第三章 吉林省秸秆综合利用产业发展模式设计-以玉米秸秆资源为例
吉林省作为中国重要的粮食主产区，种植的农作物以玉米、水稻、大豆为主，秸秆产生量约占全省秸秆总量的 89%.三大作物又以玉米秸秆数量所占比重最大，约占三大作物秸秆总量的 83%,年产量近 3000 万吨，但吉林省秸秆综合利用产业基础薄弱、发展重点不明确。因此，设计吉林省玉米秸秆综合利用产业发展模式具有重要的现实意义。
3.1 “十三五”吉林省秸秆综合利用产业发展趋势分析
“十三五”期间，随着粮食产量和玉米种植面积的增加，吉林省秸秆综合利用产业面临着机遇和挑战。
一是玉米秸秆过剩局面将持续。吉林省秸秆综合利用原料以玉米秸秆为主，近年来，吉林省粮食产量和玉米种植面积逐年增加，2009 年吉林省玉米种植面积为 2957.2 千公顷，2010 年 3046.73 千公顷，2011 年为 3134.22 千公顷，2012 年 3284.34 千公顷[60],2013 年3499.09 千公顷，5 年种植面积增长了 18.3%,玉米秸秆的产生量逐年增加。近一阶段乃至“十三五”期间，吉林省玉米秸秆仍将呈现结构性过剩状态，可以保证秸秆综合利用产业发展的原料需求。
二是秸秆价格仍将保持高位。虽然吉林省秸秆产量在逐年增加，但随着劳动力成本的增加，秸秆价格呈逐年上升趋势。吉林省某秸秆直燃电厂 2007 年秸秆到厂价格约 160 元/吨，到 2014 年秸秆到厂价已经达到 300 元/吨。从趋势上看，即便“十三五”期间吉林省秸秆收储体系逐步完善，秸秆机械化大规模收储普及，秸秆价格不会出现明显回落。
三是秸秆低附加值能源化利用模式政策风险较大。受经济下行和需求放缓影响，国内市场能源价格回落，煤炭、石油价格持续下降，秸秆作为能源的比价将长期超过煤炭[61].中小型秸秆燃料加工企业的发展和政府政策的依存度非常高，存在较大的政策风险，具体表现在秸秆禁烧、城区淘汰燃煤小锅炉政策执行越严格，对秸秆燃料的发展的支持越大，反之亦然。
四是秸秆高端利用面临新的发展机遇。吉林省秸秆高端化技术和人才储备较好，长春大成秸秆制糖、松原来禾秸秆制丁醇生产线已经建成，达到国际领先水平[62].宏日新能源公司生物质多联产工艺技术能源转化效率达到 90%.2014 年 1 月吉林省人民政府印发了《吉林省发展生物质经济实施方案》，秸秆综合利用产业化是吉林省发展生物质经济的重点方向。2015 年 4 月 1 日吉林省国有重点林区将全面停止木材商业性采伐，秸秆代木等相关产业也将迎来发展机遇。同时，随着“气化吉林”工程的深入，吉林省天然气气源不足矛盾凸显，秸秆制生物天然气项目由于技术成熟、具有价格优势、适合推广，迅速获得投资者的青睐，目前已有中广核、北京昊海天际等多家企业在吉林省开展了项目前期工作，发展前景较好。
农作物秸秆含有较丰富的植物养分和纤维素，循环利用，既有利于环境保护，又有助于提高土壤肥力和农业效益。因此，目前吉林省农作物秸秆的过剩状态和面临的发展机遇，迫切需要加强对农作物秸秆综合利用技术的集成研究与示范，建立起一套高效的、能够得以广泛利用的技术体系和模式，促进秸秆综合利用产业的循环发展。
3.2 循环经济理论下秸秆综合利用产业发展模式
20 世纪 60 年代，美国经济学家 K·鲍尔丁最先提出了“循环经济”一词[63].循环经济是指在人、自然资源和科学技术的大系统内，在资源投入、企业生产、产品消费及其废弃的全过程中，经济的增长模式由传统的依赖资源消耗的线形增长模式，转变为依靠生态型资源循环增长模式。其目标是资源的高效利用和循环利用，它遵循“减量化、再利用、循环化”的原则，就是将有利用价值的废弃物都作为“资源”利用起来，最终实现“零排放”.
循环经济的核心是把传统“资源--产品--废弃物”的“单向单环式”的线性经济，改造成“资源--产品--再生资源--产品--再生资源”的“多向多环式”与“多向循环式”相结合的反馈经济及循环经济综合模式。即使传统的高消耗、高污染、高投入、低效率的粗放型经济增长模式转变为低消耗、低排放、低投入、高效率的集约型经济增长模式[64].从物质流动的方向来看，循环经济理论是解决农业多余秸秆，促进经济发展的重要手段。（崔和瑞，2004）[65]、（白金明，2008）[66]、（张龙香，2011）[67]等众多学者认为循环经济理论下秸秆产业化综合利用有以下典型模式：
（1）杜邦模式。杜邦模式也被可称之为企业内部微循环模式或小循环层面模式，其内涵是组织企业内部各生产工艺之间的物料循环利用。美国杜邦公司科研人员开创性地把循环经济理论与化学工程有机结合，以减少甚至达到零排放废弃物的目标。
（2）生态工业园模式。也可称之为企业与企业之间的循环经济模式，其内涵是通过工艺流程把各不相同的企业联结起来，形成互换副产品和资源共享的产业共生组合，使得上游企业的废弃物成为下游企业的原料和能源。这样，不仅降低了废弃物产生量和处理成本，还产生了很好的经济收益，使经济发展和环境保护处于和谐、良性循环之中。
（3）双元系统模式 DSD.该模式又被称为大层面模式。DSD 是一个专门对工业废弃物进行回收再利用的非政府组织。它的运作首先是接受企业的委托，组织收运人员对企业废弃物进行分类回收，然后送至不同的资源再利用加工厂家进行循环利用，能直接再利用的废弃物则送返原企业。
（4）循环型社会模式。该模式的特点是整个社会参与到循环经济体系当中，即构建自然资源消耗低且环境负担最小化的社会。
3.3 吉林省秸秆综合利用产业发展模式遵循的原则
3.3.1 循环利用，回归农业
发展循环经济，进一步延长秸秆综合利用产业链，坚持工业化利用和农业化利用相结合，如秸秆化工（含秸秆制乙醇）、秸秆天然气项目须配套建设有机肥项目，秸秆造纸、食用菌培养料项目须配套建设秸秆饲料、秸秆有机肥项目，确保秸秆利用副产物回归农业，从土地中来，回土地中去，实现秸秆的循环利用。
3.3.2 因地制宜，合理布局
根据秸秆资源的分布及产品的销售范围，合理布局建设秸秆综合利用产业化项目，如绿色、无公害农产品集中种植区，可以优先建设秸秆高效有机肥项目；鲜甜玉米种植区，可发展秸秆乙醇；秸秆产生量大、经济水平较高的地区，可适当建设秸秆纸项目；秸秆资源量丰富、汽车保有量大、天然气管道完善的地区，可优先建设秸秆制生物天然气项目。
3.3.3 突出重点，有所侧重
根据秸秆综合利用产业模式的特点和适用性，在重点模式选择上，应优先发展秸秆利用量大、产品附加值高的秸秆天然气、秸秆制浆造纸、秸秆化工（含秸秆制乙醇）项目，适度建设秸秆成型燃料项目，慎重建设秸秆直燃发电项目，确保秸秆资源的工业化、高端化利用，实现经济效益和社会效益的统一。
3.3.4 统筹城乡，同步推进
根据城市和乡村不同的特点，选择不同的秸秆综合利用产业模式，长春、吉林等大中城市高污染燃料禁燃区周边，可适当建设大型的秸秆成型燃料集中供热项目；农村可在秸秆还田、秸秆青储饲料的基础上，积极推广小型户用生物质锅炉，以村为单位布局建设小型秸秆成型燃料加工点，促进秸秆就地利用，减少中间环节，实现煤炭替代，减少秸秆露天焚烧造成的污染。
3.4 吉林省秸秆综合利用产业发展模式
为促进吉林省秸秆综合利用产业发展，实现秸秆高端化利用，最有效的措施是综合采用生态工业园模式、杜邦模式等多种循环经济模式，延长秸秆综合利用产业链，发展循环经济。改变传统的单一利用模式，将“资源-产品-废物”模式转变为“资源-产品-再生资源”模式[68],从而将整个秸秆综合利用产业形成循环流动的闭环系统，形成大规模产业化经营的格局，最终在提高经济效益的前提下，保护生态环境。
本研究在宏观层面在对吉林省秸秆资源情况、利用情况、综合利用产业发展情况进行深入分析的基础上，遵循循环经济理念，依据设计原则，提出适用于吉林省的秸秆综合利用产业发展模式（图 3.1）。
吉林省秸秆综合利用产业发展模式共设计了秸秆农业化（有机肥、饲料）、秸秆原料化（制浆造纸、食用菌培养料、化工）、秸秆能源化（成型燃料、生物天然气）等三种主要利用模式。由于秸秆板材、秸秆直燃发电模式经济效益较差，未设计在发展模式中。
3.4.1 玉米秸秆农业化
秸秆-有机肥/饲料模式。玉米秸秆中含有 C、N、P、K 以及各种微量元素，秸秆经粉碎预处理后，添加辅料后制成有机肥，易被农作物吸收，增加土壤有机质，培肥地力，促进农业可持续发展。可通过秸秆制高效有机肥、机械粉碎还田、快速腐熟还田、堆沤还田、保护性耕作及生物反应堆等方式，促进秸秆肥料化利用[69].有条件的地区可结合农业产业化项目实现农业→饲料加工业→畜牧业→有机肥的产业循环。此模式产业链较短，对秸秆高端化开发不足，经济效益一般。
3.4.2 玉米秸秆原料化
（1）秸秆-造纸-肥料/饲料模式。玉米秸秆纤维素含量较多，通过秸秆用来制浆造纸，能够满足国内对于纸浆日益扩大的需求量，减少对与森林等其他纸浆来源的需要，制浆废液通过浓缩、造粒技术，可生产有机肥。秸秆叶经烘干后粉碎，加入添加剂混合均匀，可加工成颗粒饲料。此模式实现了秸秆的循环利用，具有较好的社会效益和经济效益。
（2）秸秆-食用菌培养料模式。秸秆富含碳、氢、矿物质及激素等营养元素，且资源丰富、成本低廉，适合做多种食用菌的培养基料。目前吉林省利用秸秆生产食用菌达10 余种，主要有平菇、木耳、香菇、鸡腿菇、金针菇等。同时，生产鲜菇后剩余的蘑菇糠是一种带菇香味的富含营养的菌体蛋白饲料，也可作为优质有机肥还田。此模式的应用推广，可使农业资源多级增值，既可大量利用秸秆，减少环境污染，又可增加农民收益，能够实现资源环境与经济的可持续发展。
（3）秸秆-化工产品-肥料/饲料模式。利用秸秆中纤维素类等物质制化工产品。可以节约替代玉米等粮食基、石油基原料，因而具有环保、清洁和可再生的特点，其具体的生产过程为：首先，微生物将玉米秸秆中的纤维素类物质如“木质素、半纤维素、纤维素”等分解为糖类物质，主要是木糖和葡萄糖等；然后，通过生产工艺，将葡萄糖和木糖等糖类物质发酵，进而可以制成乙醇、聚乳酸等化工原料。此模式以生物基产品替代石油基产品、非粮生物质替代粮食资源为主线，对于保障粮食安全、优化能源结构、应对气候变化具有深远的意义。
3.4.3 玉米秸秆能源化
（1）秸秆-成型燃料模式。秸秆经粉碎后，施加一定的压力使其固化成型，即得到棒状或颗粒状秸秆成型燃料，热值可达到 3500 大卡以上。其优点有：制作工艺简单，其生产可以以村屯为单位建立小型加工厂，也可以采用小型移动式加工设备，在田间地头完成；可加工成多种形状规格，体积小，贮运方便；使用方便，干净卫生，燃烧时污染小。此模式技术简单，易于推广，但产业链短，对秸秆高端化开发不足，经济效益一般。
（2）秸秆-生物天然气-肥料模式。秸秆制沼是多种微生物在厌氧条件下，将秸秆降解成沼气，并副产沼液和沼渣的过程。沼气含有 55%~70%的甲烷，是高品位的清洁燃料，它可在稍高于常压的状态下，通过管道供应农户等，或提纯为生物天然气，可广泛应用于车用、户用、天然气锅炉等领域，秸秆制沼气不仅可优化吉林省能源结构，减少化石能源消耗，还具有良好的经济、环境和生态效益[69].从产业发展角度考虑，产业链最长、附加值最高、实现了生态循环的利用模式为：秸秆-造纸-肥料/料模式、秸秆-化工产品-肥料/饲料模式、秸秆-生物天然气-肥料模式，应该在产业发展模式设计中重点予以考虑，优先发展。
从防治大气污染、改善能源结构等角度考虑，可适当发展秸秆-成型燃料等补充模式，以满足城乡生产、生活的需要。
