荣获1995年诺贝尔化学奖的德国科学家克鲁岑是个传奇式人物。当他有幸担任科学家的助手,在研究大气中臭氧分布过程中,他选择了一个当时科学研究尚处空白的问题,作为自己科学生涯的“起始点”。后来,他发现不仅工业以及化石燃料的燃烧是空气污染的重要原因,而且热带、亚热带发展中国家燃烧植物燃料、农业废弃物等诸多有机物的做法也会使空气污染加剧。
在刀耕火种的年代里,我们的祖先把原来地上生长的草(木)烧成灰,就地挖坑播种。后来,也把农作物的茎(秆)烧成灰作为基肥,再播种种子,这种耕作方式,可以说沿用至今。数十年前,农村里点播蚕豆的情景还令人记忆犹新:人们把稻田翻耕成畦地后,用长柄的石碓在畦地上排列整齐地凿出点点小坑,然后往小坑里撒填草木灰,再放进几粒豆种,覆盖上土就算播种结束。我们的祖先早就知道,草木灰作为基肥,对播种农作物是十分有用的。不过,千百年来,秸秆用来做基肥的,数量并不很多,而秸秆当柴烧是最为常见的出路。烧菜做饭,“煮豆燃豆箕”是极其普遍的。
当然,把麦杆编结成扇子,把稻草编结成草鞋、草窝等都有悠久的历史了,而麦杆工艺品也可以说是古已有之。我们的祖先不仅利用秸秆做肥料,当燃料,制器具,盖草房,造纸,织布,而且用来制造具有艺术价值的工艺品,如麦秆画等,也可以说是“物尽其用”了。然而,时代不同,人们对秸秆的要求昔非今比,秸秆,理应有更大的价值。其一、从“煮豆燃豆箕”的柴禾到形形色色的植物燃料。
过去,将稻草当柴烧十分普遍,可是怎样烧才能更加节约些呢?上世纪50年代,有位高级中学校长给入学新生进行始业教育,他讲到学生回到家里也要做家务,而且在烧火煮饭时要做到节省稻草。这时,他突然从讲台下面拿出一把稻草,熟练地打了一个结,告诉大家用稻草添火,不要把稻草直统统地送入灶膛,打个结更节约。其实,打结虽好,但秸秆的一般燃烧效率只能达到15%左右。
如今,稻草、麦秆、玉米秆等秸秆,都可用于加工成一种植物燃料——经过粉碎、压制成的新型生物质燃料,再结合锅炉改造,就能代替燃煤,用来供热,供气。浙江平湖有一家企业,专门加工生物质燃料,再用自己改造的锅炉供热。不仅提高了秸秆的燃烧效率,而且减少了二氧化碳等废气的排放量。按热值测算,2吨秸秆相当于1吨标准煤,开发利用秸秆能源,可有效增加农村地区的能源供应,改善能源结构,减少二氧化碳的排放量。
目前,我国秸秆直燃发电消耗秸秆千万吨,可为农民增收上亿元,并带动农民就业和周边运输服务业的发展;秸秆经过处理还田,既消化了秸秆,还改良了土壤结构、促进了粮食稳产高产;如果把秸秆里的纤维素分解、发酵,制造出酒精,就是一种前景诱人的植物燃料制造途径。
总之,科学地利用秸秆,从低效燃烧发展到秸秆直燃发电、秸秆沼气、秸秆固化、秸秆干馏等高效利用后,既能提高燃烧效率,又能减轻环境压力,不愧为是一件利国利民的好事。
其次,秸秆含有丰富的有机质、氮磷钾和微量元素,是一种具有多用途和可再生的生物资源,也是农业生产所需的重要有机肥源。据测算,7亿吨秸秆中含350万吨氮、80万吨磷、800万吨钾,相当于2010年全国化肥施用总量的1/5左右。秸秆还含有丰富的营养物质,4吨秸秆的营养价值相当于1吨粮食,用作饲料,可为畜牧业持续发展提供物质保障。也就是说,把秸秆用作畜牧业养殖饲料,每年能节约粮食上千吨。
再者,秸秆纤维是一种天然纤维素纤维,生物降解性好,可替代木材,用于造纸。除此之外,还可用于生产板材,制作工艺品,生产活性炭等,可以节约大量木材,保护宝贵的森林资源。秸秆进入工业领域后,秸秆人造板、秸秆木塑等的应用发展十分迅速,并且实现了产业化生产,部分产品早已在奥林匹克公园、奥运村、世博会上展现新貌。
那么,生物炭能成为解决地球变暖的救星吗?
巴西的亚马逊河流域有一片非常肥沃的深色土地,这是2000多年前,印第安人用植物残余、动物粪便、骨灰及木炭等增肥养护的土地。科学家经研究后,认为这片“黑土地”之所以肥沃的秘密可能在于木炭,并由此得到“灵感”:如果把生物炭填播在农田里,既能增产粮食又能解决气候变暖,可谓“一举两得”。
万物生长靠太阳,雨露滋润禾苗壮。田间绿油油的禾苗依靠阳光、水和空气的哺育,茁壮成长,逐渐生长为稻米、麦粒、玉米、甘蔗等农作物,收成粮食后,剩下的农作物残余主要是是富含纤维素的秸秆。历经高温分解,产生的气体和液态油可以充当燃料,留下的几乎是纯碳的固体残渣就是生物炭了。有科学家预估,高温分解200吨植物废料,可以生成50吨生物炭,被埋入农田,高温分解后生成的气体和液态油中含有50吨碳,燃烧后排放到大气,再加上生物炭少量分解后放出的10吨碳,总共有60吨碳排放到大气,而埋入农田的生物炭几乎不会被分解。
生物质燃烧过程示意
因此,生物炭能固定一部分碳元素,而不让农作物残余腐烂、分解,再重新回到大气中。这个差别可用数字化来说明:原来不进行高温分解,由植物自然分解后释放出的100吨碳中,经过高温分解,减少了返回大气的40吨碳。简单说来,每埋下1吨生物炭,大气中就减少2吨碳。据乐观估计,到2030年左右,每年将有2.5亿~10亿吨碳会以生物炭的形式被固定下来,所以生物炭被誉为“地球的救星”。
但是,要真正实现生物炭这个地球绿化工程,绝非一朝一夕就能顺利做到,况且,生物炭工程还需要经过实践的检验。再说,世界上的许多事情常常会陷入“好事多磨”的“尴尬”境地——“原理是简单的,设想是美好的,实现是困难的”。所以,要实现生物炭工程,还有一段曲折的路要走。然而,“减少碳排放,阻止人类毁灭自己”这个主题,100年内不会变。笔者认为,联系我国实际,每年将8亿多吨秸秆进行综合利用,就是减排的有力举措,为减排而“变身”才是秸秆最好的归宿。
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