食用菌機械低碳化可行性分析

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摘要：針對生態環境條件下食用菌機械低碳化可行性的問題，總結分析了我國食用菌機械低碳化的現狀，從食用菌機械低碳化設計開發角度，提出從采用先進的機械設計開發工具、選擇低碳材料等方法來設計開發綠色環保機械設備，以降低能耗、加強機械設備的回收循環利用；并從食用菌機械生產環境的低碳化改造角度，論述了食用菌機械低碳化的可行性。實踐證明，在當前國家低碳環保的綠色發展理念下，只有不斷探索改革，才能推進食用菌機械的低碳化可持續發展。

關鍵詞：食用菌；生態經濟；機械；低碳；節能；環保

近年來，食用菌產業已經成為了我國農業發展的重要組成部分，屬于國家重點支持和發展的朝陽產業。在一些地區，食用菌的栽培和加工，已經成為了農民脫貧增收的重要手段。但由于條件的限制，一方面，在食用菌的栽培和加工等環節，自動化生產和機械化加工的水平還很低，手工操作還占有相當大的比例，這與我國食用菌產業大國的地位并不相符；另一方面，隨著食用菌產能的擴大，整個產業的格局也在不斷發生變化，隨著國家對環境保護和生態建設方面的管控越來越嚴格，食用菌生產加工過程中的環境保護問題也越來越突出[1]。如何使食用菌整個產業在這一歷史轉型的時期跟上國家發展的腳步，踐行綠色發展、低碳環保的發展理念，用先進的自動化、機械化生產技術和設備來提升工作效率，是關系到新農村經濟發展和可持續發展重大問題[2]。

1我國食用菌機械低碳化的現狀

目前，我國食用菌機械設備的專業生產企業有上百家，如位于“中國香菇之鄉”隨州市的隆興食用菌機械設備有限公司、湖北菇人自動化機械有限公司、內黃縣昌興生物機械設備有限公司等。這些食用菌機械設備的生產廠家，都致力于食用菌機械加工設備的自動化、智能化產品的研發，具有自主產權的高水平、智能化的食用菌機械設備產品已被廣泛應用，涵蓋了食用菌的栽培、加工、拌料、裝袋、扎口、滅菌、接種、烘干等成套自動化生產設備。這些先進設備和生產線，具有生產效率高、能耗小、低碳環保等特點，許多設備還加入了AI人工智能等最新的智能化技術，以滿足食用菌工廠化栽培、加工和生產的要求，是新一代食用菌機械設備的代表[3-4]。工廠化生產也體現了食用菌機械化發展的最新成果，如圖1。圖1所示為“灰樹花”工廠化栽培。自動化作業、機電一體化的控制系統可以實現食用菌的復種指數、產品的標準化和規模化生產。相比傳統的農戶家庭式生產，生產效率和產品品質都有了極大的提升。更重要的是，食用菌工廠化的生產可以降低能源消耗，以最小的成本獲得最大效益，智能化的溫度、濕度控制、LED光源的使用等都體現了現代農業節水、節電的低碳環保理念。同時，立體栽培、全自動流水線的工廠化生產，從整體上節約了土地占用率，降低了社會資源的占有率，標準化的食用菌產品更代表了綠色、有機環保的生態農產品。1.1食用菌機械低碳化的意義。食用菌生產加工過程的機械化和自動化，也是踐行低碳環保發展理念，降低食用菌的栽培和加工等各個環節的生產成本、減少能耗，從而響應國家節能環保生態發展的號召；用先進的機械化流水線代替人工，用先進的制造工藝實現食用菌機械自身的低碳化、環保化設計，從而減少社會資源浪費、降低企業成本和原材料投入，這也是一種低碳環保發展的具體體現[5]。食用菌產業本身就帶有一定的生態環保性，食用菌作為一種微生物起主導作用的生產方式，與其它動植物很容易形成一個和諧共存的生態循環，食用菌利用廢棄的秸稈、木屑作為生產菌棒的主要材料，降低了這些廢物焚燒帶來的空氣污染；豬、牛、羊等牲畜的糞便是食用菌良好的生長營養來源；而食用菌生長通過微生物分解出的菌糠和菌蛋白，成為了牲畜的飼料和農作物的肥料。在這一過程中食用菌充當了農業循環經濟中的關鍵環節，對生態發展和農業可持續發展起到了積極的作用。1.2食用菌綠色產品為機械企業帶來環境和經濟效益。食用菌產品是一個綠色環保的產品，而帶有綠色、生態、有機、環保等字樣的產品，在市場競爭中可以獲得更多的優勢。由于食用菌產品在加工生產過程中要符合綠色產品的生產理念，因此會在相應的加工生產機械上提出低碳化的要求，而機械產品生產企業也需要滿足用戶要求，在零部件、機構、動力輸出等各個環節，采用低碳化設計方案，減少能源消耗，提高機械生產中的污染防治和能源利用率，進而取得產品成本領先優勢，這種優勢集中體現在企業環境保護方面的領先。事實上，適當的環境管制和產品設計，有利于促進企業經濟創新，提高資源生產力，從而能提高企業的生產效率和競爭力。同時，在國家大力加強環境保護力度的大環境下，也可以有效降低企業可能受到的環境保護的懲罰，樹立良好的企業社會形象。借助食用菌機械化生產中的綠色產品打造，主動從戰略上加強機械產品的生態環保設計，是一種主動的環境戰略。通過環境管理，企業能減少能耗，節約資源，降低成本，減少污染物排放的相關稅費和罰款費用，消除綠色貿易壁壘，拓展國際市場，得到相關方的支持，取得財政收益，提高企業管理水平等等，最終轉化為企業的經濟效益[6-7]。食用菌機械生產企業通過持續創新、學習等活動加強企業的科技實力。可以采用生態設計、清潔生產、環保投資預算等措施，保障產品成本在可控的范圍內。需要指出的是，企業的環境收益往往有一定的滯后性，在企業環境成本發生的初期所取得的環境收益可能少于支出，但是環境成本投入必將對企業的長遠經濟效益產生重大的影響。企業在進行環境成本投資決策、控制和分析考核時，不能只關注短期經濟效益，還要看長期的經濟效益與環保效果，從而最終形成企業環境效益和經濟效益共贏的發展格局。

2食用菌機械低碳化設計開發

2.1采用先進的機械設計開發工具，設計開發綠色環保機械設備機械設計的優劣直接決定了機械的性能和產品質量。在國家向著低碳節約、綠色環保型經濟社會發展的今天，機械設計領域也需要跟上綠色環保的發展步伐，在設計階段就踐行綠色產品設計的理念，采用先進的計算機技術模擬仿真和系統分析技術進行設計，以節約開發成本、將低碳設計理念貫穿到食用菌設計領域。目前最流行的先進機械工程設計軟件有AutodeskMoldFlowAdviser、AutoCAD、SolidWorks等，它們一般都能夠提供整套機械設計方案，并在加工制造前對設計方案進行模擬評估以及優化處理，減少潛在的設計失誤，縮短產品的開發周期，降低開發成本。如SolidWorks可以進行裝配設計，參照已有的零件生成新的零件，不論設計用“自頂而下”方法還是“自底而上”的方法進行裝配設計。這種設計開發工具，可以大大提高機械零件的重復利用率，為客戶提供了處理復雜零件和復雜制造循環的能力。在食用菌機械設計階段就體現出了綠色產品設計的理念，即產品應具有節能環保、易回收、可重復利用等性質，從機械零件設計的重復設計和循環設計方式來說，就是對最終產品的一種再次利用，其它工業設計的機械零件，在食用菌專用設備制造時，可以加以利用；對更新換代的機械零件或者已經廢舊零件的再設計、回收，體現了一種社會資源的再利用和再分配，節約了整個社會的資源和能源成本，體現了低碳環保的設計理念。2.2選擇低碳材料降低能耗。在食用菌機械低碳化設計中，采用低碳材料進行設備制造是一種有效的方法，即采用一些可再生材料和無公害的材料來實現節能減排的目的。如在食用菌機械上采用的照明材料，可以選擇使用LED燈等節能照明材料，或者可以通過導光管將室外陽光引入室內為機械生產線進行照明，見圖2。如圖2所示，為日光導光管照明系統。在食用菌包裝機械中，使用可降解塑料等包裝材料，這些都是典型的低碳、環保材料，當完成其產品包裝功能后，還可以重復利用在其它地方，即使最后拋棄不用，也可以自然降解，這些自然環保的材料，都不會對環境造成二次污染。2.3環保設計為循環利用創造條件。對食用菌機械開展綠色環保型設計，是一個對社會資源進行再利用的過程。需要在食用菌機械的設計中，不斷改革創新，體現綠色環保的設計理念。食用菌機械的設計本身也正在逐步體現這一理念，如食用菌粉碎機械，可以將樹枝、樹葉、木板、木片、下腳料、邊角料、廢舊木材、廢舊木質家具、竹子、秸稈、玉米芯、玉米稈等進行粉碎加工，一次性解決這些廢料、綠化垃圾等的處理難題，而且還杜絕了這些垃圾在處理過程中所造成的污染。其最終的產品木屑不僅僅是食用菌菌棒等的原材料，也可以發酵后當作肥料來使用。粉碎機械本身自帶環保功能，這此基礎上，還可以對其進行設計改進，進一步體現節能環保的功能。如可以通過加裝輪胎，讓粉碎機具備移動作業的能力，一些小型的粉碎機就可使用人力拖動，不再需要借用吊車等車輛來進行移動，從而節約能耗；同時，這種加裝的輪胎采用一種分體式設計，設計可拆卸式連接裝置，當粉碎機報廢不能使用時，這個輪胎移動裝置還可以用于其它機械設備的作業移動，從而達到可回收重復利用的功能。從綠色機械設計的角度來說，一次性設計的產品是不可取的，因為它沒有考慮機械設備的長期使用和報廢問題，綠色設計應考慮產品的前期制造、使用一直到最后的設備報廢、回收和重用等全過程的處置方案，克服傳統設計的不足，使食用菌機械產品都具有可回收、可拆卸、可重用的循環利用價值。一般食用菌生產線包括了前期的菌種生產、食用菌瓶栽、袋栽、光照、凈化生產等設備；中期的生產加工滅菌、制冷、加熱設備以及后期的包裝和運輸設備等。這些設備的模塊化設計理念主要體現在以下方面。各生產線上的設備及部件應盡可能通用，采用小的模塊化設計零部件進行簡單組裝，適合不同食用菌加工生產線的設備需求。如此一方面節約了設計生產成本，另一方面給機械裝配和施工帶來便捷。模塊設計時要盡量多考慮未來生產線升級和發展趨勢，提高模塊的兼容性和適應性，支持未來的產品升級和更新換代，延長每個模塊的生命周期。要考慮整個生產線設備備件和易損件的通用性、可替換性和易得性，盡量少用非標準零件，使用通用型號、統一公差標準等；在維修設備時也盡量使用拆機零件和可替代配件。

3食用菌機械生產環境的低碳化改造

食用菌機械生產環境也是影響能源消耗的重要因素，在食用菌機械加工生產時，會有不同溫度、濕度的要求，一方面是為了保證食用菌產品的衛生安全，另外還有整個機械生產線的低能耗、低成本運行的問題。這些都可以通過機械生產環境的低碳化改造來解決。例如食用菌生產廠房的建筑材料低碳化。可以采用環保外墻保溫材料，一方面可以給食用菌一個良好的生長溫濕度；另一方面，也為機械生產線的正常運行創造了適宜的外部環境；采用廠房屋頂蓄水，夏季就可以利用蒸發帶走多余熱量，降低太陽輻射熱，有效吸收機械設備運行產生的熱能；或者通過廠房的立體綠植改造，以綠化植物覆蓋建筑物表面，這些綠色植物可以起到節能保溫、降溫、防水等功能，有效降低廠房建筑能耗和溫室氣體排放量；廠房門窗采用復合材料節能窗、中空玻璃窗等來降低噪音和光源污染、低碳保溫隔熱，合理調整廠房生產區的氣密性。這些措施都可以有效改善機械生產線及廠房周邊的小氣候環境，達到節能減排的目的。對于一些食用菌烘干、滅菌和冷卻等機械設備，需要有額外的熱量來源，如何減少額外的能耗即是低碳環保的要求，也是企業節約成本的關鍵。可以根據當地的條件，在有地熱資源的地區采集地下水等熱能供熱；在降雨比較多的地區收集雨水綜合利用為設備供水、在水資源匱乏的地區為機械設備設計污水可回收裝置和節水設備；在陽光照射充足的地方使用光伏、太陽能發電；在風口地區建立風力發電設備，減少機械設備的能源消耗、節約水電資源，而且這些能源都是因地制宜設計的清潔能源，是一種典型的低碳環保的能量來源。

4結論

通過分析當前食用菌機械低碳化的現狀的基礎上，從食用菌機械低碳化設計開發、低碳化改造論述了其可行性。提出食用菌機械的低碳化對生態環境和經濟效益都具有重要的意義，對生態環境和農業可持續發展起到了積極的作用。食用菌機械行業應響應國家節能減排的號召，減少能源和資源消耗；采用低碳材料和先進的設計理念，設計開發綠色環保機械設備；加強食用菌機械零部件回收、循環再利用；對食用菌機械生產環境進行低碳化改造、降低機械的噪音污染。只有多管齊下，才能真正實現我國食用菌機械的低碳化可持續發展。

參考文獻：

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作者:張靜 單位:寧德師范學院