科学网—秸秆不是叫人头疼的事儿了

 
作者: 许天颖 胡璇子 来源:中国科学报 发布时间:2018-6-13
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破解秸秆焚烧处理难题 推动生物质新材料产业化
秸秆不是叫人头疼的事儿了


 

▲6月10日安徽麦收秸秆收运。

▲农民喜收炭基肥西瓜。南京农大供图

如果通过技术手段将秸秆热裂解,产生的气体、液体、固体等三相物质都有用处。整个过程的物质循环率能达到85%以上,且能有效“减排”近0.6吨CO2当量。

■通讯员 许天颖 记者 胡璇子

青年创业者李凤雷在辽宁省建平县承包了400多亩的大棚,一年不到的时间,棚里的樱桃番茄、西葫芦、小黄瓜等特色果蔬不仅产量高,而且茎秆粗壮、叶子挺阔、口感清脆。“上午收获,下午就可以运送到北京的超市,新鲜优质!”李凤雷说。

让他底气十足的“秘诀”是南京农业大学教授潘根兴团队创制的炭基肥,而这款减肥又增产的肥料竟是由多年来让人头疼的秸秆变身而来。

从2009年开始,南京农业大学资源环境学院教授、农业资源与生态环境研究所所长潘根兴带领团队聚焦秸秆焚烧处理难、利用难、推广难的问题,在国内率先研制示范农业废弃物热裂解生物质炭循环资源化技术,并成功牵手优势行业企业,推动发展生物质新材料产业化,使新技术走出“深闺”,走向应用,为解决农业秸秆等废弃物循环利用探出了新路。

秸秆浑身都变出了“宝”

和李凤雷一样,江苏宜兴徐舍镇的种植户王大伯也尝到了“甜头”。差不多十年前,一位声称是省城来的大学教授向他“推销”新式技术“炭土壤肥料”。因为担心被“坑”,他还提前签了保本协议,要求潘根兴每年补贴他800元一亩的试验费。

结果显示,肥料果然管用。这种肥料是将一种黑色的炭施入土壤,和邻居家的稻田对比,水稻不仅从不倒伏,土质还特别松软、透气,少施追肥,少喷农药,稻米比别人家的更好吃。

王大伯地里用的就是从秸秆里“变”出来的生物质炭。潘根兴解释说,在高温密闭的系统中,回收来的秸秆通过热裂解技术,转化为生物质炭。施了生物炭的土壤,会有炭颗粒与土壤结合,土壤会更加疏松,根系更为发达,植物也更加健康。

据了解,在自然状态下,传统秸秆还田的资源转化率仅为5%,不仅耗时长,且会影响发苗和农作。旱地条件下,1吨秸秆分解一般会释放0.7~0.8吨CO2当量的温室气体,稻田还会释放大量甲烷。

但是,如果通过技术手段将秸秆热裂解,产生的气体、液体、固体等三相物质都有用处——气体是生物质可燃气,可用作能源;液体可以加工为叶面调理剂或液体有机肥;固定残渣就是生物质炭,可以用作土壤改良剂,进而加工成炭基肥。

“整个过程的物质循环率能达到85%以上,且能有效‘减排’近0.6吨CO2当量。”潘根兴给记者算了一笔账,通过技术处理,令人头疼的秸秆浑身都变出了“宝”。

此外,潘根兴说,经过450℃~550℃的高温处理,秸秆中含有的病原菌被杀死,农药残留被去除,同时,重金属的活性大大降低,秸秆中含有的镉、铅等重金属有效含量会下降80%以上。

新技术走出深闺

“给我3吨稻秸秆,还你1吨生物质炭,生产4吨炭基肥,外加2000方可燃气能源。”据潘根兴介绍,通过热裂解技术,稻秸和稻壳还能有效地转化为生物质炭,节能又环保。

这让付兴国眼前一亮,作为传统石化龙头企业——北京三聚环保新材料股份有限公司的副总裁,他正在为寻找替代传统化石能源的新循环产业方向犯愁。

2015年底,付兴国到南京实地考察潘根兴说的这套新技术和新装备。一个想着让新技术走出深闺,一个亟待给旧能源换上新衣,两人一拍即合,三个月时间不到,双方就签订校企战略合作协议,合作共建“三聚—南农”农业生物质绿色工程中心。

付兴国告诉记者,“1吨秸秆(回收)的成本是300多元,3吨差不多是1000多元,但转化为生物质气、炭、液,一吨产值3000多元。”

2016年,双方进一步展开合作,成立了秸秆生物质炭高效利用工程技术研究中心,提升开发了大型秸秆热解生物质炭化的配套生产系统,单台套年处理秸秆能力可达3万~5万吨。

除了转化为生物质能源,近年来,双方聚焦于将生物炭与肥料结合,制成“炭基肥”。该肥料价格与市场上常见的复合肥相当,又可有效减少10%~15%的化肥量,因而很受农户欢迎。

高校专注于提供技术支撑,企业则负责打通产业各个环节, “三聚—南农”模式开始被各地复制。2017年4月,来自东北、新疆、河南、山东、湖北和江苏等地近20家企业牵手南农大,合作兴建秸秆生物质企业,预计到2020年,年处理秸秆500万吨以上,产值达200多亿元。

打通“最后一公里”

产品何处去的问题解决了,但秸秆从何来?

在淮安市淮阴区凌桥乡,近年来夏收季节已经难见成捆的秸秆躺在田间地头,取而代之的是一台台大机器满载着秸秆集中运往回收点,机器“吃”进去的是秸秆,“吐”出来的则是手指粗细、成条状的秸秆颗粒。

淮安联创秸秆合作社经理李永奇告诉记者,这是秸秆颗粒机,农户们将秸秆从田里收上来,在自家门口就能初加工。“这‘家伙’一天能处理10多吨秸秆。”

以往秸秆从田间地头走向工厂车间的过程中,运输和储存会耗费大量的成本。如今,拉到田间地头的秸秆处理机,不仅解决了秸秆运输和存储的问题,还带动了当地农户增收。“以往就靠拿35元一亩的(秸秆回收)补贴,现在将秸秆拉进颗粒机里‘滚’一下,一吨颗粒能卖500多,赚个两三百块!”村民朱海清说。

在田间设备的开发上,潘根兴团队致力于为不同规模的农田提供多样化的选择。比如有的对于秸秆原料化的处理只是简单的切割粉碎、省工省电,适合规模较大的家庭农场;有的是牵引式可移动的设备,可在田间完成作业,减少秸秆运输的成本,真正解决了秸秆处理“最后一公里”的问题。

如今,与老百姓不断提升的餐桌需要相适应,炭基肥已从大田作物转向了特色果蔬,在安徽、辽宁、内蒙古等地投入大棚应用,减肥20%以上,直接提高收益30%左右。“不仅将秸秆变成炭基肥,同时带动生产更多的优质农产品,这才是生态农业的必由之路。”潘根兴说。

从“引智”到“输出”

2010~2015年,潘根兴团队聘请了国际生物质炭权威专家作为团队兼职教授,指导生物质炭的研究及技术发展。如今,通过集成创新,团队已经从当初的“引智”走向了“输出”。

“中国已经领跑世界生物炭技术。”在2015年召开的全球生物质炭项目启动会上,法国大自然保护国际基金会主席Guy Reinauld这样评价。同一年,潘根兴团队还参与了联合国全球生物质炭项目,并承担了首期对参与国的技术培训。至今,潘根兴团队举办了3期国际生物质炭培训,也承担了我国政府“亚专”对东南亚国家的秸秆生物质炭绿色农业技术培训推广。

“绿色发展”理念将是新时代三农工作的引领。南京农业大学副校长丁艳锋认为,提倡绿色生产,实际上是通过提高资源利用率,摆脱过去过度依赖资源消耗促进“量”的发展,转向更加注重满足“质”的需求。

近年来,南京农业大学致力于“激活”农业废弃物等“错放的资源”,从产学研合作出发,积极探索“科学研究—技术发展—农业应用产业化”一体化发展的创新驱动路径。

潘根兴团队让技术“走出深闺”,变秸秆为宝便是其中的范例。

《中国科学报》 (2018-06-13 第6版 科研)
 
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