我国农作物秸秆转化生物能源潜力评估

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1、我国农作物秸秆转化生物能源潜力评估农作物秸秆是农产品牛产不可避免的副产物，同时也是产量巨大的可再生资源，若处置不合理可能会成为巨大的污染源。另一方面，石油、煤炭及天然气等化石资源本身带有明显的不可持续性，且其大量使用带来严重的空气污染。在资源与环境的双重压力下，以可再生的农作物秸秆生产生物燃料是一种具有广泛开发前景的替代技术，对于缓解能源供需矛盾，提高农民收入以及改善农村牛活条件，促进农业可持续发展具有重要意义。国内关于秸秆资源的研究多集中于农作物秸秆资源调查与统计［1-3］＞秸秆资源资源化利用［4-7］.秸秆处置政策研究与综合效益分析

2、［8-10］等方面。朱建春等⑴分析了1978〜2009年我国农作物秸秆产量的变化及其时空分布，这30年间我国IU间秸秆总量总体上呈不断增长的趋势，其产量分布由西北向东南逐渐增加。王亚静等［4］对我国各类秸秆资源的可收集利用量进行了估算，并对秸秆用于燃料、饲料、肥料、工业原料以及食用菌基料等用途的适宜性进行了评价。结果表明，我国秸秆可收集利用量非常丰富，适宜于多种用途。目前，有关不同农作物秸秆生产生物能源的潜力评估等方面的研究尚不多见。根据国家统计局公布的2014年各类农作物经济产量数据，估算我国各类秸秆资源的储量和可收集利用量，并在各农

3、作物秸秆转化牛物能源的适宜性分析的基础上，参考相关研究中的生物燃料转化率，对儿大农作物秸秆转化甲烷和乙醇潜力进行评估。1研究方法以农作物经济产量为依据，对我国各农作物秸秆资源的储量、可收集利用量及其转化为牛物能源的理论潜力进行估算。文中农作物产量数据来源于《中国统计年鉴2014》和中国国家统计局网站(http：//data.stats.gov.cn/)o草谷比(SG)是指农作物地上茎秆产量与经济产量之比，又称农作物副产品与主产品之比。在草谷比和农作物经济产量已知的条件下，可用下述公式计算农作物秸秆产量。WS=WPxSG式中，WS为农作物

4、秸秆产量，t；WP为农作物经济产量，t；SG为草谷比。秸秆资源可收集利用量是指在现实耕作管理尤其是农作物收获管理条件下，可从田间收集并可为人们利用的秸秆资源的最大数量。秸秆可收集利用量一般根据秸秆资总产量和其可收集利用系数来计算，公式表示为：WGS=WSxlG式中，WGS为秸秆资源可收集利用量；WS为秸秆总产量；IG为秸秆资源可收集利用系数。秸秆资源可收集利用系数是指可收集利用的秸秆重量占农作物茎秆总生物量即秸秆总产量的比重。以甲烷和乙醇为例评估农作物秸秆转化生物能源的潜力，根据秸秆资源可收集利用量和秸秆类生物质生产甲烷与乙醇的实际转化

5、率来计算。用公式表示为：WBS=WGSxRB式中，WBS为甲烷或乙醇产量；WGS为秸秆资源可收集利用量；RB为秸秆生物转化甲烷或乙醇的实际转化率。2结果与分析2.1我国主要农作物秸秆资源储量与可收集利用量估算我国是粮食牛产大国，农作物秸秆资源产量丰富。根据中国国家统计局网站中公布的2014年我国农作物經济产量数据，参考其他研究中的草谷比（秸秆籽粒折算系数）［11］和可收集利用系数⑷，计算出农作物秸秆产量和可收集利用量（表1）。2014年我国主要农作物秸秆产量达72836.9万t,可收集利用量达60986.1万t,其中玉米秸秆、水稻秸秆和

6、小麦秸秆三大作物秸秆可收集利用量分别是21481.0万、15420.1万和11519.4万t,分别占到农作物秸秆可收集利用总量的35.2%、25.3%和18.9%,三者之和接近农作物秸秆可收集利用总量的80%,具有广泛的开发前景。由于地理位置和气候条件的差异，不同农作物秸秆的分布与产量各不相同。玉米秸秆是我国第一大秸秆资源，主要分布于东北地区各省份以及河南、河北、山东、内蒙古、山西等华北地区；其次是水稻秸秆，主要分布于湖南、湖北、四川、江西、江苏、安徽、广西、广东等华南和华东地区以及如东北地区的黑龙江；第三大产量的小麦秸秆主要分布于河南

7、、河北、山东、安徽和江苏等省份。其中，河南省、黑龙江省和山东省的秸秆资源是我国最丰富的，以2013年为例，三省的玉米秸秆、水稻秸秆和小麦秸秆三大作物秸秆可收集利用量分别达到5098.0万、4897.9万和4062.5万to2.2农作物秸秆的生物能源开发技术与策略农作物秸秆是一种储量丰富价格低廉的可再生资源。由于农业的现代化,工业性生产要素对传统农业生产要素的替代，大量过剩的农作物秸秆被丢弃,更有大量秸秆被露天焚烧。秸秆焚烧产牛大量烟雾烟尘、温室气体C02、以及CO、NOx、苯及多环芳炷等有害气体[12],这既浪费资源，述污染环境。因而，

8、以秸秆生物质为原料开发生产生物能源获得了越来越多的关注。由于秸秆生物质原料的组分多样性和不均一性（不同來源原料中糖、淀粉、纤维素、半纤维素木质素等的组分差异巨大），以及转化途径的多样性（除了物理和化学方法外