农村走出一条经济、社会和生态协调发展的新路子。

（作者为山西省社会科学院研究员、博士）

2020年秸秆综合利用率力争超85%

2015年11月25日，从国家发展改革委获悉，发展改革委、财政部、农业部、环境保护部日前联合发出通知，要求各地进一步加强秸秆综合利用与禁烧工作，力争到2020年全国秸秆综合利用率达到85%以上。

四部委要求通过推动产业化发展拓宽秸秆利用渠道，推行秸秆机械化还田作业和留茬高度等标准，促进秸秆就地还田或应收尽收；积极扶持秸秆收储运服务组织发展，建立规范的秸秆储存场所，促进秸秆后续利用；支持秸秆代木、纤维原料、清洁制浆、生物质能、商品有机肥等新技术的产业化发展，完善配套产业及下游产品开发，延伸秸秆综合利用产业链。

对于秸秆禁烧，四部委要求各地强化卫星遥感、无人机等应用，提高秸秆焚烧火点监测的效率和水平；健全秸秆资源评估、综合利用和焚烧监测的统计、评价体系；逐步建立以过火面积、焚烧量和综合利用量为核心的秸秆禁烧工作评价、考核方法和奖惩机制。

生物质固体成型燃料（简称：生物质燃料；俗称“秸秆煤”）。是利用新技术及专用设备将各种农作物秸秆 、木屑 、锯末、 花生壳 、玉米芯 、稻草

、麦秸麦糠、树枝叶、甘草等压缩碳化成型的现代化清洁燃料，无需任何添加剂和粘结剂。即可解决农村的基本生活能源和提高农民收入，又是新兴的生物质发电专用燃料，也可以直接用于城市传统的燃煤锅炉设备上，可代替传统的煤炭。据国际可再生能源组织的预测，地下石油、天然气及煤的储量，按目前的开采利用率仅够使用60年左右。因此，秸秆类生物质能源，是未来再生能源的一个重要发展方向。随着世界性的能源匮乏，生物质再生能源的市场需求和利润空间将不可估量。

二、秸秆燃料成型后的主要技术参数: 密度：700—1400千克／立方米； 灰分：1—20 %水分≤15% 。 热值：3700—4500大卡／千克；

秸秆成型燃料块的热值以秸秆的种类不同而不同。 以玉米秸秆为例：热值约为煤的0.7～0.8倍，即1.25t的玉米秸秆成型燃料块相当于1t煤的热值，玉米秸秆成型燃料块在配套的下燃式生物质燃烧炉中燃烧，其燃烧效率是燃煤锅炉的1.3～1.5倍，因此1t玉米秸秆成型燃料块的热量利用率与1t煤的热量利用率相当。

三、燃烧后的废气排放： CO零排放；NO2 14毫克/立方米（微量）；SO2 46毫克/立方米远低于国家标准，可忽略不计；烟尘低于127毫克/立方米

远远低于国家标准。

四、有燃煤锅炉可以直接使用生物质成型燃料:

生物质燃料燃烧排放物完全符合环保标准，是国家部门认可的现代化清洁燃料，通过不同形式的锅炉使用试验表明，现有的燃煤锅炉完全适应生物质燃料，无需更换锅炉。

五、物质燃料燃烧后的灰分处理: 生物质燃料燃尽率可达96%，剩余4%的灰分可以回收做钾肥，实现了“秸秆→燃料→肥料”的有效循环。

六、生物质燃料的利用和特点:

将农作物秸秆自然风干，经切碎后通过压块设备挤压成形，即是燃料或饲料；压块后秸杆体积缩小是原来的1/15至1/20，密度大，方便贮藏和运输。

　 秸秆燃料：

1、可直接点燃，密度大、热值高、火力猛、燃烧时间长，对灶具没有选择，在传统的灶具炉具内即可直接使用。

2、原材料遍地都是，生产成本低廉，利润空间大，每吨成本100-150元，市场售价300-500元/吨；价格比煤炭低，燃烧效果更好，热利用效率高，节能效果十分理想。

3、燃点低，起火快，火力大，烟尘少，无二氧化硫排放，无刺激性气味，是国际上公认的零排放环保能源。

4、可做木炭原料，成本低，炭化容易，应用十分广泛，效益非常可观。

秸杆饲料：

1、秸秆或牧草通过高温高压由生变熟，秸秆、牧草细胞组织被打破，释放出草香味和微甜味，通过高温高压粗纤维得以细化，粗蛋白含量提高6%，木质素糊化水溶性糖类增加，易于消化吸收，比玉米秸秆铡切后直接饲喂其消化率提高25%；增加了反刍动物的适口性，采食率为100%，节约饲草。

2、秸秆或牧草通过高温高压，杀毒杀菌，降低了牲畜发病机率；使分散的秸秆变成牛羊的压缩饼干，可直接饲喂，也可提前10分钟喷水，待起散开后再行饲喂。

3、秸秆压块饲料可存储1—3年，并具有防火等特点，减少了管理费用。生物质成型燃料挥发份高，易析出，碳活性好，易燃，灰分少，点火快，更加节约燃料，降低使用成本。

七、生物质燃料的发展前景: 在能源需求持续增长、能源价格显著上涨的背景下，我国积极发展生物制能源和再生能源以确保国家能源安全。

2007年9月，国家发布了《可再生能源中长期发展规划》，明确提出了中国可再生能源发展的战略重点和总体目标。力争到2010年，可再生能源消费量达到能源消费总量的10%，到2020年达到15%

。我国生物质能资源非常丰富，农作物秸秆资源量超过7.2亿吨，其中6.04亿吨可作能源使用。国家通过引进、消化、吸收国外先进技术，嫁接商品化、集约化、规模化的管理经验，结合中国国情，在农村推广实施秸秆综合利用技术，在节省不可再生资源、缓解电力供应紧张等方面都具有特别重要的意义。秸秆综合利用不但减少了秸秆焚烧对环境造成的危害、减少了温室气体和有害气体排放，而且对带动新农村建设无疑将起到重要的促进作用。从秸秆资源总量看，广大农村、乡镇的各种秸秆产量大、范围广。生物质固体燃料是继煤炭、石油、天然气之后的第四大能源，是可取代矿产能源的可再生资源，是未来一个重点发展方向。

生物质转性碳化后生物质优点：

1、本燃料和煤炭物理性质类似——可作为炼铁及焦炭替代品，可无限制与煤炭混合加入发电机组。

2、具易磨性和疏水性，易于储存——可值于室外，甚至丢入水中亦不会受影响。

3、碳化颗粒能量密度为木块的6~10倍——内陆运送和储存成本低。

4、热值提高20%左右。

政治、经济意义及发展前景：

我国生物质能资源非常丰富，农作物秸秆、农业加工剩余物、林业木质剩余物资源量超过7.5亿吨可作能源使用。

生物质转性碳化技术主要以解决现今世界上各种生物物种不稳的燃烧材料的缺点，也在很多的实验中得以解决；对于

效率不高，热值不高还有含水太高，灰分太高，遇潮即散，不宜运输储存等这些存在的都是风卓公司的研究方向也在

此生产线上得以完全解决这些问题。相比普通生物质燃料利用在大型燃煤电厂有更高的混烧率，可与煤炭价格及性能

竞争，在2014年逐步淘汰煤炭，成为满足省级授权最实用的选择

。

在节省不可再生资源、缓解电力供应紧张等方面都具有特别重要的意义。秸秆综合利用不但减少了秸秆焚烧对

环境造成的危害、减少了温室气体和有害气体排放，而且对带动新农村建设无疑将起到重要的促进作用。从中国生物

质资源总量看，广大农村、乡镇的各种秸秆产量大、范围广。生物质固体转性碳化燃料是继煤炭、石油、天然气之后

的第四大能源，是可取代矿产能源的真正可再生资源，是未来一个重点发展方向。