生物天然气产业叫好又叫座

■本刊记者 刘光林/ 编辑 王睿佳

当乡村不再有牲畜粪便带来的恼人气味，不再有焚烧秸秆造成的滚滚浓烟……绿水青山环绕下的乡野阡陌何尝不是一幅幅人间美景。

发展生物天然气产业，既能解决农业发展用能问题，又可化解农村环境保护问题，已成为推动农村能源革命、助力乡村振兴的重要发力点和关键突破口。

生物质能开发叫好不叫座

生物质能源是自然界中有生命的动植物所提供的能量，当然，追根溯源的话，生物质能与其他类型能源一样，均来自太阳的能量。有人说，生物质能源是最具乡村特色的能源。

“虽说统计口径不同，我国生物质资源接近10亿吨标准煤这一判断是被广泛接受的。”朱洪光，上海林海双碳生态研究院院长、同济大学生物质能源研究中心主任，在生物质能研发领域已经深耕20 多年。他在2023 碳中和·零碳中国峰会上向大家介绍，在已知的可再生能源类型中，生物质能源是唯一可以被存储的，同时生物质材料来源比较稳定，而且具备可再生的优点，所以说开发生物质能这一领域在新能源界被广泛看好。

2022 年，我国能源消费总量为54.1 亿吨标准煤。可见，如果将10 亿吨标准煤的生物质能源开发好、利用好，对于提升我国能源安全保障能力、优化能源结构、助力实现“双碳”目标一定是大有裨益的。

然而，受多重因素制约，生物质能发展叫好但不叫座。

在国家能源局2023 年二季度新闻发布会上，国家能源局新能源和可再生能源司副司长王大鹏介绍，截至2023年一季度末，全国可再生能源发电装机容量为12.58 亿千瓦，其中生物质能源发电装机容量为4195万千瓦，占比仅为3%。

朱洪光认为，制约生物质能源开发的因素大致包括四个方面。

第一个方面是，生物质能源的能量密度比较小，热值比较低，转化规模难以提升。以农田秸秆为例，其能量体积比与煤炭的能量体积比相比仅为1/20。如果建同样装机容量的火电厂，秸秆电厂的占地面积一定远大于燃煤电厂，秸秆电厂要求的储存和加工空间更大。

第二个方面是，生物质能源的原料来源和成分比较复杂，开发路径繁多，难成规模。以生物质为原料或燃料，可以发电、生产乙醇和沼气，也可以做成型燃料，其中大部分技术路径难以同时消纳不同种类的生物质原料，对于规模化开发生物质能源存在障碍。

第三个方面是，处理生物质原料所含的高氮、高磷成分的经济性问题。生物质中富含的氮、磷等元素，是农作物所需肥料的主要成分，但其中所含比例与化肥相比太低，与环境承载能力相比又太高，因此在生物质能开发过程中对氮和磷的处理是一笔不划算的经济账。

第四个方面是，生物质原料的供应主体高度分散，来源包括农业、工业、市政等各个领域，特别是农业生物质原料更是来自千家万户，导致收购和运输成本十分高昂，同样拉高了生物质能源的开发成本。

“上述因素叠加在一起，导致生物质能源的发展现状与其自身蕴藏的潜力极其不匹配。”朱洪光总结道。

发展生物质能源的不二选择

生物质开发利用形式多种多样，如发电、供暖，以及制造生物天然气和液体燃料等。

“生物天然气作为生物质能发展的重要方向，有一个非常内在的逻辑，可以突破前面提到的几个瓶颈制约。”朱洪光表示。

生物天然气是以农作物秸秆、禽畜粪污、餐厨垃圾、农副产品加工废水等各类城乡有机废弃物为原料，通过厌氧发酵生成沼气并经过净化提纯产生的绿色低碳清洁可再生的天然气。

“不像发电和制造生物乙醇那样对生物质燃料和原料品质有很高要求。”朱洪光介绍，“生产生物天然气的核心技术是厌氧发酵技术，只需要这一种技术就可以处理所有的有机废弃物，而不必为处理不同种类的生物质原料去建设多种处理设施。”

“厌氧发酵技术的另一个优点是，全过程都处在一个密闭空间内，避免了转换过程中的原料和能量损耗，并且对环境也十分友好。”朱洪光接着介绍，此外，生物天然气生产设施的体量还比较灵活，可大可小，能够在村镇范围内建设，这样就可以突破能量密度的问题。“同时，生物天然气产业还是一种潜在的负碳产业，它顺应能源转型方向，通过替代化石能源、处理农林废弃物、打造循环农业等来实现减碳降碳。”

“以餐厨垃圾为例进行比较，分别对其采取直接填埋、堆肥、制作沼气以及其他方式进行处理，结果显示，碳足迹最小的是采用厌氧发酵技术制作沼气的处理方式。”同样在2023 碳中和·零碳中国峰会上，瑞典环境科学研究院中国代表处高级项目经理王瑞，通过一张图表向大家说明了生物天然气技术的减碳效益。

“多种优势的存在，让发展生物天然气成为生物质能利用的不二选择。”朱洪光给出自己的判断。

在国外，生物天然气已经得到十分充分的开发利用。比如瑞典，一个仅有千万人口的小国，却坐拥281 座生物天然气工厂。王瑞介绍，瑞典生产生物天然气的原料与我国有所不同，他们早期开发生物天然气只是为了处理污水处理厂的污泥，后续才不断把养殖场的禽畜粪污以及餐厨垃圾也纳入进来。“整个欧盟也非常重视生物天然气的发展，他们规划到2030 年把产量提升到350亿立方米。”

生物天然气已有产业化探索

对于生物天然气开发，我国早有规划。

2019 年印发的《关于促进生物天然气产业化发展的指导意见》提出，到2025年生物天然气年产量超过100 亿立方米，到2030 年生物天然气年产量超过200亿立方米。

《“十四五”现代能源体系规划》和《“十四五”可再生能源发展规划》均明确，在粮食主产区和畜禽养殖集中区统筹规划建设生物天然气工程，统筹规划建设千万立方米级生物天然气工程。《“十四五”可再生能源发展规划》还明确提出，在河北、山东、河南、安徽、内蒙古、吉林、新疆等有机废弃物丰富、禽畜粪污处理紧迫、用气需求量大的区域，开展生物天然气示范县建设，每县推进1—3 个年产千万立方米级的生物天然气工程。

地处安徽省西北部的阜南县，是一个农牧大县，每年产生约140万吨农作物秸秆、200万吨禽畜粪污，日产生活垃圾20吨，显然符合开展生物天然气示范县建设的全部条件。由朱洪光团队提供技术支持的林海生物天然气工程项目便坐落于此。

“实际上，技术的进步已经让生物天然气产业化发展成为现实了。”朱洪光指着屏幕上的实景图片介绍，“不同于农村早期分散建设的小沼气池，这是我们在安徽阜南建设的生物天然气工程，是标准化的生物化工工厂。”

该项目以国内首创全县域站田式全量化先进处理方式为支撑，按照“8+1 站田式”模式，在阜南全县布局8 个生物天然气生产站和1 个中心站，并铺设接近300千米的主干管网。中心站统筹调度8个生产站点生产的生物天然气，实现县城及全县城乡的燃气供应全覆盖。

“养出来的新能源，种出来的天然气。”这句话道出了社会各界对阜南县生物天然气工程项目发展成效的认可。如今，安徽省阜阳市已经完成《阜阳市生物天然气产业中长期发展规划（2021～2030 年）》初稿的编制，并征求了全市各县市区政府和市直有关单位的意见，以在全市推广“阜南模式”，发展生物天然气产业，有力推进农业绿色可持续发展。

“工程总投资15 亿元，分两期建设，可以解决20 万吨秸秆、177 万头猪的粪污处理当量，年生产20 万吨农作物肥料、5000 万立方米天然气。”朱洪光用设问方式继续介绍，5000 万立方米是什么概念？这只是一个县的年产量，全国有2800 多个县级行政区，也就是说每年应该有大约1400 亿立方米的生物天然气替代潜力，而当前我国天然气年消费量是3600 多亿立方米。“这是一个非常大的比例，对国家能源需求是一个很大的支撑。”

王瑞供职的瑞典环境科学研究院是一家研究和咨询机构，其业务之一就是为生物质项目做开发潜力分析。今年，瑞典环境科学研究院将一套移动式中试设备引入我国，目前已经投入使用。该设备的主要功能是给有机废弃物全规模利用项目做前期工作，包括开发潜力分析、反应条件测试，以及对比不同原料的生产效果等，可以为相关方后续大规模投入做更精细化设计与支撑。

生物天然气叫好又叫座

如今的生物天然气技术，已经不再是传统制作沼气的概念了。朱洪光用“从小舢板到航母”来比喻传统沼气项目到现在的生物天然气工程项目的嬗变。

朱洪光介绍，从生产沼气到开发生物天然气，已经不是一个简单的厌氧发酵技术在支撑了。阜南项目采用多维可控生物天然气创新技术，运用站田式布局规划，其中包括多元有机废弃物协同发酵技术、产业能效优化的工程热物理技术、全过程控制与数字化技术、沼气燃气梯度开发利用等，最终成功破解了传统沼气项目原料来源单一、供应不稳，以及产量随季节波动、管理因人而异等不可控因素造成的产业化发展难题。

“在瑞典，有超过一半的沼气被提纯为生物天然气后作为车用燃料。”王瑞介绍，这个国家的大部分公交车所使用的燃料都是生物天然气。另外，他们还将沼气液化后作为重卡的燃料，“加气一次，可以跑1600公里”。

此外，生物天然气项目已经不仅仅是一项新能源项目，它同时还能产出一部分新型材料。过去实施沼气开发，最令人头疼的就是沼液的处理，如今的技术条件下，沼液已经变身为一种新型材料来源，可以从中梯级提取甲烷、小分子碳肥、纳米碳酸钙、石墨烯导电材料。“所以，生物天然气技术已经跳出传统沼气工程的理念。”朱洪光进一步介绍，生物天然气项目的综合效益包括环保服务、政府采购、燃气及二氧化碳供应、有机肥销售、碳基新材料生产、“绿电”生产与储能、绿氢生产和碳交易等方面，能够实现以开发新能源为中心的循环经济和绿色经济共同发展的效果。

另外，朱洪光还介绍了阜南生物天然气工程项目在其他方面的经济和社会效益。他表示，该项目生产的天然气不仅能够满足本县的消费需求，剩余部分还可以供应其他三线城市使用。纵观该项目，它以20%的资金撬动了其他金融资本的踊跃参与，同时增加直接就业300多人，并间接带动上千人实现就业，也推动了当地种植业和养殖业的快速发展。据测算，这一项目还可以实现每年70万—80万吨二氧化碳的减排量。

此外，朱洪光还透露，随着新型能源体系的深入推进，生物天然气产业开发又有了新的发展方向。通过生物天然气生产设施可以将氢气和二氧化碳进行反应并转化为生物天然气，这样就可以依托天然气管网实现远距离输送，能够有效推进氢能输、储、运等难题的解决。他表示，未来还可以通过生物天然气管网在县域内实现气电双调峰功能，以提升整个能源系统的灵活性，助力新能源开发和“双碳”目标顺利实现。■