浅析天津地区生物质沼气的开发与利用

张凯 王东岳 康苏媛 边房 （天津市天人合环保技术研发中心 天津300451）

浅析天津地区生物质沼气的开发与利用

张凯 王东岳 康苏媛 边房 （天津市天人合环保技术研发中心 天津300451）

生物质沼气是国际公认的现代生物质能源。天津地区生物质资源利用率低且不合理。为了兼具能源开发和环境保护，生物质资源的沼气化利用势在必行。目前，天津地区的沼气产业主要发展3种模式，即户用沼气工程、“四位一体”模式和养殖小区建大中型沼气池。随着沼气技术的开发和利用，其生态、经济和社会效益日益突出。总之，生物质沼气的开发利用对天津地区统筹城乡社会经济发展，改善农村生产生活环境，改良农民生活方式，提高农民生活质量，实现农业可持续发展有重要意义。

生物质能 沼气 新能源 秸秆 畜禽粪便

近年来，随着化石能源的日益枯竭和环境恶化问题的日益严重，开发洁净的新能源已经成为全球紧迫的问题。为了应对日益严重的环境污染和能源危机，我国已在国家“十二五”规划中提出：“积极发展太阳能、生物质能和地热能等新能源”。在各种可开发利用的新能源中，生物质能是比较安全稳定的能源，也是仅次于石油、煤炭、天然气的第四大能源。生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，包括木材及森林工业废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物以及动物粪便等。[1]国家“十二五”规划中提出：“新能源产业重点发展生物质能”。由于生物质能兼具能源开发和环境保护的双重功能，其开发利用已经成为人们越来越关注的焦点。

生物质沼气是国际公认的具有科技环保创新前景的现代生物质能源，其技术升级已经在欧洲国家引发出新的“生物天然气”产业。[2]近年来随着政府对沼气项目的大力扶持，“十一五”期间，天津市已在武清、宁河、宝抵、蓟县建成了户用各类沼气模式4.96万户；大、中型畜禽养殖沼气工程50处；小型畜禽养殖沼气工程100处；污水净化沼气池示范工程100处。[3]“十二五”规划中也明确指出：“加强农村能源建设，大力发展沼气”。天津市大力发展生物质沼气，对优化能源结构、节能减排、改善农民生产生活条件、减少环境污染、促进农业结构调整、巩固生态环境建设成果和循环经济发展都具有重要意义。

1 生物质资源的不合理利用

我国生物质资源丰富，秸秆和农业加工剩余物蕴藏量10.53亿t，折标煤5.23亿tee；人畜粪便蕴藏量43.66亿t，折标煤17.29亿tee；林木生物质蕴藏量13.95亿t，折标煤7.97亿tee；能源植物蕴藏量2.28亿t，折标煤0.39亿tee。[4]据估算，我国农业生物质能资源每年可转化为能源的潜力近期约为5亿t标准煤，远期可达到10亿t标准煤以上。[5]天津市生物质能资源主要包括农作物秸秆、畜禽粪便、农产品加工副产品等，发展潜力巨大，空间广阔。2006年天津市农作物秸秆总产生量为255.44万t，畜禽粪便产生量高达627.64万t，2010年生物质能年开发总量达到4.50万t标准煤，有10余万农户、30余万人口直接受益。[3]

然而，目前生物质资源绝大多数被直接燃烧利用，生物质能的开发利用程度仅为1%。[6]据统计，天津市每年可产生秸秆180万t，但其利用率却不足1%。[7]表1给出了2007年天津地区和中国生物质燃烧各污染物的排放量。[8]根据田贺忠等[6]的研究，2007 年天津地区生物质燃烧排放的 NOx、SO2、CO、CO2、CH4和 PM分别为 5 096 t、610 t、307 213 t、4 812 609 t、10 882 t和17 923 t，分别占全国污染物排放总量的0.47%、0.35%、0.52%、0.51%、0.49%和0.5%。由此可见，生物质资源的焚烧会导致烟雾的发生，严重影响交通安全，引起地区或区域的环境污染。而大量生物质燃烧消耗，不仅破坏地表植被，造成水土流失，而且燃烧产生的污染物也成为导致大气污染和气候变化的重要原因。

表1 2007年天津地区和中国生物质燃烧各污染物的排放量

2 天津市发展生物质沼气的必要性

农村能源的持续利用和现代化是实现全面小康社会的重要环节。[9]生物质能是农村生活用能的主要组成部分，开发生物质能的现代化利用方式有利于提高农民生活水平、改善生态环境及缓解国家能源需求压力。目前，生物质能主要的转化利用技术详见表2。在各种转化利用技术中，农村户用沼气技术、养殖场沼气工程技术已经比较成熟，通过政府补贴等经济激励政策，实现了产业化应用；秸秆沼气技术正处于试点阶段，将实现产业化。[10]因此，沼气技术在在生物质资源的利用中具有很大的优势。国家“十二五”规划已将“建设户用沼气、小型沼气工程、大中型沼气工程和沼气服务体系”作为“新农村建设重点工程”。生物质沼气既是一种可再生的清洁能源，又可减少农村污染，同时也是农村生物质能源高效利用的一种重要方式，发展循环经济和保护环境的一个重要环节。

表2 生物质能转化利用技术

沼气技术是通过厌氧发酵将生物质资源如农业废弃物、水生与油料植物、城市和工业有机废弃物以及动物粪便等资源化利用，同时产生清洁的沼气，沼渣、沼液还可用于养殖业和种植业。截至2007年底，天津市年产沼气2 659万m3，其中农村户用沼气池567万m3，大中型沼气工程2 063万m3，畜禽粪便中小型沼气工程18.92万m3。[3]环境与能源效益是推动生物质沼气发展的主要动力。沼气工程能够收集厌氧发酵产生的沼气等，最大化地减少了温室气体的排放量。研究表明，2009年农村能源技术温室气体减排量为8 529 t CO2，农村户用沼气减排量占68.3%。据此测算到2020年，农村能源温室气体的减排潜力约为2.97亿t CO2，其中农村户用沼气占44.7%。[11]沼气工程也能够控制臭气的释放，杜绝了粪便肆意排放带来的环境污染。此外，产生了可利用的沼气能源和沼液、沼渣等有机肥料，也为缓解能源危机做出了贡献。

3 天津市生物质沼气的发展现状和综合效益

3.1 生物质沼气的发展现状

根据农业部《农业生物质能产业发展规划（2007—2015年）》所提出的战略目标：到2015年，建成规模化养殖场沼气工程8 000处，年产沼气6.7亿m3。国家发展和改革委员会发布的《可再生能源中长期发展规划》提出：到2020年，建成大型畜禽养殖场沼气工程10 000座、工业有机废水沼气工程6 000座，年产沼气约140亿m3。我国国家“十二五”规划中上述政策得到了进一步强化。

经过多年的研究开发，天津市的沼气产业主要发展3种模式：①结合村庄环境治理推广户用沼气工程，利用人畜粪便和生活垃圾解决生活能源；②“四位一体”模式，利用人畜粪便生产沼气和沼肥，为农户提供生活用能和生产用肥；③养殖小区建大中型沼气池，对小区内的粪便进行无害化处理。据统计，2007年底天津地区蓟县、宝坻、武清和宁河等农村户用沼气池保有量14 462户，其中使用户数14 360户，利用率为99%，总产气量已达567万m3。大型沼气工程共计5处，其中处理工业废弃物的3处（蓟县天津桂月集团、宁河天津泰达酒业总公司、宁河冠达实业总公司），总池容3.08万m3，年产沼气2 036万m3；处理农业废弃物的2处（宁河原种猪场、大港水蓝畜牧养殖有限公司），总池容0.11万m3，年产沼气27.25万m3。处理畜禽粪便的中小型沼气工程76处，总池容0.40万m3，年产沼气18.92万m3。以行政村为基本单元的生活污水净化沼气工程4处。[3]到2012年，天津市户用沼气达到30 000户，使全市六成以上的农村用上洁净的新能源。

3.2 生物质沼气的综合效益

随着生物质沼气技术的开发和利用，其功能效应日益显现，生态、经济和社会的良性循环日益协调。具体来说，沼气的功能效应集中体现在三大效益上：

一是生态效益。首先体现在生物质沼气能够替代农村传统能源，保护植被，减少水土流失，促进生态环境的恢复与改善。如蓟县在于桥水库地区建立的沼气池不仅有效保护了水库周边环境免遭污染，而且解决了农民生活用能问题，改善了农村卫生条件。[7]宁河原种猪场投入使用的沼气厌氧发酵池项目，日处理粪便脏水的能力可达到160 t，生产的沼气还可用于发电、做饭、照明。其次，开发利用生物质沼气能减少污染，净化大气。如静海区秸秆沼气工程生产的沼气供每户每天使用，有效的遏制了秸秆焚烧现象，每户每天可减少燃烧秸秆10 kg，减少大气污染。再次，沼肥（包括沼渣和沼液）能改良土壤，培肥地力，提高农业生态系统的生产力，加强农业生态系统的稳定性。如宁河原种猪场沼气厌氧发酵池项目产生的沼渣、沼液再用于农作物，最终排放的清水还可以用于灌溉农田、种花和养鱼。此外，沼气的生态效益还体现在它可生产无污染的绿色食品。

二是经济效益。生物质沼气能够促进天津市农村产业结构调整，拓展农民致富渠道，加快农业产业化的进程。使农民节省开支，增产增收，如2007年底天津市农村户用沼气池总产气量已达567万m3可形成年节约4 050 t标准煤的能力。[3]能延长产业链，带动和促进第一、二、第三产业的发展。

三是社会效益。主要表现在以下几个方面：①启迪农民更新观念，不断提高自身素质；②生产优质绿色产品，不断丰富社会需求；③保护和解放劳动力，优化农村劳动力结构；④促进精神文明建设，构建文明和谐新农村。

总之，生物质沼气是加强农业基础设施和农村生态环境建设、促进清洁生产的重要手段，能够充分利用农村现有资源，方便和满足农村用能，解决能源稀缺问题，可与资源循环利用和环保融为一体，缓解农村能源供应紧张的局面。生物质沼气的开发利用对统筹天津地区城乡社会经济发展，改善农村生产生活环境，改良农民生活方式，提高农民生活质量，实现农业可持续发展具有重要意义。■

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[3]王斌，郑钢，刘欢.天津市农村生物质能源开发利用与展望[J].资源节约与环保，2008，24（5）：46-52.

[4]张亚平，孙克勤，左玉辉.中国发展能源农业的环境效益的定量评价和地理分布格局分析 [J].农业环境科学学报，2010，29（5）：826-832.

[5]詹慧龙，严昌宇，杨照.中国农业生物质能产业发展研究[J].中国农学通报，2010，26（23），397-402.

[6]田贺忠，赵丹，王艳.中国生物质燃烧大气污染物排放清单[J].环境科学学报，2011，31（2）：349-357.

[7]王斌，刘欢，郑钢.天津:农村新能源开发利用现状与展望[J]. 天津科技，2007（2）：10-11.

[8]陆炳，孔少飞，韩斌，等.2007年中国大陆地区生物质燃烧排放污染物清单[J].中国环境科学，2011，31（2）：186-194.

[9]闫丽珍，闵庆文，成升魁.中国农村生活能源利用与生物质能开发[J].资源科学，2005，27（1）：8-13.

[10]田宜水，赵立欣，孟海波，等.中国农村生物质能利用技术和经济评价[C].全国农村清洁能源与低碳技术学术研讨会论文集，郑州，2011，4.

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2012-05-06