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构建秸秆高效综合利用体系的对策与措施——以江苏省为例

2013-04-10余世袁

生物质化学工程 2013年3期
关键词:江苏省秸秆

徐 勇,勇 强,余世袁

(1.南京林业大学化工学院,江苏 南京 210037;2.林木遗传与生物技术教育部重点实验室,江苏 南京 210037;3.江苏省生物质绿色燃料与化学品重点实验室,江苏 南京 210037)

1 江苏省的秸秆资源及利用现状

江苏省秸秆的年产量约为4 000万吨,总量列全国第4,主要集中在苏北和苏中,约占全省秸秆资源总量的60%和26%,苏南地区产量仅占14%;种类分布为粮食作物秸秆约占总量的90%,油料作物秸秆占6%,棉花秸秆占3%,其他秸秆很少;主要品种为水稻秸秆1 770万吨,占42%;小麦秸秆998万吨,占36%;玉米秸秆203万吨,占6%[1]。

为了推动秸秆利用工作,江苏省各级政府和部门先后出台了一系列的政策和措施。一是抓法规建设和规划引导。2009年5月,省人大常委会审议通过了《关于促进农作物秸秆综合利用的决定》,在全国率先以地方法规的形式对秸秆综合利用和禁烧工作做出规定[2]:到2012年底,基本建立秸秆收集体系,基本形成布局合理、多元利用的秸秆综合利用产业化格局,全面禁止露天焚烧秸秆。同年省政府还制定了《江苏省农作物秸秆综合利用规划(2010-2015年)》(以下简称《规划》)[1],确定2012年全省秸秆综合利用率达到80%,2015年达到90%以上。明确了各地年度秸秆还田量、秸秆综合利用率和分领域利用率目标。二是抓目标考核和组织领导。按照规划的任务将各项工作按照职能分解落实到14个部门,制定了《江苏省农作物秸秆综合利用目标任务考核办法(试行)》和各年度《秸秆综合利用示范县、推进县建设考核办法》等文件,明确考核指标。由省发改委、农委、环保厅、农机局等部门组成联合考核组,对各市年度目标任务完成情况进行考核验收;建立了多部门参加的协调机制,以加强对秸秆综合利用工作的指导、督促和巡查;要求各地将秸秆综合利用和禁烧工作纳入政府目标管理责任制,建立了省、市、县、乡、村五级禁烧网络体系。三是抓示范推进和舆论宣传引导。在连续三年的建设基础上,2012年全省继续建设农作物秸秆综合利用示范和推进县77个,其中示范县65个、推进县12个[3]。各地区要求制定宣传方案,通过多种形式向群众宣传秸秆综合利用工作的意义和渠道,扩大社会影响和营造舆论氛围。

全省各级政府每年还安排数亿元的专项资金用于支持秸秆综合利用。2012年,省级财政安排了3.0亿元专项资金,地方再配套1.2亿元用于秸秆机械化还田、能源化和秸秆收集贮运体系建设。经过连续多年的投入和建设,全省已经建立了秸秆机械化还田,发电、其他能源化、基料化、饲料化、工业原料化等多种利用途径。

统计数据显示[4-5],2011年江苏稻麦机械化还田总面积10.64万公顷,还田秸秆量1 061.2万吨;全省建立秸秆收贮点700多处,年收贮秸秆700多万吨;建成运营秸秆发电厂11家,总装机容量287 MW,年消纳秸秆350万吨;新建秸秆固化成型燃料项目185处,秸秆沼气集中供气项目38处,秸秆预处理站150处,秸秆气化集中供气工程187处,年消纳秸秆100万吨以上。全省规模化秸秆利用量累计达到2 200万吨,约占秸秆总量的55%。

但实际情况却并不理想。进入2012年5月下旬以来,江苏省又进入秸秆焚烧高峰期。卫星遥感影像解译和现场巡查结果显示[6],全省各地均存在不同程度的秸秆焚烧现象,其中南京、淮安、泰州、盐城、连云港、扬州、南通等周边地区较为严重,造成上述地区尤其是城市空气严重污染,甚至致多人死伤[7]。由此引发了社会各界对秸秆利用真实状况的一片质疑之声和高度关注。随后各级新闻媒体对秸秆的综合利用进行了较密集的调查和报道。现在看来,不仅相当一部分秸秆没有能够被有效地还田,同时大部分的秸秆发电、秸秆气化的装置和企业一直处于亏损运行或停运状态,秸秆的实际处理量大打折扣[7-9]。预计全省秸秆实际利用率在45% 以下。

由此可见,尽管社会各界付出了很大的投入和努力,但是与全国情况相似,目前江苏省秸秆综合利用的规模与预期目标和统计数据之间还存在着较大的差距,因出路不畅秸秆焚烧也难以得到有效地遏制。

2 制约江苏省秸秆高效利用的主要瓶颈

2.1 秸秆还田与秸秆堆肥

秸秆还田与堆肥远不是简单地将秸秆直接粉碎翻耕或堆放,它涉及到农机具、作物品种、水文气候、土壤性质、有机肥转化等一系列的自然条件、技术、装备和管理问题[10-12]。秸秆还田首先是农机具,秸秆收割、粉碎和翻压都必须要依靠适宜的农业机械。由于前期的研发基础薄弱,我国现有的普通脱切机和旋耕机不能满足秸秆高效还田的实际需要,大部分还田秸秆的切段和留茬太长,严重影响了土地滕茬和换季耕作;同时,秸秆的还田量和还田方式应该因地制宜,即根据作物品种及种植地区的水文气候条件不同做相应的改变,尤其是经济作物对还田技术要求更高。而现有的还田方式几乎是千篇一律,还田效果参差不齐;秸秆堆肥需要适宜的水分粪便原料配比、堆制方法、温度控制、微生物类群、酸碱度过程控制等技术。由于缺乏专业的农业科技指导,秸秆还田或秸秆堆肥普遍缺乏及时合理的过程管理或跟进管理,难以保证秸秆充分腐解而被作物利用,甚至会因微生物降解秸秆而消耗土地氮肥肥力或产生农田病虫害的繁衍。以上种种因素造成许多地区秸秆还田或堆肥的实际效果差,且废时废力,导致广大农民更容易选择废弃或直接焚烧秸秆。

2.2 秸秆发电

以国信、中节能和国能等企业所辖的江苏境内几家生物质发电厂为例,由于缺乏政策保障和前期建设,没有专业化和稳定的秸秆回收物流的设备、技术和网络支持,再加上对秸秆资源分布和行业竞争的前期调研评估不足,一些企业的秸秆收购半径超过80公里,原料到厂价格甚至高达400元/吨左右,且库存容量要求大,造成秸秆燃料成本占总生产成本的75%~80%,给电厂带来了巨大的经营压力。目前,全省11家投运的生物质电厂都处于亏损运营状态,部分企业季度累计亏损额最高达千万元,导致大部分电厂开工不足,或者是提高混煤的比例,减少秸秆的耗量[7,13-15]。

2.3 其他的秸秆能源化技术

同样由于整体创新不足,导致国内现有秸秆热解气化、沼气、固体成型燃料的生产设备设施的整体技术水平和实际运行使用效果大多数不尽如人意。主要问题:秸秆原料本身热值低;设备对原料适用性和运行稳定较差;农村燃气管网和各家各户沼气池建造的前期投资大、日常维护和管理技术要求高;秸秆气化焦油堵塞管道[16-17];秸秆固体燃料的下游燃具和应用市场开发很不成熟;再加上秸秆原料收集和贮运的困难,造成上述各个行业的现有生产规模和秸秆消耗体量小,经济效益低,相当一部分的设备设施处于闲置状态。

2.4 秸秆饲料、蘑菇生产基料、编织原料及其他利用

由于前期在饲料发酵菌种、生产工艺、饲料营养机理和饲喂技术等各个方面都缺乏系统和深入的前期研究,各个环节之间脱节,整体技术水平和实际效果还未能得到普遍认同,秸秆饲料的推广应用规模不大;秸秆板材受到胶料成本昂贵和公众对草类新材料传统思想认识的局限,现有的产业规模和市场不大;秸秆作为蘑菇生产基料和编织原料只集中在全省少数几个典型的地区,行业规模和秸秆的总体消纳量也不大[1,18]。

2.5 秸秆资源的生物炼制

秸秆的生物炼制即生物转化与利用,凭借资源体量和可再生的优势近二十年来一直广受各国政府与业界的高度关注,尤其是纤维素乙醇、丁醇生物基燃料、乳酸、羟基丁酸等生物基化学品、功能性低聚糖等生物活性物质、纳米纤维素等新兴生物基功能材料的研发成为了政府扶持和企业投资的热点和重点。整体上来看,本领域的大部分工作还处于实验室的基础、应用基础研究和技术工艺前期的研发阶段,只有少数几项技术刚刚进入了工厂小试或者中试,真正的商业化生产仍然有待时日。尽管秸秆的生物炼制可以实现资源的高值转化与利用,但是基于现有的生产技术水平与资源体量的对比分析,秸秆的生物炼制在短期内还不能成为解决江苏及至全国秸秆资源大规模工业化利用的主要出路。

综上所述,江苏秸秆大规模综合利用主要面临着五大困难:一是政策扶持、社会资金投入仍然不足,资金使用效率不高;二是秸秆原料的流通体系不健全,导致原料供应波动,收购价格和生产运行成本高;三是关键技术和先进设备欠缺,推广和应用不足;四是整体经济的社会效益低下,影响各方的投入和积极性;五是政府引导和社会舆论宣传缺乏整体性和长期性,社会和公众的认知接纳不够。

归根结底,当前的整体工作仍然带有条块分割、模式化、阶段性和运动式的特点,关键的瓶颈是没有构建起一个覆盖全省范围的结构较完备、运行稳定和机制长效的秸秆综合利用体系,不能为秸秆资源大规模、产业化的综合利用提供系统、长期、有效的引导和支撑。

3 构建江苏省秸秆高效综合利用体系的对策与措施

江苏农作物秸秆的总量超出粮食总产量的21%,作为一种体量巨大和相对廉价的农业生产废弃物类可再生生物质资源,它不仅是节能环保、生物产业、新能源和新材料等战略性新兴产业的基本原料之一,同时其高效转化与综合利用又是江苏省低碳经济、可持续发展和新农村建设的重要内容,对于资源相对缺乏的江苏省具有更加特殊的意义。另一方面,江苏省具有很好的工业、资金和人才优势,尤其是在科研力量和技术方面的力量雄厚。因此,利用经济和科技的优势在全国率先构建覆盖全省范围的秸秆高效综合利用体系不仅对于其社会和经济发展具有重要的现实意义,而且也具有可行性。

前期的经验充分证明,要建立上述体系绝不是某个行业、某个部门或某个环节的问题,而是一个庞杂的系统工程,涉及政府、院校、企业、公众、媒体、农业、工业、物流、科研、金融投资、环境生态等多个社会群体、行业和产业,同时受到政策规划、财政税收、行政监管和社会认知等多方面的重大影响,牵扯到各方面的利益,归根结底是一个复杂的体系建设问题。

解决这一问题的关键是要创新体制和机制,使之能够有效地引导科研、技术、设备、人才、资金、企业、政府和公众等资源要素的汇聚融合,建立起省级秸秆资源高效综合利用协同创新中心,提升工作的科学性、整体性、协同性和衔接性,为全省的工作提供智库,破解制约体系发展的重大政策和科技问题,从而稳步、有效和快速推进全省秸秆高效综合利用体系的构建。

3.1 对策

基于全国秸秆利用现状和江苏省政府《规划》,充分结合江苏省厚实的经济、科技基础及形势发展,对构建江苏省秸秆高效综合利用体系提出以下的对策建议。

明确总体目标:创新体制和机制,汇聚融合科研、人才、设备和资金等资源要素,科学规划、合理布局、科技支撑、稳步推进,构建起覆盖全省的较完备的运行体系,实现我省秸秆资源的高效综合利用。

坚持发展的指导思想:以秸秆还田为主体,以秸秆发电为产业支撑,以基于秸秆饲料-沼气为纽带的现代生态农业和秸秆利用特色行业为补充,统筹布局,因地制宜,分类指导,多元开发,错位发展,综合利用。

理清重点任务:1)政府主导下的体制和机制创新,引导体系构建,提供政策保障和资金支持;2)组建江苏省农作物秸秆资源高效综合利用协同创新中心,解决体系发展的重大需求和关键瓶颈,提供技术支撑;3)扶持龙头企业,建立起全省范围的秸秆收集贮运网络,保障工业化利用产业体系的稳定运行;4)充分发挥全省农技服务网络的功能,深入农村,向农民大力推广先进的秸秆利用农业技术和装备,切实提高利用的规模和效益;5)大力加强对秸秆利用的科普和舆论宣传工作,切实提高公众的认知和行动力,引导和激励社会各方资源积极投入秸秆综合利用行业。

抓好首要工作:政府主导创新现有的体制和机制,依靠行之有效的政策和资金支持引导科研、人才、资金等资源要素的汇聚融合,组建省级农作物秸秆资源高效综合利用协同创新中心。通过协同创新解决重大需求,破解制约我省秸秆高效综合利用关键性的瓶颈问题,研究并提出更加切实可行和经济有效的策略和措施,为政府的决策提供建议和参考,进而统筹、协调和指导全省的工作方案和秸秆高效综合利用体系的构建。

3.2 具体措施

坚持秸秆还田和秸秆发电为主的发展方向,挖掘和破解所面临的发展瓶颈,提高整体的经济和社会效益,推动体系的建设。

3.2.1 依托技术创新和科技推广有效推动秸秆还田 秸秆还田依然是最简单、最直接和最主要的利用方式[1,19]。但秸秆还田本身就是一项复杂的系统工程,需要有坚实的科技基础和先进技术来支撑。实际上国内已经成功开发出多种秸秆还田技术,如免耕套种技术、高茬套种技术、微生物快速腐解技术、盐碱地土壤改良技术等[10-12,20-22]。其中,麦田免耕套种水稻技术在稻麦两熟地区的推广试验效果良好;秸秆微生物快速腐解技术在改善土壤结构、提高土壤肥力和蓄水保墒等方面的效果显著;秸秆还田盐碱地土壤改良技术在苏北沿海开发地区具有很好的应用前景。目前存在的主要问题一是配套的农业科技尤其是先进的农机设备不能满足实际生产需求;二是农技宣传、推广渠道不畅,造成这些成果被束之高阁。

建议:政府主导,依托协同创新中心引导社会资源加大对本领域科研项目及相关龙头企业的长期性、系统性的政策和资金支持;同时,充分发挥覆盖全省范围的农技服务体系的作用,激励农技人员切实深入田间地头开展细致的宣传推广工作,使农民更快更好地认知、接受和应用先进农技,实现秸秆大体量就地利用。

3.2.2 借鉴国外先进的经验和模式发展秸秆发电产业 基于江苏资源和产业的特点,秸秆发电必然是其秸秆大规模工业化利用的重点。以丹麦为例,其国土面积为4.2万平方公里,约占江苏省的41%;年产秸秆570万吨,仅为江苏省的14.3%;但是其全境就建有多达130余家秸秆发电厂,数量是江苏省的12倍,总发电量占其国内电力供应的24%,整个体系能够长期稳定运行,并且取得了良好的经济和社会效益。这对于江苏省就具有很好的借鉴意义。

其实,两国之间主要的不同之处就在于两点:一是土地所有制和耕作方式不同。欧美主要为私有农场模式,大部分土地为集中,一般为单季耕作,秸秆燃料收集、装卸和运输的机械化作业程度高,操作和管理的运行效益高;二是政府强力扶持和引导。丹麦政府有针对性地制订了长期的财税扶持政策,如对于秸秆发电政府免征能源税、二氧化碳税等环境税,优先调用其电能热能和保证最低上网价;政府对各大发电运营商提出严格规定,明确要求有一定比例的可再生能源容量,另外从1993年起就开始以工业二氧化碳排放税补贴包括秸秆发电在内的节能技术和可再生能源的研究。依靠这些实实在在的体制机制的有效保障和引导,丹麦等欧美地区成功地建立起长期稳定运行、经济有效的秸秆发电产业体系。

建议:一是在工业和经济发达的苏南或苏中等地区可以通过政策导向提高土地的集约化程度,进而达到如同丹麦的秸秆资源集中经营和管理效果;二是苏北等农业地区在不改变现有土地产权及经营模式的前提下,由政府主导组织成立集秸秆收割、打包、贮运于一体的专业性经营公司。再由公司牵头通过科学测算和合理规划,探索协约合作的形式,按照一定的地域与农户、乡村、发电企业、农机具主、物流公司等分别签订“以秸秆资源代替农作物收割费、区域性秸秆分散贮运场地租赁、秸秆燃料供应、农机具区域性协作体、秸秆运输”等多边合作协议,真正建立起集“秸秆资源生产、收集贮运、秸秆发电”于一体的网络体系和产业链[14-15,23]。政府通过长期的资金扶持、财税优惠、交通运输保障等配套政策措施帮扶此类企业的成长和稳固。这样既保障各方的经济利益,又保证了大规模工业化利用所需秸秆资源的稳定供应和合理价格水平。

3.2.3 拓展秸秆饲料和秸秆沼气的发展模式 针对当前各家各户式小沼气的不足,发展以秸秆饲料和大沼气为纽带的现代生态农业体系,提高整体经济效益和生态效益[24-25]。通过政府的科学规划、政策引导和科技支撑,各地区可以因地制宜、分片建设,以规模化的养殖企业或农业企业为龙头,将秸秆饲料加工、畜牧养殖、畜禽粪便沼气生产、绿色沼肥、特色种植、绿色农业等进行模块组合与优化,形成各具特色的区域性现代生态农业产业链,提高整体效益,实现秸秆的属地转化。

3.2.4 做强地方性的秸秆利用特色产业 基于市场容量和技术现状,目前秸秆固化成型燃料(泰兴、溧水、溧阳)、生产基料(高淳、金坛、沭阳、丰县)、工业建筑材料(连云港市)、秸秆编织(赣榆县)行业的总体经济体量较小[1]。当前工作重点是要通过技术升级和市场运作进一步提高产品品质和经济效益,进而打造品牌和做强特色,带动地方性的秸秆高值转化。

3.2.5 孵化和培育秸秆生物转化与加工的新兴产业 秸秆本身是一种富含聚糖和木质素类有机质的天然生物质资源,通过现代生物工程技术可以制备成生物基液体燃料、生物基化学品、生物基材料、生物活性物质等多种高值工业产品,可替代化石类资源广泛应用于化工、农业、医药、食品、材料、建筑、饲料养殖等行业,是当今国际上争先抢占的热点和重点新兴产业领域[26-28],也是江苏省十二五规划中发展生物产业的重要内容,更是秸秆资源高值工业化转化与利用的一种新途径。

江苏省在本领域的整体科研水平和人才储备已经走在全国的前列,形成了以南京工业大学、南京林业大学、中国林科院林产化工研究所、南京农业大学、江南大学、南京理工大学等为代表的科技集群。上述单位利用自主知识产权在国内率先开发出功能性低聚木糖等高值生物产品并成功推广应用[29];在基于秸秆资源的平台化合物、纤维素燃料乙醇、有机酸发酵和其它重要生物基化学品的生物炼制领域均处于全国领先水平和国际先进水平,部分科研成果正处于产业化前期的孵化阶段。目前所面临的主要问题是要解决制约工业化生产及产业体系建设的几个关键性技术和工艺瓶颈[30-31],如新型木质纤维原料的预处理技术与设备、低成本的高效的复合型纤维素酶催化剂、新型高效的酶水解技术与设备、新型木糖基化学品的生产与应用技术开发、酶解木质素基化学品生产技术研发与市场开发及废水的高效处理与回用技术等。总之,基于秸秆资源的生物炼制系统是一个技术更加密集和任务更加艰巨的新兴产业体系,需要更加长期有效和稳定持续的科研投入和前期研发。

4 结语

现有经验充分表明,当前主要的任务是要将江苏省内各个院校、学科、人才、技术、资金和企业的优势资源汇聚融合,打造成能够引领和支撑江苏省乃至全国秸秆资源高效生物转化与加工的协同创新平台和基地,集中优质智力和技术资源进行协同攻关和集成创新以解决本领域重大的共性技术瓶颈、破解制约大规模商业化生产的成本与环境问题,同时孵化产业和人才,为未来新兴产业的发展提供坚实人才和技术支撑,进而引领新兴企业的孵化和产业体系的培育。

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