發展生物天然氣產業，既能解決農業發展用能問題，又可化解農村環境保護問題，已成為推動農村能源革命、助力鄉村振興的重要發力點和關鍵突破口。

然而，受多重因素影響，生物質能發展受到制約。國家能源局數據顯示，截至2023年一季度末，全國可再生能源發電裝機容量為12.58億千瓦，其中生物質能源發電裝機容量為4195萬千瓦，占比僅為3%。如何發展生物質能，讓生物天然氣產業叫好又叫座，業界專家學者提供了新的路徑和實踐經驗。

發展生物天然氣助力減碳

(相關資料圖)

“雖說統計口徑不同，我國生物質資源接近10億噸標準煤這一判斷是被廣泛接受的。”上海林海雙碳生態研究院院長、同濟大學生物質能源研究中心主任朱洪光，在2023碳中和·零碳中國峰會上發表觀點。

朱洪光在生物質能研發領域已經深耕20多年。他認為，制約生物質能源開發的因素包括四個方面。一是生物質能源能量密度比較小，熱值比較低，轉化規模難以提升。以農田秸稈為例，其能量體積比與煤炭的能量體積比相比僅為1/20。如果建同樣裝機容量的火電廠，秸稈電廠的占地面積一定遠大于燃煤電廠，秸稈電廠要求的儲存和加工空間更大。二是生物質能源原料來源和成分比較復雜，開發路徑繁多，難成規模。以生物質為原料或燃料，可以發電、生產乙醇和沼氣，也可以做成型燃料，其中大部分技術路徑難以同時消納不同種類的生物質原料，規模化開發生物質能源存在障礙。三是處理生物質原料所含的高氮、高磷成分的經濟性問題。生物質中富含的氮、磷等元素，是農作物所需肥料的主要成分，但其中所含比例與化肥相比太低，與環境承載能力相比又太高，因此對氮和磷的處理是一筆不劃算的經濟賬。四是生物質原料供應主體高度分散，來源包括農業、工業、市政等各個領域，特別是農業生物質原料更是來自千家萬戶，導致收購和運輸成本高昂，同樣拉高了生物質能源的開發成本。

“生物天然氣作為生物質能發展的重要方向，有一個非常內在的邏輯，可以突破上述幾個瓶頸的制約。”朱洪光表示。

“生產生物天然氣的核心技術是厭氧發酵技術，只需要這一種技術就可以處理所有的有機廢棄物，而不必為處理不同種類的生物質原料去建設多種處理設施。”朱洪光介紹，“厭氧發酵技術的另一個優點是，全過程都處在一個密閉空間內，避免了轉換過程中的原料和能量損耗，并且對環境十分友好。”他指出，生物天然氣生產設施的體量比較靈活，能夠在村鎮范圍內建設。“同時，生物天然氣產業還是一種潛在的負碳產業，可以通過替代化石能源、處理農林廢棄物、打造循環農業等來實現減碳降碳。”

“以餐廚垃圾為例，分別對其采取直接填埋、堆肥、制作沼氣及其他方式進行處理，結果顯示，碳足跡最小的是采用厭氧發酵技術制作沼氣的處理方式。”在2023碳中和·零碳中國峰會上，瑞典環境科學研究院中國代表處高級項目經理王瑞，通過圖表說明了生物天然氣技術的減碳效益。

多種優勢的存在，讓發展生物天然氣成為生物質能利用的不二選擇。在國外，生物天然氣已經得到充分的開發利用。比如瑞典，一個僅有千萬人口的小國，卻坐擁281座生物天然氣工廠。王瑞介紹，瑞典生產生物天然氣的原料與我國不同，瑞典早期開發生物天然氣是為了處理污水處理廠的污泥，后續才不斷把養殖場的禽畜糞污以及餐廚垃圾納進來。“整個歐盟也非常重視生物天然氣的發展，規劃到2030年把產量提升到350億立方米。”

產業化探索持續推進

《關于促進生物天然氣產業化發展的指導意見》提出，到2030年生物天然氣年產量超過200億立方米。《“十四五”可再生能源發展規劃》明確提出，在河北、山東、河南、安徽、內蒙古、吉林、新疆等有機廢棄物豐富、禽畜糞污處理緊迫、用氣需求量大的區域，開展生物天然氣示范縣建設，每縣推進1~3個年產千萬立方米級的生物天然氣工程。

地處安徽省西北部的阜南縣，是一個農牧大縣，每年產生約140萬噸農作物秸稈、200萬噸禽畜糞污，日產生活垃圾20噸，符合開展生物天然氣示范縣建設的條件。由朱洪光團隊提供技術支持的林海生物天然氣工程項目便坐落于此。該項目以國內首創全縣域站田式全量化先進處理方式為支撐，按照“8+1站田式”模式，在阜南全縣布局8個生物天然氣生產站和1個中心站，并鋪設接近300千米的主干管網。中心站統籌調度8個生產站點生產的生物天然氣，實現縣城及全縣城鄉的燃氣供應全覆蓋。

“工程總投資15億元，分兩期建設，可解決20萬噸秸稈、177萬頭豬的糞污處理當量，年生產20萬噸農作物肥料、5000萬立方米天然氣。”朱洪光介紹，5000萬立方米只是一個縣的年產量，全國有2800多個縣級行政區，也就是說每年有大約1400億立方米的生物天然氣替代潛力，而當前我國天然氣年消費量是3600多億立方米。

今年，瑞典環境科學研究院將一套移動式中試設備引入我國，并投入使用。該設備的主要功能是給有機廢棄物全規模利用項目做前期工作，包括開發潛力分析、反應條件測試以及對比不同原料的生產效果等，可以為相關方后續大規模投入提供更精細化的設計與支撐。

生物天然氣技術不斷升級

如今的生物天然氣技術，已經不再是傳統制作沼氣的概念了。朱洪光用“從小舢板到航母”來比喻傳統沼氣項目到現在的生物天然氣工程項目的嬗變。

“在瑞典，有超過一半的沼氣被提純為生物天然氣后作為車用燃料。”王瑞介紹，瑞典大部分公交車所使用的燃料都是生物天然氣。另外，瑞典還將沼氣液化后作為重卡的燃料，“加氣一次，可以跑1600千米”。

此外，生物天然氣項目已經不僅僅是新能源項目，同時還能產出一部分新型材料。過去沼氣開發，最令人頭疼的就是沼液的處理。如今的技術條件下，沼液已經變身為一種新型材料來源，可以從中梯級提取甲烷、小分子碳肥、納米碳酸鈣、石墨烯導電材料。“所以，生物天然氣技術已經跳出傳統沼氣工程的理念。”朱洪光進一步介紹，生物天然氣項目的綜合效益包括環保服務、政府采購、燃氣及二氧化碳供應、有機肥銷售、碳基新材料生產、“綠電”生產與儲能、綠氫生產和碳交易等方面，能夠達到以開發新能源為中心的循環經濟和綠色經濟共同發展的效果。

朱洪光介紹，阜南生物天然氣工程項目生產的天然氣不僅能夠滿足本縣的消費需求，剩余部分還可以供應其他三線城市使用。同時，項目以20%的資金撬動了其他金融資本的踴躍參與，增加直接就業300多人，并間接帶動上千人實現就業，推動了當地種植業和養殖業的快速發展。據測算，項目還可以實現每年70萬~80萬噸二氧化碳的減排量。

此外，朱洪光還透露，隨著新型能源體系建設的深入推進，生物天然氣產業開發又有了新方向。通過生物天然氣生產設施可以將氫氣和二氧化碳進行反應并轉化為生物天然氣，這樣就可以依托天然氣管網實現遠距離輸送，有效推進氫能輸、儲、運等難題的解決。他表示，未來還可以通過生物天然氣管網在縣域內實現氣電雙調峰功能，以提升整個能源系統的靈活性。（劉光林）

責任編輯:江蓬新

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