我國是世界上最大的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)國,，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,。不僅浪費了資源,，而且還由于秸稈的露天焚燒,，導(dǎo)致嚴重的大氣污染,、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，在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)舉辦的“2007發(fā)展中國家可再生資源論壇”上,，北京化工大學(xué)李秀金教授的一番慷慨陳詞,，再度引起國內(nèi)外眾多專家對農(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,。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,；秸稈也不具有流動性、無法進行連續(xù)消化,，且密度小,、體積大，進出料困難,，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,、儲存方便,，價格便宜等特點，如果能解決一些特殊的關(guān)鍵技術(shù),，則有望形成一個大的生物能源產(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)。
對癥下藥各個擊破
相對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)計和優(yōu)化運行參數(shù)等多方面著手,，才能實現(xiàn)秸稈的高效生物氣化,。
“由于厭氧菌對秸稈中的木質(zhì)素等不能進行有效的降解，而現(xiàn)有技術(shù)還不能對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)先對秸稈進行生物降解,；化學(xué)法通過化學(xué)試劑對秸稈的堿化、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，但需要較高的條件,，目前尚不能用于實際生產(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可行的方法,。”
李秀金教授介紹，目前,，國內(nèi)外在針對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)器需要完全停機以裝,、卸物料，運轉(zhuǎn)周期長,，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),，一個氣化反應(yīng)器配套若干個酸化反應(yīng)器,。酸化反應(yīng)器“批式”進料，氣化反應(yīng)器“連續(xù)”產(chǎn)氣,，從而實現(xiàn)“批式”進料，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，進出料難度大,，秸稈消化反應(yīng)器應(yīng)以“臥式”為主,，以方便進、出料,。同時,，針對不同反應(yīng)器，研究最優(yōu)的運行參數(shù),，實現(xiàn)專用反應(yīng)器的高效率的運行,。
兩個層次期待飛躍
我國農(nóng)村沼氣以戶用小沼氣為主，這是沼氣利用的第一層次,，事實證明它對緩解農(nóng)村資源短缺和保護生態(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,。如果兩個層次能夠有機結(jié)合，形成一個獨立的沼氣產(chǎn)業(yè),，我國沼氣建設(shè)和利用將實現(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第一個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，可生產(chǎn)57.6噸有機肥料,。
如果說沼氣利用第一層次的快速發(fā)展,，為沼氣產(chǎn)業(yè)的形成準備了充分條件的話,，那沼氣的規(guī)模化生產(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,。我國正處于開始進入“汽車時代”的階段，對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。我國在車用沼氣方面的研究才剛剛開始,，尚沒有成功的工程實例,，因此，需要積極推進,。
“不管從哪個層次來說,，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)村形成一個新的產(chǎn)業(yè)———沼氣產(chǎn)業(yè),，無論對于開辟農(nóng)民就業(yè)渠道推動農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展，還是對優(yōu)化配置和保護自然資源,，抑或是對推動國家能源戰(zhàn)略格局的形成都具有實質(zhì)性的意義,。”李秀金教授如是說。
