我國(guó)是世界上最大的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)國(guó),，每年要產(chǎn)生各類作物秸稈7億噸,，其中有約40%未得到有效的處理和利用。不僅浪費(fèi)了資源,，而且還由于秸稈的露天焚燒,，導(dǎo)致嚴(yán)重的大氣污染、火災(zāi)和交通事故的發(fā)生,。秸稈的處理與利用是我國(guó)農(nóng)村面臨的主要資源環(huán)境問題之一,，迫切需要尋找新的利用途徑。8月22日,，在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)舉辦的“2007發(fā)展中國(guó)家可再生資源論壇”上,，北京化工大學(xué)李秀金教授的一番慷慨陳詞，再度引起國(guó)內(nèi)外眾多專家對(duì)農(nóng)村資源短缺和環(huán)境污染問題的高度關(guān)注,。
一方面農(nóng)村需要大量熱能來維持炊事,、取暖、照明等日常生活,，另一方面以秸稈為代表的大量自然資源卻因找不到出路而白白浪費(fèi),。如何破解秸稈有效利用的難題呢？李秀金教授亮出了他的答案———秸稈生物氣化,。
萬事俱備只欠東風(fēng)
何為秸稈生物氣化,？李秀金教授介紹說，它是指利用厭氧微生物把秸稈轉(zhuǎn)化成沼氣的生物學(xué)過程,。厭氧消化技術(shù)本身已經(jīng)非常成熟,，它已被非常廣泛地用于多種有機(jī)廢棄物的生物氣化，如人畜糞便,、食品廢物,、生活垃圾、活性污泥等易降解有機(jī)物,。秸稈常作為厭氧消化的“配料”使用,，用于調(diào)節(jié)物料性狀或碳氮比等，一般不以秸稈為主原料進(jìn)行厭氧消化生產(chǎn)沼氣,。
李秀金解釋了其中的原因：秸稈的木質(zhì)纖維素含量高,，不易或不能被厭氧菌消化，導(dǎo)致消化效率不高,、產(chǎn)氣量低，投入產(chǎn)出效益差,；秸稈也不具有流動(dòng)性,、無法進(jìn)行連續(xù)消化,，且密度小,、體積大,，進(jìn)出料困難,，生產(chǎn)效率低,；現(xiàn)有反應(yīng)器主要是污水處理和畜禽糞便消化用反應(yīng)器,，缺乏適合秸稈物料特性，并能穩(wěn)定,、高效運(yùn)行的專用反應(yīng)器,。“但是,，與常用的厭氧消化原料如畜禽糞便等相比,，秸稈具有來源廣泛，收集,、儲(chǔ)存方便,，價(jià)格便宜等特點(diǎn)，如果能解決一些特殊的關(guān)鍵技術(shù),，則有望形成一個(gè)大的生物能源產(chǎn)業(yè),。”李秀金教授自信地說，目前,，秸稈生物氣化技術(shù)尚處于研究和示范階段,，無論從原料,、理論背景等方面來說都已萬事俱備,，只欠技術(shù)突破的東風(fēng),。
對(duì)癥下藥各個(gè)擊破
相對(duì)于畜禽糞便等易消化的物料,，秸稈的生物氣化要困難得多,，因此，要從秸稈的物料特性出發(fā),，通過有效的預(yù)處理,、高效厭氧消化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)等多方面著手，才能實(shí)現(xiàn)秸稈的高效生物氣化,。
“由于厭氧菌對(duì)秸稈中的木質(zhì)素等不能進(jìn)行有效的降解,，而現(xiàn)有技術(shù)還不能對(duì)這種能力有根本的改變,，因此,，只能從改變物料性狀本身著手,，通過物理、化學(xué)與生物方法進(jìn)行預(yù)處理,，為厭氧菌提供易消化的‘食料’。”李秀金教授介紹,，物理方法主要有切碎,、粉碎、汽爆等,；生物法主要是通過微生物的作用,，預(yù)先對(duì)秸稈進(jìn)行生物降解；化學(xué)法通過化學(xué)試劑對(duì)秸稈的堿化,、氨化和中和等作用,，以改善秸稈可厭氧消化性質(zhì)。“物理法簡(jiǎn)單,，但效果不明顯,；生物方法具有環(huán)境友好、處理效率高等優(yōu)點(diǎn),，但需要較高的條件,，目前尚不能用于實(shí)際生產(chǎn)。”李秀金教授說,，“北京化工大學(xué)在利用化學(xué)試劑預(yù)處理秸稈方面獲得了重要進(jìn)展,，通過在常溫下的固態(tài)處理,，可使產(chǎn)氣量提高50%以上,，并已在工程中得到應(yīng)用,，是解決秸稈生物消化性能的切實(shí)可行的方法,。”
李秀金教授介紹,，目前,，國(guó)內(nèi)外在針對(duì)秸稈物料特性的厭氧消化反應(yīng)器方面的研究還非常少,。秸稈密度小,、體積大、不具有流動(dòng)性,，因此,，無法使用一般的“連續(xù)流”反應(yīng)器,。“批式”反應(yīng)器需要完全停機(jī)以裝,、卸物料,，運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng),，且不能連續(xù),、穩(wěn)定地產(chǎn)氣,。比較好的方法是采用兩相厭氧消化技術(shù),，一個(gè)氣化反應(yīng)器配套若干個(gè)酸化反應(yīng)器,。酸化反應(yīng)器“批式”進(jìn)料,，氣化反應(yīng)器“連續(xù)”產(chǎn)氣，從而實(shí)現(xiàn)“批式”進(jìn)料,，但沼氣卻可保持“連續(xù)”產(chǎn)出,。此外,，由于秸稈不能由輸料泵等自由輸送,，進(jìn)出料難度大，秸稈消化反應(yīng)器應(yīng)以“臥式”為主,，以方便進(jìn),、出料。同時(shí),，針對(duì)不同反應(yīng)器,，研究最優(yōu)的運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)專用反應(yīng)器的高效率的運(yùn)行,。
兩個(gè)層次期待飛躍
我國(guó)農(nóng)村沼氣以戶用小沼氣為主,，這是沼氣利用的第一層次,，事實(shí)證明它對(duì)緩解農(nóng)村資源短缺和保護(hù)生態(tài)環(huán)境發(fā)揮著重要的作用。而沼氣走出農(nóng)業(yè),，實(shí)現(xiàn)高附加值的工業(yè)化應(yīng)用,，則是沼氣利用的第二層次。如果兩個(gè)層次能夠有機(jī)結(jié)合,，形成一個(gè)獨(dú)立的沼氣產(chǎn)業(yè),，我國(guó)沼氣建設(shè)和利用將實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍,。
李秀金教授說,，2002年北京化工大學(xué)在山東泰安建成了我國(guó)第一個(gè)以秸稈為主原料的厭氧消化生產(chǎn)沼氣的集中供氣示范項(xiàng)目。一期工程總反應(yīng)體積250m3,。年可消耗玉米秸160噸,，牛糞1080噸，生產(chǎn)沼氣38400m3,，可為105戶農(nóng)戶提供生活用能，同時(shí),，可生產(chǎn)57.6噸有機(jī)肥料,。
如果說沼氣利用第一層次的快速發(fā)展，為沼氣產(chǎn)業(yè)的形成準(zhǔn)備了充分條件的話,，那沼氣的規(guī)?；a(chǎn)和工業(yè)化應(yīng)用則是沼氣產(chǎn)業(yè)形成的必要條件。李秀金教授說,，目前,，沼氣的工業(yè)化利用途徑主要有發(fā)電、車用燃料和注入天然氣管道等,。我國(guó)正處于開始進(jìn)入“汽車時(shí)代”的階段,，對(duì)燃料的需求量隨之顯著增加，這為沼氣車用的發(fā)展提供了良好的發(fā)展機(jī)遇和發(fā)展空間,。目前,，瑞典已有幾千輛沼氣汽車、公交車,，甚至還生產(chǎn)出了世界上第一輛沼氣火車,。我國(guó)在車用沼氣方面的研究才剛剛開始，尚沒有成功的工程實(shí)例,，因此,，需要積極推進(jìn)。
“不管從哪個(gè)層次來說,，以秸稈為原料生產(chǎn)沼氣,，都具有非常廣闊的前景,。一旦在農(nóng)村形成一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)———沼氣產(chǎn)業(yè)，無論對(duì)于開辟農(nóng)民就業(yè)渠道推動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展,，還是對(duì)優(yōu)化配置和保護(hù)自然資源,，抑或是對(duì)推動(dòng)國(guó)家能源戰(zhàn)略格局的形成都具有實(shí)質(zhì)性的意義。”李秀金教授如是說,。
