關鍵詞：國內外；農作物秸稈；固化成型；技術研究農作物秸稈是農作物收獲籽實后剩余莖葉、皮殼等雜物的總稱，是農業生產過程必然產生的副產品，也是農作物生產系統中一項重要的生物資源。農作物光合作用的產物有一半左右存儲于秸稈中，農作物秸稈富含有機質和氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫等多種養分，是寶貴的可再生生物資源，也是僅次于石油、煤炭、天然氣的綠色環保能源。因此，收獲籽實是農業生產的目的，農作物秸稈資源的開發利用也越來越成為現代農業不可忽視的重要內容。
農作物秸稈資源豐富，但它存在資源分散、形態各異、能量密度低、運輸困難、儲存不方便等缺點，這也成為制約農作物秸稈規模化利用的重要瓶頸。農作物秸稈固化成型技術是指以農作物秸稈為主要原料，利用專用設備，使秸稈經過干燥、切碎、混配攪拌、高溫擠壓成型等加工過程，制成固體狀秸稈飼料或燃料，達到農作物秸稈飼料化、能源化利用的目的。農作物秸稈固化成型技術可以對農村大量廢棄的秸稈，以工廠化的生產方式進行規模化處理，使農作物秸稈體積大幅縮小，壓縮比在1：15左右，秸稈壓塊的密度大大增加，使作為飼料的農作物秸稈營養改善，作為燃料的農作物秸稈燃燒性能增強，并且便于長途運輸和長期儲存，實現農作物秸稈飼料和燃料的商品化生產和市場化利用。促進農作物秸稈資源化利用技術向產業化方向發展，符合國家產業政策，是國家扶持的循環經濟與環保項目。
一、農作物秸稈固化成型技術的優勢
世界范圍內，在不同的歷史階段、不同的國家和地區，形成了各種各樣的農作物秸稈綜合利用技術。相比較而言，農作物秸稈固化成型技術有明顯的優勢。
1．農作物秸稈固化成型燃料利用技術的優勢
(1)固化成型產品的密度高、體積小，提高了秸稈的燃燒性能。秸稈散狀直接燃燒的熱效率不足20%，固化成型后燃燒的熱效率則達40%以上。秸稈固化成型燃料既可作為農村生產和生活能源．也可作為生物質發電廠的燃料。
(2)固化成型技術對秸稈原材料的要求低，處理秸稈的能力強。各種各樣的秸稈都可以通過固化成型制作燃料，可以實現所有剩余秸稈資源的完全循環利用，能有效改善農村生態環境，實現節能減排。
(3)固化成型燃料是一種取之不竭的清潔能源。秸稈燃燒的C0：、S0：、NOx及及灰塵等有害物質的排放量與石油、煤炭相比大大減少，有利于提高大氣環境質量，燃燒后的灰渣可作為有機肥料。
2．農作物秸稈固化成型飼料利用技術的優勢
(1)固化成型飼料的采食率高。高溫壓塊處理的過程中，使農作物秸稈中的粗纖維轉化為粗蛋白質，秸稈被熟化，有淡淡的糊香味，而且口感得到改善，牲畜愛吃，浪費少，飼料損失率低，節約了喂養成本。
(2)固化成型飼料營養豐富，報酬率高。農作物秸稈固化成型飼料富含鈣、磷、鐵、鎂等多種礦物質元素，還可根據牲畜生長過程不同階段的營養需求，加入添加劑，增加秸稈營養成分。固化成型過程中高溫高壓使秸稈中的木質素和半纖維素膨化，秸稈變得松軟，容易被牲畜消化吸收，因此提高了飼料的吸收率和轉化率。
(3)固化成型飼料消毒衛生，飼喂方便。固化成型時的高溫高壓使秸稈由生變熟，消毒殺菌，大幅減少牲畜感染病菌的可能性，減少了藥物的使用，確保食品安全。固化成型飼料只需在飼喂之前浸水泡軟，即可供牲畜食用，非常方便。
總而言之，農作物秸稈固化成型燃料及飼料的工廠化、自動化生產方式，不受季節、氣候和地域的限制，最大限度地縮小秸稈體積、提高了農作物秸稈燃燒性能和營養價值，降低了農作物秸稈的儲運成本，使秸稈資源的大規模利用成為可能，并具備產業化及商業化發展的前景，可以產生良好的經濟、生態和社會效益。農作物秸稈固化成型產業運轉的高峰時節與農忙季節恰好有一個時間差，能夠為部分農民再就業創造機會。比較國內外現行的農作物秸稈資源利用方式，農作物秸稈固化成型能源化利用技術，最有條件成為農作物秸稈資源大規模產業化、商品化運作的關鍵技術。
二、國內外農作物秸稈固化成型技術的發展狀況
世界上很多發達國家農作物秸稈固化成型燃料化利用技術的研究起步較早，從20世紀30年代就研制開發將農作物秸稈轉化為燃料的工業化生產設備。經過幾十年的努力和完善，從農作物秸稈原料的收集、粉碎、干燥，到秸稈固化成型以后的包裝，基本實現機械化、自動化和專業化生產，技術比較成熟。
在農作物秸稈固化成型飼料化利用技術及設備方面的研究也一樣。美國、澳大利亞、歐洲等國家和地區，從20世紀60年代開始研究和開發用農作物秸稈制作飼料的設備，目前已經實現了自動化和專業化生產，農作物秸稈固化成型燃料和飼料都實現了工廠化生產和產業化發展。
1．北美洲的農作物秸稈固化成型技術 美國從20世紀30年代開始研究農作物秸稈固化成型燃料利用技術。主要研制了螺旋式秸稈固化成型機械設備及生物質顆粒成型及燃燒設備，1987年建立了十幾個生物質顆粒成型燃料廠，年生產能力達到十幾萬噸。美國把農作物秸稈作為一種重要資源進行加工和出口。農作物秸稈的田間收集、打捆、裝卸、運輸等加工過程基本實現機械化。2000年以來，美國通過了《生物質研究法》等法律法規，以加強立法的方式發展以農作物秸稈固化型技術為代表的生物質能源利用技術。加拿大的生物質固化成型技術也很普及，農作物秸稈、木材加工過程的木屑等廢料都被加工為固化成型的顆粒燃料，用于日常生活和取暖。
2．亞洲的農作物秸稈固化成型技術 日本農作物秸稈固化成型技術的研究始于20世紀30年代，主要是研制機械驅動活塞式成型設備，用于農作物秸稈、木材加工廢棄物及其他生物質原材料的處理。1945年又推出螺桿擠壓式固化成型設備，能夠將生物質材料固化成型為棒狀燃料。1983年日本從美國引進生物質顆粒成型燃料技術，到1987年，日本已經有十幾家企業將生物質固化成型燃料投入產業化生產。20世紀80年代，泰國、越南、印度、菲律賓等國家也研制出一些適合本國國情的農作物秸稈及生物質固化成型設備，建立了一些專業生產廠，形成一定的生產規模。
3．歐洲的農作物秸稈固化成型技術20世紀70年代，全球范圍的能源危機導致石油價格上漲，歐洲一些國家開始重視農作物秸稈固化成型技術的研究，目的是把可再生的農作物秸稈及其他生物質資源應用在燃料和發電方面，成為石油和煤的替代品。荷蘭、瑞典、比利時等國成功研制出沖壓式生物質顆粒成型機。法國、德國、意大利等國相繼建成一批生物質顆粒成型燃料生產廠。
1995年前后，瑞典、丹麥、奧地利等國大力推進農作物秸稈固化成型燃料利用技術的產業化進程。民用鍋爐、工業鍋爐及小型熱電廠開始使用農作物秸稈固化成型燃料，實現了標準化生產，并開始向國外出口生物質成型技術和設備。丹麥首先開展生物質固化成型燃料規模化利用研究工作，并成功建立第一座生物質固化成型燃料發電廠。瑞典的人均生物質固化成型燃料年消耗量達到160kg。整個歐洲有近百家生物質固化成型燃料加工廠，以農作物秸稈、木屑等為原料進行生產。烏克蘭生物質能研究所開發出突破性的低能耗生物質冷成型設備，已經在烏克蘭國內實現商業化生產，取得了較好的經濟效益和環境效益。2010年1月，德國與瑞典的公司合作在美國佐治亞州建成世界上最大的生物質顆粒燃料工廠。該廠每年能夠生產75萬t生物質顆粒燃料。德國、英國、意大利、荷蘭等國的常規發電廠也開始使用固體生物質顆粒作為燃料，并逐步向純生物質發電廠發展。
4．國內農作物秸稈固化成型技術發展狀況幾千年來，中國農作物秸稈傳統的利用途徑是：農作物秸稈直接燃燒作為農家炊事燃料；農作物秸稈飼喂家畜、墊圈造肥；農作物秸稈焚燒還田；用農作物秸稈建造簡易民宅。新中國成立后，開始采用新技術利用農作物秸稈資源。先后推廣了秸稈青貯飼料、秸稈氨化、秸稈粉碎直接還田、秸稈氣化等技術。農作物秸稈利用的方向是做肥料、飼料、燃料、工業原料和食用菌基料。
中國每年秸稈產量7億t左右，其資源擁有量居世界首位，有2/3基本實現初步利用，還有1/3的剩余秸稈被廢棄于田間地頭、場院及農舍，或被焚燒，既浪費了資源又污染了環境。總體而言，中國的農作物秸稈利用技術處于較低水平，與發達國家相比有很大差距。
20世紀90年代中后期，國內開始研究農作物秸稈固化成型技術。全國有數十家大專院校、科研院所、國有和民營企業投入研究。探討在中國研究開發和推廣應用農作物秸稈固化成型技術的必要性和可行性；借鑒歐美發達國家先進的農作物秸稈及生物質固化成型加工技術和設備，研制適合中國國情的加工裝備；對投人生產過程的農作物秸稈固化成型技術設備作全面的技術經濟分析與評價，以此推動中國農作物秸稈固化成型技術及設備的發展。
三、國內外農作物秸稈固化成型技術及設備的特點和存在問題
經過數十年的發展，美國、歐洲、日本等國家和地區相繼建成農作物秸稈固化成型燃料和飼料生產廠，實現了規模化、產業化、商品化發展。固化成型原料以農作物秸稈、木屑及其他生物質原料為主，各種原料雖然物料特征有一定的差異，但其固化成型的技術原理基本相同。農作物秸稈固化成型燃料的用途已經由生活燃料為主轉向了工業化應用，在供暖、干燥、發電等領域普遍推廣應用；農作物秸稈固化成型燃料和飼料的生產技術基本成熟。
國外農作物秸稈固化成型設備經過幾十年的發展，固化成型設備研究的關注點已轉向對現有設備的優化和先進成型工藝的研究。比較成熟的機型有：顆粒成型機、螺旋連續擠壓成型機、機械驅動活塞式成型機和液壓驅動活塞式式成型機。這些成型機制作精良、運行平穩、生產連續性好，其中螺旋連續擠壓式成型機一直占據著成型機市場的主導地位。
國外農作物秸稈固化成型技術及設備的問題是：
(1)價格貴。這些技術與設備的性能好、具有良好的操作性、自動化程度高、配套性強，需要成套引進，價格高昂。
(2)大功率、高能耗。歐美發達國家的特點是社會經濟發展水平高、農業人口比例低、人均占有耕地多、勞動力成本高。社會生產過程中強調較高的生產率，能夠承受較高的生產成本。
國內農作物秸稈固化成型技術理論研究和設備開發都處于起步階段。國內農作物秸稈固化成型工藝主要分為常溫濕壓成型、熱壓成型、炭化成型和冷壓成型4種。早期研發的農作物秸稈固化成型設備大多數針對玉米秸稈，因為玉米秸稈含糖分多、黏性大，容易成型。近年來開始研究針對水稻、小麥等農作物秸稈的固化成型設備。比較成熟的設備有活塞沖壓式顆粒成型機、螺旋擠壓成型機和壓輥式顆粒擠壓成型機，其中壓輥式顆粒擠壓成型機能耗低、產量高，近年來發展速度較快，比較適于玉米秸稈的固化成型，應用范圍較廣。
為了適應小麥、水稻等較難成型的物料，有關單位和企業在壓輥式顆粒擠壓成型機的基礎上，改進設計了平模式成型機和環模平放式成型機。經試驗表明，此類機型在使用效率、工作可靠性、降低能耗等方面都有較大的提高，各方面的技術基本成熟，開始廣泛應用于農作物秸稈固化成型生產。
國內農作物秸稈固化成型技術及設備的問題是：
(1)設備簡單、技術含量低、配套性差、性能不穩定。中國農村現階段的經濟發展水平總體偏低，農民的經濟承受能力有限，始終面臨“物美價高、價低物陋”的矛盾。這也是國內農作物秸稈固化成型技術發展的主要制約因素。
(2)農作物秸稈固化成型技術的推廣運用水平不高，發展很不平衡。河北、吉林、內蒙古、河南、江蘇等省份發展速度較快，但在大多數省份沒有得到充分的重視，部分省份還是空白。
四、中國農作物秸稈固化成型技術及設備的發展對策
發達國家農作物秸稈固化成型生產都實現了工廠化和產業化，其能源化及飼料化利用技術均達到較高的水平。國外生產的設備性能好、配套性強、操作方便、生產率高，適合歐美國家的國情，但是國外設備功率大、能耗高、價格昂貴的特點又導致現階段中國不可能大量直接引進。要促進中國農作物秸稈固化成型技術的發展，必須走中國特色的道路，采取與中國國情相適應的對策。
1．學習國外農作物秸稈固化成型的先進技術，加強關鍵技術的集成及創新研究 國家有關部門應該從節能減排、綠色環保和循環經濟的高度，重視農作物秸稈固化成型技術的發展，支持重點項目和研究團隊系統全面地研究國內外農作物秸稈固化成型技術及設備的發展狀況及研究進展，在總結國外先進經驗的基礎上，明確中國農作物秸稈固化成型技術及設備的發展方向。重點研究農作物秸稈常溫濕壓成型、熱壓成型、炭化成型和冷壓成型工藝對秸稈固化成型質量及能耗的影響等關鍵技術，對國內現有的農作物秸稈固化成型技術進行集成和創新，目的是生產出適合中國不同的自然、社會及經濟發展條件的農作物秸稈固化成型設備。
2．加強國內農作物秸稈固化成型設備的研究與開發對國內各大專院校、科研院所、國有和民營企業設計制造的農作物秸稈固化成型設備進行全面系統的分析；比較各種類農作物秸稈固化成型設備設計和制造過程的合理性、經濟性和先進性，生產過程的適應性、穩定性及可靠性；總結農作物秸稈固化成型技術和主要設備的優缺點；進一步開發出具有良好的技術經濟性和適應性的設備。為全國范圍內不同地區農作物秸稈固化成型設備的選型、試驗、示范和推廣，做好技術方面的充分準備。
3．重視國內農作物秸稈固化成型技術及設備的應用及推廣工作各級農機主管部門及農機推廣站應該根據本地區農業生產及農作物秸稈資源綜合利用的實際情況，高度重視農作物秸稈固化成型燃料及飼料利用技術及設備的推廣及應用工作。設計行之有效的農作物秸稈固化成型技術及設備試驗示范方案，建立有代表性的試驗示范點，實現農作物秸稈固化成型技術在全國范圍內推廣應用的有效突破。
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