我国生物天然气市场前景及产业技术路线探析

阎 铭，占永红

(武汉理工大学 管理学院，湖北 武汉 430070)

我国生物天然气市场前景及产业技术路线探析

阎 铭，占永红

(武汉理工大学 管理学院，湖北 武汉 430070)

结合政府制定的相关产业政策和规划要求，分析了我国未来生物天然气行业的市场需求要素，总结了产业目标要素；然后，揭示了生物天然气产业链上的技术壁垒，并将产业关键技术难点和技术差距与产业技术发展目标按阶段进行关联分析，得出我国生物天然气产业近期、中期、长期的重点技术发展方向。

生物天然气；市场需求要素；技术壁垒；产业技术目标

能源作为一种基础性的初级投入要素，关乎社会经济的健康可持续发展。我国目前的能源构成仍以不可再生的化石能源为主。众所周知，使用化石能源具有极高的战略风险(如我国2016年石油对外依存度达65%左右[1]，极易受制于人)和使用成本上的不经济性；另外，以煤炭为主的能源结构也大大增加了环境压力，愈演愈烈的雾霾危机就是明证。我国生物质资源优势突出，如按“三化原则”(资源化、减量化、无害化)充分利用和妥善处置这些生物质资源，不仅能够降低对化石能源的依赖，提高能源的使用效率和经济效益，还能降低排放，减轻环境承载的巨大压力。生物天然气，也称生物甲烷，是生物质能源的一种，经沼气提纯制成。一般生物质发酵产生的沼气含甲烷浓度约为50%～65%，经提纯后甲烷浓度最高可达95%以上，与化石天然气无异。生物天然气清洁且可再生，热效率也非常高[2]。大力发展生物天然气产业，从技术层面讲，是可行的；从经济层面看，是有效的；从环境层面说，是有益的。为此，笔者在总结现有研究成果和生物天然气行业实践经验的基础上，将对我国生物天然气市场的前景进行预判，并提出产业发展的相关技术路线。

1 生物天然气市场前景

李克强总理在2016年政府工作报告中提出，要“增加天然气的供给，完善风能、太阳能、生物质能等发展扶持政策，提高清洁能源比重，鼓励秸秆资源化利用，减少直接焚烧”[3]，指明了我国未来发展清洁能源的总体方向。国家能源局在2016年12月颁布的《生物质能发展“十三五”规划》[4]中，进一步要求“到2020年，初步形成一定规模的绿色低碳生物天然气产业，年产量达到80亿立方米，建设160个生物天然气示范县和循环农业示范县”，“重点推动全国生物天然气示范县建设，加快生物天然气技术进步和商业化，推进生物天然气有机肥专业化规模化建设，建立健全产业体系。到2020年，生物质能基本实现商业化和规模化利用”。事实上，截至2015年底，我国可再生能源消费比重为11.64%，其中生物质能仅占全部可再生能源利用量的8.00%[5]，占全部能源消耗量的0.93%，生物天然气的利用更是几乎可以忽略不计(目前我国每年生物天然气的供给量仅20亿立方米左右)[6]。在2016年国家能源局发布的《关于促进生物天然气产业化发展指导意见(征求意见稿)》中，也明确提出“到2020年生物天然气在示范县天然气总体消费中的比重要超过30%”，“到2025年，生物天然气年产量和消费量达到200亿立方米；到2030年，年产量和消费量超过400亿立方米”[7]。因此，现实和目标存在着悬殊的差距，这为生物天然气行业带来了巨大的发展机遇和诱人的市场前景。

通过问卷调查和访谈有关专家学者，得到未来生物天然气的市场需求要素的排序，如表1所示。

表1 生物天然气市场需求要素优先顺序

注：各要素重要值满分为10分

(1)生物天然气制备市场。生物天然气制备的主要工艺路线是：通过对有关生物质进行发酵，产生沼气，然后对沼气进行提纯得到商品级生物天然气[8]。按照生物质来源和种类的不同，生物天然气的制备可以分为：①燃料乙醇和沼气联产，即由玉米、小麦、大米、木薯等农作物颗粒及其秸秆发酵制备燃料乙醇，所得醪液进一步发酵处理得到工业沼气，经过提纯得到生物天然气[9]；②能源作物及其秸秆经过青储发酵直接制备沼气[10]；③城市污水及餐厨垃圾发酵制备沼气[11]；④农作物种植、牲畜养殖废弃物发酵制备沼气等[12]。在生物天然气制备过程中，对沼气和生物天然气制备设备、化学药剂、原料搜集设备、设施建设工程等都产生了相应的需求[13]，存在较大的市场空间。

(2)生物天然气利用市场。生物天然气的市场应用十分广泛，概括而言，主要可用于：燃气发电或热电联产[14]；代替化石天然气，充当车用生物燃料、工业燃料、居民生活用燃料等[15]；用作有机化工原料；充当燃料电池中的反应气体等[16-18]。另外，在沼气和生物天然气制备过程中，副产的污泥、沼渣、沼液等还可以用于制作生物肥料和饲料等[19]。

(3)生物天然气输送市场。在4种生物天然气制备方式中，第一种是集中式的工业化生产方式，可以直接得到生物天然气；其他3种属于分散式的沼气发生方式，产生的沼气需要经过收集，输送到专门的工厂进行提纯得到生物天然气[20]。因此，需要建立大量的沼气储存设施及运送管网，形成了专业的生物天然气输送市场。

综上所述，生物天然气产业是一个十分庞大复杂而又富有朝气的工业系统，催生了大量快速增长的市场机会。

2 生物天然气产业技术路线

通过查阅相关资料，设计了生物天然气产业技术发展目标调查问卷。问卷调查以电话访问或发电子邮件的方式进行。在为期2年多的调查过程中，共调查和访谈328人，其全部为生物天然气领域业内人员，分别来自行业主管部门、行业协会、高校、科研机构和企业。通过对调查问卷进行归纳、总结和分析，初步形成了对我国生物天然气产业现状、地位、发展方向和趋势的分析与判断。在集合专家意见的基础上提出我国生物天然气产业发展的总体目标要素，可概括为：规模和效率同步增长，提高行业装备水平；建立完善的生产和质量安全标准体系；制定行业技术创新规划和完善相关产业政策；规模化和并行化(分布式能源模式)并举，发挥规模经济和范围经济效益；提高生物天然气生产和应用领域的装备水平；经济效益、社会效益和环境效益同步发展，注重生产的生态化和环境负荷的减量化；按照贴近资源、靠近用户的原则，在全国范围内进行生物天然气生产及应用项目的合理布局。

(1)产业目标要素分析。以市场需求分析确定的市场需求要素为基础，构建目标要素分析矩阵，分析得出了我国生物天然气产业的近期、中期和长期技术目标，如表2所示。

表2 我国生物天然气产业技术目标要素矩阵(近期、中期和长期)

(2)技术壁垒分析。笔者运用德尔菲法确定了近期、中期和长期不同时间节点上工业沼气业务发展中存在的技术壁垒及多种技术壁垒要素的优先顺序，具体分析影响产业目标实现的技术(包括工艺)壁垒发展的梯次、应用现状及产业规模等，概括出生物天然气产业链上的关键技术，如图1所示，可以看出在生物天然气产业技术发展的不同阶段，技术壁垒的重要程度也在发生改变：近期的主要技术壁垒在于提高制气效率(A)和秸秆制气技术(B)；而未来主要的技术壁垒则向制气来源多元化(C)、沼气制备废弃物处置与利用(D)及燃料电池发电(F)等技术领域转移。

(3)产业链上的关键技术难点和技术差距。根据问卷调查结果，对专家意见进行归纳总结，针对生物天然气产业链涉及的6个技术领域，从产

图1 生物天然气领域技术壁垒重要值

前、产中、产后3个产业链环节，归纳出关键技术难点，并列出与国际生物天然气领域先进技术水平之间存在的差距，如表3所示。

(4)技术壁垒要素与业务目标要素关联分析。将我国生物天然气行业的技术壁垒与技术目标按阶段进行关联分析，得出其近期、中期、长期的重点技术发展方向(排序)，如表4所示。

表3 工业沼气产业链上的关键技术难点和技术差距

续表3

表4 生物天然气技术壁垒与技术目标关联分析结果(技术发展方向)

续表4

3 结论

笔者探讨了我国生物天然气产业的市场前景并研究提出了相应的技术路线。应该看到，中国天然气行业的整体发展水平与欧美、日本等发达国家相比，还存在不小的差距[21]。这种差距不仅仅体现在技术上，也体现在政策制定与执行及企业管理水平上。建议制定更为明确和操作性更强的生物天然气产业发展导引细则，进一步加大财政资金投入和税收优惠的力度，努力营造一个公平竞争的市场环境，激励民间资本单独或以PPP方式投入到生物天然气项目建设和运营中来。

[1] 网易财经.中国两大油田2016年减产，国内石油对外依存度升至65%[EB/OL].(2017-01-11) .http://money.163.com/17/0111/16/CAGTJJ6M00 2580S6.html.

[2] 程序,朱万斌.产业沼气：我国可再生能源家族中的“奇兵”[J].中外能源,2011,16(1):37-42.

[3] 中华人民共和国中央人民政府官方网站.政府工作报告[EB/OL].(2016-03-17) .http://www. gov.cn/guowuyuan/2016-03/17/content_5054901.htm.

[4] 中华人民共和国中央人民政府官方网站.国家能源局关于印发《生物质能发展“十三五”规划》的通知[EB/OL].(2016-12-05). http:// www.gov.cn/xinwen/2016-12/05/content_5143612.htm.

[5] 中国证券网.生物质能十三五规划印发，新增投资近2千亿元[EB/OL].(2016-12-05) .http://www.cs.com.cn/ssgs/hyzx/201612/t20161205_5111299.html.

[6] 徐沛宇.生物天然气转机[J].能源，2015，8(3)：70-72.

[7] 肖蔷.“十三五”生物天然气迎重大发展契机[J].化工管理，2016，27(28)：54-55.

[8] BUDZIANOWSKI W M. A review of potential innovations for production, conditioning and utilization of biogas with multiple-criteria assessment[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016,54(1):1148-1171.

[9] 施翔星，梁玮.有机废弃物厌氧发酵产气研究进展及其车用燃料应用[J].天然气工业，2010，30(8):105-108.

[10] 陈香元，刘玉环，阮榕生，等.以发展沼气工程为纽带的中国绿色农业发展思路[J].中国农学通报，2013，29(8):147-153.

[11] CLERCQ D D, WEN Z, FAN F.Performance evaluation of restaurant food waste and biowaste to biogas pilot projects in China and implications for national policy[J]. Journal of Environmental Management, 2016(189):115-124.

[12] 张海成，杨改河.甘肃临夏北塬灌区农业废弃物沼气化资源潜力及循环农业经济模式分析[J].西北农林科技大学学报(自然科学版)，2012，77(6):65-70.

[13] KADAM R, PANWAR N L. Recent advancement in biogas enrichment and its applications[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017,73(1):892-903.

[14] WU B, ZHANG X, SHANG D, et al. Energetic-environmental-economic assessment of the biogas system with three utilization pathways: combined heat and power, biomethane and fuel cell[J]. Bioresource Technology,2016, 214(1):722-728.

[15] 宫徽，徐恒，左剑恶，等.沼气精制技术的发展与应用[J].可再生能源，2013，31(5):103-108.

[16] HAUPTMEIER K, PENKUHN M, TSATSARONIS G. Economic assessment of a solid oxide fuel cell system for biogas utilization in sewage plants[J]. Energy, 2016,117(2):361-368.

[17] BALDINELLI A, BARELLI L, BIDINI G. Upgrading versus reforming: an energy and exergy analysis of two solid oxide fuel cell-based systems for a convenient biogas-to-electricity conversion[J]. Energy Conversion and Management, 2017,138(1):360-374.

[18] GANDIGLIO M, DRAGO D, SANTARELLI M. Techno-economic analysis of a solid oxide fuel cell installation in a biogas plant fed by agricultural residues and comparison with alternative biogas exploitation paths[J]. Energy Procedia, 2016,101(1):1002-1009.

[19] 白晓凤，李子富，程世昆，等.我国大中型沼气工程沼液资源化利用SWOT-PEST分析[J].环境工程, 2014，33(6):153-156.

[20] ROTUNNO P, LANZINI A, LEONE P. Energy and economic analysis of a water scrubbing based biogas upgrading process for biomethane injection into the gas grid or use as transportation fuel[J]. Renewable Energy, 2017,102(1):417-432.

[21] 李明传.促进生物天然气产业健康发展[J].宏观经济管理，2015，31(10)：24-25.

ExploringtheMarketProspectandIndustrialTechnologicalRoadtowardsChineseBiogasIndustry

YANMing,ZHANYonghong

Complying with the governmental industrial policies and plans, this paper scrutinizes and proposes the forthcoming market demand factors towards Chinese biogas industry, as well summarizes the industrial factorial objectives. Moreover, it discloses the technological barriers of Chinese biogas industrial chain, as well conducts a correlative analysis by stage, and then, in terms of short run, middle run as well as long run, key directions of technology development towards Chinese biogas industry have been put forward accordingly.

biogas; market demand factor; technological barriers; industrial technological objectives

F407.22;TE-9

10.3963/j.issn.2095-3852.2017.05.010

2095-3852(2017)05-0556-06

A

2017-03-03.

阎铭(1969-)，男，湖北武汉人，武汉理工大学管理学院副教授，主要研究方向为创新创业管理、互联网经济.

车用生物燃料技术国家重点实验室开放课题基金项目(2013020).

YANMingAssoc. Prof.; School of Management, WUT, Wuhan 430070, China.