生物质热解影响因素及技术研究进展

热解技术是实现农业生物质废弃物清洁利用的有效途径之一。该文概述了热解技术在农作物秸秆资源化利用中的应用,梳理介绍了生物质热解基本反应与过程和技术发展现状,探讨了制约生物质热解技术发展的主要问题,提出了开发低成本、高效率多技术集成的外热式回转窑热解炭化技术的方法。结合该团队在的技术积累,针对玉米秸秆热解炭化技术需求,通过集成密封进料、连续热解、热解气/油回燃等技术,开发了连续热解炭化联产技术装备,并建成了500 kg/h热解炭气联产示范工程,验证了新工艺的可行性和先进性,展现了良好的技术应用前景,解决了连续热解设备作业稳定性差、换热效率低等问题,实现了北方地区秸秆资源化综合利用,对提高农业综合效益、改善农村生活品质具有重要意义。在前期研究结果的基础上,提出进一步深入研究定向调控热解产物的方法,为实现农村生物质多联产轻简化系统提供理论指导。     

好氧发酵过程中臭气产排和原位控制技术研究进展

好氧发酵过程产生大量无机和有机挥发性物质,其中无机物NH₃、H₂S和部分挥发性有机物是主要恶臭物质,不仅污染环境且危害人体健康。结合国内外研究现状,本研究总结好氧发酵过程臭气的产生机理及影响因素,重点分析不同或相同原料产生臭气种类,同时结合VOCs排放标准及部分恶臭嗅阈值,提出好氧发酵应重点关注苯系类和含硫化合物这两类物质;比较分析了优化工艺参数和原位除臭添加剂对臭气产排控制效果和机制,今后应重点关注VOCs原位控制技术方面的应用研究及高效复合除臭剂研发,为好氧发酵臭气减排提供理论依据。     

槽式抛物面太阳能聚光集热器供热厌氧反应器研究

应用能量密度较高的槽式抛物面太阳能聚光集热器(PTC)为厌氧反应器提供热源,确定装置中重要单元的尺寸,并进行了反应器内部能量平衡的计算,得出8 m~3的地下厌氧反应器内最大2处负荷分别为进料热损失与发酵物料散失热量,分别为16 077.31 k J/d和23 180.01 k J/d。通过计算得出相应的聚光集热器的关键参数,确定光孔宽度b为2.4 m,焦距f为0.6 m,集热板面积为4.16 m~2,集热管直径为0.016 8 m。应用流体力学模拟软件Fluent对反应器内整体的传热效果进行模拟,仿真结果表明反应器内料液温度可维持在35℃左右。采用与设计参数相近的PTC系统和厌氧反应器进行试验验证,厌氧反应器内料液温度保持在33.6~35.8℃,与Fluent仿真结果基本吻合。     

玉米秸秆颗粒燃料抗结渣剂效果的比较

为解决秸秆类生物质颗粒燃料的结渣问题,通过在玉米秸秆中分别添加4种添加剂,对其结渣率、灰熔融特性、燃料特性等开展试验研究,并进行验证试验。结果表明,添加质量分数3%的MgCO3、CaCO3、Al2O3添加剂均可有效改善结渣效果,其中MgCO3的抗结渣效果最好,结渣率近似为零;CaCO3添加剂结渣率低于10%,抗结渣效果性价比最高。同时,添加添加剂对燃料的燃烧性能无明显影响。这为解决玉米秸秆等生物质固体成型燃料的结渣问题提供了技术依据。     

温度对生物质三组分热解制备生物炭理化特性的影响

以纤维素、木聚糖和木质素为研究对象,利用真空气氛炉热解制备生物炭,探究温度对生物质三组分热解制备生物炭理化特性的影响规律,为生物炭的性能调控和机理研究提供理论依据。结果表明:纤维素和木聚糖的热解温度范围主要集中在300~500℃,纤维素生物炭产率由35.38%下降至20.93%,木聚糖生物炭产率由46.28%下降至29.40%,木质素热解温度范围主要集中在300~600℃,木质素生物炭产率由81.22%下降至51.53%;热解温度对生物质三组分制备生物炭的C、H、O、N元素含量的影响规律基本相同,即C元素含量逐渐升高,H、O、N元素含量逐渐降低,C元素质量分数分别由69.42%、72.92%、54.75%升至96.39%、77.26%、67.97%;热解温度对生物质三组分制备生物炭的灰分、挥发分、固定碳和热值的影响规律基本相同,即挥发分逐渐降低,而灰分、固定碳和热值均逐渐升高,挥发分分别由50.67%、44.89%、39.99%降至7.63%、5.52%、14.41%,固定碳分别由47.95%、55.03%、35.41%升至90.18%、94.11%、53.70%,热值分别由25 652.58、26 681.81、21 173.29 k J/kg升至34 602.52、33 965.15、24 142.62 k J/kg;热解温度对木质素生物炭的比表面积和孔径分布影响明显,对纤维素和木聚糖生物炭的影响较小,500℃时纤维素和木聚糖达到最优的比表面积和微孔体积,600℃时木质素达到最优的比表面积和微孔体积;热解温度在500℃时,纤维素和木聚糖制备的生物炭达到最大的碘吸附值,纤维素生物炭碘吸附值为422.46 mg/g,木聚糖生物炭碘吸附值为115.06 mg/g,热解温度在600℃时,木质素制备的生物炭达到最大的碘吸附值,为460.35 mg/g。     

日本减少食物浪费的法规及其施策对中国的启示

食物浪费问题是全球广泛关注的热点之一。日本作为中国的邻邦，其在减少食物浪费方面的政策措施对我国反对食物浪费行动具有一定的借鉴意义。对日本从生产、流通到消费等各环节的食物浪费现状进行了分析，并梳理了日本对减少食物浪费基本方针和一系列法律法规的逐步调整与推进，以及针对社会公共团体、个人消费和不同经营主体所采取的具体行动措施。结合我国现阶段的食物浪费现状提出了启示：建立和完善适用于我国国情和民情的减少食物浪费的法律法规；加强宣传教育，营造节粮爱粮的社会氛围；采取促进多部门联合行动、大力发展先进技术和逐步推进等行动措施。     

秸秆高值利用合成中链脂肪酸研究进展

秸秆是我国主要农业废弃物之一，经资源化处理可生产沼气、有机肥、饲料等，但产品附加值不高。近年来，一种基于碳链延长(chain elongation,CE)的厌氧发酵技术可生产中链脂肪酸(medium-chain fatty acids,MCFAs)，显著提高了产品附加值，为秸秆综合利用提供了新思路。秸秆通过生物和热化学转化途径为CE合成MCFAs提供适宜底物，通过工艺调控实现MCFAs定向生产，目前基于生物和热化学转化过程发酵液中的己酸含量约10和2 g·L^-1·d^-1，同步提取可达到57.4 g·L^-1·d^-1。以秸秆高效转化合成MCFAs为视角，分析了其典型转化路径及功能微生物代谢特征，总结了电子供体和电子受体调控特性、影响CE效率的重要因素和强化手段，归纳了可行性应用工艺，并对应用及提高秸秆转化产品附加值提出建议，为实现秸秆高值利用提供技术支撑。     

黄淮海地区蔬菜尾菜产生系数测算及资源台账构建研究

针对蔬菜尾菜存在的资源底数不清、利用方向不明等问题，探索建立科学规范的蔬菜尾菜产生系数测算方法，明确系数推荐值范围，并以北京市昌平区为例构建了蔬菜尾菜资源台账。研究表明：黄淮海地区典型蔬菜尾菜的产生系数在0.9%～10.7%之间，可收集系数在0.22～0.93之间，收获时的含水率均在80%以上，不同蔬菜尾菜的产生系数、可收集系数、含水率存在很大差异；与以藤蔓为主的瓜果类、豆类、茄果类尾菜相比，叶菜类尾菜的收集难度更大。2021年北京市昌平区尾菜理论资源量为1.48万t（鲜质量），可收集量为1.12万t，尾菜综合利用率约为55.39%，市场化主体利用占比超过90%，直接还田量约为8%，农户分散利用量仅占不到2%；利用途径基本为肥料化利用，占比高达99.69%。综上，我国蔬菜尾菜离田利用方式以肥料化为主，整体资源化利用水平仍较低。     

农业生物质能温室气体减排潜力

中国拥有丰富的农作物秸秆和畜禽粪污等农业废弃物资源。农业生物质能技术是促进农业废弃物资源有效利用的重要途径，既能够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，未来在"双碳"背景下发展潜力很大。该研究基于LCA全生命周期评价方法，研究8种不同生物质能技术的温室气体排放因子，核算农业生物质能转化与利用过程消耗能源的排放、抵扣化石能源减排、副产物土壤碳汇3个方面，并基于秸秆和畜禽粪污两大类农业废弃物资源禀赋及能源化利用潜力，预测3种不同情景下，农业生物质能替代化石能源的潜力，以及减排温室气体的贡献。结果表明，从减排因子看，热解炭气联产和规模化沼气/生物天然气技术的温室气体减排贡献最大。其次为成型燃料、捆烧供暖、生物质发电、炭化和燃料乙醇等技术，而户用沼气的减排贡献相对较小，8种不同生物质能技术的温室气体排放因子分别为-3.47、-3.20、-2.57、-2.63、-2.58、-2.48、-2.42 t/t（单位为标准CO2当量/标准煤当量）；基于现有政策及规划情景、技术水平提升情景、能源需求结构变化情景等3种不同情景下，评价农业生物质能对温室气体减排贡献潜力。结果显示，2030年农业生物质能替代化石能源潜力为6 490×104～7 664×104 t，温室气体减排贡献为1.97×108～2.34×108 t；2060年替代化石能源潜力为9 073×104～10 763×104 t，温室气体减排贡献为2.79×108～3.36×108 t。该研究为实现农业农村领域碳达峰碳中和目标提供数据支撑。     

我国农业农村减排固碳标准现状与体系构建

农业农村是温室气体排放源之一，也是固碳增汇的重要方面，我国农业农村领域仍存在减排固碳底数不清、监测方法和核算标准体系不健全、认证缺乏指导依据等问题，因此，亟需构建农业农村减排固碳技术标准体系，充分发挥标准基础性、引领性作用，提升农业农村减排固碳技术水平和管理效能。本文对国内外农业农村领域碳排放、碳减排、固碳等相关标准进行梳理，分析现阶段标准现状和存在的问题，明确建立农业农村减排固碳标准体系的思路及整体框架，加快关键领域标准制定与实施，重点围绕稻田甲烷、农田氧化亚氮、反刍动物肠道甲烷、畜禽粪污管理、秸秆露天焚烧及农村生活用能等“排放源”，农田和渔业“碳汇源”，以及可再生能源替代“减排源”等主要领域，研编一批国家、行业、地方标准，提出标准体系建设有关建议，为推进农业农村领域建立健全统一的碳排放数据监测计量、核算、报告、核查等技术规范体系，推进农业农村绿色发展提供技术支撑。