1995—2014年中国农作物秸秆沼气化碳足迹分析

通过构建农作物秸秆沼气化利用潜力估算模型和秸秆沼气燃烧的碳足迹模型,对1995—2014年中国主要农作物秸秆资源量、秸秆沼气化潜力及其温室气体减排潜力进行计算,并分析了标准煤燃烧、秸秆直接燃烧及秸秆沼气燃烧的碳足迹,揭示了秸秆沼气化的减排效果。研究结果表明:1)1995—2014年秸秆资源量(含田间秸秆和加工副产物)年均值为7.55亿t。2)秸秆沼气化潜力巨大,若将其中37.5%的农作物秸秆沼气化,平均每年可产1 188.9亿m~3沼气,可替代约0.85亿t的标准煤。3)与秸秆直接燃烧碳足迹相比,秸秆沼气燃烧碳减排效果明显,1995—2014年秸秆沼气燃烧的碳足迹年均减少2.08亿t(CO_(2eq)),较秸秆直接燃烧减排46.8%。秸秆沼气化利用能够明显减少温室气体排放量,发展潜力巨大。     

山东省主要农作物秸秆肥料化及沼气化利用分析

农作物秸秆不合理利用不仅会造成大量资源浪费,而且直接焚烧产生的温室气体严重破坏大气环境.本文对山东省2017年17个地级市农作物种植情况进行统计,概算出山东省主要农作物的秸秆资源总量.评估秸秆肥料化对于补充土壤N、P、K及有机质含量的效果;构建秸秆沼气化利用及碳排放数学模型,计算秸秆沼气化潜力,对其燃烧利用后的碳排放量进行评估,为秸秆沼气化碳减排工作提供参考依据.结果表明,山东省2017年秸秆资源总量为6 433.66×104t,肥料化还田的秸秆养分可替代64.77×104t的尿素,34.16×104t的过磷酸钙和81.02×104 t硫酸钾,可补充土壤有机质835.50×104t;秸秆沼气化潜力为17 288.25×105 m3,折合标准煤1.23×106t,较秸秆直接焚烧减少240.43×104t碳排放量.     

秸秆沼气集中供气和秸秆气化集中供气工程比较与分析

秸秆沼气集中供气和秸秆气化集中供气工程近年来在全国多地建设,对两种集中供气模式比较与分析,以期在选择模式和实践应用提供参考.     

秸秆热解气化技术在提高秸秆利用率方面的优势分析

农作物秸秆是重要的可再生资源,秸秆未被充分利用,既浪费资源又对环境造成严重污染.对秸秆利用的方式进行了初步分析,认为秸秆的能源化利用是目前秸秆利用中应用范围最广、适应能力最强的一种途径.以目前秸秆利用过程中存在的主要问题作为影响因素,经过对能源化利用技术的详细分析,认为秸秆热解气化技术在提高秸秆利用率方面具有明显的比较优势,适于在具有条件的城郊或农村地区进行大规模推广.     

秸秆热解气化技术

秸秆热解气化技术是近年来发展的一项较新的秸秆利用技术，即将秸秆转化为气体燃料的热化学过程。秸秆在气化反应器中氧气不足的条件下发生部分燃烧，以提供气化吸热反应所需的热量，使秸秆在700～850℃左右的气化温度下发生热解气化反应，转化为含H2、CO和低分子烃类的可燃气体。秸秆热解气化得到的可燃气体既可以直接作为锅炉燃料供热，又可以经过除尘、除焦、冷却等净化处理后，为燃气用户集中供气，或者驱动燃气轮发电机或燃气内燃发电机发电。     

秸秆气化技术对秸秆能源化利用的有效提高

随着我国经济的飞速发展,我国农业也得到了快速发展,农作物中秸秆的应用也越来越广泛,逐渐摆脱了传统燃烧模式。其中,现代社会对于秸秆的应用可通过煤气制气原理进行秸秆气化。运用新技术实现秸秆气化是通过生物质原料在控氧状态下进行有效燃烧,可以将生物质中碳、氢等元素,转化为一氧化碳、氢、甲烷等可燃气体。本文重点就对秸秆气化技术对秸秆能源化利用的有效提高进行了分析。     

发展秸秆气化技术有效提高秸秆能源化利用

我省是东北老工业基地,近年来随着经济的发展,节能减排的压力不断增大,有计划地增加和利用农作物秸秆等清洁可再生能源资源并将其转化为生物质能源,已成为我省实现能源品种多样化和可持续发展的重要替代能源。     

沼气秸秆生物气化新技术

当前，农村户用沼气多以人畜粪便为原料，在厌氧条件下经沼气微生物分解转化生成沼气，供农户日常生活用能。然而，随着农村户养猪、牛存栏数的日益减少，沼气原料缺乏成为制约农村沼气发展的瓶颈，寻找可替代、来源广的发酵原料是沼气可持续发展的必由之路。[第一段]     

几种常用的秸秆气化技术

秸秆气化供热是指秸秆经过气化炉气化后，生成的秸秆气送人下一段燃烧器中燃烧，为终端用户提供热能。图1是秸秆气化供热工艺原理图，系统包括气化炉、滤清器、燃烧器、混合换热器及终端装置，该系统的特点是经过气化炉产生的可燃气可在下一级燃气锅炉等燃烧器中直接燃烧，因而通常不需要高质量的气体净化和冷却系统，     

运用“碳足迹”的方法评估小麦秸秆及其生物质炭添加对农田生态系统净碳汇的影响

为分析添加秸秆、生物质炭后小麦生产过程中碳足迹的动态、分布以及构成,研究了不同处理在小麦生长期的CO2、N_2O、CH4排放情况,以及不同处理的单位面积碳足迹构成与碳足迹总量,试验设置5个处理:对照(CK)、常规施肥(N)、施肥并添加4 t·hm-2秸秆(NS)、施肥并添加4 t·hm-2生物质炭(NBClow)、施肥并添加8 t·hm-2生物质炭(NBChigh)。结果表明,小麦生产中碳足迹的构成主要为农田生态系统净初级生产力(NPP)和氮肥生产过程中的能源消耗,与常规施肥相比:添加4 t·hm-2秸秆、4 t·hm-2生物质炭与8 t·hm-2生物质炭处理,小麦产量分别增加了30.9%、66.3%和36.6%;添加4 t·hm-2秸秆使土壤CO2的季节排放总量增加了68.7%,生态系统N_2O的季节排放总量降低了33.9%,添加4 t·hm-2和8 t·hm-2生物质炭生态系统N_2O的季节排放总量降低了23.8%和58.6%,但是土壤CO2的季节排放总量没有显著性的差异;添加4 t·hm-2秸秆使小麦生产过程中的碳足迹升高了26.0%,添加4 t·hm-2和8 t·hm-2生物质炭碳足迹分别降低了198.0%和112.9%。生物质炭的添加降低了小麦生产过程中的碳足迹。     

基于碳足迹角度的中国小麦生产可持续性评价

为探究我国小麦生产碳足迹的时空动态,分析小麦生产的可持续性,本研究基于2005—2014年中国小麦生产的农资投入及产量数据,系统分析我国小麦生产的碳足迹、净碳吸收量与可持续性指数的变化。结果表明,2005—2014年,我国小麦生产系统表现为碳汇,小麦生产过程中化肥施用所造成的碳足迹最大,占总碳足迹的比例为55.25%~64.77%。2005—2014年随着小麦产量的提高,我国小麦生产的净碳吸收量逐年上升,生产过程中产生的温室气体排放对环境的影响逐年降低,可持续性指数逐年升高。小麦生产的碳足迹、净碳吸收量及可持续性指数与小麦产量之间存在着显著的相关性,每公顷小麦产量提高1 000kg,碳足迹增加434.20kg/hm~2(R~2=0.328,P0.05),净碳吸收总量增加3.56×10~7 t(R~2=0.663,P0.01),可持续性指数增加0.50(R~2=0.949,P0.01)。分析小麦生产可持续性指数时间和空间上的动态变化发现,不同省份年际间差异显著,河北、安徽和湖北等省份小麦生产可持续性指数呈现出逐年上升的趋势,黑龙江、新疆和云南呈现逐年下降的趋势。采取合理的农作措施培肥土壤,提高地力,合理减少化肥使用,提高灌溉效率,提高小麦生产的可持续性,有利于应对和缓解气候变化。     

农作物秸秆综合利用的进展

介绍了秸秆综合利用的最新进展,包括秸秆在还田、饲料转化、能源化及工业上的应用四方面的研究和应用现状,从分析中找出了秸秆综合利用中存在的主要问题及加快其利用的措施。     

不同调理剂对秸秆沼渣堆肥的影响

为了解不同调理剂对秸秆沼渣堆肥的影响,分别选择木屑、花生秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆、大豆秸秆、芦苇秸秆和水稻秸秆作为调理剂,与秸秆沼渣以1∶5(以鲜质量计)的比例均匀混合,进行30 d的好氧堆肥,研究加入不同调理剂后,沼渣堆肥过程中物理、化学、生物学性质的变化。结果表明,木屑、花生秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆、大豆秸秆、芦苇秸秆和水稻秸秆均可作为秸秆沼渣堆肥的调理剂促进堆体快速升温,且可达到无害化要求。秸秆处理可延长高温(≥55℃)持续时间,好于木屑处理,但木屑处理可降低堆肥体系中可溶性盐的含量。以大豆秸秆为调理剂,可提高堆体温度,最高可达到68℃,可提高多酚氧化酶活性,促进腐殖质的形成。以水稻秸秆作为调理剂时,可降低堆肥体系的pH值,提高NO^-₃-N含量和纤维素酶活性,利于纤维素的降解。以大豆秸秆和水稻秸秆作为调理剂时,两者的堆肥产品可促进种子根的生长,种子发芽指数分别达到137.06%和138.26%,提高了堆肥的品质。     

基于秸秆生物质资源的户用沼气区域风险研究

【目的】运用风险评价手段,对我国农村基于秸秆生物质资源的户用沼气进行区域风险评价,为户用沼气的合理布局提供科学依据。【方法】在综合分析产业发展风险因子的基础上,运用层次分析法和多目标线性加权函数法,从原料供应、温度保障、社会经济、制度技术4个风险层面,共选取了秸秆资源总量、秸秆产量平均增长率、平均气温、农户人均年收入、15岁以上人口文盲率和制度技术进步水平等6个指标,建立了基于秸秆生物质资源的中国户用沼气区域风险评价指标体系和评价模型。【结果】我国各省区在各个风险层面差异较大,综合风险较高的是青海、甘肃、西藏、宁夏、新疆等农业生产水平落后的省份及北京、天津、上海、浙江等东部经济发达省份;综合风险较小的是河南、山东、四川、河北、湖南、广西、湖北、吉林、江苏、辽宁等传统农业省份;其他省份发展农村户用沼气的风险水平一般。【结论】按照一定的分级区划标准制备的全国户用沼气风险图,可以为相关决策部门提供较为科学和直观的理论指导。     

草粪比对甘蔗叶干法厌氧发酵产气效果的影响

以不同的草粪比配制原料,进行厌氧发酵,研究草粪比对甘蔗叶干法厌氧发酵产气效果的影响。结果表明,草粪比为1∶1和2∶1的处理组产气速度快,有明显的产气高峰,在发酵前40 d就产生了大部分气体。草粪比为1∶1的处理组总产气量最高,达到1 218.46 L,甲烷含量稳定后持续25 d保持在60%以上,草粪比为2∶1的处理组总产气量849.20 L,甲烷含量持续18 d保持在60%以上,草粪比为1∶0的处理组总产气量335.50 L,甲烷含量稳定后保持在45%左右。草粪比为1∶1和2∶1的处理组总固体产气量相差不大,但明显高于草粪比为1∶0的处理组。因此,添加猪粪有利于甘蔗叶干法厌氧发酵的进行,两者混合发酵比单一发酵产气效果要好。在产气高峰之后及时更换物料,可维持较高的产气量以保证实际用气量。     

吉林省水稻生产的碳足迹与水足迹时空变化特征

农业生产对全球气候变暖、水资源短缺和环境污染具有重要影响.碳足迹和水足迹分别是评估温室气体排放和水资源消耗的指标.采用生命周期评价方法,对吉林省水稻生产的碳足迹和水足迹进行核算,分析碳足迹和水足迹的时空变化特征及其构成.结果表明:2007—2017年吉林省水稻生产的碳足迹年均值为0.74 kg·kg-1.甲烷排放是水稻...     

The potential of green manure to increase soil carbon sequestration and reduce the yield-scaled carbon footprint of rice production in southern China

Green manure (GM) has been used to support rice production in southern China for thousands of years. However, the effects of GM on soil carbon sequestration (CS) and the carbon footprint (CF) at a regional scale remain unclear. Therefore, we combined the datasets from long-term multisite experiments with a meta-analysis approach to quantify the potential of GM to increase the CS and reduce the CF of paddy soils in southern China. Compared with the fallow–rice practice, the GM–rice practice increased the soil C stock at a rate of 1.62 Mg CO₂-eq ha^–1 yr^–1 and reduced chemical N application by 40% with no loss in the rice yield. The total CF varied from 7.51 to 13.66 Mg CO₂-eq ha^–1 yr^–1 and was dominated by CH₄ emissions (60.7–81.3%). GM decreased the indirect CF by 31.4% but increased the direct CH₄ emissions by 19.6%. In the low and high CH₄ emission scenarios, the CH₄ emission factors of GM (EF_gc) were 5.58 and 21.31%, respectively. The greater soil CS offset the increase in GM-derived CF in the low CH₄ scenario, but it could not offset the CF increase in the high CH₄ scenario. A trade-off analysis also showed that GM can simultaneously increase the CS and reduce the total CF of the rice production system when the EF_gc was less than 9.20%. The variation in EF_gc was mainly regulated by the GM application rates and water management patterns. Determining the appropriate GM application rate and drainage pattern warrant further investigation to optimize the potential of the GM–rice system to increase the CS and reduce the total CF in China.     

油菜秸秆厌氧发酵产气特性与工艺参数优化

为了探索油菜秸秆厌氧发酵产沼气的潜力,本文采用正交试验设计的方法,研究了温度、总固体浓度、接种率和C／N对油菜秸秆厌氧发酵过程中产气量随时间的变化规律和产气特性。结果表明,油菜秸秆厌氧发酵最高日产气量达到4．25L／d（厌氧消化器容积为2．5L）,发酵周期中的最高累积产气量达到70．665L．产气潜力达到0．36973L／g。通过对实验结果的方差和极差分析,得到厌氧发酵的最佳工艺参数为发酵温度40℃,总固体浓度10％,接种率20％,C／N=25：1。各因素对产气量的影响主次依次为：温度（A）〉总固体浓度（B）〉接种率（C）〉C／N（D）。温度对产气量的影响显著,总固体浓度和接种率对产气量的影响不显著。通过对试验结果的分析,得出油莱秸秆在最优条件下的总产气量和TS产气量分别将达到72．6619L和0．39576L／g。