淺談農(nóng)作物秸稈制生物天然氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景

文_郭晨星 徐萬朋 中節(jié)能資本控股有限公司

生物質(zhì)能的開發(fā)利用是目前可再生能源領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。生物質(zhì)是光合作用形成的有機(jī)體，是由太陽能通過轉(zhuǎn)化為化學(xué)能并貯存在生物質(zhì)中的能量形式。生物質(zhì)能是一種潔凈的可再生能源，是可以替代化石能源，并轉(zhuǎn)化成燃料和其它化工原料的資源。

國際上已經(jīng)將生物質(zhì)能作為發(fā)展新型能源的重點(diǎn)。其中，農(nóng)作物秸稈作為生物質(zhì)主要的原材料之一，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中起到了至關(guān)重要的作用。但目前針對農(nóng)作物秸稈綜合利用率以及綜合利用的前景存在疑問，因此本文從農(nóng)作物秸稈資源化利用背景的角度出發(fā)，結(jié)合農(nóng)作物秸稈資源化相關(guān)技術(shù)與發(fā)展的介紹，分析了農(nóng)作物秸稈制生物天然氣技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的前景。

1 生物質(zhì)能資源介紹

生物質(zhì)能資源包含多種多類，我國生物質(zhì)能資源十分豐富，預(yù)計(jì)到2030年，中國的生物質(zhì)能資源將達(dá)到4900 億tce。中國主要利用和開發(fā)的生物質(zhì)資源為生物質(zhì)廢棄物，主要以農(nóng)作物秸稈為主。

2 農(nóng)作物秸稈資源現(xiàn)狀

秸稈通常是指小麥、水稻、玉米以及其它的農(nóng)作物在收獲后的其余部分。中國的秸稈資源的主要來源為水稻、玉米、小麥這3 大糧食作物。根據(jù)《國際統(tǒng)計(jì)年鑒2018》等相關(guān)資料中的數(shù)據(jù)顯示，2018年全球水稻、玉米、小麥的總產(chǎn)量分別約為7 億t、8 億t、6 億t，我國玉米、小麥的水稻總產(chǎn)量分別約為2億t，1.8 億t，1.2 億t，三者總產(chǎn)量位列全球第一。由此可見，中國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，具有豐富秸稈來源，是世界上秸稈資源量最豐富的國家之一。

3 農(nóng)作物秸稈資源化利用現(xiàn)狀

農(nóng)作物秸稈作為一種可循環(huán)利用的資源，中國每年大約生產(chǎn)6～8 億噸農(nóng)作物秸稈。農(nóng)作物秸稈的生物能源潛力約為4.02億tce。秸稈資源化利用的方式主要包括以下幾種：能源化利用、飼料化利用、肥料化利用以及原料化利用。其中，約21%的秸稈用于能源化利用，約20%的秸稈用于飼料化利用，約36%的秸稈用于肥料化利用，約3%的秸稈用于原料化利用，剩余約20%的秸稈則被廢棄焚燒。由此可見，雖然目前有多種途徑將農(nóng)作物秸稈資源化利用，但是由于秸稈資源利用率不高，導(dǎo)致大部分的秸稈直接丟棄或焚燒。

在農(nóng)作物秸稈多種利用的方式中，秸稈能源化利用相比于其他方式來說，更具備產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的條件：一是國家及地方政策的支持，鼓勵農(nóng)作物秸稈能源化利用，緩解能源短缺、環(huán)境污染的局面；二是在技術(shù)手段上的不斷創(chuàng)新，隨著國外技術(shù)與國內(nèi)技術(shù)的互相彌補(bǔ)和融合，農(nóng)作物秸稈能源化利用的效率將得到進(jìn)一步提高；三是投資回報(bào)模式清晰以及政府補(bǔ)貼，更有利于吸引資金方投資相關(guān)類型的項(xiàng)目。

4 農(nóng)作物秸稈制生物天然氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的意義

4.1 防止環(huán)境污染加劇，推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)

通過農(nóng)作物秸稈資源化利用，一是能夠緩解秸稈露天焚燒的情況，減輕秸稈焚燒對環(huán)境的污染；二是通過秸稈綜合利用，將生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)納入經(jīng)濟(jì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)鏈條中，能夠帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)。

4.2 滿足居民生活需求，培育農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展新動能

農(nóng)作物秸稈通過發(fā)酵工藝制取并提純的生物天然氣可用于集中供氣供暖，滿足炊事采暖用能等需求。發(fā)酵后的沼渣可用于生產(chǎn)生物有機(jī)肥。有機(jī)肥富含有機(jī)質(zhì)、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)，能起到很好的改良土壤的作用，提高農(nóng)作物產(chǎn)品附件價(jià)值，產(chǎn)生巨大的綜合帶動效應(yīng)。

4.3 符合國家產(chǎn)業(yè)扶持政策，開創(chuàng)新的項(xiàng)目投資點(diǎn)

中國環(huán)保裝備制造已經(jīng)是中國環(huán)保行業(yè)領(lǐng)域的重點(diǎn)投資領(lǐng)域之一。農(nóng)作物秸稈制生物天然氣的產(chǎn)業(yè)前景開闊，同時(shí)涉及的裝備如果能夠從國外引進(jìn)到國內(nèi)進(jìn)行國產(chǎn)化改造和生產(chǎn)，將成為環(huán)保投資領(lǐng)域的另一個(gè)重點(diǎn)投資方向，助推環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

5 農(nóng)作物秸稈制生物天然氣關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀

5.1 農(nóng)作物秸稈制生物天然氣關(guān)鍵技術(shù)介紹

我國傳統(tǒng)農(nóng)作物秸稈發(fā)酵工藝為濕式發(fā)酵工藝，但由于濕式發(fā)酵工藝耗能高、處理干物質(zhì)的成本高等一系列因素，限制了其適用范圍和地域。而歐美國家主要采用干式發(fā)酵工藝，并已形成規(guī)模化和模塊化的運(yùn)營。

相比于濕式發(fā)酵工藝而言，干式發(fā)酵工藝在處理含固量較高的原材料方面更具備優(yōu)勢，例如玉米秸稈。玉米秸稈具備高豐度和高能量，是生物能源領(lǐng)域的一種有前途的基質(zhì)，我國的玉米秸稈年產(chǎn)量約為3 億t，且玉米秸稈相對于水稻秸稈和小麥秸稈的產(chǎn)量逐漸增大。但是因?yàn)橛衩捉斩挼哪举|(zhì)纖維素基質(zhì)不能很有效地被厭氧消化，因此目前在工業(yè)規(guī)模的沼氣廠中的應(yīng)用非常有限，導(dǎo)致玉米秸稈通常被廢棄并且經(jīng)常在露天場所燃燒。但通過干式發(fā)酵工藝的處理，玉米秸稈能夠發(fā)揮其優(yōu)勢，并可在工業(yè)規(guī)模的沼氣廠中應(yīng)用。另外，發(fā)酵處理后的沼渣可以加工成為高品質(zhì)有機(jī)肥，產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

5.2 農(nóng)作物秸稈制生物天然氣關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國大部分生物質(zhì)沼氣工程之依然在采用傳統(tǒng)濕式發(fā)酵工藝的原因主要有以下3 點(diǎn)：①原料獲取方面。相比于收儲秸稈所面臨的各種不確定性，各大型養(yǎng)殖場面臨糞污排放的環(huán)保壓力，對建設(shè)糞污資源化利用項(xiàng)目的需求明顯。因此，國內(nèi)生物質(zhì)沼氣項(xiàng)目一般傾向于與大型養(yǎng)殖場捆綁合作，解決養(yǎng)殖場環(huán)保問題的同時(shí)也獲得較為穩(wěn)定的糞污供給。②原料含水量方面。國內(nèi)絕大多數(shù)養(yǎng)殖場目前還未對糞污干濕分離，因此排放的糞污含水量較高，一般在80%以上，更適合濕式發(fā)酵工藝。③設(shè)備成本方面。干式發(fā)酵工藝的裝備主要來自于國外，進(jìn)口到國內(nèi)的成本過高，導(dǎo)致項(xiàng)目投資成本過大。

在處理秸稈等含固量較高的材料方面，干式發(fā)酵工藝的優(yōu)勢明顯，值得推廣并采用。盡管目前中國在原料收集等方面尚未形成成熟的機(jī)制和干式發(fā)酵工藝設(shè)備成本過高，但隨著更多專家學(xué)者加強(qiáng)對干式發(fā)酵工藝的研究，包括對工藝環(huán)節(jié)中各個(gè)配比系數(shù)的優(yōu)化、政策的不斷完善以及設(shè)備升級和本土化改造等方式，干式發(fā)酵工藝將不斷地在全國范圍內(nèi)應(yīng)用，從而推動生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)社會綠色發(fā)展。

6 結(jié)語

面對我國近年來能源需求的緊迫形勢，發(fā)展生物天然氣產(chǎn)業(yè)一是促進(jìn)優(yōu)化天然氣供給結(jié)構(gòu)，發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)；二是發(fā)展生物天然氣，可作為天然氣資源的一大重要補(bǔ)充，有利于補(bǔ)齊目前天然氣供需不足的問題；三是推進(jìn)農(nóng)作物秸稈制生物天然氣技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，有利于推進(jìn)生物質(zhì)能升級，加強(qiáng)可再生資源在天然氣領(lǐng)域的應(yīng)用，進(jìn)而開辟新的投資增長領(lǐng)域。當(dāng)然，開展農(nóng)作物秸稈制生物天然氣離不開技術(shù)的不斷優(yōu)化和提升，但中國針對秸稈利用的技術(shù)創(chuàng)新較少，相比于歐洲和美國等國家，技術(shù)還存在不足，因此合理引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)將有助于進(jìn)一步促進(jìn)農(nóng)作物秸稈的利用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

農(nóng)作物秸稈制生物天然氣利用符合國家產(chǎn)業(yè)政策，市場前景廣闊，具有明顯的環(huán)境、社會、經(jīng)濟(jì)效益。通過設(shè)備不斷提升和改進(jìn)，在保障技術(shù)優(yōu)勢的同時(shí)，將進(jìn)口設(shè)備國產(chǎn)化，進(jìn)口技術(shù)本土化，從而加快生物質(zhì)能綜合利用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的步伐。