我國農業廢棄物沼氣生產現狀·模式·主要問題分析

陳利洪　閆云　李瑩

摘要闡述了我國農業廢棄物主要利用模式，分析了我國沼氣利用現狀，結果表明，2000—2015年我國的沼氣生產主要以農業廢棄物沼氣為主，主要包括戶用沼氣和農業工程沼氣，工業工程沼氣在我國沼氣產業中的比重極低。介紹了與沼氣生產結合的循環農業利用模式，包括戶用模式（包括“三合一”模式、“四位一體”模式和“五配套”模式）和大中型工程模式，其中大中型工程模式著重介紹了“德青源模式”。最后分析了我國農業廢棄物沼氣化利用中存在的問題，包括農業廢棄物資源量巨大，但資源浪費嚴重；沼氣池廢棄率高；農業廢棄物利用模式多樣化，但產業化水平低；農業廢棄物處理的相關政策亟待完善；低碳循環農業發展模式的重視程度還不夠。

關鍵詞農業廢棄物；利用模式；問題分析

中圖分類號S216.4文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2017）30-0067-04

AbstractThe main mode of utilization of agricultural wastes in China was expouded，present situation of biogas utilization in China was analyzed，the results showed that biogas production was mainly based on agricultural waste biogas during 2000-2015，mainly including household biogas and agricultural engineering biogas.The proportion of industrial engineering biogas in China's biogas industry was very low.The mode of agricultural recycling combined with biogas production was introduced，including household models （including the "three in one" mode，"four in one" mode and "five matching" mode） and large and mediumsized engineering mode，and the large and mediumsized engineering model mainly was introduced "DQY mode".Finally，the existing in the utilization of agricultural wastes in China biogas production problems were analyzed，including agricultural wastes in China was huge，but waste of resources was serious；the waste rate of methane tank was high；the mode of agricultural waste utilization was diversified，but the industrialization level was low；the relevant policies of agricultural waste disposal in China should be improved urgently；low carbon recycling agriculture development model in China was not enough attention.

Key wordsAgricultural wastes；Utilization model；Problem analysis

我國每年會產生大量有機廢棄物，以農業殘余物為主，主要包括農作物秸稈、農產品加工副產品和禽畜糞便。2013年我國農作物秸稈、農產品加工副產品及畜禽糞便的理論資源量分別為9.56億、1.15億和26.76億t，其中畜禽糞便理論資源量中糞便量為18.09億t，尿液量為8.67億t[1]。農業廢棄物利用得當是資源，利用不當或不利用就很可能成為污染源。因此，提高農民對秸稈利用的積極性至關重要[2]。多年來，我國農村一直面臨著因農業廢棄物處置不當而造成嚴重環境污染以及可再利用資源嚴重浪費的問題[3]。

農業廢棄物利用方式多樣，如秸稈可用于薪柴、畜牧飼料、工業原料、還田及作為生物能源原料等[4]。尤其是基于農業廢棄物的生物能源完全避免了發展生物能源時的“糧食安全”的擔憂。目前，結合沼氣生產的循環農業利用方式是我國農業廢棄物能源利用的最主要方式，其突出的減排效果和減污效果已經被廣泛研究和證實[5-6]。近年來，對我國農業廢棄物利用模式的研究逐漸成為熱點，目前主要集中在農戶層面。農業廢棄物的沼氣利用被認為是減污、減排和循環農業高效綜合利用的最佳途徑之一，因此系統和有針對性地對我國農業廢棄物的典型利用模式進行梳理，分析其中可能存在的問題有助于我國農業廢棄物的高效和無害化利用。

1我國農業廢棄物主要利用模式

我國農業廢棄物主要包括農作物秸稈、農產品加工副產品和畜禽糞便，其中農產品加工副產品一般包括稻殼、花生殼和玉米芯。在評估農業廢棄物資源量時，農產品加工副產品容易被忽略。由于農作物秸稈和農產品加工副產品均直接來自于農作物，其主要利用方式基本一致，但側重點不同，主要可用于畜禽飼料、工業原料、生活燃料、秸稈還田及作為沼氣生產原料等。畜禽糞便的主要用途是作為糞肥和沼氣發酵原料等。

在與沼氣結合的循環農業利用模式中，在農戶層面主要有“三合一”模式、“四位一體”模式和“五配套”模式；在大中型工程層面有“德青源模式”[7]、“氣熱電肥聯產模式”[8]等。我國農業廢棄物主要利用模式見圖1。

我國農業廢棄物的主要利用方式不同。賈春雨[9]將我國畜禽養殖場廢棄物處理的基本工程模式分為能源生態模式、能源環保模式、種養平衡模式、土地利用模式、達標排放模式等；毛薇等[10]將養殖廢棄物的循環利用模式分為農牧業有機結合模式、物聯網+智慧養殖模式、主體小循環、園區中循環和區域大循環模式等；石祖梁等[11]研究認為，目前我國秸稈全量化利用技術模式主要分為還田主導模式、種養結合模式、產業帶動模式和多元循環模式等。

農業廢棄物具有廣泛的用途，除與沼氣生產結合的循環農業用途外，農作物秸稈和農產品加工副產品一般還可以用于畜禽飼料、工業原料、生活燃料和秸稈還田等方面。畜禽糞便的非沼氣利用模式主要是用于直接堆肥，此外還可用于飼料生產。

此外，農業廢棄物還有未利用部分。未利用秸稈一般是指秸稈被廢棄或直接焚燒掉的部分。每年直接焚燒的秸稈帶來的嚴重空氣污染已經被廣泛重視。為了保護環境，很多當地政府都明文禁止直接焚燒，但禁而不止的現象突出。此外，畜禽糞便的未充分利用主要在于農村畜禽散養模式導致的畜禽糞便收集困難。當前畜禽糞便在農村主要用于沼氣生產和糞肥，如若未妥善處理同樣會對環境造成嚴重污染。

2我國沼氣利用現狀及主要沼氣利用模式

2.1我國沼氣利用現狀

20世紀70年代初，我國政府在農村推廣沼氣事業，沼氣池生產的沼氣一般用于農村家庭的炊事并逐漸發展到照明和取暖上。這期間主要經歷了5個階段：第1階段是70年代初到80年代初，為高速發展和回落階段。當時政府在全國大力推廣沼氣用于解決農村地區的燃料短缺。但這次“拔苗助長”的推動建設方式由于缺乏技術支持和管理不善，造成沼氣池數量先增后降。第2階段是80年代初到90年代初，為調整階段。該階段主要修理問題沼氣池，所以發展速度放慢。第3階段是90年代初到90年代末，為回升發展階段。由于第2階段科研與示范工作取得重要成果，沼氣與生態建設有機結合，戶用沼氣池建設回升發展。第4階段是2000—2012年，為快速發展階段。期間我國沼氣快速發展，戶用沼氣和農業工程沼氣發展尤為迅速。第5階段為2013年至今，我國沼氣總產量開始徘徊不前并有逐漸下降趨勢，主要是農村人口生活習慣發生改變、城鎮化等原因造成農村戶用沼氣池大量棄用[1，12]。

2001年我國沼氣總產量為31.5億m3，到2013年時我國沼氣總產量達到了157.77億m3，較2001年增加了400%。2013年是我國新世紀以來沼氣產量的頂峰。實際上2012、2014年我國沼氣總產量與2013年非常接近，說明2012—2014年我國沼氣發展已經失去了快速發展的動力，開始徘徊不前。2014、2015年我國沼氣總產量分別為155.04億和148.66億m3，可見我國沼氣發展乏力，形成向下發展趨勢（圖2）。

總體上，沼氣工程在我國的發展比較順利。雖然我國沼氣總產量達到頂峰并有下降趨勢，但農業工程沼氣產量仍在逐年增加，在我國沼氣總產量中的比例也不斷增加。從2001—2015年我國沼氣主要來源及比重（圖3）可以發現，我國戶用沼氣產量的比重逐年下降，從2001年的94.67%下降到2015年的 83.01%；農業工程沼氣產量的比重得到了比較明顯的提升，從2001年的1.11%增加到2015年的15.13%；而工業工程沼氣的產氣量雖然在總量上保持相對穩定，但所占比例卻從2001年的4.22%下降到2015年的1.86%。

從歷年我國沼氣產量可以發現，沼氣生產主要以農業廢棄物沼氣為主，主要包括戶用沼氣和農業工程沼氣，工業工程沼氣在我國沼氣產業中的比重極低。因此，農業廢棄物的沼氣化利用是我國廢棄物處理和沼氣生產的協同選擇。

2.2與沼氣生產結合的循環農業利用模式

與沼氣生產結合是循環農業的重要途徑之一，而且已經被證明具有顯著的減污、減排效果。因此，與沼氣生產結合的循環農業利用模式在當前和未來都將是我國低碳發展與可再生能源開發的戰略重點。

2.2.1戶用模式。

2.2.1.1“三合一”模式。“三合一”模式主要分布在我國南方地區。豬糞是沼氣生產的主要原料，根據農業對象的差異，目前主要有“豬-沼-果”“豬-沼-茶”“豬-沼-菜”“豬-沼-花”等農業生態模式[13]。除了養殖豬以外，廣大農村的農戶一般還會養殖牛、雞、羊等畜禽，因此“三合一”模式可總結為“畜禽-沼氣-農林作物”模式，其中農林作物則廣泛地存在于農業和林業當中。

2.2.1.2“四位一體”模式。“四位一體”模式主要分布在我國北方地區，該模式的特點是引入了溫室。該模式以庭院為基礎，集日光溫室、沼氣池、豬舍等為一個統一的整體，以太陽能為動力，以沼氣生產為紐帶，種養結合構成生態的良性循環，尤其是利用庭院有限的土地和空間，生產綠色有機食品，并通過秸稈利用有效地減少了農村的環境污染[14]。

2.2.1.3“五配套”模式。“五配套”模式主要分布在我國西北地區，其主要特點是為了適應當地的干旱環境引入了蓄水窖。該模式主要包括沼氣池、果園、暖圈、蓄水窖和太陽能[15]。“五配套”模式以農戶庭院為中心，以節水農業、設施農業與沼氣池和太陽能的綜合利用作為解決當地農業生產、農業用水和日常生活所需能源的主要途徑。

2.2.2大中型工程模式——以“德青源模式”為例。

隨著畜禽養殖的集約化，農村肥料施用由有機肥為主轉變為化肥占主導地位，導致了畜禽糞便的未充分利用，甚至帶來新的環境污染問題[16]。因此，如何高效、綜合利用畜禽糞成為畜禽養殖集約化需要考慮的關鍵問題。“德青源模式”是解決我國高效利用畜禽糞便的典型模式。

德青源是我國第一個批準的農業清潔發展機制（clean development mechanism， CDM）企業。德青源擁有集養殖、沼氣、種植、肥料為一體的綜合資源利用模式（圖4）[1，7]。德青源的蛋雞存欄量每年穩定在300萬只，雞糞年產生量為8萬t，每年產生的生產、生活污水10萬t。養雞廠為沼氣工程提供原材料，生產出的沼氣除了發電上網外，也免費提供給周邊的村民使用。生產出的沼肥一部分用作出售，一部分供生態園內的生態農場使用。生態農場采用生態種植方式，避免了農藥對瓜果蔬菜的污染。周邊農戶通過德青源免費提供的沼液提高土壤肥力，促進玉米生長，無公害的玉米收獲后出售給德青源公司用于雞的飼料。除了出售雞蛋和蛋雞外，對雞蛋進行深加工出售能提高雞蛋的價值，增加企業的效益。

德青源公司每年能生產固態肥6 600 t，液態肥14.0萬t，有機玉米6.0萬t，有機水果2.5萬t。工廠每年向周邊農戶供氣73萬m3，發電余熱的綜合利用相當于每年又節省了4 500 t標準煤。尤其是通過世界銀行、荷蘭政府與德青源公司的仔細核算，認定德青源沼氣工程每年能少排放溫室氣體折合CO2 84 000 t，能因此獲得的溫室氣體減排補助費用約每年800萬元。將這部分收入計入經濟效益時，將大大縮短了德青源沼氣工程的投資回收期[1]。因此，低碳減排收益是德青源公司相對于農戶的顯著優勢之一。

45卷30期陳利洪等我國農業廢棄物沼氣生產現狀·模式·主要問題分析

3我國農業廢棄物沼氣化利用中存在的問題

3.1我國農業廢棄物資源量巨大，但資源浪費嚴重

在考慮了其他必要用途的前提下，無論是19.00%[17]還是5.64%[1]的農業廢棄物沼氣開發率都從側面反映了我國農村農業廢棄物資源浪費已相當嚴重。如何充分和高效地利用我國農業廢棄物資源是未來很長一段時間需要面對的主要問題。此外，目前農業廢棄物利用中各用途比例只是當前技術、經濟水平下的反映，如何優化利用還需要進一步研究和實踐。

3.2沼氣池廢棄率高

由于缺乏科學的引導和規劃，我國的沼氣池廢棄率問題顯得比較突出。主要原因：易接受新事物的農村年輕人外出打工現象越來越多，因外出務工人員增多造成的農村沼氣池的閑置比例越來越高；留守在家的多為老年人和小孩，由于技術指導和宣傳不到位，老年人不懂得按要求投料、換料，不測試pH，造成發酵料液酸化等；部分農戶沼氣池的原料不足或麻煩也是造成沼氣池廢氣率高的原因[1，18]。

3.3農業廢棄物利用模式多樣化，但產業化水平低

目前我國農業廢棄物主要有“三合一”“四位一體”“五配套”等利用模式，企業化的優良模式如“德青源模式”和“民和牧業模式”等仍較少。總體來看，我國農業廢棄物利用模式缺乏集約、規模效應，其結果是資源利用率很低，產業化水平低。集約利用的關鍵在于資金和技術。因此，如何進一步提高農業廢棄物利用的技術水平，拓展農業廢棄物沼氣產業化發展的投、融資渠道是促進我國農業廢棄物沼氣化利用的關鍵環節。

3.4我國農業廢棄物處理的相關政策亟待完善

大中型沼氣工程一次性投資較大，且當前情況下企業能從工程項目建設中獲得的收益相對較低，投資回收期長，商品化程度低造成了建設融資難，運行獲利難。企業沒有經濟效益就很難推動我國沼氣產業的發展。我國在沼氣工程建設的用地、用電、稅收以及排污費收取等方面沒有優惠政策和措施，這些都需要完善。只有完善政策，確保沼氣工程的健康運轉，讓高品質的燃氣進入市場產生經濟效益，才能反過來促進這個行業的發展。此外，我國始終禁而不止的秸稈禁燒問題充分反映出相關政策的實效性低[19]。如何制定出政府滿意、百姓支持且實施效果良好的農業廢棄物處理政策是我國農業廢棄物高效、綜合利用的政策保障。

3.5我國低碳循環農業發展模式的重視程度不夠

眾多研究證明，利用農業廢棄物生產沼氣具有顯著的溫室氣體減排效果，但我國以農戶為主要處理單位的廢棄物利用模式在減污和減排效果效率上還不如企業，這主要涉及到資源利用效率及沼氣逃逸等問題。盡管我國已經有了一些效果極好的企業模式，但推廣力度還不夠，也就造成了我國農業廢棄物集約化利用程度很低，從而導致低碳農業在我國農業生產和農業廢棄物處理中的重要性將會愈加凸顯。

4結語

推進資源循環利用，發展清潔能源，是全世界都將面臨的重大挑戰。21世紀注重低碳發展，廢棄物的減量化、資源化、綜合化處理利用是實現低碳發展的基本要求。農業與農村廢棄物的資源化循環利用和生物能源化已經成為許多國家低碳發展與可再生能源開發的戰略重點，并有望成為極具發展潛力的戰略性行業。在我國現有的農業廢棄物資源基礎上，如何進一步優化利用農業廢棄物資源將是一個長久的具有重要價值的課題。

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