（中國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)協(xié)會(huì)，北京100037）

我國(guó)生物質(zhì)資源十分豐富，主要有各種農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物、畜禽糞便等，年產(chǎn)量約合4億t石油當(dāng)量。因此，研究將生物質(zhì)資源高效轉(zhuǎn)化為高品位的清潔能源，既是大規(guī)模利用生物質(zhì)能的必然趨勢(shì)，更是增加農(nóng)民收入、降低糧食價(jià)格、縮小與國(guó)際市場(chǎng)差距的有效途徑。

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年農(nóng)林廢棄物約14億t，其中玉米、水稻、小麥等大宗作物的秸稈高達(dá)7億t。

秸稈是一種寶貴的可再生資源，是自然界中數(shù)量極大且具有多種用途的可再生生物質(zhì)資源。目前我國(guó)秸稈利用率約為33%，其中大部分未加處理，經(jīng)過(guò)技術(shù)處理后利用的僅占2.6%。隨著石化資源的日趨枯竭和秸稈焚燒污染環(huán)境問(wèn)題的日益突出，提高農(nóng)作物秸稈的綜合利用水平，實(shí)現(xiàn)深層次、多途徑綜合利用方式是人們對(duì)可持續(xù)發(fā)展、保護(hù)環(huán)境和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的追求。綜合利用農(nóng)作物秸稈資源對(duì)于節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、增加農(nóng)民收入、促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

農(nóng)作物秸稈是指去除籽果實(shí)的農(nóng)作物莖、葉、稈及根等部分，包括各種糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物、油料作物和纖維類作物的秸稈，如玉米秸稈、小麥秸稈、水稻秸稈、高粱秸稈、煙草秸稈、向日葵桿、棉花秸稈、豆類作物秸稈和蘆葦?shù)取＿€包括農(nóng)作物加工后的剩余物，比如稻殼、花生殼、甘蔗渣、薯渣、薯液等；包括果蔬加工副產(chǎn)物，如辣椒稈、茄子稈、萵苣皮、豆莢、果皮、果渣等。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)農(nóng)業(yè)加工副產(chǎn)物有5.8億t，而綜合利用率平均不到40%，60%以上被隨意堆放、丟棄或用

1 我國(guó)生物質(zhì)資源化現(xiàn)狀

作生活燃料，或者作為肥料還田，這相當(dāng)于0.47 hm2土地的投入產(chǎn)出和6 000億元的收入被白白損失掉。

我國(guó)每年森林采伐、木材加工及育林剪枝等林業(yè)廢棄物約3.5億t，折合成標(biāo)煤，平均為9 422萬(wàn)t。

我國(guó)生物炭研究特別是產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用在國(guó)際上已經(jīng)處于領(lǐng)先地位，生物炭產(chǎn)業(yè)化也非常成熟。發(fā)達(dá)國(guó)家生物質(zhì)能源在能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要地位，而我國(guó)生物質(zhì)能實(shí)際占比不到1%，市場(chǎng)發(fā)展空間巨大。

2 生物質(zhì)熱裂解技術(shù)的研究成果

針對(duì)當(dāng)今社會(huì)化學(xué)石油能源過(guò)度使用，產(chǎn)生嚴(yán)重大氣污染，以及農(nóng)村秸稈隨意焚燒造成資源浪費(fèi)和廢氣排放的問(wèn)題，河北天善生物技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱天善公司）歷經(jīng)9年研制出的“一種利用生物質(zhì)進(jìn)行炭、氣、液、油聯(lián)產(chǎn)的系統(tǒng)及生產(chǎn)方法”，成功開(kāi)發(fā)了“多功能自動(dòng)化炭氣聯(lián)產(chǎn)設(shè)備”，有效減少了化學(xué)石油能源使用量，增加生物質(zhì)清潔能源供給，解決農(nóng)村秸稈隨意焚燒，減輕國(guó)家環(huán)保壓力等問(wèn)題。

生物質(zhì)熱裂解是指生物質(zhì)在沒(méi)有氧化劑（空氣、氧氣、水蒸汽等）存在或只提供有限氧的條件下加熱，通過(guò)熱化學(xué)反應(yīng)，將物質(zhì)的大分子物質(zhì)分解成較小分子的燃料物質(zhì)的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)方法，是目前國(guó)內(nèi)外非常關(guān)注的新能源生產(chǎn)技術(shù)。

該技術(shù)主要以炭化原料如農(nóng)業(yè)剩余物（各種農(nóng)作物秸稈）、林業(yè)剩余物（枝椏材、板皮鋸末等）、畜禽糞便、生活有機(jī)垃圾等含有木質(zhì)素的生物質(zhì)為處理產(chǎn)品，將其轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)炭、生物質(zhì)燃?xì)?、木焦油和木醋?種產(chǎn)品，在炭化過(guò)程中進(jìn)行分離并且分別回收，整個(gè)過(guò)程無(wú)廢棄物，環(huán)保水平高?！岸喙δ茏詣?dòng)化炭氣聯(lián)產(chǎn)設(shè)備”擁有一整套的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的連續(xù)化、自動(dòng)化控制。在對(duì)木醋酸液的研究中發(fā)現(xiàn)木醋液中含有大量有益有機(jī)物，又研發(fā)出對(duì)粗木醋酸液進(jìn)行分離提純的技術(shù)，并應(yīng)用于葉面噴灑肥及抗蟲(chóng)劑中。

目前，天善公司已經(jīng)取得14項(xiàng)專利：1項(xiàng)發(fā)明專利，13項(xiàng)實(shí)用新型專利，其中1項(xiàng)還取得了澳大利亞專利。

“一種利用生物質(zhì)進(jìn)行油、液、氣、炭聯(lián)產(chǎn)的系統(tǒng)及其生產(chǎn)方法”2017年通過(guò)了國(guó)家工業(yè)和信息化部的科技成果轉(zhuǎn)化認(rèn)定。利用該設(shè)備每處理1 t秸稈產(chǎn)生秸稈炭250 kg，焦油50 kg，木醋酸液220 kg，秸稈可燃?xì)? 000 m3；通過(guò)這些產(chǎn)成品，秸稈可以產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值1 057～2 210 元/t。

3 生物質(zhì)熱裂解技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展

把生物質(zhì)原料通過(guò)輸送機(jī)，送到炭化爐內(nèi)進(jìn)行熱解炭化，同時(shí)，煙氣經(jīng)動(dòng)力設(shè)備導(dǎo)入分離凈化系統(tǒng)，經(jīng)分離、過(guò)濾、冷凝等步驟，可得到木醋液、木焦油和生物質(zhì)燃?xì)?，炭化爐經(jīng)降溫處理后得到生物質(zhì)炭。整個(gè)工藝?yán)脽崃呀饧夹g(shù)，通過(guò)控制進(jìn)入炭化爐的風(fēng)量，控制進(jìn)入炭化爐的氧氣量，從而達(dá)到控制炭化爐內(nèi)溫度的目的。在不同的炭化溫度下所得到的副產(chǎn)品不同，實(shí)現(xiàn)高溫炭化多要?dú)馍僖?，低溫炭化多要炭少要?dú)猓袦靥炕纫坑忠獨(dú)?。通過(guò)對(duì)生物質(zhì)原料的處理，同時(shí)生產(chǎn)出4種產(chǎn)品，對(duì)4種產(chǎn)品進(jìn)行深度加工，應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中。根據(jù)秸稈的不同種類，連續(xù)式炭化爐單爐可連續(xù)投料、連續(xù)出料；間歇式炭化爐每爐可階段性填料。炭化系統(tǒng)擁有一整套的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的連續(xù)化、自動(dòng)化控制，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。解決了傳統(tǒng)炭化處理設(shè)備不能有效分離炭化副產(chǎn)物，污染嚴(yán)重；炭化周期長(zhǎng)，產(chǎn)品收率低；焦油堵塞、無(wú)法規(guī)?；a(chǎn)；自動(dòng)化程度低，人工成本高等關(guān)鍵問(wèn)題。尤其是在對(duì)農(nóng)林廢棄物炭化的整個(gè)過(guò)程中無(wú)廢水、廢氣、廢渣等廢棄物的產(chǎn)生，并將生物質(zhì)炭制成炭基肥料、生物質(zhì)燃?xì)庥糜阱仩t對(duì)接、木醋酸液的提純技術(shù)，所有副產(chǎn)品全部回收再利用。

目前我國(guó)生物質(zhì)的利用形式仍以直接燃燒為主，快速熱解技術(shù)的研究在國(guó)內(nèi)尚處于起步階段。國(guó)際能源署組織了加拿大、芬蘭、意大利、瑞典、英國(guó)及美國(guó)的10余個(gè)研究小組進(jìn)行了10多年的研究工作，重點(diǎn)對(duì)這一過(guò)程發(fā)展的潛力、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性以及參與國(guó)之間的技術(shù)交流進(jìn)行了協(xié)調(diào)，并在所發(fā)表的報(bào)告中得出了十分樂(lè)觀的結(jié)論。

歐美從20世紀(jì)70年代第一次進(jìn)行生物質(zhì)快速熱解實(shí)驗(yàn)以來(lái)，已經(jīng)形成比較完備的技術(shù)設(shè)備和工業(yè)化系統(tǒng)。其中加拿大的Dyna Motive Energy Systems是目前利用生物質(zhì)快速熱解技術(shù)實(shí)行商業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模最大的企業(yè)，其處理量為1.5 t/h，以樹(shù)皮、白木樹(shù)、刨花、甘蔗渣為生產(chǎn)原料，在隔絕氧氣和一定溫度條件下，采用鼓泡循環(huán)流化床反應(yīng)器，生物油的產(chǎn)率為60%～75%，炭15%～20%，不凝性氣體10%～20%，以上均為質(zhì)量產(chǎn)率。

生物質(zhì)炭氣聯(lián)產(chǎn)裝備，單套處理量為1.5 t/h，以農(nóng)作物秸稈、林業(yè)廢棄物等為原料，采用控風(fēng)控氧技術(shù)，利用1 t秸稈可產(chǎn)生物質(zhì)炭200～250 kg，木醋液和木焦油 200～250 kg，可燃?xì)?1 200～2 000 m3，同時(shí)采用一整套自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化控制，相較上述技術(shù)，不論在設(shè)備產(chǎn)量以及設(shè)備的自動(dòng)化方面均有較大提升。

4 生物質(zhì)熱裂解技術(shù)的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益

天善公司的生物質(zhì)炭氣聯(lián)產(chǎn)裝備的先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性，使生物質(zhì)的利用完全符合綠色、循環(huán)的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。投資小、效益高適宜廣大農(nóng)村應(yīng)用，達(dá)到提高秸稈產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)效率及服務(wù)水平，有效開(kāi)發(fā)秸稈的生態(tài)、環(huán)保及資源化的價(jià)值，推動(dòng)秸稈綜合利用結(jié)構(gòu)升級(jí)和市場(chǎng)發(fā)展，促進(jìn)秸稈綜合利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展成為我國(guó)新興產(chǎn)業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染綜合治理、環(huán)保增效、鄉(xiāng)村振興、綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展起到積極的推進(jìn)作用。特別是符合國(guó)家發(fā)展改革委辦公廳、農(nóng)業(yè)部辦公廳、國(guó)家能源局綜合司《關(guān)于開(kāi)展秸稈氣化清潔能源利用工程建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》。

目前，天善公司通過(guò)生物質(zhì)炭化凈化裝備的推廣，在唐山、衡水、張家口、遼陽(yáng)等地建立了示范基地，可實(shí)現(xiàn)年秸稈處理量達(dá)40萬(wàn)t，產(chǎn)生的生物質(zhì)炭、木焦油和木醋酸液30萬(wàn)t以上。對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造升級(jí)后，將在全國(guó)進(jìn)行推廣，計(jì)劃每省至少建立兩家以上的示范基地，年設(shè)備銷售量預(yù)計(jì)將達(dá)20套以上。

天善公司在國(guó)外已經(jīng)與菲律賓、尼泊爾、哈薩克斯坦、斯里蘭卡等國(guó)達(dá)成合作協(xié)議，還將推進(jìn)菲律賓椰殼炭化處理項(xiàng)目和尼泊爾通過(guò)生物質(zhì)發(fā)電解決夜晚照明問(wèn)題的“小光明計(jì)劃”。截至目前，這個(gè)項(xiàng)目累計(jì)新增產(chǎn)值1 857.5萬(wàn)元，累計(jì)實(shí)現(xiàn)利稅412.7萬(wàn)元，直接帶動(dòng)就業(yè)200人以上。充分實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)炭化凈化裝備設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益。

專家建議：一是盡快將生物炭及生物炭基肥料納入新型肥料目錄，讓更多農(nóng)民了解生物炭、施用生物炭基肥料；二是組建國(guó)家生物炭工程技術(shù)中心，匯聚國(guó)內(nèi)各方面力量，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究與技術(shù)創(chuàng)新；三是建設(shè)秸稈生物炭產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，推進(jìn)生物炭及生物炭基肥料產(chǎn)業(yè)的健康有序發(fā)展。