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能源农业以生物质能源为主要开发对象,它包括四种能源利用方式[2](图1):
(一)直接燃烧方式 直接燃烧方式可分为炉灶燃烧、锅炉燃烧、垃圾燃烧和固型燃料燃烧四种情况。
其中,固形燃烧是新推广的技术,它把生物质固化成型后,再采取传统的燃煤设备燃用。
其优点是充分利用生物质能源替代煤炭,可以削减大气CO2和SO2排放量。
(二)物化转换方式 物化转换方式包括三方面,一是干馏技术;
二是气化制生物质燃气;
三是热解制生物质油。
其中,气化制生物质燃气技术推广面积较大,群众易于接受。
(三)生化转化方式 生化转化方式有两种,一是厌氧消化制取沼气;
二是通过酶技术制取乙醇液体燃料。
(四)植物油利用方式 能源植物油是从油脂植物和芳香油(还原式烃)植物中提取的燃料油,经加工后,可以替代石油使用。
二、发展能源农业的重大意义
(一)拓宽农业服务领域,增加农民收入 恩格尔指出:
在收入增加的时候,食品及生活必需品的支出占收入增加的比例递减。
随着经济的增长,人们基本生活需求得到满足后,消费热点将转向享乐型的产品,从而市场将减少食品、衣服的消费份额。
进入新世纪后,我国居民消费结构发生了很大变化,恩格尔系数降到38%。
20XX年城市居民收入增长2020元,人均食品消费只增长109元,占新增收入的5%,增加的因素主要是外出吃饭开支和烟、酒、茶的开支。
对粮、油、肉、菜的消费开支下降,粮食人均消费金额下降83元。
油元,肉元,菜元。
由于边际消费递减规律的作用,出现了农民收入增长难现象。
1997年以来,农民收入中来自农业的收入一直没有增长,农民增收主要靠工资性收入,20XX年工资性收入占农民纯收入的%,20XX年增加到36%。
这个经济规律告述我们:
农业必须扩大服务领域,向农业的深度和广度进军。
农业不仅提供食品和纤维,还应提供能源和其它化工、医药等产品。
发展能源农业为农业拓宽了服务领域,同时也为农民增收开辟了新途径。
[3]
(二)缓解我国能源短缺,保证能源安全 我国从1993年进口原油3000万t,成为原油净进口国,20XX年进口达7000万t,20XX年进口1亿t。
预计到2020年,中国的GDP可能达到5万亿美元,能源需求25亿t到30亿t标煤,其中石油缺口亿t。
开发生物质能源不但可行,而且非常紧迫。
农业要抓住这个契机,提出能源农业的发展战略,并把它发展成为一个大产业。
(三)治理有机废弃物污染,保护生态环境 当前我国环境污染形势非常严峻。
对环境污染最严重仍是养殖和农产品加工。
20XX年通报点名批评的十家排污大户,8家是农产品加工。
据国家环保总局20XX年第1周(20XX年1月5日~20XX年1月11日),全国主要水系73个重点断面水质自动监测站八项指标(水温、pH、浊度、溶解氧、电导率、高锰酸盐指数、氨氮和总有机碳)的监测结果表明:
Ⅰ~Ⅲ类水质的断面为个,占%;
Ⅳ类水质的断面为10个,占%;
Ⅴ类水质的断面为6个,占%;
劣Ⅴ类水质的断面为18个,占%。
Ⅳ类以上劣质污水河流占%。
水体污染中,农产品加工排出污染物的约占1/2。
特别是,劣Ⅴ类水的河段,农产品加工污染贡献率更高。
[5]全国人大20XX年对《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》执法检查,对农村固体废物污染问题提出严厉批评。
据调查我国畜禽养殖场的粪便产生量达亿吨。
80%的规模化畜禽养殖场缺乏必要的污染治理设施,畜禽粪便未经处理直接排入环境,严重污染空气和水体。
[6]我国温室气体排放已严重影响我国气候变化。
国家气象局局长秦大河介绍,中国科学家预估了未来中国气候的变化:
第一,中国气候将继续变暖。
到2020至203O年,全国平均气温将上升℃;
到2050年,全国平均气温将上升℃;
当大气中二氧化碳浓度加倍时,全国平均气温将上升℃。
第二,中国气候变暖的幅度由南向北增加。
到2030年,中国西北地区气温可能上升℃。
第三,中国不少地区降水出现增加趋势,东南沿海增加值最大。
长江中下游地区出现变干的趋势,华北和东北南部等一些地区出现继续变干的趋势。
(四)广泛应用生物技术,发展基因工程 生物技术在培育能源作物,培育高效酶微生物方面大有作为。
国外用转基因方法获得柴油油菜新品种;
用转基因技术获得分解秸秆纤维生产酒精的工程菌。
转基因技术应用于能源作物和能源微生物上,不受基因标识的限制,而应用在食物方面要求标识,因而受到很大限制。
为了促进学科发展,生物技术可选择能源作物和能源微生物方向大力研究和应用。
三、实施能源农业的重大工程
(一)沼气计划 沼气是有机物质在厌氧条件下,经过微生物发酵生成以甲烷为主的可燃气体。
沼气发酵过程可分为两个阶段,即不产甲烷阶段和产甲烷阶段。
沼气发酵产生的三种物质,一是沼气,以甲烷为主,是一种清洁能源;
二是消化液(沼液),含可溶性N、P、K,是优质肥料;
三是消化污泥(沼渣),主要成分是菌体、难分解的有机残渣和无机物,是一种优良有机肥,并有土壤改良功效。
沼气的生成物有很高的应用价值。
很多人称:
“沼气百利,而无一害”。
沼气发酵有四个特点:
1、沼气微生物自身耗能少 沼气发酵过程中,沼气微生物自身繁殖需要的能量是好氧微生物的1/30-1/20。
对于基质来说,大约90%的COD被转化为沼气。
2、沼气发酵能够处理高浓度的有机废物 好氧条件下,一般只能处理COD含量在1
000mg/L以下的废水,而沼气发酵处理废水COD含量可以高达10
000mg/L以上。
如表1所示,各种农产品加工废水,都可作为沼气发酵的原料。
表1
农产品加工转化排放水质特性[7]原料名称 PH值
COD/
BOD/酒精醪液 白酒废水 黄酒废水 制革废水 柠檬酸废水 淀粉废水 豆制品废水 造纸黑液 制药废液 乳品加工废水 高浓度啤酒废水 味精废水 糖蜜酒精废水 猪粪水 鸡粪水 奶牛粪水 3-5 - - 8-10 - - - 11-13 - - - - - - -30
000-60
000 11
400-130
000 9
400-30
000 3
000-4
000 10
000-40
000-12
000-20
000 106
000-157
000 5
000 2
000-11
000-43
000 20
000 40
000-150
000-26
000 43
000-77
000 70
000-116
285
15
000-30
800-67
000-15
000 1
500-2
000 6
000-25
000-7
000 7
000 34
500-42
500 2
000-18
000-75
000-33
350 10
000-13
000 17
000-32
000 3、能处理的废物种类多 沼气发酵可以处理人、畜粪便,作物秸秆,农产品加工的废水、废渣等。
沼气发酵除去了90%的有机质,余下的部分再经过耗氧处理,便可达到国家排放标准。
4、沼气发酵受温度影响较大 沼气发酵可分为高温(50-600C)、中温(30-350C)和常温(自然温度)。
高温发酵处理能力最强,中温次之,但需要一定的热能来维持所需要的恒定温度。
沼气计划应包括农村户用小型沼气和大中型沼气两个部分。
农村户用小型沼气技术已比较成熟,目前主推的是埋地圆柱形水压式沼气池,并已制定出国家标准(GB
4750-84、GB
4751-84、GB4752-84)。
这种沼气池解决了进料和出料的矛盾,可以连续生产。
农民不需冒生命危险去掏出沼渣。
北方在沼气池上加盖塑料大棚,使沼气与养猪种菜相结合,组装成“四位一体”模式,成功的解决了冬季沼气发酵问题。
各地从当地实际出发,把沼气与农民致富奔小康结合起来,形成生态家园富民计划,大大推进了农村户用沼气的发展,国家已列入西部大开发计划。
为了使农村户用小型沼气更符合国家经济建设和社会全面发展,建议:
1、国家进一步加大投资力度,满足广大农民的需求;
2、突出重点。
一是解决生态脆弱区农民的燃料问题,巩固退耕还林成果,治理风沙危害。
二是解决南方血吸虫高发区的虫卵处理问题。
沼气发酵可以彻底处理血吸虫虫卵。
据卫生防疫部门检测结果:
在沼气池内,血吸虫卵秋季22天,冬季40天内,死亡100%。
通过沼气池的建设把厕所、畜圈连接起来,人、畜粪便进入沼气池,经过沼气发酵,杀死虫卵,切断血吸虫传播链。
大中型沼气主要用来处理城市污水、高浓度工业有机废水、人畜粪便及生活垃圾。
近20年,世界各国积极发展大中型沼气,创造出许多新的工艺,随着高效、常温厌氧消化工艺的开发,大中型沼气技术日臻成熟。
我国不少兴办沼气,开展综合利用,取得了显著的经济效益和生态效益。
如河南省南阳酒精总厂(天冠集团)先后建造了三座大型沼气池,集中处理了酒精醪液,形成了日供气4万m3的能力,满足了南阳市4万户的生活用气,污染排放接近于0,实现了社会效益、经济效益和生态效益三赢,形成了循环经济模式。
北京市蟹岛度假村,建了一座的沼气池和一座150亩水面的污水处理系统,度假村内部生活垃圾和人畜粪便全部进行厌氧消化,产生的清洁能源供炊事用气,消化液和沼渣作优质肥料用于生产无公害农产品。
生活污水处理后达到一级排放标准,回潅农田。
整个度假村实现了污染0排放。
当前我国环境污染日益严重,大中型沼气是消化有机污染物的最有效方式。
国家要把发展大中型沼气列入发展计划,制定促进大中型沼气发展的优惠政策,调动建设沼气的积极性,使我国大中型沼气的发展出现一个良好发展的新局面。
既生产可再生能源,又促进污染环境的治理。
(二)酒精计划 酒精学名乙醇,是由碳、氢、氧三种元素组成的有机化合物,结构是C2H5OH。
酒精生产方法有化学合成法和生物发酵法。
化学合成法酒精含杂质较多,其应用受到限制。
生产上主要采用生物发酵法。
制造酒精的原料可以是淀粉质原料、糖蜜原料、纤维原料和亚硫酸造纸废液。
酒精是一种清洁能源。
少量使用可代替四乙基铅和ETBE(乙基叔丁基醚)作汽油的防爆剂。
大量使用则可与汽油混合制造汽油醇作汽车燃料。
汽油醇作燃料可减少汽油燃烧对大气的污染,还可增加汽油辛烷值,提高燃烧效率。
20XX年4月8日原国
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