农业秸秆生产生物质碳在新能源领域中的应 用

农业秸秆生产生物质碳在新能源领域中的应 用

韩巍、李景豪、周举、周莉玲、冯命华、 冯涌晖、 张红飞

新疆中泰创安环境科技股份有限公司 新疆乌鲁木齐市 830026

摘要：新疆主要农作物以粮棉和水果为主，玉米、小麦、水稻、薯类秸秆是牛、马、羊口粮之一，目前不存在处置痛点，但棉花秸秆和果枝条则是老大难，牛、马、羊不吃，又不让焚烧，采用棉花秸秆为原料，利用中低温炭化技术将废弃棉花秸秆转化为生物质炭，实现碳达峰碳中和，大幅降低温室气体排放，不仅要加快实现能源利用结构优化和能效提升，还要促进经济社会发展的全面绿色转型，全面提高农作物秸秆等生物质资源利用效率。

关键词：农业秸秆、生物质法、综合利用

一、背景意义及现状

能源是经济社会发展的物质基础，党的十九届五中全会作出了“能源资源配置更加合理，利用效率大幅提高，主要污染物排放总量持续减少，生态环境持续改善”的决策部署。我国是秸秆产出大国，而秸秆能源作为新能源的一种可再生利用的新能源，相比传统的太阳能、风能、地热、氢能等新能源，属于一种废弃物资源利用的新能源。而我国又属于农业大国，每年农作物秸秆资源总量将达10亿多吨。采用农业秸秆生产生物质碳，是在新新能源废物利用的具体落实体现。

二、总体技术方案

农作物秸秆的污染问题一直是困扰农业发展的瓶颈。根据生物质转化途径，目前生物质能源化利用技术包括物理转化、生物转化和化学转化。物理转化主要是通过物理压缩，将秸秆制备成生物质固体成型燃料，这样虽然解决了秸秆的运输问题，但是对仓储条件依然要求较高；生物转化主要是厌氧消化制沼气和发酵生产乙醇，受发酵季节影响较大，化学转化包括液化、气化、炭化等，是目前国内外研究的重点，但主要集中在生物质液化和气化方面的研究，对于生物质炭化制备生物炭燃料的研究较少，且目前的热解炭化技术一般采用间歇工艺在高温（≥700℃）下进行，成本高、大多停留在实验室研究阶段。

我公司计划投资1.14亿元，占地面积150亩，建设5万吨级秸秆活性炭项目。其中包含拟建设2套1.5万吨/年秸秆炭化装置、1套5.0万吨/年生物质炭基肥生产装置、1套600吨/年叶面肥/液体肥装置及其界区内的所有相关设施。本秸秆炭化技术采用中低温无氧碳化技术，中低温慢速热解是指秸秆颗粒在限氧或无氧条件下，以较低的升温速率升至温度 350～500℃，进行慢速（几小时～几天）热裂解，中温和长期的慢速热解使得炭产量最大可达30%，约占总能量的50%。本项目的工艺流程为秸秆颗粒依次通过物料输送系统、秸秆炭化系统、分离净化、能量回收系统，得到生物质炭、轻木醋液等产品。

在碳化裂解过程中，会产生一定量的燃料气（甲烷、一氧化碳等），平均1吨秸秆产生约326.4kg的燃料气，这部分燃气全部用于秸秆碳化炉的热源，由于燃料气的热值属性较高约9.02MJ/kg，故在正常运行条件下，可以替代70%的碳化炉的热源，实现“自己烧自己”，燃料气实现自产自给的闭路循环，富裕的燃料气可调出提供多领域生产生活使用。

本公司研发的中低温无氧碳化裂解装置的优势，采用棉花秸秆为原料，利用中低温炭化技术将废弃棉花秸秆转化为生物质炭燃料，炭化温度低（350-500℃），有效减少生产能耗，提高生物质炭燃料的产量，避免焦油的产生；所得生物质炭能量密度高，可作为化学行业、医药行业、食品行业、环保行业、冶金行业等领域使用。

三、实现碳中和、森林植被保护具体措施

农业秸秆生产生物质碳既符合国家《产业结构调整指导目录（2019年本）》和2021年国家一号文件鼓励的产业政策，属于“第一类鼓励类”第一条“农林业”中第17款“农作物秸秆综合利用（秸秆肥料化利用，秸秆能源化利用，秸秆原料化利用等）”的范畴；也符合国务院印发的《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》提出“建立健全绿色低碳循环发展的经济体系，确保实现碳达峰、碳中和”。实现碳达峰碳中和，大幅降低温室气体排放，不仅要加快实现能源利用结构优化和能效提升，还要促进经济社会发展的全面绿色转型，全面提高农作物秸秆等生物质资源利用效率。农业秸秆又属于可再生资源，以农业秸秆为原料生产生物质炭，又填补了树木原料的缺口，某种意义上又间接实现了森林植被的保护和对二氧化碳的中和；秸秆综合利用整个过程无废弃物和二氧化碳排放，开展秸秆资源综合利用是我国深入实施可持续发展战略、建立健全绿色低碳循环发展经济体系、实现碳达峰碳中和目标的重要途径之一。

四、解决农业废弃物处置问题

随着环境污染越来越严重，焚烧秸秆不仅对土地破坏，还对空气质量造成了很大的危害，还可能引起村庄，森林失火，导致财产损失。近几年，国家针对农村燃烧秸秆做出了规定，不允许农村焚烧秸秆， 新疆主要农作物以粮棉和水果为主，玉米、小麦、水稻、薯类秸秆是牛、马、羊口粮之一，目前不存在处置痛点，但棉花秸秆和果枝条则是老大难，牛、马、羊不吃，又不让焚烧，可粉碎回填吧又造成新的土地板结、因腐烂不及时造成农肥和水资源流失等农田问题不能有效解决，同时病虫害不能得到有效控制。如果集中堆放，既占用土地资源，又影响田间管理，同时还会形成火灾等安全隐患。针对秸秆焚烧方式产生的原因，要分类处理，逐个瓦解；“我们用新产业从根子上破解环保难题，守护洁净蓝天”；“以秸秆为原料生产活性炭、生物杀虫剂和有机肥”；“用生态循环农业‘利器’，破除焚烧秸秆弊端”。我公司采用了秸秆、果枝条资源化循环利用的研发行动。

五、精准扶贫，实现长富于民

通过细分新疆地方和生产建设兵团的农林业种植和管理现状，我公司计划投资1.14亿元，决定在距离乌鲁木齐市68公里的生产建设兵团第六师所在地，五家渠国家级工业园区《中泰创安公司环保产业园》内，占地面积150亩，计划建设5万吨级秸秆活性炭项目。其中包含拟建设2套1.5万吨/年秸秆炭化装置、1套5.0万吨/年生物质炭基肥生产装置、1套600吨/年叶面肥/液体肥装置及其界区内的所有相关设施。

精准扶贫，助力脱贫攻坚，加强兵地互融，为实现乡村振兴提供有效保障。在兵团六师师市党委的大力支持下，以团场为基础，以连队为单元，成立连队合作社，便于秸秆的 收割、转运，待秸秆炭基肥装置运行稳定常态化后，可由新疆生产建设兵团或其它投资机构在其他各师团农场同类复制，创安公司可采取授权使用工艺技术包及设备独家供应。

藏利于民、科研成果广大员工优先享受，兵地共同受益。 肥料及生物杀虫剂优先本地使用、本地循环，在满足本地合作社的需求外，再向外销售。

6. 结论

我公司以农业秸秆生产生物质碳，针对综合利用率较高的农作物秸秆，需在扩大利用规模的同时，通过生产和推广使用秸秆生物质活性炭，并利用无氧碳化的清洁能源技术途径提高秸秆的利用质量，实现其规模利用与高值利用、存量消纳与增量控制的良好局面。如通过燃气净化提纯技术、热解燃料气的闭路循环技术、中低温碳化技术途径等，将逐步实现秸秆综合利用产业提质增效。可降低能源消耗、减少原生资源的开发利用、减少二氧化碳排放、化解农业废弃物、实现了长富于民。需进一步加大推广力度，在政府绿色采购等方面加大秸秆综合利用产品的应用和推广，逐步形成综合利用产品安全、可靠、环保和耐用的应用氛围。形成秸秆综合利用产业转型升级、提质增效的崭新格局，有力推动碳达峰、碳中和目标的实现。