作者:陈洪章 来源:科学时报 发布时间:2006-10-23 13:00:54
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科学透视:秸秆焚烧不仅仅是农业问题

陈洪章

陈洪章 中国科学院过程工程研究所研究员,博士生导师,生化工程国家重点实验室副主任。

    《法制日报》日前报道,10月初,连续数日,西安附近高速公路某些路段夜间能见度不足50米,凌晨零时至上午9时都实行全段限时封闭,一度导致往来交通瘫痪。浓烟甚至波及市中心。西安的钟楼、大雁塔等标志性景点也笼罩在烟雾之中。经西安市空气质量检测站检测,西安市空气质量有关指标严重超标。

    浓烟的源头,是田间一堆堆焚烧的秸秆。西安市环保局一天一夜间共接到55起秸秆焚烧投诉电话。

    焚烧秸秆违反大气污染防治法。在为解决焚烧秸秆问题召开的会议上,西安市代市长要求下属在8分钟内回答问题,不说现象,只说解决措施。


    我国是农业大国,每年可产生秸秆7亿多吨,近年来,随着我国农村生活能源结构的变化与集约化生产的发展,秸秆逐步从传统的农业原料演变成一种无用的负担物,被排除于农业生产的内部循环之外。秸杆过去是劣质燃料,现在被煤或电力取代;过去被当成肥料,现在被化肥取代;过去用做耕牛的饲料,现在耕牛被现代农业机械取代。

    堆积在田里的秸秆往何处去?于是,秸杆就地焚烧情况日趋严重,产生的烟雾已成为一大社会公害,甚至河北的秸杆焚烧都曾经给北京带来严重的大气污染。尽管这种危害已经引起国家有关部门的高度重视,中央及地方各级政府三令五申,秸秆焚烧却屡禁不止。

    我国的焚烧秸秆问题是工业初步改造传统农业,但还没有彻底改造的结果。问题的出现,表明我国现有工业方式还无法解决秸秆被替代后的出路问题。秸秆的利用最终仍需工业来解决。仅仅将秸秆焚烧问题作为“农业问题”,单纯依靠法规来禁止,难以奏效。

    有观点说,机械化秸秆还田是最直接的办法,但秸秆大量直接还田不现实,也没有必要。因为占秸秆总量15%的秸秆根茬还田,即可达到土壤有机质的平衡,一味要求秸秆直接还田在我国有很大的局限性。我国人多地少,耕地不能采取轮休耕制,而是一季接一季耕种,将未经处理的干秸秆直接还田,没有发酵处理时间,没腐烂的秸秆不但起不到肥田作用,反而影响作物出苗率。另外,虽然由于饲料粮的短缺,秸秆蛋白饲料的需求呼声很高,但生产技术尚未过关,产品质量及其稳定性有待突破。对于农民来讲,以上处理秸秆的方式费时费事,影响农时,还是就地焚烧在经济上最合算。

    所以说,农民焚烧秸秆的直接原因,在于现行的一些秸秆利用技术效率较低、经济效益差、投入产出不合算。

    秸秆及木质纤维素的自然生态循环随时都在发生,但在经济上是一个无效的循环过程。而从生态学、酶学和化学酸水解的角度看,在工艺原理上,秸秆及木质纤维素不难降解成小分子,但一旦变成工业生产,就会出现技术经济难于过关的问题。虽然原料易得便宜,但至今未能实现秸秆及木质纤维素高效转化利用的美好愿望。我国对于秸秆的利用研究已有半个世纪,但秸秆转化过程机制尚不清楚、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。

    在秸秆综合利用方面,我们很难向发达国家取经。这是由于西方发达国家大多实行耕地轮耕制,秸秆直接还田或燃烧,因此他们对于秸秆的利用技术研究较少。

    我国针对秸秆先后开展了沼气发酵和秸秆气化。目前在沼气发酵中,不仅秸秆转化率很低,而且严重影响产气率,技术不稳定,实际上主要依靠家畜和高浓度有机废弃物生产沼气;而秸秆气化集中供气系统产生的燃气热值低、焦油问题严重、投资大、运转时间短、成本高,在国内主要还是依靠国家政策补贴进行推广。

    另一方面,国内对于秸秆的发酵乙醇和热化学液化也开展了部分工作。在秸秆发酵乙醇研究方面,主要沿用木材处理或淀粉发酵乙醇技术路线,研究结果表明昂贵的“完全”酸水解或酶水解难以实现完全利用秸秆中的木质素、半纤维素和高结晶度纤维素的理想,生产成本高,难以适应工业化的要求。而秸秆直接热解得到的液体产物中含有大量的酸类(如乙酸)产品,木材快速热解则以醇类和酮类产品为主。

    由此可见,秸秆及木质纤维素资源高效转化是一个世界性的科技难题,现有技术的投资和成本均很高,距大规模经济实用尚有相当大的距离,需要进一步从基础研究开始寻找新的突破口。而中国人多耕地少、资源短缺、秸秆焚烧污染严重以及“三农”问题等为秸秆高值化基础研究提出了紧迫的社会经济需求。这也是“973”课题“秸秆资源生态高值化关键过程的基础研究”2004年立项的背景。

    秸秆有很好的利用前景。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/亩,增收150元/亩)。可以设想如能转化我国每年7亿吨秸秆的50%,将是一个巨大的新兴产业。如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。目前,我们承担的“973”项目正瞄准“秸秆组分分离、分级定向转化”的科学前沿问题,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研究主线,以期将来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。

(本报记者 肖洁/整理)

 
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