生物天然氣產業叫好又叫座

■本刊記者 劉光林/ 編輯 王睿佳

當鄉村不再有牲畜糞便帶來的惱人氣味，不再有焚燒秸稈造成的滾滾濃煙……綠水青山環繞下的鄉野阡陌何嘗不是一幅幅人間美景。

發展生物天然氣產業，既能解決農業發展用能問題，又可化解農村環境保護問題，已成為推動農村能源革命、助力鄉村振興的重要發力點和關鍵突破口。

生物質能開發叫好不叫座

生物質能源是自然界中有生命的動植物所提供的能量，當然，追根溯源的話，生物質能與其他類型能源一樣，均來自太陽的能量。有人說，生物質能源是最具鄉村特色的能源。

“雖說統計口徑不同，我國生物質資源接近10億噸標準煤這一判斷是被廣泛接受的。”朱洪光，上海林海雙碳生態研究院院長、同濟大學生物質能源研究中心主任，在生物質能研發領域已經深耕20 多年。他在2023 碳中和·零碳中國峰會上向大家介紹，在已知的可再生能源類型中，生物質能源是唯一可以被存儲的，同時生物質材料來源比較穩定，而且具備可再生的優點，所以說開發生物質能這一領域在新能源界被廣泛看好。

2022 年，我國能源消費總量為54.1 億噸標準煤。可見，如果將10 億噸標準煤的生物質能源開發好、利用好，對于提升我國能源安全保障能力、優化能源結構、助力實現“雙碳”目標一定是大有裨益的。

然而，受多重因素制約，生物質能發展叫好但不叫座。

在國家能源局2023 年二季度新聞發布會上，國家能源局新能源和可再生能源司副司長王大鵬介紹，截至2023年一季度末，全國可再生能源發電裝機容量為12.58 億千瓦，其中生物質能源發電裝機容量為4195萬千瓦，占比僅為3%。

朱洪光認為，制約生物質能源開發的因素大致包括四個方面。

第一個方面是，生物質能源的能量密度比較小，熱值比較低，轉化規模難以提升。以農田秸稈為例，其能量體積比與煤炭的能量體積比相比僅為1/20。如果建同樣裝機容量的火電廠，秸稈電廠的占地面積一定遠大于燃煤電廠，秸稈電廠要求的儲存和加工空間更大。

第二個方面是，生物質能源的原料來源和成分比較復雜，開發路徑繁多，難成規模。以生物質為原料或燃料，可以發電、生產乙醇和沼氣，也可以做成型燃料，其中大部分技術路徑難以同時消納不同種類的生物質原料，對于規模化開發生物質能源存在障礙。

第三個方面是，處理生物質原料所含的高氮、高磷成分的經濟性問題。生物質中富含的氮、磷等元素，是農作物所需肥料的主要成分，但其中所含比例與化肥相比太低，與環境承載能力相比又太高，因此在生物質能開發過程中對氮和磷的處理是一筆不劃算的經濟賬。

第四個方面是，生物質原料的供應主體高度分散，來源包括農業、工業、市政等各個領域，特別是農業生物質原料更是來自千家萬戶，導致收購和運輸成本十分高昂，同樣拉高了生物質能源的開發成本。

“上述因素疊加在一起，導致生物質能源的發展現狀與其自身蘊藏的潛力極其不匹配。”朱洪光總結道。

發展生物質能源的不二選擇

生物質開發利用形式多種多樣，如發電、供暖，以及制造生物天然氣和液體燃料等。

“生物天然氣作為生物質能發展的重要方向，有一個非常內在的邏輯，可以突破前面提到的幾個瓶頸制約。”朱洪光表示。

生物天然氣是以農作物秸稈、禽畜糞污、餐廚垃圾、農副產品加工廢水等各類城鄉有機廢棄物為原料，通過厭氧發酵生成沼氣并經過凈化提純產生的綠色低碳清潔可再生的天然氣。

“不像發電和制造生物乙醇那樣對生物質燃料和原料品質有很高要求。”朱洪光介紹，“生產生物天然氣的核心技術是厭氧發酵技術，只需要這一種技術就可以處理所有的有機廢棄物，而不必為處理不同種類的生物質原料去建設多種處理設施。”

“厭氧發酵技術的另一個優點是，全過程都處在一個密閉空間內，避免了轉換過程中的原料和能量損耗，并且對環境也十分友好。”朱洪光接著介紹，此外，生物天然氣生產設施的體量還比較靈活，可大可小，能夠在村鎮范圍內建設，這樣就可以突破能量密度的問題。“同時，生物天然氣產業還是一種潛在的負碳產業，它順應能源轉型方向，通過替代化石能源、處理農林廢棄物、打造循環農業等來實現減碳降碳。”

“以餐廚垃圾為例進行比較，分別對其采取直接填埋、堆肥、制作沼氣以及其他方式進行處理，結果顯示，碳足跡最小的是采用厭氧發酵技術制作沼氣的處理方式。”同樣在2023 碳中和·零碳中國峰會上，瑞典環境科學研究院中國代表處高級項目經理王瑞，通過一張圖表向大家說明了生物天然氣技術的減碳效益。

“多種優勢的存在，讓發展生物天然氣成為生物質能利用的不二選擇。”朱洪光給出自己的判斷。

在國外，生物天然氣已經得到十分充分的開發利用。比如瑞典，一個僅有千萬人口的小國，卻坐擁281 座生物天然氣工廠。王瑞介紹，瑞典生產生物天然氣的原料與我國有所不同，他們早期開發生物天然氣只是為了處理污水處理廠的污泥，后續才不斷把養殖場的禽畜糞污以及餐廚垃圾也納入進來。“整個歐盟也非常重視生物天然氣的發展，他們規劃到2030 年把產量提升到350億立方米。”

生物天然氣已有產業化探索

對于生物天然氣開發，我國早有規劃。

2019 年印發的《關于促進生物天然氣產業化發展的指導意見》提出，到2025年生物天然氣年產量超過100 億立方米，到2030 年生物天然氣年產量超過200億立方米。

《“十四五”現代能源體系規劃》和《“十四五”可再生能源發展規劃》均明確，在糧食主產區和畜禽養殖集中區統籌規劃建設生物天然氣工程，統籌規劃建設千萬立方米級生物天然氣工程。《“十四五”可再生能源發展規劃》還明確提出，在河北、山東、河南、安徽、內蒙古、吉林、新疆等有機廢棄物豐富、禽畜糞污處理緊迫、用氣需求量大的區域，開展生物天然氣示范縣建設，每縣推進1—3 個年產千萬立方米級的生物天然氣工程。

地處安徽省西北部的阜南縣，是一個農牧大縣，每年產生約140萬噸農作物秸稈、200萬噸禽畜糞污，日產生活垃圾20噸，顯然符合開展生物天然氣示范縣建設的全部條件。由朱洪光團隊提供技術支持的林海生物天然氣工程項目便坐落于此。

“實際上，技術的進步已經讓生物天然氣產業化發展成為現實了。”朱洪光指著屏幕上的實景圖片介紹，“不同于農村早期分散建設的小沼氣池，這是我們在安徽阜南建設的生物天然氣工程，是標準化的生物化工工廠。”

該項目以國內首創全縣域站田式全量化先進處理方式為支撐，按照“8+1 站田式”模式，在阜南全縣布局8 個生物天然氣生產站和1 個中心站，并鋪設接近300千米的主干管網。中心站統籌調度8個生產站點生產的生物天然氣，實現縣城及全縣城鄉的燃氣供應全覆蓋。

“養出來的新能源，種出來的天然氣。”這句話道出了社會各界對阜南縣生物天然氣工程項目發展成效的認可。如今，安徽省阜陽市已經完成《阜陽市生物天然氣產業中長期發展規劃（2021～2030 年）》初稿的編制，并征求了全市各縣市區政府和市直有關單位的意見，以在全市推廣“阜南模式”，發展生物天然氣產業，有力推進農業綠色可持續發展。

“工程總投資15 億元，分兩期建設，可以解決20 萬噸秸稈、177 萬頭豬的糞污處理當量，年生產20 萬噸農作物肥料、5000 萬立方米天然氣。”朱洪光用設問方式繼續介紹，5000 萬立方米是什么概念？這只是一個縣的年產量，全國有2800 多個縣級行政區，也就是說每年應該有大約1400 億立方米的生物天然氣替代潛力，而當前我國天然氣年消費量是3600 多億立方米。“這是一個非常大的比例，對國家能源需求是一個很大的支撐。”

王瑞供職的瑞典環境科學研究院是一家研究和咨詢機構，其業務之一就是為生物質項目做開發潛力分析。今年，瑞典環境科學研究院將一套移動式中試設備引入我國，目前已經投入使用。該設備的主要功能是給有機廢棄物全規模利用項目做前期工作，包括開發潛力分析、反應條件測試，以及對比不同原料的生產效果等，可以為相關方后續大規模投入做更精細化設計與支撐。

生物天然氣叫好又叫座

如今的生物天然氣技術，已經不再是傳統制作沼氣的概念了。朱洪光用“從小舢板到航母”來比喻傳統沼氣項目到現在的生物天然氣工程項目的嬗變。

朱洪光介紹，從生產沼氣到開發生物天然氣，已經不是一個簡單的厭氧發酵技術在支撐了。阜南項目采用多維可控生物天然氣創新技術，運用站田式布局規劃，其中包括多元有機廢棄物協同發酵技術、產業能效優化的工程熱物理技術、全過程控制與數字化技術、沼氣燃氣梯度開發利用等，最終成功破解了傳統沼氣項目原料來源單一、供應不穩，以及產量隨季節波動、管理因人而異等不可控因素造成的產業化發展難題。

“在瑞典，有超過一半的沼氣被提純為生物天然氣后作為車用燃料。”王瑞介紹，這個國家的大部分公交車所使用的燃料都是生物天然氣。另外，他們還將沼氣液化后作為重卡的燃料，“加氣一次，可以跑1600公里”。

此外，生物天然氣項目已經不僅僅是一項新能源項目，它同時還能產出一部分新型材料。過去實施沼氣開發，最令人頭疼的就是沼液的處理，如今的技術條件下，沼液已經變身為一種新型材料來源，可以從中梯級提取甲烷、小分子碳肥、納米碳酸鈣、石墨烯導電材料。“所以，生物天然氣技術已經跳出傳統沼氣工程的理念。”朱洪光進一步介紹，生物天然氣項目的綜合效益包括環保服務、政府采購、燃氣及二氧化碳供應、有機肥銷售、碳基新材料生產、“綠電”生產與儲能、綠氫生產和碳交易等方面，能夠實現以開發新能源為中心的循環經濟和綠色經濟共同發展的效果。

另外，朱洪光還介紹了阜南生物天然氣工程項目在其他方面的經濟和社會效益。他表示，該項目生產的天然氣不僅能夠滿足本縣的消費需求，剩余部分還可以供應其他三線城市使用。縱觀該項目，它以20%的資金撬動了其他金融資本的踴躍參與，同時增加直接就業300多人，并間接帶動上千人實現就業，也推動了當地種植業和養殖業的快速發展。據測算，這一項目還可以實現每年70萬—80萬噸二氧化碳的減排量。

此外，朱洪光還透露，隨著新型能源體系的深入推進，生物天然氣產業開發又有了新的發展方向。通過生物天然氣生產設施可以將氫氣和二氧化碳進行反應并轉化為生物天然氣，這樣就可以依托天然氣管網實現遠距離輸送，能夠有效推進氫能輸、儲、運等難題的解決。他表示，未來還可以通過生物天然氣管網在縣域內實現氣電雙調峰功能，以提升整個能源系統的靈活性，助力新能源開發和“雙碳”目標順利實現。■