我国秸秆能源化利用技术的现状

　　2．1秸秆能源化

　　农作物通过光合作用将一半的产物贮存在秸秆中，秸秆中富含大量的碳、氢、氧等养分，但N、S含量低，因而秸秆具有发热量高(热能大约相当于标准煤的1/2)，有害气体排放少的特点，所以秸秆可作为一种优质的生物质原料进行能源化利用，进而降低对煤炭、石油等不可再生能源的消耗。根据秸秆转化利用技术的不同，能源利用的主要方式可以分为直燃供热(直接燃烧、固化成型后燃烧和混燃发电)、气化(生物质燃气、沼气)和液化(燃料乙醇和生物柴油)三类。

　　2．1．1直燃供热

　　直燃供热即将秸秆直接燃烧获取热量，可以分为传统方式和现代方式两种。将田间收获的秸秆直接燃烧以满足农村炊事取暖的要求。是一种相对传统落后的能源利用形式，秸秆利用率低，生态效益、社会效益和经济效益差。随着社会主义新农村和城乡一体化进程的推进，农民的生活质量和环保意识也在不断提高，目前农户主要应用安全、卫生、方便的各类燃气进行供热，采用传统方式提供热量的农作物秸秆用量在逐年减少。

　　秸秆固化成型是一种对秸秆进行成型处理的现代化技术，利用成型设备将松散的、不定型的农作物秸秆压制成高密度、具有一定形状的固体成型燃料。农作物秸秆经过成型处理，热效率相比于传统直燃方式提高了50%～70%，可替代木材、原煤和燃气等燃料，节约了大量能源;成型燃料在运输、贮藏和使用的方便性上也要优于秸秆传统直燃方式;秸秆块易于实现产业化和规模化生产，在我国得到了广泛的应用。华旭(2005)等人将粉碎后的秸秆与掺混物混合并压制成可取代煤做燃料的秸秆块。物料特性和加工工艺是影响秸秆成型的主要因素，为了保证秸秆的成型性，杨俊成(1997)对开模压饼过程中秸秆的物料特性进行了研究。针对秸秆固化过程的工艺参数，段建(2010)和侯振东(2013)等人分别进行了优化。秸秆固化成型技术在黑龙江、河南两省应用广泛。

　　秸秆与煤混合燃烧进行发电是一种现代化秸秆综合利用方式，该方法不但可以提高燃料的燃烧特性，节省燃煤的用量，提高生物质的利用率，还可以减少温室气体的排放，对减轻环境的污染有重要作用。研究表明:当生物质占总燃料的能量比例低于20%(秸秆作为生物质燃料时，质量比例约低于30%)时，不需要改变电厂的任何装置，利用现有的燃煤发电设备就可以实现生物质混燃发电。因此，混燃发电是一种低成本、低风险、高效率、清洁环保、操作性强的生物质能源利用方式，不但实现了秸秆的高效利用，还有效地缓解了秸秆的收集和存储压力，农民也因为秸秆的可回收利用而增加了收入。

　　 

    2．1．2秸秆气化

　　秸秆气化是一种将固态原料转化为方便清洁气态能源的生物质能转化技术，按照气化方法分为热解气化和秸秆沼气两种。

　　热解气化是以粉碎后的农作物秸秆为原料，在缺氧的环境下经过干燥、热解、燃烧和还原4个阶段，生成由一氧化碳、氢气和甲烷等混合而成的无烟、无尘、无污染的秸秆燃气，再经过净化、除尘、冷却、加压存储等操作，最后以储气罐或地下管网的形式输送到农户家中，作为炊事、采暖的燃料。秸秆气化后的燃烧效率可以达到35%～45%，比直接燃烧提高了2倍；同时，具有清洁、方便、廉价等优点，因此在农村较受欢迎。

　　沼气是一种农村常用的燃料，沼气发酵是以人畜粪便与农作物秸秆等的混合物为底料，通过厌氧发酵生成沼气的技术。然而，该技术的农作物秸秆使用量较少，无法实现大量秸秆的有效利用。秸秆沼气技术以秸秆为基质，通过微生物发酵后制取沼气，按照微生物主导菌群的不同可将发酵过程分为水解阶段、发酵阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷4个阶段。秸秆沼气技术使秸秆资源作为发酵原料得以开发利用成为了现实，不但使大量秸秆变废为宝，也解决了沼气发酵原料不足的问题，副产的沼液和沼渣能够充当化肥。倪圣亚(2010)培育出“沼气一号菌种，实现了秸秆沼气的产业化技术体系。石卫国(2006)利用生物复合菌剂对秸秆进行预处理，提高了沼气的生产效率。陈广银(2016)对秸秆床厌氧发酵产沼气系统进行了优化，提高了产气稳定性、产气量和甲烷含量。秸秆沼气具有能耗低、无污染、经济和生态效益好的优点，但冬季的低温对沼气的生产效率与品质的影响还无法克服，应用还具有一定的局限性。秸秆气化技术的应用主要集中在山东、河南、江苏、河北、山西、北京及陕西等地。

　　2．1．3秸秆液化

　　生物质液化技术正作为一种高效的生物质综合利用方法逐渐被人们重视。它是通过物理、化学和生物的方法，在适当的温度、压力，以及溶解剂和催化剂的作用下，使木质生物质高分子结构(如木质素、纤维素或半纤维素等)裂解为小分子液态产物(如醇类、可燃性油或其它带有特定官能团的化合物)的一种化学反应，以实现农作物秸秆向液体燃料和化工原料的转变。生物质液化技术按照反应条件的不同可以分为生物质直接液化技术(高压液化技术)和生物质裂解液化技术。

　　通过秸秆液化技术生产的生物质燃料可以替代部分化石燃料，保证能源的配置更为合理，减少污染气体的排放，并且具有成本优势。我国在秸秆液化方面进行了深入的研究并取得了一定的进展。河南农业大学承担的河南省杰出人才创新基金项目“秸秆燃料乙醇生产中关键技术研究”在纤维素降解率和糖转化率上都取得了突破性进展。刘华敏(2010)采用集总的方法对玉米秸秆在亚/超临界乙醇中进行液化的机理进行了试验研究，得到玉米秸秆的水解规律。刘欢(2015)将超微粉碎技术运用于玉米秸秆液化过程中，有效提高了醇解液化率。