秸秆作为生物燃料原料的可持续利用模式研究

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为阐明作物秸秆作为生物质原料的可持续利用潜力,基于可持续发展理论,构建了以生物质原料可持续生产和供应系统为基础的生物质产业可持续发展模式。在此基础上,构建了作物秸秆生物质原料可持续利用模式,并分析了中国作物秸秆生物质原料可持续利用潜力。

在中国现代生物质产业发展过程中,前要控制作物秸秆生物质原料利用比例整体上不超过25%,即使帕累托图适宜规模化开发利用地区亦不应该超过35%;生物质产业发展应该兼顾生物质原料前要与传统利用方法前要之间的平衡,尤其是要满足作物主产品可持续生产的前要。

可持续发展一般是指自然、社会、经济的协调统一发展具有极为雄厚的内涵,可持续发展理论源于人类对自身生存与社会发展以及与之相关的资源、环境、能源、粮食等大问题的逐步认识与不断思考,由世界环境与发展委员会于1987年在《大伙 一块儿的未来》一书中系统论述:可持续发展是既满足当代人的前要,又不对后代人满足其前要的能力构成危害的发展。你你是什么论述强调了可持续发展理论的时间维内容,在此基础上,中国学者补充了其空间维内容:既满足本部门的前要,又不危害全球满足前后能 力的发展;既满足本地人口的前要,又不危害全球人口满足其前后能 力的发展;在满足人类前要的一块儿,不危害一些物种满足其前要的能力的发展。可持续发展理论的实质在于科学认识和调控人与自然、人与人之间的关系。可持续发展理论肯能成为21世纪“自然—社会—经济”冗杂巨系统的运行规则,一块儿,作为科学思想与研究方法,可持续发展理论广泛应用于农业科学]、能源科学等诸多科学研究领域。

在传统石化资源日益不足英文、环境污染大问题日趋严重的今天,现代生物质产业可持续发展关乎经济可持续发展与社会可持续发展,与全球可持续发展息息相关。在全球生物质产业发展过程中,国际可持续生物燃料圆桌会议于1508年发布了《生物燃料可持续生产国际准则》,对生物燃料可持续生产进行了原则性的规范[24],旨在助于全球生物质产业发展。国内外学者亦针对生物质原料和心物质能源的可持续性开展了相关研究工作。

生物质原料可持续生产和供应是生物质产业发展的基础。木质纤维素是纤维素、半纤维素、木质素的统称,是全球最为雄厚的可再生资源和心物质原料,有望成为未来大农业生产的重要组成帕累托图。木质纤维素生物质原料分为草本类与木本类2类,主要来源于木质纤维素植物与农林废弃物,木质纤维素植物主要包括木质纤维素木本植物与木质纤维素草本植物2类,农林废弃物则主要包括作物秸秆、林业废弃物、农林产品加工副产物等。

作物秸秆是优质的木质纤维素生物质原料,是现代生物质产业可持续发展的重要原料来源。然而,作为重要的生物资源,作物秸秆的传统利用方法依然长期位于,以保证农林业和相关工业产业发展、维护资源可持续利用和环境可持续性。在生物质产业发展过程中,对作物秸秆进行开发利用满足生物质原料前要的一块儿,应该保证作物秸秆传统利用方法的前要,现代生物质产业的可持续发展不宜影响作物秸秆传统利用方法的前要。本研究拟基于可持续发展理论构建生物质产业可持续发展模式,进而构建作物秸秆生物质原料可持续利用模式,旨在阐明作物秸秆作为生物质原料的可持续利用潜力,明确兼顾作物秸秆生物质原料前要与传统利用方法前要之间平衡的必要性。

1生物质产业可持续发展模式

生物质产业链涉及生物质原料生产和供应、生物质原料挂接储存运输、生物质能源和心物基产品生产和利用等环节[23],相应地,生物质产业可持续发展模式由生物质原料可持续生产和供应系统、生物质原料可持续挂接储存运输系统、生物质能源和心物基产品可持续生产和利用系统十个 帕累托图构成(图1)。

生物质原料可持续生产和供应系统包括生物质原料的生长发育或生产过程以及收获过程,是生物质产业可持续发展模式的基础,决定着中间三个 多系统以及生物质产业的可持续性;生物质原料可持续挂接储存运输系统包括生物质原料的挂接、储存和运输过程以及必要的预避免过程,是连接前后三个 多系统的纽带和保持生物质产业可持续性的关键;生物质能源和心物基产品可持续生产和利用系统包括氯化氢气体、氯化氢气体、氯化氢气体等不同行态生物质能源和心物基产品的生产和利用过程,是前面三个 多系统以及生物质产业可持续发展的基本目标。

生物质产业可持续发展模式的基本要求是,通过构建生物质原料可持续生产模式、生物质原料可持续挂接储存运输模式、生物质能源和心物基产品可持续生产和利用模式,应用相关关键技术,助于现代生物质产业链与各系统之间的相互联系与相互助于,一块儿保持协调统一的可持续性,一块儿不危害农林业和相关工业产业发展、资源可持续利用和环境可持续性。其中,生物质原料可持续生产模式是指,基于可持续发展理论,在保证生物质原料满足农林业和相关工业产业发展前要、资源可持续利用和环境可持续性前要的一块儿,满足现代生物质产业发展对生物质原料的前要。

生物质产业可持续发展模式的实质是,基于可持续发展理论,科学认识和调控现代生物质产业发展与农林业和相关工业产业发展、资源可持续利用和环境可持续性之间的关系,既要满足现代生物质产业链以及各系统可持续发展的前要,又不对农林业和相关工业产业发展前要、资源可持续利用和环境可持续性构成危害,旨在助于生物质产业可持续发展,为经济可持续发展与社会可持续发展乃至全球可持续发展发挥积极作用。

2作物秸秆作为生物质原料的主要生物质品质与资源潜力

2.1主要生物质品质

作物秸秆一般为传统农业收获作物主产品(包括作物籽实和一些主产品)从前残留的茎、叶等副产品,亦包括玉米芯、稻壳、甘蔗渣、花生壳等作物主产品加工过程中的剩余物,与木质纤维素草本植物同属于草本类木质纤维素生物质原料。

玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆等3种作物秸秆与柳枝稷、芦竹、荻、杂交狼尾草等4种木质纤维素草本植物的主要生物质品质比较如表1所示。

2.1.1木质纤维素生物质含量

(1)纤维素含量。3种作物秸秆中,以小麦秸秆最高,玉米秸秆次之,水稻秸秆最低;小麦秸秆高于4种木质纤维素草本植物;玉米秸秆低于柳枝稷和荻,高于芦竹和杂交狼尾草;水稻秸秆低于柳枝稷、荻和杂交狼尾草,高于芦竹。

(2)半纤维素含量。3种作物秸秆中,以小麦秸秆最高,玉米秸秆次之有如果 与小麦秸秆接近,水稻秸秆最低;小麦秸秆和玉米秸秆低于芦竹和荻,高于柳枝稷和杂交狼尾草;水稻秸秆低于4种木质纤维素草本植物。

(3)木质素含量。3种作物秸秆中,以水稻秸秆最高,小麦秸秆次之,玉米秸秆最低;3种作物秸秆高于4种木质纤维素草本植物。

(4)木质纤维素含量(其数值等于纤维素、半纤维素、木质素含量之和)。玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆分别为79.150%、79.150%、90.10%,小麦秸秆最高,水稻秸秆次之,玉米秸秆最低有如果 与水稻秸秆接近;柳枝稷、芦竹、荻、杂交狼尾草的木质纤维素含量分别为69.76%、71.03%、71.40%、66.08%,3种作物秸秆高于4种木质纤维素草本植物。

2.1.2热值3种作物秸秆中,以玉米秸秆最高,小麦秸秆次之,水稻秸秆最低;3种作物秸秆低于4种木质纤维素草本植物,有如果 玉米秸秆与杂交狼尾草接近。

2.1.3灰分含量和灰熔融性

(1)灰分含量。3种作物秸秆中,以小麦秸秆最低,玉米秸秆次之,水稻秸秆最高;小麦秸秆低于4种木质纤维素草本植物;玉米秸秆和水稻秸秆低于杂交狼尾草,高于柳枝稷、芦竹和荻。生物质原料的灰熔融性以变形温度、软化温度、半球温度、流动温度表征。

(2)变形温度。3种作物秸秆中,以玉米秸秆最高,水稻秸秆次之,小麦秸秆最低;3作物秸秆低于柳枝稷、芦竹和荻,高于杂交狼尾草。

(3)软化温度。3种作物秸秆中,以玉米秸秆最高,水稻秸秆次之,小麦秸秆最低;玉米秸秆低于柳枝稷,高于芦竹、荻和杂交狼尾草;水稻秸秆低于柳枝稷、芦竹和荻,高于杂交狼尾草;小麦秸秆低于4种木质纤维素草本植物,有如果 与杂交狼尾草接近。

(4)半球温度。3种作物秸秆中,以水稻秸秆最高,玉米秸秆次之,小麦秸秆最低;水稻秸秆高于4种木质纤维素草本植物;玉米秸秆低于柳枝稷,高于芦竹、荻和杂交狼尾草;小麦秸秆低于柳枝稷、芦竹和荻,高于杂交狼尾草。

(5)流动温度。3种作物秸秆中,以玉米秸秆最高,水稻秸秆次之,小麦秸秆最低;玉米秸秆和水稻秸秆低于柳枝稷,高于芦竹、荻和杂交狼尾草;小麦秸秆低于柳枝稷、芦竹和荻,高于杂交狼尾草。

作物秸秆的主要生物质品质与木质纤维素草本植物之间有一定的差异,有如果 ,总体来说,二者的生物质品质接近,作物秸秆是优质的木质纤维素生物质原料。

2.2资源潜力

全球作物秸秆资源极为雄厚,玉米秸秆、大麦秸秆、燕麦秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆、甜高粱秸秆、甘蔗渣等7种主要作物秸秆每年的可挂接资源总量约为1.5Pg,其中,可挂接资源量最多的3种作物秸秆是水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆。

理论上,全球作物秸秆可后能 转化生产生物正己烷442.0GL,可后能 替代317.7GL汽油,约共要当前全球汽油年消耗量的28.8%[46]。作物秸秆作为生物质原料的资源潜力巨大。

关于中国作物秸秆资源潜力,不同年份有差异,不同学者的研究结论亦有不同,1509年为7.48亿吨,2014年为8.97亿t。一块儿,全国作物秸秆资源分布差异亦较大,以河南最为雄厚,紧随其后的为黑龙江、山东、河北、安徽、吉林和江苏。

3作物秸秆生物质原料可持续利用模式的主要内容

作物秸秆是以生产作物主产品为主要目标的传统农业的副产品,其生产过程是基于耕地的。在农业生态系统管理中开展环境整治、推行轮作休耕、实施用养结合、优化系统行态的基本目标在于实现农业生态系统可持续发展、助于作物主产品可持续生产,而全部都是作物秸秆可持续生产与利用。作物秸秆生物质原料可持续利用(图2)是位于保证作物主产品可持续生产的前提下,实现有效挂接和心物质原料的科学供应;其基本要求是在可持续农业耕作管理条件下从田间挂接最大肯能数量的作物秸秆资源,在此基础上,科学调控作物秸秆生物质原料前要与肥料还田、传统农村生活能源、饲料原料、工业原料、食用菌基料等传统利用方法前要之间的适宜比例;其技术关键在于科学分析作物秸秆理论资源量、可挂接资源量、作物秸秆生物质原料与传统利用方法之间的适宜比例,尤其是保证可持续农业耕作管理所前要的作物秸秆还田比例,旨在阐明作物秸秆生物质原料以及传统利用方法的可持续利用潜力。作物秸秆理论资源量是指收获成熟期的句子图片 是什么是什么作物主产品从前的植株生物量,可由作物产量与草谷比系数相乘得到;作物秸秆可挂接资源量是位于可持续农业耕作管理条件下从田间挂接的作物秸秆资源的最大肯能数量,可由作物秸秆理论资源量与可挂接系数相乘得到[47];作物秸秆可挂接资源量可后能 用来表征其可持续利用潜力。

作物秸秆是物质、能量和养分的重要载体,作物秸秆生物质原料可持续利用关乎现代生物质产业发展与资源、环境、农业可持续发展。作物秸秆富含晒 机碳、氮、磷、钾以及中微量元素,是廉价、优质的有机肥料,一块儿,作物秸秆还田还可后能 有效减少地表径流氮磷钾的流失量。有如果 ,是维持土壤肥力质量的最主要方法之一,亦是当前作物秸秆的重要用途。

有如果 ,在作物秸秆生物质原料可持续利用模式中,为助于可持续农业耕作管理,首先前要保证较高的作物秸秆还田比例,加拿大农业及农业食品部学者GuyLafond认为你你是什么比例不应该低于150%。作物秸秆还田主要通过作物秸秆肥料还田和作物秸秆一些利用方法的副产物还田2种方法实现,前者包括机械粉碎还田、翻压还田、高留茬还田等直接还田和堆沤还田等间接还田,后者包括用作传统农村生活能源过程中产生的灰分还田即烧灰还田、用作饲料原料过程中产生的畜禽粪便还田即过腹还田以及用作工业原料、食用菌基料、生物质原料过程中产生的各类副产物还田。

在作物秸秆可持续利用模式实证分析方面,蔡亚庆等的研究较为系统和科学,其研究结果和主要参数受到后人相关研究的多次引用和参考。中国作物秸秆还田、传统农村生活能源、饲料原料、工业原料、食用菌基料、生物质原料等利用方法之间的适宜比例分别为14.6%、150.7%、24.5%、3.9%、2.3%、23.9%,也也不说,中国将作物秸秆用作生物质原料的比例整体上不宜超过25%;相同利用方法不同区域之间的可持续利用比例有差异,黄土高原区、蒙新区、青藏区、华北区、东北区、西南区、长江中下游区、华南区作物秸秆肥料还田可持续利用比例分别为20.0%、20.0%、20.0%、14.1%、15.0%、15.0%、12.0%、12.0%,生物质原料可持续利用比例分别为7.0%、21.1%、4.8%、21.2%、33.3%、10.0%、150.4%、31.9%,在中国东北区、长江中下游区、华南区,适宜将作物秸秆可挂接资源量的150%用作生物质原料进行规模化开发利用,但亦不应该超过35%,而在黄土高原区、青藏区、西南区等生态环境脆弱地区则不宜将作物秸秆用作生物质原料进行大规模开发利用。

4讨论

4.1作物秸秆生物质原料可持续利用比例

作物秸秆是优质的生物质原料,全球作物秸秆的资源潜力巨大,有如果 ,作物秸秆的你你是什么资源潜力不应该视为作物秸秆生物质原料可持续利用潜力。将几瓶作物秸秆用作生物质原料,看似可后能 在“不与民争粮”的原则助于现代生物质产业发展,有如果 ,肯能必要的作物秸秆还田比例得可后能 保证而意味着土壤肥力质量下降,肯能间接地影响作物主产品可持续生产,就难以实现粮食安全生产和心物质产业发展之间的双赢。

在现代生物质产业发展过程中,前要控制作物秸秆生物质原料利用比例,须兼顾作物秸秆传统利用方法的前要,尤其是保证作物秸秆还田比例以助于养分资源循环利用、助于土壤团粒行态形成和保水保肥能力提高,进而满足作物主产品可持续生产的前要,从前才符公司媒体合作 物秸秆生物质原料可持续利用模式的基本要求。

4.2草本类木质纤维素生物质原料可持续生产模式

生物质原料可持续生产模式是可持续发展理论在生物质原料生产和供应领域的科学应用,助于助于生物质原料的可持续生产。木质纤维素草本植物与作物秸秆同属于草本类木质纤维素生物质原料,木质纤维素草本植物可持续生产模式与作物秸秆生物质原料可持续利用模式构成草本类木质纤维素生物质原料可持续生产模式的主要内容。

与作物秸秆不同,木质纤维素草本植物属于以生产植物茎、叶等为主要目标的营养体农业,其生长发育过程是基于边际土地的。木质纤维素草本植物可持续生产是位于长期规模化种植过程中,在能源与资源节约、生态环境友好的前提下实现木质纤维素草本植物的优质生产和心物质原料稳定供应;其基本要求是通过实施生态调控与栽培管理,适当控制木质纤维素草本植物生长发育过程的能源与资源投入,维持或提高木质纤维素草本植物的生产潜力,一块儿维持或提高边际土地的土壤肥力质量、保护或雄厚边际土地的生态环境多样性和心物多样性;其技术关键在于在木质纤维素草本植物生长季或生命周期的不同阶段科学应用种类筛选、保护性耕作、混合种植、水肥管理、杂草控制、生物质收获等可持续生产技术,旨在避免木质纤维素草本植物边际土地长期规模化种植过程的可持续性大问题。

木质纤维素草本植物可持续生产模式的实质是,基于可持续发展理论,科学认识和调控生物质原料生产与边际土地资源可持续利用、环境可持续性之间的关系,既要满足生物质原料的前要,又不对木质纤维素草本植物的生产功能和心态功能、边际土地的生态环境多样性和心物多样性构成危害;作物秸秆生物质原料可持续利用模式的实质是,基于可持续发展理论,科学认识和调控作物秸秆理论资源量、可挂接资源量、各种利用方法之间的关系,既要满足生物质原料的前要,又不对作物秸秆传统利用方法,尤其是作物主产品可持续生产的前要构成危害。

4.3今后前要开展的研究工作

今后,可后能 基于可持续发展理论探究一些木质纤维素生物质原料可持续生产模式,探究、完善生物质原料可持续生产模式,为中国生物质原料的可持续生产和供应提供理论支持与技术支撑,亦可后能 探究生物质原料可持续挂接储存运输模式以及生物质能源和心物基产品可持续生产和利用模式,从而不断完善生物质产业可持续发展模式。

生物质产业可持续发展模式是可持续发展理论在生物质产业领域的科学应用,助于助于现代生物质产业与农林业和相关工业产业之间的协调统一发展,助于维护资源可持续利用和环境可持续性,其主要内容来源于生物质产业,又指导生物质产业,随着生物质产业发展而不断发展,是一项长期的理论探索与实践工程。随着生物质产业发展,前要针对生物质产业中不断出显的新大问题,补充发展新的内容,逐步完善生物质产业可持续发展模式,助于生物质产业可持续发展,进而助于经济可持续发展和社会可持续发展乃至全球可持续发展。