一、转化背景

随着全球能源需求增长和环保意识的提升，低碳转型和可再生能源开发成为国际关注的重点。我国作为能源消费大国，面临高能源依赖和温室气体排放的问题，急需开发清洁、可再生的生物质能源，尤其是农业废弃物的能源化利用。

苹果树修剪枝条是常见的农业废弃物，传统处理方式主要为焚烧或有机肥，未充分发挥其生物质价值，且焚烧会产生污染，影响空气质量。为此，陕西工业职业技术学院机械工程学院启动了苹果树修剪枝条热解项目，旨在开发小型化、现场可用的热解设备，将枝条转化为高附加值的生物质能源，减少处理和运输成本，提高资源利用率，助力碳中和目标。

本项目深入探索热解工艺和机制优化，旨在解决枝条处理效率低、成本高的问题，为生物质能源开发提供新思路，推动农业废弃物向清洁能源转化，助力农村清洁能源供应和乡村振兴战略实施。

二、转化主体

本项目由陕西工业职业技术学院机械工程学院牵头实施，汇集了一支多学科交叉的研究团队，涵盖生物质能源、环境科学和机械工程等领域的专业人才。项目的主要成员在生物质能源开发、设备设计和工艺优化方面具备丰富的科研经验，并在热解工艺、材料性能优化和设备集成设计中发挥了关键作用。

在项目实施过程中，研究团队积极与国内外科研机构展开合作，借鉴先进的生物质能源转化技术，并在此基础上进行本地化改进，使得项目更贴合苹果树修剪枝条的利用需求。同时，团队通过专利布局和预产业化合作，进一步推动技术成果向市场应用的转化，以期增强项目的社会和经济效益。

三、主要做法

本项目围绕苹果树修剪枝条的资源化利用，重点开发了集成式、移动化的低温热解综合利用底盘设备，并从工艺优化、系统集成和环境评价等多个方面进行了创新设计，以提升生物质能源的转化效率和经济性。

（1）低温热解工艺开发：通过低温热解技术，将苹果树修剪枝条在低氧条件下加热，使其分解成生物质炭、生物油和可燃气体等多种能源产品。与传统焚烧方法相比，低温热解在能量回收和环境友好性上具有显著优势。研究团队针对苹果树枝条的特点，优化了热解温度、加热速率和反应时间等关键工艺参数，以提高热解产物的产量和质量，降低能源消耗，实现了原料高效转化。

（2）共混成型技术的应用：项目团队开发了生物质炭与其他添加剂（如椰糠）共混成型的颗粒燃料制备技术。通过科学配比，优化了颗粒燃料的能量密度和燃烧性能，显著提高了其物理稳定性和储运性能。研究结果表明，共混成型颗粒燃料具有更高的抗跌落强度和热值，燃烧过程更加稳定。此技术不仅提升了能源的转化效率，还延长了颗粒燃料的储存寿命，适合在农村和农业生产中广泛推广。

（3）移动底盘系统设计：为提高设备在果园中的适应性，研究团队设计了集成化的移动底盘系统，采用模块化结构，将粉碎、热解、碳化和成型等多个功能集成于一体，实现了苹果树修剪枝条的现场处理。底盘系统包括锤片式粉碎模块、链板传动燃烧模块、螺旋传动碳化模块、卧式搅拌与平模成型模块等关键部件。通过链板传动燃烧装置为热解过程提供热量，螺旋传动碳化模块则进一步处理生成高质量的生物质炭。整个系统可利用拖拉机动力输出，为果园作业提供便捷、经济的解决方案。

表1 果树修剪枝条低温热解及共混成型移动底盘主要技术参数

（4）生命周期评价（LCA）与层次分析法（AHP）优化：项目采用生命周期评价（LCA）方法，从收集、加工到使用全程评估系统的环境影响，以揭示主要环境负荷和改进机会。同时，运用层次分析法（AHP）对不同工艺参数进行优化分析，确保系统在能源效率、成本控制和环境效益方面达到最佳。通过LCA与AHP相结合，研究团队对苹果树修剪枝条的资源化处理技术进行了全方位的环境和经济性评估，为生物质能源的可持续发展提供了科学依据。

四、转化成果

本项目在苹果树修剪枝条的资源化利用方面取得显著成效，推动了生物质能源的推广应用。主要成果包括：

（1）生物质能源产量和质量提升：优化低温热解与共混成型技术，将修剪枝条成功转化为高能量密度的生物质炭和颗粒燃料，满足储运需求，适合农村推广。

（2）移动底盘设备应用：设计的集成式移动底盘系统能在果园现场处理枝条，降低运输成本，提高转化效率，具备良好适应性和经济效益。

（3）环境与经济效益：生命周期评价（LCA）显示项目减排效果显著，全球变暖潜能仅为燃煤发电的2.95%。研究成果发表在国内外期刊并获多项专利，提升了学术和市场影响力。

（4）经济效益与产业应用：项目为当地提供就业机会，提升区域经济。该技术在农业废弃物资源丰富地区具备广泛应用前景，计划与多家企业展开合作，实现市场化应用。

五、经验总结

在苹果树修剪枝条热解项目中，研究团队总结出关键成功要素和改进方向，为生物质能源开发提供了重要启示。

（1）关键成功要素：①跨学科协作。机械工程、环境科学等多学科协同合作，实现了生物质转化效率和设备设计的创新突破，加速了项目进展。②小型化与集成化设计。开发了具备生物质热解、碳化和成型功能的移动底盘设备，提升了现场处理能力，降低了运输成本，显著提高了经济效益。③环境与经济效益优化。通过生命周期评价（LCA）和层次分析法（AHP）验证，生物质系统在减排和资源节约上较传统燃煤发电具明显优势，实现环境与经济效益双赢。

（2）不足与改进方向：①成本控制与一致性。在大规模生产中仍需优化工艺以降低成本、提升产品一致性，便于广泛应用。②环保性提升。改进生产工艺和材料，减少有害物质排放，以适应更高环保标准。③产能与推广。进一步优化设备设计，提升产能，扩大应用场景，满足市场对清洁能源的需求。

六、推广应用

苹果树修剪枝条热解综合利用技术具备广泛的应用前景，尤其适用于农业废弃物资源丰富的区域。主要推广方向和注意事项如下：

（1）适用范围：该技术适用于果树修剪枝条及类似农业废弃物的现场处理，减少运输成本，提升废弃物价值。同时，生物质炭和颗粒燃料可推广至农村和偏远地区，为乡村振兴和清洁能源自给提供支持。

（2）应用场景：①果园与合作社。在果园内集中处理修剪废弃物，提升作业效率，减少环境污染。②农村能源站和小型工厂。与农村能源站合作，生产清洁燃料，支持农村能源转型。③环保园区和景区。在旅游区实现绿化废弃物资源化，提升环保形象。

（3）注意事项：①操作培训。提供设备操作手册和培训，确保正确、安全操作。②设备维护。定期维护核心部件，延长设备寿命。③环保与安全。监控废气排放，设置安全防护，防止高温和机械操作引发意外。

（4）推广展望：未来，项目将与生物质能源企业、合作社和政府深化合作，扩大农村和农业领域的应用，提升农业废弃物利用率，助力绿色能源发展和碳中和目标。