浅谈农作物秸秆制生物天然气产业化发展前景

文_郭晨星 徐万朋 中节能资本控股有限公司

生物质能的开发利用是目前可再生能源领域关注的重点。生物质是光合作用形成的有机体，是由太阳能通过转化为化学能并贮存在生物质中的能量形式。生物质能是一种洁净的可再生能源，是可以替代化石能源，并转化成燃料和其它化工原料的资源。

国际上已经将生物质能作为发展新型能源的重点。其中，农作物秸秆作为生物质主要的原材料之一，在产业发展中起到了至关重要的作用。但目前针对农作物秸秆综合利用率以及综合利用的前景存在疑问，因此本文从农作物秸秆资源化利用背景的角度出发，结合农作物秸秆资源化相关技术与发展的介绍，分析了农作物秸秆制生物天然气技术产业化发展的前景。

1 生物质能资源介绍

生物质能资源包含多种多类，我国生物质能资源十分丰富，预计到2030年，中国的生物质能资源将达到4900 亿tce。中国主要利用和开发的生物质资源为生物质废弃物，主要以农作物秸秆为主。

2 农作物秸秆资源现状

秸秆通常是指小麦、水稻、玉米以及其它的农作物在收获后的其余部分。中国的秸秆资源的主要来源为水稻、玉米、小麦这3 大粮食作物。根据《国际统计年鉴2018》等相关资料中的数据显示，2018年全球水稻、玉米、小麦的总产量分别约为7 亿t、8 亿t、6 亿t，我国玉米、小麦的水稻总产量分别约为2亿t，1.8 亿t，1.2 亿t，三者总产量位列全球第一。由此可见，中国是一个农业大国，具有丰富秸秆来源，是世界上秸秆资源量最丰富的国家之一。

3 农作物秸秆资源化利用现状

农作物秸秆作为一种可循环利用的资源，中国每年大约生产6～8 亿吨农作物秸秆。农作物秸秆的生物能源潜力约为4.02亿tce。秸秆资源化利用的方式主要包括以下几种：能源化利用、饲料化利用、肥料化利用以及原料化利用。其中，约21%的秸秆用于能源化利用，约20%的秸秆用于饲料化利用，约36%的秸秆用于肥料化利用，约3%的秸秆用于原料化利用，剩余约20%的秸秆则被废弃焚烧。由此可见，虽然目前有多种途径将农作物秸秆资源化利用，但是由于秸秆资源利用率不高，导致大部分的秸秆直接丢弃或焚烧。

在农作物秸秆多种利用的方式中，秸秆能源化利用相比于其他方式来说，更具备产业化发展的条件：一是国家及地方政策的支持，鼓励农作物秸秆能源化利用，缓解能源短缺、环境污染的局面；二是在技术手段上的不断创新，随着国外技术与国内技术的互相弥补和融合，农作物秸秆能源化利用的效率将得到进一步提高；三是投资回报模式清晰以及政府补贴，更有利于吸引资金方投资相关类型的项目。

4 农作物秸秆制生物天然气产业化发展的意义

4.1 防止环境污染加剧，推进生态文明建设

通过农作物秸秆资源化利用，一是能够缓解秸秆露天焚烧的情况，减轻秸秆焚烧对环境的污染；二是通过秸秆综合利用，将生物质能产业纳入经济发展的产业链条中，能够带来良好的经济效益和社会效益，推进生态文明建设。

4.2 满足居民生活需求，培育农业农村发展新动能

农作物秸秆通过发酵工艺制取并提纯的生物天然气可用于集中供气供暖，满足炊事采暖用能等需求。发酵后的沼渣可用于生产生物有机肥。有机肥富含有机质、氨基酸等营养物质，能起到很好的改良土壤的作用，提高农作物产品附件价值，产生巨大的综合带动效应。

4.3 符合国家产业扶持政策，开创新的项目投资点

中国环保装备制造已经是中国环保行业领域的重点投资领域之一。农作物秸秆制生物天然气的产业前景开阔，同时涉及的装备如果能够从国外引进到国内进行国产化改造和生产，将成为环保投资领域的另一个重点投资方向，助推环保产业的发展。

5 农作物秸秆制生物天然气关键技术及发展现状

5.1 农作物秸秆制生物天然气关键技术介绍

我国传统农作物秸秆发酵工艺为湿式发酵工艺，但由于湿式发酵工艺耗能高、处理干物质的成本高等一系列因素，限制了其适用范围和地域。而欧美国家主要采用干式发酵工艺，并已形成规模化和模块化的运营。

相比于湿式发酵工艺而言，干式发酵工艺在处理含固量较高的原材料方面更具备优势，例如玉米秸秆。玉米秸秆具备高丰度和高能量，是生物能源领域的一种有前途的基质，我国的玉米秸秆年产量约为3 亿t，且玉米秸秆相对于水稻秸秆和小麦秸秆的产量逐渐增大。但是因为玉米秸秆的木质纤维素基质不能很有效地被厌氧消化，因此目前在工业规模的沼气厂中的应用非常有限，导致玉米秸秆通常被废弃并且经常在露天场所燃烧。但通过干式发酵工艺的处理，玉米秸秆能够发挥其优势，并可在工业规模的沼气厂中应用。另外，发酵处理后的沼渣可以加工成为高品质有机肥，产生可观的经济价值。

5.2 农作物秸秆制生物天然气关键技术的发展现状

目前，我国大部分生物质沼气工程之依然在采用传统湿式发酵工艺的原因主要有以下3 点：①原料获取方面。相比于收储秸秆所面临的各种不确定性，各大型养殖场面临粪污排放的环保压力，对建设粪污资源化利用项目的需求明显。因此，国内生物质沼气项目一般倾向于与大型养殖场捆绑合作，解决养殖场环保问题的同时也获得较为稳定的粪污供给。②原料含水量方面。国内绝大多数养殖场目前还未对粪污干湿分离，因此排放的粪污含水量较高，一般在80%以上，更适合湿式发酵工艺。③设备成本方面。干式发酵工艺的装备主要来自于国外，进口到国内的成本过高，导致项目投资成本过大。

在处理秸秆等含固量较高的材料方面，干式发酵工艺的优势明显，值得推广并采用。尽管目前中国在原料收集等方面尚未形成成熟的机制和干式发酵工艺设备成本过高，但随着更多专家学者加强对干式发酵工艺的研究，包括对工艺环节中各个配比系数的优化、政策的不断完善以及设备升级和本土化改造等方式，干式发酵工艺将不断地在全国范围内应用，从而推动生物质能产业发展，实现社会绿色发展。

6 结语

面对我国近年来能源需求的紧迫形势，发展生物天然气产业一是促进优化天然气供给结构，发展新能源产业；二是发展生物天然气，可作为天然气资源的一大重要补充，有利于补齐目前天然气供需不足的问题；三是推进农作物秸秆制生物天然气技术产业化发展，有利于推进生物质能升级，加强可再生资源在天然气领域的应用，进而开辟新的投资增长领域。当然，开展农作物秸秆制生物天然气离不开技术的不断优化和提升，但中国针对秸秆利用的技术创新较少，相比于欧洲和美国等国家，技术还存在不足，因此合理引进国外先进技术将有助于进一步促进农作物秸秆的利用和产业化发展。

农作物秸秆制生物天然气利用符合国家产业政策，市场前景广阔，具有明显的环境、社会、经济效益。通过设备不断提升和改进，在保障技术优势的同时，将进口设备国产化，进口技术本土化，从而加快生物质能综合利用产业化发展的步伐。