秸稈沼氣化發展現狀與趨勢—以四川省為例

邱 坤， 宋 靜， 程靜思， 黃忱忱， 段奇武， 祝其麗

(1.農業農村部沼氣科學研究所， 成都 610041； 2.成都工業職業技術學院， 成都 610213)

作為農業大國，我國農作物秸稈資源十分豐富。據《全國農村沼氣發展“十三五”規劃 》顯示，2015年，農作物秸稈理論資源量為10.4億噸，可收集資源量約9億噸，可供沼氣生產利用的秸稈資源量約1.8億噸，沼氣生產潛力約為500億立方米[1]。秸稈沼氣化不僅能有效處理農業農村廢棄物、減少二氧化碳排放，還能減輕因秸稈焚燒帶來的環境壓力，改善農村生態環境。四川省作為全國農業大省之一，每年產生大量的農作物秸稈。根據《四川省十三五秸稈綜合利用規劃(2016-2020年)》資料顯示，2015年，四川省農作物秸稈理論資源量4641.09萬噸左右，約占全國的4.46%，農作物秸稈可收集量約為3629.46萬噸，約占全國的4.03%[2]。秸稈綜合利用方式主要包括秸稈肥料化利用、秸稈飼料化利用、秸稈能源化利用和秸稈食用菌基料轉化利用。秸稈沼氣化作為秸稈能源化利用的重要方式，可以實現“秸稈-家畜養殖-沼氣-農戶生活用能，沼渣-高效肥料-農業種植業”良性生態循環，既實現秸稈的資源能源化利用，又促進生態農業和有機農業發展，有力推動農村經濟和社會的可持續發展，對實現農業和農村經濟又好又快發展具有十分重要的意義。通過研究四川省秸稈沼氣化現狀，分析秸稈沼氣化存在的問題，對指導四川省秸稈沼氣轉型升級，有效推動農業農村全面發展具有重要意義。

1 四川省秸稈沼氣化發展現狀

作為秸稈沼氣集中供氣工程的主要原料—農作物秸稈(以水稻、小麥、玉米等作物秸稈為主)，通常采用厭氧發酵工藝產生沼氣[3]。截至2015年底，四川省秸稈戶用沼氣池達80萬個，但是，秸稈沼氣集中供氣工程僅有唯一一處—成都市新津縣秸稈沼氣集中供氣工程。該工程作為2009 年全國16處示范工程之一，位于四川省成都市新津縣袁山村，工程總投資224萬元。工程以玉米、小麥等秸稈為發酵原料，采用“豎向推流式厭氧消化工藝”厭氧發酵，發酵池容為500 m3，設計年消耗秸稈460噸，年產沼氣 18.25 萬m3，供300戶農戶生活用能。工程實際運行情況：年投秸稈220 t，年產沼氣6萬m3，其中 1 萬m3用于工程發酵罐保溫，5萬m3沼氣用于152戶農戶供氣;年產沼渣150 t，直接作為667 m2農田肥料施用[4]。工程運行期間，獲得了較好的社會環境效益和示范效益，但是由于缺乏市場盈利能力導致工程無法正常運營，工程已于2016年正式停止運營。

2 四川省秸稈沼氣化存在問題

2.1 秸稈收集運輸成本高

工程原料來源于集中居住村落農業生產所產生的農作物秸稈，而向周邊收購普通的秸稈的價格高達每噸400～500元，如果已經加工成粉末，收購價可達每噸700元，導致工程平均供氣成本較高。秸稈的收集受農業生產水平、季節性和價格的影響較大，而且購買秸稈的價格波動較大，可控性較差，加上秸稈沼氣工程的能耗較高，運行成本高，平原地區有一定的優勢，而以山地為主的丘陵和山區，秸稈收集成本很難降低。

2.2 發酵效率不高

由于秸稈具有密度小、體積大特點。厭氧發酵過程中，在發酵罐內易形成浮渣層，影響氣、液、固三相傳質、傳熱和流動性，從而產生的氣體難釋放，增加安全風險發生率；同時，形成的固液分層易導致物料與接種物接觸不充分，反應器內傳熱、傳質不均勻，消化條件不易控制，進而影響微生物群落條件反射(如有機酸局部大量積累)，造成酸中毒現象，影響發酵正常運行[5]。

此外，作為秸稈類纖維素原料，主要包括纖維素、半纖維素和木質素，它們均是多種高分子有機化合物組成的復合體。纖維素結構緊密，它是由β-1,4糖苷鍵結合而成的高分子多糖，而半纖維素和木質素共價結合，同時，纖維素和半纖維素被木質素包裹，結構復雜致密，難以水解酸化。因此，現階段秸稈沼氣化利用效率較低，嚴重制約秸稈類農業廢棄物資源化利用進程[6]。

2.3 產業化程度不高

新津秸稈沼氣工程建設的主要目的包括以下幾個方面：采用集中供氣的方式產生的沼氣，以遠低于市場價的低價售賣給當地村民作為居民生活用氣，產氣過程中產生的沼渣主要用于有機還田，也可以作為有機肥料，供給于當地有機蔬菜種植基地和水果種植基地。但是，實際情況是沼氣站產生的沼渣數量有限，無法形成穩定的有機肥來源。因此，缺乏固定的購買客戶，也難于保證穩定的售價，只能半買半贈送，無法完全體現沼渣的經濟價值[7]。

3 秸稈沼氣化發展對策

3.1 以農村沼氣轉型升級為契機，科學開展規模化生物天然氣工程建設

鑒于經濟發展新常態下農村面臨的新形勢，始于2015年初，農村沼氣發展逐步開始轉型升級。農業部和國家發展改革委員會制定了農村沼氣轉型升級工作方案，方案中確定把規模化生物天然氣工程作為循環農業的重要內容。2015年共支持25個日產生物天然氣1萬立方米以上的大型生物天然氣工程開展建設試點[8]。其中，在四川開展2個試點項目，分別為位于富順縣的四川鑫宇環境資源開發公司實施的有機廢棄物綜合利用年產1000萬m3生物天然氣試點項目和位于榮縣由自貢佳禾新能源科技公司實施的有機廢棄物處理日產1.2萬m3生物天然氣試點項目。兩個項目共計總投資為1.76億元，是四川農業單個項目爭取中央投資的最大額度。目前，兩個項目均已建成投產運行，每年處理27萬噸糞污，及秸稈等機廢棄物5.45萬噸，有利于減少10多萬噸二氧化碳排放，并年產生物天然氣約1438萬立方米，產品主要用于周邊農戶供氣、企業自用和提純后并入城鎮燃氣管網，此外，也用于車用燃氣、罐裝銷售及發電并入國家電網。同時，每年生產的12萬噸固體有機肥、56萬噸沼液，均作為優質有機肥料可供周邊10萬畝農田使用。單從生物天然氣和有機肥生產，每年可帶來直接經濟收入約1.36億元收益[9]。建議以農村沼氣轉型升級為契機，結合前期規模化生物天然氣工程建設經驗，科學穩步開展以秸稈為主要原料的規模化生物天然氣工程建設。通過混合使用畜禽糞污、農村生活垃圾、農產品加工廢棄物、餐廚垃圾等農業農村廢棄物；不僅能解決原料收集成本高，不能持續提供等問題，而且通過處理農村其他廢棄物，還有助于克服厭氧消化過程中微量元素的缺乏，實現多種底物的協同效應，進而提高產氣量，解決發酵效率不高的問題。此外，規模化生物天然氣工程對于提高工程的產業化程度，形成完整的產業鏈條大有裨益。

3.2 優化工程運行管理模式

秸稈沼氣工程作為一項能源工程，必須要與社會的發展保持一致，要徹底改變傳統的經營管理模式，逐漸向專業化、企業化、產業化方向發展，通過實行專業化的崗位責任制和CDM管理機制[10]，對沼氣生產、沼氣工程產品的銷售等進行規范，促進整個行業實現規范化發展。通過大力支持技術水平高、資金實力強、誠實守信的企業參與規模化沼氣項目建設和管理，以專業化企業為主體，依照市場機制投資參與工程建設，進行原料收集、工程運行管理、終端產品銷售利用為一體的全產業鏈運營[11]。積極探索碳排放權交易機制，鼓勵專業化經營主體完善沼氣碳減排方案，開展碳排放權交易試點。同時，隨著秸稈沼氣工程的不斷推進，逐步建立完整的市場營銷推廣體系，通過對沼氣產品的推廣和宣傳，鼓勵農戶改變傳統的粗放式生產生活方式，特別是邊遠農村，更加需要加強宣傳，通過利用價格低廉的沼氣產品改變村民的生活質量。

3.3 完善支撐政策

一是制定政策，籌措財政資金引導和支持秸稈綜合利用，加大對秸稈焚燒的處罰力度。二是為確保沼氣工程原料充足，加大農業廢棄物收儲運各環節及項目的支持力度，積極探索建立秸稈收儲運機制，降低原料收集成本。三是完善對沼氣沼肥等終端產品補貼政策，積極推進沼氣和沼氣發電產品無障礙并入燃氣管網及電網并享受相關補貼，鼓勵農村居民、新型農村經營主體等使用農業廢棄物資源化生產的有機肥。四是積極推動將沼氣發酵、提純、運輸等相關設備納入農機購置補貼目錄。五是爭取得到相關部門，在用地、用水、用電、稅費、信貸等方面給予秸稈沼氣化企業優惠政策，減少企業生產經營成本[4]。

4 總結

四川作為全國農業大省，具有豐富的農作物秸稈資源。秸稈沼氣化不僅能實現秸稈等農業廢棄物的無害化處理，控制秸稈焚燒帶來的環境污染，減輕溫室氣體的排放，而且能實現農業廢棄物的資源化利用。但四川已建成的秸稈集中供氣工程存在原料收集運輸成本高，規模小，產業化程度不高等問題，導致工程虧損嚴重，無法持續運行。隨著農村沼氣工程轉型升級的穩步推進，秸稈沼氣工程勢必朝著規模化大型沼氣工程和規模化天然氣工程轉型升級，從而推動秸稈沼氣產業的快速發展，推進循環生態農業發展，改善農村人居環境，促進農民增收節支。