策劃/本刊編輯部 文/本刊記者 樊 潔

農(nóng)林廢棄物主要包括稻殼、秸稈、邊角料、薪柴、樹皮、卷皮、花生殼、食用菌基質(zhì)、刨花等，是一種重要的生物質(zhì)資源和可再生資源。如今，農(nóng)林廢棄物資源化利用是能源研究領(lǐng)域和生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。農(nóng)林廢棄物的資源化利用，可減少化石燃料的使用，增加可再生能源的利用率，有利于社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，可以提高農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域勞動(dòng)者的收入，對(duì)解決農(nóng)業(yè)農(nóng)村問題具有積極的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。秸稈、稻草、玉米稈、樹枝，這些長(zhǎng)期以來被農(nóng)村就地焚燒處理的農(nóng)林廢棄物，如今成了制作新型材料的原材料，從“垃圾”變?yōu)椤皩氊悺薄：娇杖剂稀?D 打印原料、壘土、乙醇汽油等高科技材料都可以由農(nóng)林廢棄物制作而成。

我國農(nóng)林廢棄物可利用資源豐富

農(nóng)林廢棄物中含有多種可用的物質(zhì)，其中的纖維素和半纖維素是兩個(gè)重要的物質(zhì)。纖維素是木質(zhì)生物質(zhì)的重要組成部分，是地球上最豐富的可再生資源。

農(nóng)林廢棄物有廣義和狹義兩方面的概念。

廣義上是指來自生產(chǎn)和生活過程中被丟棄不再具有原使用價(jià)值的農(nóng)林廢棄物，他們以固體和半固體的形式存在。主要包括大量產(chǎn)生的農(nóng)村的秸稈、果樹枝條、雜草、樹葉等，還有生活垃圾以及新的由于城鄉(xiāng)建設(shè)產(chǎn)生的園林廢棄物等，所以這些廢棄物的種類和數(shù)量非常大。

狹義上主要指秸稈、生活垃圾、尾菜等，這些廢棄物的產(chǎn)生量非常大，不合理處理就會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生重大污染，比如園林剪枝的木質(zhì)纖維素含量高、硬度大，需要特殊處理設(shè)備進(jìn)行粉碎和篩分處理。

我國作為一個(gè)農(nóng)林大國，農(nóng)業(yè)耕地、林業(yè)林地宜林地總面積約6.67億hm2。生物質(zhì)能源化利用的發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮?。研究統(tǒng)計(jì)顯示，我國農(nóng)林廢棄物資源豐富，每年可達(dá)到7 億多t，其中約3.5 億t 可用作能源用途，相當(dāng)于1.8 億t 標(biāo)準(zhǔn)煤，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

隨著我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，我國已成為世界上最大的農(nóng)林廢棄物生產(chǎn)國之一，農(nóng)林廢棄物資源化利用已成為城市和農(nóng)村環(huán)境保護(hù)和治理的重要環(huán)節(jié)。來自2018 中國農(nóng)林廢棄物綜合利用產(chǎn)業(yè)化研討會(huì)上的數(shù)據(jù)顯示，全國每年生成畜禽糞污38億t，產(chǎn)生秸稈近10億t，每年森林采伐、木材加工等林業(yè)廢棄物約1.4億t，林木修枝等產(chǎn)生的林業(yè)廢棄物1億t，這些資源的可利用率在50%以上，是發(fā)展生物質(zhì)能源的重要資源。

農(nóng)林廢棄物如何實(shí)現(xiàn)變廢為寶

合成高密度航空燃料

隨著現(xiàn)代航空業(yè)的快速發(fā)展，巨大的碳排放量、成本問題成為我們不得不面對(duì)的軟肋。隨著國際社會(huì)對(duì)可持續(xù)發(fā)展以及二氧化碳減排問題的日益關(guān)注，發(fā)展新型、清潔、可再生的生物質(zhì)航空燃料已成為能源領(lǐng)域的重點(diǎn)議題。另外，隨著科技發(fā)展，采用廉價(jià)易得、不可食用的原始生物質(zhì)原料合成可再生航空生物燃料成為了一個(gè)可行性方案，這個(gè)方案的實(shí)行可以使航空生物燃料的成本問題得到解決。

纖維素作為農(nóng)林廢棄物的主要成分之一，可通過水稻、小麥、玉米、棉花等農(nóng)作物秸稈以及木屑、落葉、樹皮等林業(yè)廢棄物通過簡(jiǎn)單的化學(xué)處理獲得，是構(gòu)成植物細(xì)胞壁的一種廉價(jià)、可再生且非常豐富的聚合物。雖然以纖維素為原料合成航空煤油鏈烷烴（如支鏈辛烷、十二烷、十六烷）在國際上已有報(bào)告，但迄今為止，這些工作主要集中在以纖維素為原料合成普通航空煤油方面，在高密度航空煤油領(lǐng)域卻鮮有進(jìn)展。因此，發(fā)展高度集成的方法，在溫和條件下合成生物燃料顯得尤為重要。

中科院大連化物所李寧研究員和張濤院士團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一條高度集成轉(zhuǎn)化的新途徑，利用農(nóng)林廢棄物合成出高密度航空燃料，相關(guān)研究工作發(fā)表在《焦耳》雜志上，該研究有望減少航空業(yè)造成的二氧化碳排放。

該團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了以纖維素為原料合成更加復(fù)雜的多環(huán)烷烴，而這些多環(huán)烷烴可以被用作高密度先進(jìn)航空燃料?？蒲腥藛T首先將纖維素通過氫解反應(yīng)選擇性地轉(zhuǎn)化為2,5-己二酮。接著，科研人員采用固定床雙床催化劑體系，在氫氣氣氛下，將小麥秸稈纖維素制備的2,5-己二酮一步轉(zhuǎn)化為一種碳鏈長(zhǎng)度為12和18的多環(huán)烷烴的混合物。該混合物具有凝固點(diǎn)低、密度高的優(yōu)勢(shì)，既可以作為現(xiàn)有高密度航空燃料的替代品，也可以作為添加劑改善其他航空燃料的效率。

該燃料不但將廢棄的生物質(zhì)變廢為寶，而且比傳統(tǒng)的航空燃料具有更高的密度，使用該燃料可以在不改變飛機(jī)油箱體積的前提下，有效地提高飛行器的航程和載荷，飛機(jī)能夠比使用常規(guī)航空燃料飛得更遠(yuǎn)，運(yùn)送得更多。這樣就可以減少飛機(jī)航班數(shù)，以及在飛機(jī)起飛和降落過程中造成的二氧化碳排放。據(jù)了解，該工藝的商業(yè)化還需要3～5 年時(shí)間，目前最大的問題是纖維素氫解反應(yīng)需要使用對(duì)環(huán)境和健康有害的二氯甲烷，下一步研究團(tuán)隊(duì)將探索使用對(duì)環(huán)境友好的有機(jī)溶劑替代二氯甲烷。

變身3D打印原料

3D打印是一項(xiàng)用處頗多的技術(shù)，也是一項(xiàng)花費(fèi)頗多的技術(shù)。一臺(tái)具有高精度打印功能的工業(yè)級(jí)激光燒結(jié)打印機(jī)，售價(jià)動(dòng)輒就高達(dá)五六十萬元到幾百萬元。怎么把3D打印機(jī)的價(jià)格降下來，一直是很多人研究和探討的問題。

超高精度的工業(yè)零件、高科技和美學(xué)共存的微縮建筑、心臟動(dòng)脈模型以及獨(dú)特的造型工藝品等，這些都被展示在東北林業(yè)大學(xué)3D打印材料與技術(shù)研發(fā)中心的3D 打印展區(qū)內(nèi)。令人震驚的是，這些物品的原料都是來源于農(nóng)林廢棄物，如秸稈、果殼和木材竹材廢料。在不久的將來，由東北林大機(jī)電學(xué)院教授郭艷玲團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的3D打印機(jī)將進(jìn)入市場(chǎng)，把原本五十余萬元的成本壓縮至十多萬元，大幅度降低了3D 打印機(jī)的門檻，越來越多的人將體驗(yàn)到高新科技為教育、醫(yī)療、工業(yè)等多個(gè)行業(yè)帶來的優(yōu)質(zhì)改變。

郭艷玲團(tuán)隊(duì)通過混合一定量的農(nóng)林廢棄物和樹脂材料，如秸稈、稻殼、木屑、果殼、竹粉等，通過科研攻關(guān)變廢為寶，使3D打印原料有了新的突破。把這些農(nóng)林廢棄物再利用，成為“第四類”激光燒結(jié)耗材。產(chǎn)品加工的全過程低碳、節(jié)能、環(huán)保，這大大降低了3D 打印耗材成本，打印原料僅以80 元/kg 出售，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于目前市場(chǎng)上售價(jià)每kg五六百元的進(jìn)口錦綸材料。這一項(xiàng)目得到了中國工程院院士李堅(jiān)的高度評(píng)價(jià)，他將這種耗材命名為生物質(zhì)多元復(fù)合3D打印耗材，并預(yù)測(cè)未來會(huì)在很多應(yīng)用領(lǐng)域成為高分子材料替代耗材，有巨大的社會(huì)效益和市場(chǎng)潛力。

在過去的幾年中，郭艷玲團(tuán)隊(duì)不斷研發(fā)了三代3D 打印機(jī)，獨(dú)立開發(fā)的軟件系統(tǒng)，如工藝參數(shù)智能優(yōu)選系統(tǒng)軟件，將部分硬件的功能軟件化，保證高度精準(zhǔn)的同時(shí)，極大降低了成本。第三代桌式激光燒結(jié)3D打印機(jī)具有工業(yè)機(jī)的功能和桌面機(jī)的價(jià)格，由于打印零件不需支撐，打印精度高，可以打印結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜的制件，而且經(jīng)過后期處理，其力學(xué)強(qiáng)度可與木材、聚合物、陶瓷等材料相媲美。

該設(shè)備在國內(nèi)外僅有類似科研項(xiàng)目在研究，市場(chǎng)銷售尚屬空白?，F(xiàn)在，郭艷玲團(tuán)隊(duì)的第三代3D打印機(jī)正在進(jìn)行軟件和機(jī)械的配合調(diào)試、工業(yè)造型設(shè)計(jì)，雖然它還沒有真正投放市場(chǎng)，但不少企業(yè)已經(jīng)聞風(fēng)而動(dòng)，伺機(jī)而動(dòng)爭(zhēng)取占得先機(jī)，這其中不乏美國企業(yè)在重點(diǎn)關(guān)注。第三代桌面型激光燒結(jié)3D打印機(jī)與工業(yè)級(jí)的同類產(chǎn)品一樣，可以自由打印出任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)的物品，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、教育、工業(yè)鑄造、藝術(shù)品制作多種領(lǐng)域。

變身為神奇的壘土

沒有普通土壤，養(yǎng)在“魔法土”里的植物依然生機(jī)勃勃；冷冰冰的水泥墻穿上了美麗的綠植“外衣”，這件“外衣”四季常青，使人賞心悅目……這些超出人們?nèi)粘ＵJ(rèn)知的神奇景觀都離不開讓農(nóng)林廢棄物變身“魔法土”的“黑科技”——壘土技術(shù)。

在2018年11月召開的中國國際進(jìn)口博覽會(huì)上，主場(chǎng)館的立體墻面竟然穿上了一層美麗的“綠衣”，人們?cè)诟惺苷褂[館的生態(tài)美之余，也對(duì)這層神奇“綠衣”背后所運(yùn)用的科技手段充滿好奇。這層“綠衣”是湖南尚佳綠色環(huán)境有限公司董事長(zhǎng)戚智勇結(jié)合進(jìn)博會(huì)展覽館的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，運(yùn)用壘土技術(shù)，為主場(chǎng)館所做的立體綠化景觀提升。

壘土是湖南尚佳綠色環(huán)境有限公司生產(chǎn)的一種固化可塑成型活性纖維培養(yǎng)土。秸稈、棉花稈、咖啡殼等農(nóng)林廢棄物，經(jīng)過戚智勇博士研發(fā)的多種特殊科學(xué)處理方法后，竟能“變廢為寶”——變成神奇的壘土。壘土成品的外表看上去固化如磚，拿起來卻十分輕巧。壘土重量特別輕，而且固體可塑成型，可以根據(jù)不同需求，變成各種形狀，極大地方便了施工，避免了施工常見的二次污染。這種特性顛覆了大眾對(duì)于種植和栽培的空間概念，使植物可以在壘土的幫助下，在被裝飾物體的表面“豎著長(zhǎng)”“倒著長(zhǎng)”甚至“橫著長(zhǎng)”。壘土的壽命長(zhǎng)達(dá)26 年，還可以回收再利用。

在幾十米高的建筑外墻上運(yùn)用壘土技術(shù)進(jìn)行裝飾后如何養(yǎng)護(hù)外墻上的植物呢？壘土產(chǎn)品使用滴灌技術(shù)，由系統(tǒng)自動(dòng)控制，可以保持高空中植物的最低需水量，能起到節(jié)水的作用。而且壘土產(chǎn)品的保水透氣性很強(qiáng)，即使在上百米的壘土高墻上澆水澆肥，也不會(huì)出現(xiàn)水土流失，同時(shí)還能使植物保持良好的生長(zhǎng)狀態(tài)。壘土經(jīng)過高溫消毒，不含任何雜質(zhì)與菌類，用在建筑外表以及日常生活的各個(gè)方面，都不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

在壘土的幫助下，可以通過選擇不同的植物品種，進(jìn)行顏色的搭配、調(diào)整，做出各種不同的藝術(shù)造型，使建筑外表充滿藝術(shù)感，而壘土產(chǎn)品的養(yǎng)護(hù)成本只有傳統(tǒng)綠化種植方式的1/10左右。

在自然界生長(zhǎng)的植物原本需要較大的空間，而運(yùn)用壘土技術(shù)后，植物們能夠在較小的空間中生長(zhǎng)。這正是壘土的優(yōu)勢(shì)所在，運(yùn)用壘土這種替代土壤進(jìn)行農(nóng)業(yè)種植，可使農(nóng)業(yè)種植減少對(duì)土壤的依賴，從而改善環(huán)境污染。迄今為止，壘土技術(shù)除了運(yùn)用于建筑外墻立體綠化景觀提升，還成功應(yīng)用于北京、上海、廣州、寧波等地的大型市政綠化工程，促進(jìn)了當(dāng)?shù)鼐G色環(huán)保事業(yè)的發(fā)展。除此之外，壘土還可以用于家庭園藝種植，美化居住環(huán)境。

戚智勇說：“由于大部分人都在城市里生活，未來我們將進(jìn)入一個(gè)‘缺土?xí)r代’。我把壘土技術(shù)定位為這個(gè)‘缺土?xí)r代’的綠色種植‘芯片’，希望未來可以運(yùn)用壘土技術(shù)，讓更多的綠色重新回到人們的身邊。”

為生物質(zhì)發(fā)電提供“口糧”

生物質(zhì)資源是當(dāng)今世界上儲(chǔ)量與煤炭、石油、天然氣并肩的四大能源之一，也是唯一的一種零碳能源，但是長(zhǎng)期以來并沒有得到很好的開發(fā)利用。利用農(nóng)林廢棄物供熱、發(fā)電是一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，因其資源的可再生性、污染小、資源豐富等特點(diǎn)逐漸在國內(nèi)興起。我國作為農(nóng)業(yè)大國，隨處可見的秸稈、稻草、玉米稈、樹枝等，這些長(zhǎng)期以來被農(nóng)村地區(qū)就地焚燒處理的農(nóng)林廢棄物，如今搖身一變，成了生物質(zhì)發(fā)電鍋爐的“口糧”。據(jù)悉，中國農(nóng)林廢棄物發(fā)電產(chǎn)業(yè)年處理量近9 000萬t，年發(fā)電量已達(dá)500億kW·h。隨著國家政策的推廣，完全可以把這些廢棄物轉(zhuǎn)變?yōu)樯镔|(zhì)發(fā)電鍋爐的專用燃料，讓生物質(zhì)發(fā)電鍋爐“吃”下去的廢棄物，變?yōu)椤巴隆背鰜淼碾娔堋?/p>

對(duì)于農(nóng)林廢棄物的資源化利用，我國雖然在起跑線上落后，但是現(xiàn)在國家給予了前所未有的重視，相關(guān)政策紛紛出臺(tái)。生物質(zhì)供熱和發(fā)電正在成為國家鼓勵(lì)推廣的清潔能源選項(xiàng)。綜合來看，農(nóng)林廢棄物有望成為清潔供暖的“生力軍”，市場(chǎng)潛力巨大。

國家能源局發(fā)布的《生物質(zhì)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》明確提出了生物質(zhì)能發(fā)展目標(biāo)。其中，“十三五”期間生物質(zhì)發(fā)電的利用規(guī)模達(dá)到1 500萬kW，年產(chǎn)量達(dá)到900億kW·h，替代化石能源2 600萬t/年；生物天然氣的年產(chǎn)量目標(biāo)為80 億m3，替代化石能源960萬t/年；生物質(zhì)成型燃料和生物液體燃料的利用規(guī)模分別達(dá)到3 000萬t和600萬t，分別替代化石能源1 500萬t/年和680萬t/年。

隨著國內(nèi)大力鼓勵(lì)和支持發(fā)展可再生能源，生物質(zhì)能發(fā)電投資熱情迅速高漲，各類農(nóng)林廢棄物發(fā)電項(xiàng)目紛紛啟動(dòng)建設(shè)。中國生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出全面加速的發(fā)展態(tài)勢(shì)。截止到2017年底，全國生物質(zhì)發(fā)電并網(wǎng)裝機(jī)容量1 476萬kW（不含自備電廠），同比增長(zhǎng)21.6%，2018 年達(dá)到1 781 萬kW，2019年第一季度累計(jì)裝機(jī)達(dá)到1 878萬kW，同比增長(zhǎng)19.2%，繼續(xù)保持穩(wěn)步增長(zhǎng)勢(shì)頭。

2018年，中國生物質(zhì)新增裝機(jī)容量為305萬kW，2019年一季度，中國生物質(zhì)發(fā)電新增裝機(jī)97萬kW。2018 年可再生能源發(fā)電量達(dá)1.87 萬億kW·h，其中生物質(zhì)發(fā)電906億kW·h，同比增長(zhǎng)14.0%。2019年一季度，中國生物質(zhì)發(fā)電量為245 億kW·h，同比增長(zhǎng)16.7%。

近年來中國生物質(zhì)發(fā)電投資規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)，雖然增速較2010年前后的30%有所放緩，但增勢(shì)依然十分明顯。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年生物質(zhì)發(fā)電投資規(guī)模已達(dá)到1 328億元，同比增長(zhǎng)11.5%。2018年的投資規(guī)?；蛟? 400億元左右，仍然保持增長(zhǎng)。

通過對(duì)農(nóng)林廢棄物的再利用，不僅田間地壟整齊了，大秋作物管理方便了，最重要的是，農(nóng)村的環(huán)境變美了，農(nóng)民的收入增加了。國家林業(yè)和草原局局長(zhǎng)張建龍表示，要大力發(fā)展農(nóng)林生物質(zhì)能源，維護(hù)國家能源安全。必須把發(fā)展生物質(zhì)能源作為重要戰(zhàn)略，把農(nóng)林廢棄物轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)油是其中的重要內(nèi)容，能夠使生物質(zhì)組成中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素得到增值增效利用。

化身車用乙醇汽油

秸稈的處理一直是全世界的難題。中國每年產(chǎn)生的秸稈總量就超過了10億t，由于采集分散、運(yùn)輸成本高、加工效能低等原因，能高效利用的秸稈資源不足10%。剩下的不少被原地焚燒，化身霧霾，嚴(yán)重污染空氣，也造成了資源的浪費(fèi)。但是，隨著化工技術(shù)的推進(jìn)，秸稈產(chǎn)出也開始向高端產(chǎn)品邁進(jìn)，燃料乙醇就是其中之一。

燃料乙醇指以生物物質(zhì)為原料通過生物發(fā)酵等途徑獲得的可作為燃料用的乙醇。燃料乙醇經(jīng)變性后與汽油按一定比例混合可制車用乙醇汽油。燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)主要有第一代和第二代兩種。第一代燃料乙醇技術(shù)是以糖質(zhì)和淀粉質(zhì)作物為原料生產(chǎn)乙醇。第二代燃料乙醇技術(shù)是以木質(zhì)纖維素質(zhì)為原料生產(chǎn)乙醇。

在我國燃料乙醇的發(fā)展進(jìn)程中，其原料變化是重要特點(diǎn)，早期生產(chǎn)燃料乙醇的主要原料是陳化糧和木薯、甜高粱、地瓜等淀粉質(zhì)或糖質(zhì)非糧作物，相對(duì)而言，這些原料的價(jià)格較高。隨著木質(zhì)纖維素提取技術(shù)的提高，今后研發(fā)的重點(diǎn)主要集中在以木質(zhì)纖維素為原料的第二代燃料乙醇技術(shù)。由此，價(jià)格低廉的秸稈等生物質(zhì)成為制取燃料乙醇的重要原料。

中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所在生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化研究方面取得了新進(jìn)展，他們通過新研發(fā)的多功能催化劑，首次將纖維素“一鍋”高效轉(zhuǎn)化為乙醇。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《焦耳》上。

纖維素作為自然界最豐富的生物質(zhì)資源，可大量來源于農(nóng)林廢棄物，其不可食用的特征使其成為理想的可再生碳資源用來生產(chǎn)燃料和化學(xué)品。纖維素乙醇是最重要的生物燃料之一,將其與汽油按照一定的比例混合，即可形成新一代清潔環(huán)保車用燃油，能降低汽車尾氣如一氧化碳、碳?xì)浠衔锏任廴疚锏呐欧?。然而，目前利用生物發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)纖維素乙醇仍然面臨各種技術(shù)及經(jīng)濟(jì)的挑戰(zhàn)，探索非生物轉(zhuǎn)化路線生產(chǎn)纖維素乙醇具有重要的意義。

中科院大連化物所王愛琴研究員、張濤院士團(tuán)隊(duì)一直致力于生物質(zhì)中碳-碳鍵和碳-氧鍵選擇性斷裂制備重要小分子醇的研究，他們首創(chuàng)了纖維素氫解制乙二醇的催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)了含鎢（W）化合物在催化纖維素碳-碳鍵選擇性斷裂反應(yīng)中的獨(dú)特作用，從而提出了纖維素可以經(jīng)由先氧化酯化再加氫還原制備乙醇的二步法。該研究團(tuán)隊(duì)在前期工作的基礎(chǔ)上新發(fā)展了一種新的多功能催化劑MoPtWOx，它可將纖維素氫解制乙二醇和乙二醇?xì)浣庵埔掖记擅畹伛詈掀饋?，?shí)現(xiàn)了纖維素“一鍋”直接高效制乙醇的過程，該反應(yīng)的乙醇收率達(dá)到43.2%。同時(shí),該催化劑還表現(xiàn)出了優(yōu)異的穩(wěn)定性和抗一氧化碳中毒性能，使其在未來的實(shí)際應(yīng)用中具有較大的潛力。

以農(nóng)林廢棄物等木質(zhì)纖維素原料制取乙醇燃料技術(shù)已開始進(jìn)入年產(chǎn)萬t級(jí)規(guī)模的中試階段。未來我國燃料乙醇行業(yè)的重點(diǎn)是降低生產(chǎn)成本、減少政府補(bǔ)貼，為此，制定生物燃料乙醇生產(chǎn)過程的消耗控制規(guī)范及產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是降本增效的有力手段。

2018年8月22日召開的國務(wù)院常務(wù)會(huì)議，確定生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)總體布局。會(huì)議決定有序擴(kuò)大車用乙醇汽油推廣使用，除黑龍江、吉林、遼寧等11個(gè)試點(diǎn)省份外，2019年在北京、天津、河北等15個(gè)省份推廣。以秸稈類物質(zhì)為原料生產(chǎn)燃料乙醇是未來發(fā)展的趨勢(shì)，對(duì)國家糧食安全、能源戰(zhàn)略、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)民增收等都有積極的意義。

轉(zhuǎn)化為“生物炭”

生物炭是一種作為土壤改良劑的木炭，能幫助植物生長(zhǎng)，可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)用途以及碳收集及儲(chǔ)存使用，有別于一般燃料中的傳統(tǒng)木炭。

中國工程院院士、中國生物炭產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長(zhǎng)陳溫福教授介紹生物炭的特性時(shí)說：“生物炭既可作為土壤改良劑、高品質(zhì)能源，也可作為還原劑、肥料緩釋載體及二氧化碳封存載體，有望廣泛應(yīng)用于固碳減排、水源凈化、重金屬吸附、肥料增效和土壤改良等，可在一定程度上為氣候變化、環(huán)境污染和土壤功能退化等全球關(guān)注的熱點(diǎn)問題提供解決方案?！?/p>

秸稈，用之為寶，棄之為害。數(shù)據(jù)顯示，我國年產(chǎn)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，其中僅有不到1/3 實(shí)現(xiàn)了還田，秸稈肥料化利用率不足20%，被焚燒或廢棄的秸稈達(dá)20%以上。

農(nóng)民之所以焚燒秸稈，主要還是因?yàn)闆]有找到更好的秸稈利用出路。近年來，用秸稈制作的生物炭在解決全球生態(tài)環(huán)境安全與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面的作用已獲得普遍認(rèn)可，被學(xué)術(shù)界譽(yù)為“黑色黃金”。

我國生物炭理論研究、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用在國際上處于領(lǐng)先地位。關(guān)于生物炭的SCI 論文，我國研究人員發(fā)表的幾乎占到50%，制炭設(shè)備、工藝流程也相當(dāng)成熟，能夠?qū)崿F(xiàn)自循環(huán)、無污染生產(chǎn)。生物炭生產(chǎn)成本僅為國外同類產(chǎn)品的15%，生物炭基肥與復(fù)合肥生產(chǎn)成本大體相當(dāng)，具備了大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。

若將我國每年30%的秸稈進(jìn)行生物炭產(chǎn)業(yè)化利用，就能形成規(guī)模超過2 500億元的生物炭基肥或土壤改良劑產(chǎn)業(yè)，可帶動(dòng)約10 萬人就業(yè)，每年帶動(dòng)農(nóng)民直接增收588億元。

變?yōu)橐淮涡越斩挷途?/h3>

近年來，我國餐具市場(chǎng)前景一路看好，市場(chǎng)需求量巨大，已經(jīng)成為萬億級(jí)規(guī)模產(chǎn)業(yè)。秸稈環(huán)保餐具、植物秸稈纖維紡織品等是秸稈綜合利用領(lǐng)域中高附加值、高科技含量的應(yīng)用，秸稈餐具成為未來環(huán)保餐具的發(fā)展趨勢(shì)。中國是一次性餐具消費(fèi)大國，目前，秸稈餐具在中國屬于新興環(huán)保項(xiàng)目，有著巨大的市場(chǎng)空間。

秸稈綠色環(huán)保餐具，也叫植物纖維環(huán)保餐具，主要原料是麥稈、稻草、稻殼、玉米秸稈、葦稈、蔗渣等天然再生性植物纖維，經(jīng)消毒、粉碎等工藝模壓成型的一種方便餐具容器，產(chǎn)品主要包括碗、杯、盤、碟、叉、勺和環(huán)?？Х缺?。產(chǎn)品原料均為天然植物，生產(chǎn)過程中自然高溫消毒，制作過程無廢液、無有害氣體和廢渣的污染，產(chǎn)品符合國家環(huán)保衛(wèi)生要求。

制備氫氣和原柴油

利用光能如太陽能、人造光源和生物質(zhì)如秸稈、林木廢棄物等的下游產(chǎn)品為原料，大連化物所王峰研究員團(tuán)隊(duì)制備出了柴油和氫氣，開辟了生物質(zhì)能、氫能共同利用的新模式，相關(guān)論文發(fā)表在《自然能源》上。

氫氣是化學(xué)工業(yè)和面向未來的理想清潔能源，相關(guān)技術(shù)備受關(guān)注。在光催化產(chǎn)生氫的過程中，光生電子可以還原質(zhì)子產(chǎn)生氫氣，而光生空穴如果不與反應(yīng)底物發(fā)生作用，有可能會(huì)氧化光催化劑自身，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)氫氣效率低，出現(xiàn)光催化劑失活等現(xiàn)象。

針對(duì)這些問題，人們通常引入犧牲試劑來消耗光生空穴，進(jìn)而提升制氫效率和光催化劑穩(wěn)定性。但這一過程中不可避免地產(chǎn)生廢物，所獲得的氫能量甚至還不足以抵消生產(chǎn)犧牲試劑所需的能量。因此，發(fā)展一種既能生產(chǎn)氫氣，又能夠?qū)⑸镔|(zhì)轉(zhuǎn)化為有用的化學(xué)品或燃料的技術(shù)尤為重要。

秸稈、林木廢棄物等生物質(zhì)是自然界產(chǎn)量最大的可持續(xù)碳資源，它可替代石化資源給人們提供大量的生產(chǎn)生活用品。作為利用光能分解水生產(chǎn)氫氣的替換方法，在可見光驅(qū)動(dòng)下分解生物質(zhì)原料，通常可以獲得更高的光能利用率和產(chǎn)生氫氣速率。

經(jīng)過長(zhǎng)期探索，中科院大化所研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中利用可見光來驅(qū)動(dòng)生物質(zhì)下游產(chǎn)品即甲基呋喃類化合物，進(jìn)而同時(shí)完成生產(chǎn)氫氣和原柴油兩種能源產(chǎn)品的過程。據(jù)悉，該反應(yīng)在常溫常壓下進(jìn)行即可獲得組分非常豐富的原柴油，且脫除了原柴油中的氧，取得與目前市場(chǎng)上的柴油更接近的可再生高品質(zhì)油品，其副產(chǎn)品為氫氣。

研究組組長(zhǎng)王峰研究員表示，這個(gè)過程中是利用光能和生物質(zhì)制備氫氣后，產(chǎn)生的生物質(zhì)產(chǎn)物再經(jīng)過進(jìn)一步加工生成高品質(zhì)柴油。

農(nóng)林廢棄物資源化利用大勢(shì)所趨

我國農(nóng)村地區(qū)農(nóng)林廢棄物產(chǎn)量大、種類多，增長(zhǎng)迅速，不僅對(duì)河流、地下水等水資源造成嚴(yán)重污染，而且破壞農(nóng)村空氣環(huán)境，甚至威脅到村民的身體健康。但若是對(duì)這些廢棄物通過相關(guān)設(shè)備加以有效處理和利用，不僅可以節(jié)約農(nóng)業(yè)資源，提高資源利用率，還能減少對(duì)環(huán)境的污染，甚至可以帶來經(jīng)濟(jì)效益，一舉雙得或多得，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村生態(tài)經(jīng)濟(jì)的良性循環(huán)。

今年中央1號(hào)文件提出，發(fā)展生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)，推進(jìn)畜禽糞污、秸稈、農(nóng)膜等農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用。在生態(tài)農(nóng)業(yè)深入人心的今天，廣袤、富饒的黑土地，正向“綠色興農(nóng)”大步邁進(jìn)。

農(nóng)村廢物的資源化利用的潛力和潛在效益巨大。目前，在我國農(nóng)村生活垃圾資源化利用、生物質(zhì)能源化利用、畜禽糞便資源化利用以及在秸稈、杏仁殼、椰子殼等農(nóng)業(yè)廢物分類資源化利用領(lǐng)域，已經(jīng)有不少企業(yè)在耕耘、收獲。隨著政策引導(dǎo)和市場(chǎng)需求擴(kuò)大，更多的投資者也開始在這一領(lǐng)域爭(zhēng)相布局。

工業(yè)文明走到今天，已面臨著資源減少、生態(tài)環(huán)境污染、全球氣候變暖等各種危機(jī)，人類社會(huì)正在迎接一場(chǎng)以“新能源、新材料和生命科學(xué)”相結(jié)合的科技革命、產(chǎn)業(yè)革命，低碳經(jīng)濟(jì)模式下的生態(tài)文明社會(huì)建設(shè)已經(jīng)開始。