农作物的春华秋实，一半在籽实，一半在秸秆。
中国自古以来就是农业大国，自然也是秸秆生产大国。据统计，2019年我国秸秆产量为8.65亿吨，作为农业生产的后续问题，这样一个庞大的数字随着我国粮食产量的逐年增加而递增，与此同时，不合理的秸秆利用既浪费资源又污染环境。2020年，我国承诺将力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，这样的时代大背景赋予了秸秆资源新的历史使命。秸秆综合利用是推进节能减排的一项重要手段，农业农村减排固碳是实现碳达峰碳中和的重要举措，也是潜力所在。
近日，中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所（以下简称中国农科院环发所）种植废弃物清洁转化与高值利用团队在秸秆等农业废弃物共热解转化技术上取得新突破，阐明了共热解过程中相互促进-抑制作用机制，提出了农业废弃物清洁转化利用技术路径，相关研究成果发表在《清洁生产（Journal of Cleaner Production）》上。为此，本刊记者采访了中国农科院环发所研究员姚宗路，就如何通过科学合理利用，将秸秆“变废为宝”，在提升农业农村减排固碳能力同时，促进农业绿色低碳循环发展展开探讨。
方捆打捆机，它通过捡拾、输送、压缩、打结等流程将秸秆打成捆
被忽视的秸秆产业
“回到田里做肥料、喂给牛羊做饲料、做饭取暖做燃料、种植蘑菇做基料、还有造纸做原料。”这段生动描述秸秆用途的小口诀，来自中国农科院环发所赵立欣、姚宗路主编的《秸秆清洁供暖技术》一书。对于生活在都市里的人而言，秸秆既熟悉又陌生，很难形成较为立体的印象。这本科普读物深入浅出为读者们展现出了在秸秆综合利用过程中，如何利用不同技术生产清洁能源，从而达到减少排放、增加碳汇，同时又使企业获益、农民增收、减轻国家财政补贴压力。
2019年，我国秸秆产生量8.65亿吨，实际上可收集量为7.31亿吨，实际利用量6.34亿吨，其综合使用率从2015年的80.1%增加到2019年的86.7%。从数据中足以看出，秸秆产业是一个被忽视已久的新兴产业，更是一个大有可为的大产业。
近年来，中国在秸秆资源综合利用方面已取得了显着成效，但也存在利用率低，秸秆加工产业链条短以及加工产业布局不合理等不足之处。尤其在过去很长一段时间里，还田是秸秆综合利用的主要方式，生产上广泛采用的秸秆覆盖还田和浅旋还田，大多存在着秸秆腐解慢、土壤消纳能力差、土壤有机质提升效果不佳等问题，致使农民面对量多体大的剩余秸秆处于“还不下、无处放、不让烧”的尴尬处境。此外，秸秆量多体大，“收、运、储”体系不完备，离田成本高，成为制约秸秆产业发展的瓶颈。
秸秆等农业废弃物是宝贵的资源，中国农科院环发所开展了长期研究，通过科学合理利用，秸秆、畜禽粪便等废弃物可生产生物天然气、成型燃料、燃烧发电等可再生能源，可以抵扣生产生活使用的化石能源的排放，助力碳达峰、碳中和。同时，发展秸秆产业可以加固农业循环经济的链条，拓展农业产业的发展空间，增加了农民收入和农业发展的可持续性。鼓励和引导秸秆产业的发展，对于提高我国农业资源综合利用水平，保护生态环境，加快农业循环经济和低碳农业发展具有重要意义。
秸秆综合利用的技术路径及最新进展
姚宗路（右一）正在指导团队开展研究工作
农业生物质能是指以秸秆、畜禽粪污等农业废弃物为主要原料转化的生物质能，是促进农业废弃物资源有效利用的重要途径，既能解决农业废弃物的环境污染问题、减少因焚烧或无序堆放排放温室气体，又能够替代化石能源减排CO2、提升土壤固碳能力，是可再生、可持续的零碳或负碳的能源技术。秸秆作为能源使用的方式很多，可以转化成型燃料、沼气、热解气等，不同地域利用方式有所不同。
热解炭气联产技术是秸秆在绝氧或低氧环境下被加热升温（500~600°C），引起分子内部分解产生热解气和生物炭。在农业废弃物生物质热解炭气联产技术的最新研究中，中国农科院环发所将农业废弃物与低品质煤共热解，从共热解各相产物分布、生物炭性能表征，以及共热解过程中能量平衡、经济效益、环境效益和社会效益等各个方面开展了综合分析。结果表明，农膜的加入降低了共热解反应活化能，提供了C、H元素，有效提升了热解油的产率和品质，低品质煤的加入促进了中间产物与水蒸气的重整反应，提升生物炭的产率和热解气品质。据测算，在河边邢台建设的示范工程，每年生产的生物炭和热解气可替代1100吨标准煤，减排1720吨CO2，具有较好的社会环境效益。研究结果为农业废弃物清洁转化、农村地区清洁供暖提供了有效的技术路径。
除了生物质热解炭气联产技术，秸秆捆烧也是秸秆较为常见的处理方式。在粮食收获后，将田里松散的秸秆打成捆，在专门的生物质锅炉中燃烧，通过高效换热技术实现清洁供暖。近期，秸秆捆烧清洁供暖技术装备研发也取得新进展，围绕秸秆打捆、高效燃烧、污染物脱除等关键技术，通过搭建秸秆半气化捆烧仿真平台，研发出高效低排放燃烧技术，开发出秸秆捆烧清洁供暖锅炉，建立了示范工程。据第三方检测，锅炉热效率可达85%左右，颗粒物、二氧化硫、氮氧化物分别在30mg/m3、10mg/m3、200 mg/m3以下，明显优于GB 13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》。从提质增效情况来看，新的技术装备降低了取暖成本。在辽宁铁岭秸秆捆烧供暖的取暖费约19.8元/m2，明显低于煤炭（约25.2~28元/m2），供暖成本降低20%~30%。此外，秸秆捆烧供暖技术的二氧化碳排放仅为煤炭供暖的1/10，为农村碳减排、碳中和做出了贡献。
成型燃料技术是将松散的秸秆挤压成不同形状的燃料，有颗粒燃料、块状燃料、棒状燃料三种。与松散的秸秆相比，具有体积小、密度大等特点，便于运输和贮存。其燃烧效率高，又干净，密度相当于中质烟煤，使用时火力持久，可以直接替代煤炭，进行发电、供热、取暖、做饭，是一种清洁环保的能源。截至2019年底，我国秸秆成型燃料加工点共2360处，产品主要用于中小型锅炉供热、发电和村镇炊事取暖用能等。
秸秆也可以通过微生物厌氧发酵产生沼气，常见的有湿法发酵、干法发酵和干湿耦合发酵三种方式。产生的沼气可以用于炊事，也可以通过沼气热水锅炉生产热水进行集中供暖，或通过壁挂炉分散供暖，还可以通过沼气发电机发电。此外，沼气还可以被提纯为生物天然气，进入天然气管网，用于居民供气或者车用燃气。2019年，以农业废弃物为主要原料的沼气工程10.265×104处，总池容2197.81×104 m3。
秸秆捆烧供暖系统
姚宗路实地开展玉米秸秆特性研究
生物质能潜能巨大
2019年，全国能源化利用的秸秆量约为5025.4万吨（不含传统散烧），其中：成型燃料、生物质发电、规模化沼气/生物天然气分别占48.4%、27.8%和16.4%。农业生物质能既能作为清洁可再生能源替代化石燃料推动能源碳强度下降，又能通过副产物还田利用形成土壤碳汇实现负碳排放，减排固碳潜力巨大。据测算，基于现有技术水平及前沿技术进展，能源结构变化情景下，如果秆综合利用率达到90%，减排约1亿吨二氧化碳当量，未来潜能巨大。姚宗路认为目前还存在着一些问题，如秸秆综合利用减排固碳关键技术使用复杂，成本高，难以快速推广；部分技术操作繁琐，使劳动力投入或生产成本均有所增加，需要依赖国家财政补贴，限制了其应用推广。“秸秆综合利用属于民生工程，不应以盈利为导向，还需要更多国家层面支持。”姚宗路说道。
关于秸秆综合利用的进一步研究，姚宗路认为要从三个方面来加强，一是要根据不同地区的气候条件、耕作方式和土壤特性等推广秸秆还田技术模式，实现科学还田，提升土壤有机质含量，增加土壤碳汇；二是秸秆能源化利用减排潜力很大，要继续加大政策保障，强化激励措施，发挥好抵扣化石能源排放的作用；三是要提高秸秆利用产品附加值，开发高值产品，探索秸秆产业化利用新模式，助力碳达峰、碳中和的同时，把秸秆产业列为推进乡村振兴和加快农业农村现代化重点工作，真正让小秸秆变成大产业。
