秸秆“变身”优质产品

南京农业大学破解秸秆处理产业化难题

2018-09-19来源:南农新闻-NJAU NEWS作者:许天颖

    青年创业者李凤雷,最近的热情从车里转向了田里,原本经营着汽车4S店的他,在距离北京400公里不到的辽宁省建平县,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,而且茎杆粗壮、叶子挺阔、口感清脆,“上午收获的果蔬,下午就可以运送到北京的超市,新鲜优质!”李凤雷告诉记者,让他底气十足的“秘诀”是南京农业大学潘根兴教授团队创制的炭基肥,这款减肥又增产的神奇肥料竟是来自多年来让人“头疼”的秸秆。

    每到夏收、秋收时节,多地阴霾笼罩、气味“呛人”,大面积的秸秆燃烧是其“祸祟”之一。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从2009年开始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安全、绿色、低碳的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,新技术走出“深闺”、走向应用,为解决农业秸秆等废弃物循环探出了新路。

秸秆浑身都变出了“宝”

    2012年,江苏宜兴徐舍镇的王大伯尝到了“甜头”:3年前,一个声称是省城来的大学教授,过来“推销”的新式技术“炭土壤肥料”,果然管用——这种肥料是将一种黑色的炭施入土壤,和邻居家的稻田一对比,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,稻米也比别人家的更好吃。

    一开始担心被教授给“坑”了,他还提前签了保本协议,要求教授每年补贴他800元一亩的试验费。如今,老农拉住教授的手,一个劲儿地问田里到底是施了什么“宝贝”。

    这“宝贝”是潘根兴从秸秆里“变”出来的生物质炭。

    他告诉记者,将回收来的秸秆,在高温密闭的系统中,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。

    这个5年前还需要支付农民“试验费”的新材料,如今浑身都变出了“宝”。

    潘根兴告诉记者,在自然状态下,传统秸秆还田的资源转化率仅为5%,且耗时长、还会影响发苗和农作。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,如果通过这种技术将秸秆热裂解,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。

    其次是安全,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。田间试验表明,只需要像基肥一样,将生物质炭施于农田,既不影响水稻生长,又可降低稻米中镉、铅等重金属积累,在中低污染水平的稻田,一次性施入生物质炭,可保障稻米镉含量低于或接近国家限量标准。

    “3吨秸秆可用于制作1吨生物炭,产出的生物质可燃气可以发700-800度电。”潘根兴告诉记者,将秸秆转化为可燃气的技术目前已经在黑龙江、山东等省份试点,如果能大面积推广,可能会成为取代燃煤供热的一种方式,有效缓解我国北方地区的冬季雾霾现象。

技术要走出深闺 能源要披上新衣

    “给我3吨稻秸,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碳,节能、环保。 

    这个口号让付兴国眼前一亮,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,付兴国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12月,冒着风雪,付兴国连夜从北京赶到南京,想要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,三个月不到的时间,付兴国就带着企业负责人来到南农大,双方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吨是1000多元,但转化为生物质气、炭、液,1吨产值3000多元。”2016年,北京三聚环保新材料有限公司与南京农业大学全面合作,在石化行业协会的支持下,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3-5万吨。

    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”,提供了农业部倡导的化肥绿色替代性路径,可有效减少10%-15%的化肥量,价格与市场上常见的复合肥相当,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,2016年召开的农业部全国农村能源与生态环境工作会议上,潘根兴受邀作专题报告,“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” 农民致富、产品致优

    解决了产品何处去的问题,秸秆生物质企业还关心秸秆从哪里来,怎么能常年保证其从田间地头走向工厂车间,其中的运输和储存会耗费大量的成本。

    在淮安市淮阴区凌桥乡,这个淮北著名的大米之乡,夏收季节已经很难再见在拖拉机里晃悠处理秸秆,也难见成捆成捆的秸秆躺在田间地头,取而代之的是一台台大机器开到了田间地头,满载着秸秆被集中运往回收点,秸秆颗粒机吃进去的是秸秆,吐出来的则是手指粗细、成条状的秸秆颗粒。潘根兴说,这就是生物质产业原料化。

    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’处理1吨秸秆都不用上几个小时,一天能处理10多吨秸秆。”

    拉到了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,他拿出了多种设备的图册告诉记者,这些是不同类型的热解碳化炉,它对于秸秆原料化的处理相对粗放,不需要加工成颗粒,只需简单的切割粉碎、省工省电,适合规模较大的家庭农场。这是牵引式可移动炭化机,可在田间完成作业,减少秸秆运输的成本,适合山西、河南等经济欠发达省份,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,全国各地正在涌现一批像李凤雷一样、尝到了“甜头”的新型农业经营主体。

    潘根兴说,减化肥、提品质、重安全,是团队近年来努力的方向,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。

从“引智”到“输出” 新技术领跑世界

    据了解,如何增进土壤中的有机质含量和稳定性一直是国际土壤研究的热点,而如何将秸秆有效地转化为有机质、并回归农田是世界性的技术前沿。2010年-2015年,在国家外专局引智计划-111计划、高端外国文教专家引智计划支持下,潘根兴教授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,潘根兴团队还介入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,潘根兴教授的团队举办了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”的理念被认为应该贯彻“三农”工作的始终。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。南京农业大学近年来致力于“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。


编辑:实习编辑

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