以畜禽糞便與秸稈制取生物天然氣碳減排分析

關鍵詞：畜禽糞便；秸稈；生物天然氣；碳減排量；經濟效益

0 引言

隨著生活水平的提高，我國居民消費需求推動了畜牧業的快速發展，隨之產生的畜禽糞便造成環境污染問題不斷加劇，不僅成為制約畜牧業可持續發展的重要因素，也讓環境保護問題面臨較大考驗[1]。國家相關部門發布了《關于加快推進畜禽養殖廢棄物資源化利用的意見》《關于促進畜牧業高質量發展的意見》和《減污降碳協同增效實施方案》等政策，促進畜牧業綠色發展。北方地區秸稈產量較大，由于沒有有效的處理方式，常常被就地焚燒，出現生態環境與火災等問題，北方多地區出臺禁燃規定的同時，也在探索秸稈的綜合利用。

以畜禽糞便與秸稈為原料的生物天然氣項目，多種原料配比的混合發酵保證了系統的穩定運行，既減少了畜禽糞便與秸稈對環境的污染，實現了資源化利用，又產生零碳燃氣及有機肥料，可替代化石燃料與肥料，具有明顯的減污降碳效果[2]。在解決我國能源短缺問題的同時，可以優化能源結構，助力國家“雙碳”工作，發展意義重大[3]。

1 碳減排方法學進展

截至目前，我國的碳抵消機制發展經歷了3個階段，即清潔發展機制（CDM）項目階段、國家發展和改革委員會管理自愿核證減排（CCER）階段、生態環境部管理CCER階段，對應的碳減排方法學變化也較大。

1.1 CDM項目階段

1997年12月，《聯合國氣候變化框架公約》第3次締約方大會在日本京都召開，通過了旨在限制發達國家溫室氣體排放以抑制全球變暖的《京都議定書》，并設計了減排溫室氣體的3個合作機制，即國際排放貿易機制（IET）、聯合履行機制（JI）和清潔發展機制（CDM），形成了國際碳排放權交易體系的雛形。

CDM項目對發展中國家意義重大，允許發達國家通過資金支持或者技術援助等形式，與發展中國家開展減少溫室氣體排放的項目開發與合作，取得相應的減排量，這些減排量被核實認證后可用于該簽署國履約。

2004年5月，國家發展和改革委員會發布《清潔發展機制項目運行管理暫行辦法》，加強對CDM項目活動管理，采用CDM的碳減排方法學核算項目減排量，參與國際碳交易。

從2013年開始，隨著《京都議定書》中2008—2012年第1階段的結束，歐盟規定2013年后將嚴格限制減排量大的CDM項目進入歐盟碳交易體系，并且只接受最不發達國家新注冊的CDM項目，我國CDM注冊項目數量呈斷崖式減少，在2017年之后沒有出現新注冊的CDM項目，表示我國CDM項目階段的結束。

1.2 國家發展和改革委員會管理CCER階段

2012年國家發展和改革委員會借鑒《京都議定書》中的CDM項目，發布《溫室氣體自愿減排交易管理暫行辦法》《溫室氣體自愿減排項目審定與核證指南》，建立了我國CCER交易機制，確定了CCER工作流程。2015年1月，國家發展和改革委員會上線自愿減排交易信息平臺，對CCER交易采取備案管理，通過國家自愿減排交易信息平臺進行審定、注冊、簽發的公示，簽發后的CCER可進入交易所進行交易。

國家發展和改革委員會先后公布了12批共200個國家溫室氣體自愿減排方法學，包括電力、交通、化工和建筑等30多個領域。

2017年3月，國家發展和改革委員會發布公告，稱由于在《溫室氣體自愿減排交易管理暫行辦法》施行過程中存在溫室氣體自愿減排交易量小、個別項目不夠規范等問題，暫緩受理溫室氣體自愿減排交易方法學、項目、減排量、審定與核證機構和交易機構備案申請。

1.3 生態環境部管理CCER階段

2023年10月19日，生態環境部、國家市場監督管理總局發布《溫室氣體自愿減排交易管理辦法（試行）》，為全國CCER市場重啟提供了制度依據和法律保障，其中提出“生態環境部負責組織制定并發布溫室氣體自愿減排項目方法學等技術規范，作為相關領域自愿減排項目審定、實施與減排量核算、核查的依據”，明確以前國家發展和改革委員會發布的碳減排核算方法學已經不適用[4]。

2023年10月24日，生態環境部印發4個碳減排方法學：《溫室氣體自愿減排項目方法學 造林碳匯（CCER-14-001-V01）》《溫室氣體自愿減排項目方法學 并網光熱發電（CCER-01-001-V01）》《溫室氣體自愿減排項目方法學 并網海上風力發電（CCER-01-002-V01）》《溫室氣體自愿減排項目方法學 紅樹林營造（CCER-14-002-V01）》[5]。發布的4個方法學明確了造林碳匯、并網光熱發電、并網海上風力發電及紅樹林營造等項目開發為溫室氣體自愿減排項目的適用條件、減排量核算方法、監測方法和審定與核查要點等。

2 項目碳減排核算方法分析

2.1 項目生產工藝

以畜禽糞便與秸稈為原料的生物天然氣項目，收集的畜禽糞便與秸稈經預處理后進入厭氧發酵罐進行發酵，然后沼氣經凈化提純后，部分自用、部分并入市政管網。發酵的固體與液體分別生產固體有機肥與液體有機肥。生產工藝如圖1所示。

2.2 項目碳減排情況

項目在整個運行過程中，涉及的碳減排可能包括3部分：畜禽糞便收儲碳減排[6]、生物天然氣替代化石天然氣碳減排[7]和生物肥替代化肥碳減排。

2.2.1 畜禽糞便收儲碳減排

項目建設前，畜禽養殖企業均為規模化養殖，糞便收集比較集中。如果沒有該項目，后續畜禽糞便可能用于堆肥，會產生甲烷等非二氧化碳溫室氣體。項目建設后可避免該部分溫室氣體的產生，存在減排量。

2.2.2 生物天然氣替代碳減排

項目生產的生物天然氣并入市政燃氣管網，替代化石天然氣。生態環境部2022年編制的《全國碳市場百問百答》[8]，明確提出“除航空飛行活動要求報告可持續航空燃料的消耗量和減排量數據外，其他行業企業不要求報告生物質燃料燃燒的排放數據”，生物天然氣不核算燃燒產生的溫室氣體量，化石天然氣需要核算燃燒產生的溫室氣體量，因此生物天然氣替代化石天然氣存在減排量。

2.2.3 生物肥替代化肥碳減排

生物有機肥替代化肥，從替代本身來講是減排的，但生物有機肥的替代使用受地區氣候、施肥方式、施肥對象和施肥前后土壤固碳量等因素的影響。生態環境部制定方法學考慮的因素包括減排機理清晰、數據質量有保障、可以實現有效監管等。雖然生物肥替代化肥在部分項目或地區會產生減排量，由于數據難以監測、減排量難以核算，不符合生態環境部目前對減排量測算的要求，因此短期內出臺生物肥替代化肥的減排方法學的可能性較小。

2.2.4 項目碳減排情況

以畜禽糞便與秸稈為原料制取生物天然氣項目的碳減排，可核算的減排量包括2部分：畜禽糞便收儲碳減排和生物天然氣替代碳減排。

2.3 項目邊界

項目邊界包括畜禽糞便堆肥場所、原料收集點到生物天然氣生產場所的運輸系統、生物天然氣生產場所。項目邊界包含項目可能使用的能源包括汽油、柴油、電力等。溫室氣體排放或減排源包括邊界內能源使用產生的二氧化碳排放、避免的甲烷排放、生產過程甲烷逸散及替代化石天然氣產生的碳減排等，項目邊界如圖2所示。

2.4 溫室氣體排放源

項目邊界內選擇或不選擇的溫室氣體種類及排放源如表1所示。

2.5 減排量計算適用公式

項目減排量核算方法主要參考國家發展和改革委員會發布的相關減排量核算方法。雖然這些方法學已經廢止，但這些方法學當時沿用的是CDM項目框架，這個框架也是行業內通用的方法學框架，對于減排量的核算仍有指導意義。

2.5.1 畜禽糞便收儲減排

畜禽糞便收儲的碳減排，主要包括堆肥過程CH4與N2O排放、畜禽糞便從養殖場運輸到項目所在地的運輸排放。參考的方法學包括《畜禽糞便堆肥管理減排項目》（AMS-III.B-CMS-082-V01）[9]、《通過多個地點的糞便收集后進行收儲減排溫室氣體項目》（AM0073-CM-086-V01）[10]、《動物糞便管理系統甲烷回收項目》（AMS-III.D-CMS-021-V01）[11]等。

2.5.2 生物天然氣替代碳減排

生物天然氣替代的碳減排，主要包括替代的化石天然氣燃燒產生排放、生物天然氣生產過程排放。參考的方法學包括《利用糞便管理系統產生的沼氣制取并利用生物天然氣溫室氣體減排方法學》（CM-107-V01）[12]、《向天然氣輸配網中注入生物甲烷》（CM-017-V01）[13]。

3 典型案例

以河南省蘭考縣儀封生物質制氣項目為研究對象，提出適用的減排方法學計算項目的碳減排量，并對該項目減排經濟效益進行估算。

3.1 項目概況

河南省蘭考縣儀封生物天然氣項目，位于河南省開封市蘭考縣儀封鄉，是中國電力建設集團有限公司自主投資、設計、建設和運營全過程覆蓋的首個生物天然氣項目。項目采用CSTR（完全混合厭氧反應器發酵）、PSA（變壓吸附）技術工藝，主要的設備包括發酵罐及壓縮設備、生產過程用電裝置等。項目達產后每年可處理雞糞4.3萬t、奶牛糞6.5萬t、豬糞9.6萬t；年并網生物天然氣912.5萬Nm3，生產固體有機肥3.2萬t、液態有機肥5萬t。

項目主要建筑物有原料堆場、糞污池、厭氧發酵罐區、凈化提純裝置、CNG壓縮站、沼液存儲池、固液分離及有機肥車間、有機肥中轉站、秸稈粉碎車間、鍋爐房、水泵房和綜合樓等。項目自2020年3月開始建設，2021年6月開始投料，2021年12月項目所生產的天然氣并入市政燃氣管網。

3.2 項目減排量計算

3.2.1 畜禽糞便收儲碳減排

（1）堆肥過程中CH4與N2O排放。堆肥過程中CH4與N2O減排量15470tCO2e，計算結果如表2所示。其中，CH4與N2O的全球增溫潛勢來源于聯合國政府間氣候變化專門委員會（IntergovernmentalPanelonClimateChange，IPCC）第五次報告[14]。

（2）原料運輸排放。按照柴油運輸車輛核算排放。原料運輸排放為443tCO2e，計算結果如表3所示。其中，柴油排放因子來源于《陸上交通運輸企業溫室氣體排放核算方法與報告指南（試行）》[15]。

（3）畜禽糞便收儲的減排量。畜禽糞便收儲部分的減排量為15027tCO2e，計算結果如表4所示。

3.2.2 生物天然氣替代減排

項目年并網的生物天然氣912.5萬Nm3、年用電量1150萬kW·h，建設有天然氣壓縮裝置，有增壓站1套、管線（逆止閥）1套，計算得到生物天然氣替代減排量為10884tCO2e。計算過程如表5所示。電力排放因子采用全國平均電網排放因子0.5703tCO2/（MW·h），根據《中國石油天然氣生產企業溫室氣體排放核算方法與報告指南（試行）》[16]中提供的天然氣逃逸與工藝放空缺省值計算CH4泄漏量。

3.2.3 項目碳減排小計

以畜禽糞便與秸稈為原料制取生物天然氣的項目年減排量為25911tCO2e，各項計算結果如表6所示。

3.3 項目減排經濟效益分析

按照CCER平均交易價格100元/tCO2e測算的以畜禽糞便與秸稈為原料的生物天然氣項目潛在的年經濟效益259.11萬元。

3.4 項目面臨問題

截至目前，項目未滿負荷生產，主要由于畜禽糞便與秸稈為項目的主要原料，項目建設前，當地畜禽糞便與玉米秸稈處于無序處理狀態，對當地生態環境造成較大影響。項目投產后當地種植戶與養殖戶抬高價格，導致原料的收儲困難，嚴重影響項目的正常生產。雖然國家已經出臺多個政策推動有機肥的施用，但國內對有機肥的認知有限，有機肥在當地得不到用戶的認可，銷售壓力較大，影響項目的正常運行。由于原料端、產品端都出現問題，項目的生產不穩定。同時由于畜禽糞便減排、生物天然氣替代的相關碳減排方法學尚未明確，企業無法獲取收益，面臨較大的經濟壓力。

4 結束語

（1）本研究通過分析以畜禽糞便與秸稈為原料的生物天然氣項目的基準線和項目活動碳排放，提出項目在整個運行過程中涉及的碳減排可能包括3部分：畜禽糞便收儲碳減排、生物天然氣替代化石天然氣碳減排和生物肥替代化肥碳減排。根據生態環境部對減排量測算的要求，包括減排機理清晰、數據質量有保障、可以實現有效監管等，以畜禽糞便與秸稈為原料的生物天然氣項目可核算的碳減排包括2部分：畜禽糞便收儲碳減排和生物天然氣替代化石天然氣碳減排。

（2）在國家發展和改革委員會發布的碳減排核算方法學不適用的情況下，參考生態環境部最新發布的碳減排核算方法學框架、結合項目實際情況，提出項目適用的減排量計算方法，包括基準線計算、排放量計算、減排量計算。

（3）以中國電力建設集團有限公司的河南省蘭考縣儀封生物天然氣項目為典型案例進行計算，對于年并網生物天然氣912.5萬Nm3的生物天然氣項目，畜禽糞便收儲、生物天然氣替代化石天然氣的年碳減排量合計25911tCO2e，根據CCER價格測算得到項目潛在的年減排經濟效益259.11萬元。

（4）雖然項目可以減少畜禽糞便與秸稈對環境的污染，實現資源化利用，具有明顯的減污降碳效果，但由于原料收儲、有機肥銷售等問題，項目運行不穩定，企業面臨較大的經濟壓力。建議政府部門協助解決原料收儲、有機肥銷售問題，同時生態環境部盡快推出適用的碳減排方法學，讓企業獲得碳減排收益，促進行業健康穩定發展。