秸秆沼气化发展现状与趋势—以四川省为例

邱 坤， 宋 静， 程静思， 黄忱忱， 段奇武， 祝其丽

(1.农业农村部沼气科学研究所， 成都 610041； 2.成都工业职业技术学院， 成都 610213)

作为农业大国，我国农作物秸秆资源十分丰富。据《全国农村沼气发展“十三五”规划 》显示，2015年，农作物秸秆理论资源量为10.4亿吨，可收集资源量约9亿吨，可供沼气生产利用的秸秆资源量约1.8亿吨，沼气生产潜力约为500亿立方米[1]。秸秆沼气化不仅能有效处理农业农村废弃物、减少二氧化碳排放，还能减轻因秸秆焚烧带来的环境压力，改善农村生态环境。四川省作为全国农业大省之一，每年产生大量的农作物秸秆。根据《四川省十三五秸秆综合利用规划(2016-2020年)》资料显示，2015年，四川省农作物秸秆理论资源量4641.09万吨左右，约占全国的4.46%，农作物秸秆可收集量约为3629.46万吨，约占全国的4.03%[2]。秸秆综合利用方式主要包括秸秆肥料化利用、秸秆饲料化利用、秸秆能源化利用和秸秆食用菌基料转化利用。秸秆沼气化作为秸秆能源化利用的重要方式，可以实现“秸秆-家畜养殖-沼气-农户生活用能，沼渣-高效肥料-农业种植业”良性生态循环，既实现秸秆的资源能源化利用，又促进生态农业和有机农业发展，有力推动农村经济和社会的可持续发展，对实现农业和农村经济又好又快发展具有十分重要的意义。通过研究四川省秸秆沼气化现状，分析秸秆沼气化存在的问题，对指导四川省秸秆沼气转型升级，有效推动农业农村全面发展具有重要意义。

1 四川省秸秆沼气化发展现状

作为秸秆沼气集中供气工程的主要原料—农作物秸秆(以水稻、小麦、玉米等作物秸秆为主)，通常采用厌氧发酵工艺产生沼气[3]。截至2015年底，四川省秸秆户用沼气池达80万个，但是，秸秆沼气集中供气工程仅有唯一一处—成都市新津县秸秆沼气集中供气工程。该工程作为2009 年全国16处示范工程之一，位于四川省成都市新津县袁山村，工程总投资224万元。工程以玉米、小麦等秸秆为发酵原料，采用“竖向推流式厌氧消化工艺”厌氧发酵，发酵池容为500 m3，设计年消耗秸秆460吨，年产沼气 18.25 万m3，供300户农户生活用能。工程实际运行情况：年投秸秆220 t，年产沼气6万m3，其中 1 万m3用于工程发酵罐保温，5万m3沼气用于152户农户供气;年产沼渣150 t，直接作为667 m2农田肥料施用[4]。工程运行期间，获得了较好的社会环境效益和示范效益，但是由于缺乏市场盈利能力导致工程无法正常运营，工程已于2016年正式停止运营。

2 四川省秸秆沼气化存在问题

2.1 秸秆收集运输成本高

工程原料来源于集中居住村落农业生产所产生的农作物秸秆，而向周边收购普通的秸秆的价格高达每吨400～500元，如果已经加工成粉末，收购价可达每吨700元，导致工程平均供气成本较高。秸秆的收集受农业生产水平、季节性和价格的影响较大，而且购买秸秆的价格波动较大，可控性较差，加上秸秆沼气工程的能耗较高，运行成本高，平原地区有一定的优势，而以山地为主的丘陵和山区，秸秆收集成本很难降低。

2.2 发酵效率不高

由于秸秆具有密度小、体积大特点。厌氧发酵过程中，在发酵罐内易形成浮渣层，影响气、液、固三相传质、传热和流动性，从而产生的气体难释放，增加安全风险发生率；同时，形成的固液分层易导致物料与接种物接触不充分，反应器内传热、传质不均匀，消化条件不易控制，进而影响微生物群落条件反射(如有机酸局部大量积累)，造成酸中毒现象，影响发酵正常运行[5]。

此外，作为秸秆类纤维素原料，主要包括纤维素、半纤维素和木质素，它们均是多种高分子有机化合物组成的复合体。纤维素结构紧密，它是由β-1,4糖苷键结合而成的高分子多糖，而半纤维素和木质素共价结合，同时，纤维素和半纤维素被木质素包裹，结构复杂致密，难以水解酸化。因此，现阶段秸秆沼气化利用效率较低，严重制约秸秆类农业废弃物资源化利用进程[6]。

2.3 产业化程度不高

新津秸秆沼气工程建设的主要目的包括以下几个方面：采用集中供气的方式产生的沼气，以远低于市场价的低价售卖给当地村民作为居民生活用气，产气过程中产生的沼渣主要用于有机还田，也可以作为有机肥料，供给于当地有机蔬菜种植基地和水果种植基地。但是，实际情况是沼气站产生的沼渣数量有限，无法形成稳定的有机肥来源。因此，缺乏固定的购买客户，也难于保证稳定的售价，只能半买半赠送，无法完全体现沼渣的经济价值[7]。

3 秸秆沼气化发展对策

3.1 以农村沼气转型升级为契机，科学开展规模化生物天然气工程建设

鉴于经济发展新常态下农村面临的新形势，始于2015年初，农村沼气发展逐步开始转型升级。农业部和国家发展改革委员会制定了农村沼气转型升级工作方案，方案中确定把规模化生物天然气工程作为循环农业的重要内容。2015年共支持25个日产生物天然气1万立方米以上的大型生物天然气工程开展建设试点[8]。其中，在四川开展2个试点项目，分别为位于富顺县的四川鑫宇环境资源开发公司实施的有机废弃物综合利用年产1000万m3生物天然气试点项目和位于荣县由自贡佳禾新能源科技公司实施的有机废弃物处理日产1.2万m3生物天然气试点项目。两个项目共计总投资为1.76亿元，是四川农业单个项目争取中央投资的最大额度。目前，两个项目均已建成投产运行，每年处理27万吨粪污，及秸秆等机废弃物5.45万吨，有利于减少10多万吨二氧化碳排放，并年产生物天然气约1438万立方米，产品主要用于周边农户供气、企业自用和提纯后并入城镇燃气管网，此外，也用于车用燃气、罐装销售及发电并入国家电网。同时，每年生产的12万吨固体有机肥、56万吨沼液，均作为优质有机肥料可供周边10万亩农田使用。单从生物天然气和有机肥生产，每年可带来直接经济收入约1.36亿元收益[9]。建议以农村沼气转型升级为契机，结合前期规模化生物天然气工程建设经验，科学稳步开展以秸秆为主要原料的规模化生物天然气工程建设。通过混合使用畜禽粪污、农村生活垃圾、农产品加工废弃物、餐厨垃圾等农业农村废弃物；不仅能解决原料收集成本高，不能持续提供等问题，而且通过处理农村其他废弃物，还有助于克服厌氧消化过程中微量元素的缺乏，实现多种底物的协同效应，进而提高产气量，解决发酵效率不高的问题。此外，规模化生物天然气工程对于提高工程的产业化程度，形成完整的产业链条大有裨益。

3.2 优化工程运行管理模式

秸秆沼气工程作为一项能源工程，必须要与社会的发展保持一致，要彻底改变传统的经营管理模式，逐渐向专业化、企业化、产业化方向发展，通过实行专业化的岗位责任制和CDM管理机制[10]，对沼气生产、沼气工程产品的销售等进行规范，促进整个行业实现规范化发展。通过大力支持技术水平高、资金实力强、诚实守信的企业参与规模化沼气项目建设和管理，以专业化企业为主体，依照市场机制投资参与工程建设，进行原料收集、工程运行管理、终端产品销售利用为一体的全产业链运营[11]。积极探索碳排放权交易机制，鼓励专业化经营主体完善沼气碳减排方案，开展碳排放权交易试点。同时，随着秸秆沼气工程的不断推进，逐步建立完整的市场营销推广体系，通过对沼气产品的推广和宣传，鼓励农户改变传统的粗放式生产生活方式，特别是边远农村，更加需要加强宣传，通过利用价格低廉的沼气产品改变村民的生活质量。

3.3 完善支撑政策

一是制定政策，筹措财政资金引导和支持秸秆综合利用，加大对秸秆焚烧的处罚力度。二是为确保沼气工程原料充足，加大农业废弃物收储运各环节及项目的支持力度，积极探索建立秸秆收储运机制，降低原料收集成本。三是完善对沼气沼肥等终端产品补贴政策，积极推进沼气和沼气发电产品无障碍并入燃气管网及电网并享受相关补贴，鼓励农村居民、新型农村经营主体等使用农业废弃物资源化生产的有机肥。四是积极推动将沼气发酵、提纯、运输等相关设备纳入农机购置补贴目录。五是争取得到相关部门，在用地、用水、用电、税费、信贷等方面给予秸秆沼气化企业优惠政策，减少企业生产经营成本[4]。

4 总结

四川作为全国农业大省，具有丰富的农作物秸秆资源。秸秆沼气化不仅能实现秸秆等农业废弃物的无害化处理，控制秸秆焚烧带来的环境污染，减轻温室气体的排放，而且能实现农业废弃物的资源化利用。但四川已建成的秸秆集中供气工程存在原料收集运输成本高，规模小，产业化程度不高等问题，导致工程亏损严重，无法持续运行。随着农村沼气工程转型升级的稳步推进，秸秆沼气工程势必朝着规模化大型沼气工程和规模化天然气工程转型升级，从而推动秸秆沼气产业的快速发展，推进循环生态农业发展，改善农村人居环境，促进农民增收节支。