生物天然氣需秸稈作原料

　　沼氣在中國已經(jīng)發(fā)展有100多年的歷史。從上個世紀五十年代開始，政府一直鼓勵在農(nóng)村發(fā)展沼氣。特別是近幾年，我國政府每年都要拿出幾十億元，補貼農(nóng)戶沼氣和所謂的沼氣工程。但是，經(jīng)過這么多年的努力，沼氣在我國卻始終沒有成長為一個有生命力的產(chǎn)業(yè)。

　　我認為，這里主要原因有三個:一是指導(dǎo)思想問題。人們往往認為沼氣是一種工藝性和福利性的產(chǎn)業(yè)，總想依靠補貼生存，殊不知這樣就沒有了技術(shù)進步和發(fā)展的動力。二是長期沿用傳統(tǒng)落后的工藝。沼氣生產(chǎn)工藝產(chǎn)氣效率很低，而且沉重的沼液負擔(dān)也無法妥善解決；三是沼氣利用值很低，不能經(jīng)濟地運輸，不能成為商品，只能就地利用。

　　今年6月，國家能源局決定在內(nèi)蒙古自治區(qū)試點建立年產(chǎn)生物天然氣兩億立方米的示范區(qū)，以推進生物天然氣技術(shù)進步和工程建設(shè)現(xiàn)代化。這是國家能源主管部門首次正式表明對生物天然氣的認可和重視。

　　作物秸稈

　　成沼氣原料由國情決定

　　和其他所有生物能源產(chǎn)業(yè)一樣，充足、優(yōu)質(zhì)和低價的原料保障是沼氣-生物天然氣產(chǎn)業(yè)的生命線。糞便固然是沼氣的傳統(tǒng)原料，但由于種種局限性，它不可能成為新產(chǎn)業(yè)原料的主力。我認為，作物秸稈作原料是有中國特色生物天然氣的必經(jīng)之路。

　　秸稈作沼氣的主要原料這條路怎么走？發(fā)展中國生物天然氣產(chǎn)業(yè)，首先要從根本上改變?nèi)舾蓚鹘y(tǒng)沼氣的思維定式。例如一個典型的定式是一講到沼氣，就聯(lián)想到糞便。我想強調(diào)的是，如果在從事新的產(chǎn)業(yè)時還這樣想，那便大錯特錯了。牲畜糞便絕不是規(guī)?；託獾睦硐朐?，指望它作為生物天然氣產(chǎn)業(yè)的主要原料，必然會失敗。關(guān)鍵是牲畜糞便的產(chǎn)氣潛力很低。相比之下，玉米青貯每噸原料（濕重）可產(chǎn)204立方米的沼氣；如果以干重計，理論產(chǎn)量可達到500立方米。那么，如何想方設(shè)法將秸稈的這種巨大產(chǎn)沼氣潛力挖掘出來？

　　總之，長期以來，干秸稈作為沼氣的原料在我國是一個“禁區(qū)”。即便到了技術(shù)設(shè)備大有改進的今天仍舊是個新課題：飄浮結(jié)殼，進出料困難易堵塞，原料滯留期過長、產(chǎn)氣率低下等等，成為難以逾越的障礙。但是我國的國情決定，這個技術(shù)難關(guān)非攻克不可。我們必須要面對秸稈數(shù)量雖極大，每年有8-9億噸產(chǎn)生，但干秸稈拿來制沼氣效率極低的現(xiàn)實，探索出一條高效利用干秸稈作為原料的獨特途徑。

　　充分利用高效利用秸稈資源是中國沼氣界面臨的重大挑戰(zhàn)。因為一方面從資源的角度說，其數(shù)量特別大，不加以利用，等于損失掉種植業(yè)收成的約三成；但另一方面，由于實際利用（包括干秸稈無法有效制取沼氣）很差，“秸稈禁燒”的問題又屢禁不止，造成空氣污染有越來越嚴重的趨勢。

　　關(guān)鍵在于為秸稈找到能夠大幅增值的出路(制備高品位商品燃料)的同時，以及能高效利用干秸稈的沼氣發(fā)酵工藝和前所未有的工藝。同時，加緊研究高效低成本的、能夠適應(yīng)多種面積地塊作業(yè)的秸稈青貯收集機械。

　　干秸稈沼氣利用

　　宜走與其他料共發(fā)酵之路

　　歐盟國家生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)沼氣，最早是用生活污水處理產(chǎn)生的剩余污泥作原料的。后來則轉(zhuǎn)為以產(chǎn)氣率遠遠高于糞便的青貯能源作物為主，與脂肪含量比較多、因而產(chǎn)氣率也很高的垃圾、剩余污泥，以及畜禽糞便共同發(fā)酵。而我國一直用畜禽糞便做原料。牲畜糞便雖然不是理想的原料，但是干秸稈制沼氣很好的輔料。我認為當(dāng)前理想的方式是像歐盟國家那樣，走混合料共發(fā)酵的路。除了畜禽糞便，重點還應(yīng)放在資源沒有被充分利用的農(nóng)業(yè)（包括農(nóng)產(chǎn)品加工和食品業(yè)）的廢棄物的共發(fā)酵利用上面。

　　從資源上來看，我國剩余污泥每年有五千多萬噸的數(shù)量；城鎮(zhèn)的生活垃圾一般來說含有機物60%左右，每年有5億噸的量。而且隨著我國城鎮(zhèn)化規(guī)模的擴張，兩者的資源量還在不斷增加，都是生物天然氣非常巨大的寶貴資源。但對于這兩類原料的沼氣利用技術(shù)，國內(nèi)當(dāng)前還不成熟。需要加強對剩余污泥和城鎮(zhèn)生活垃圾作為沼氣原料的研究。

　　秸稈沼氣利用

　　最佳方式是青貯形態(tài)的能源作物

　　雖然秸稈的沼氣產(chǎn)量理論潛力很大，但要把它挖掘出來卻不易。尤其是干秸稈難度極大。我們做過實驗室的比較，即便用盡所有辦法進行物理、化學(xué)預(yù)處理，干秸稈的最終產(chǎn)氣率與青綠的秸稈相比，至少會下降30%—40%。而對實際的工程轉(zhuǎn)化而言，用干秸稈作原料的難度更是太大。從經(jīng)濟地獲取可商品化利用的能源的角度看，秸稈變干過程中，一是易微生物分解的成分大部分轉(zhuǎn)化成難分解成分；二是失水后變輕，進入發(fā)酵罐后便浮在頂層，無法與分解微生物接觸。令人非常頭疼。沼氣如此，秸稈制纖維素乙醇也是如此。

　　某些發(fā)達國家已經(jīng)突破了只用有機廢棄物作沼氣原料的限制，應(yīng)用種植沼氣專用能源作物通過制作非常便于長期保質(zhì)儲存的青貯，滿足沼氣工廠的全年需要。德國在2013年已經(jīng)種植了85萬公頃，到2031年預(yù)計將達到300萬公頃。

　　由于中國的國情所限，現(xiàn)階段我們尚無法像歐盟國家那樣，將秸稈特別是玉米秸稈連同果穗一起制成青貯，成為沼氣廠全年可方便使用的優(yōu)質(zhì)原料。能源作物的種植也只適宜在不能種糧棉油作物的“邊際土地”上開展，包括一些草地、林地、荒地，這類士地面積十分可觀，大概有1億多公頃。

　　更大幅度拓寬生物天然氣

　　原料范疇的革命性技術(shù)

　　此外，還有一項革命性的創(chuàng)新正在更大幅度地拓寬生物天然氣的原料范疇。因為生物天然氣可以通過兩種途徑來制取：一是比較成熟的，微生物的厭氧發(fā)酵技術(shù)。這種方式對原料的要求較嚴格：要求可溶性和易微生物降解的碳水化合物如糖，纖維素等的含量高，有較高的含水率；二是把生物質(zhì)熱解以后，經(jīng)過氣體的分離、氣化、調(diào)制，再經(jīng)甲烷化合成得到生物甲烷，也就是生物合成天然氣。后者是新技術(shù)，目前只有丹麥、德國、荷蘭和瑞典歐盟國家掌握了生物質(zhì)熱解技術(shù)。其中瑞典等已經(jīng)在實現(xiàn)商業(yè)化上獲得成功，正在建設(shè)年產(chǎn)1億立方米的生物合成天然氣工廠。這種技術(shù)能突破微生物的發(fā)酵法對原料的嚴格限制，而且反應(yīng)速度比發(fā)酵法快幾百倍，產(chǎn)能大幾十倍，其對生物天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將發(fā)揮更加重要的作用。我國應(yīng)該盡快研究此類技術(shù)，爭取早日取得突破。

　　我國木質(zhì)類生物質(zhì)的原料數(shù)量非常巨大。據(jù)國家林業(yè)局公布的數(shù)字，林業(yè)(撫育、砍伐和加工)“三剩物”每年約產(chǎn)出3.5億噸，加上5億噸的有機垃圾年產(chǎn)出量，從長遠看，一旦氣化合成技術(shù)突破，如全部利用，相當(dāng)于每年可有2500億立方米的生物合成天然氣。

　　當(dāng)前，我國正在面臨生物天然氣開發(fā)的熱潮。今后沼氣的出路并不是像有些歐盟國家那樣主要用來發(fā)電（熱電聯(lián)產(chǎn)），而是出于天然氣資源短缺以及減輕汽車尾氣大氣污染（霧霾）的需要，把沼氣制成生物天然氣特別是車用生物天然氣。

　　我國天然氣在一次能源消費比重的不斷增加、治理霧霾和發(fā)展城鎮(zhèn)化，為沼氣-生物天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了巨大的市場需求。當(dāng)前通過發(fā)酵途徑產(chǎn)生的生物天然氣資源潛力，就有每年2000億立方米以上，完全可以成為常規(guī)天然氣的重要補充。而且其技術(shù)遠比煤制氣、頁巖氣成熟。我們應(yīng)當(dāng)認真總結(jié)沼氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的教訓(xùn)，借鑒歐盟國家成功經(jīng)驗，探索出一條符合我們國家國情的模式。我相信生物天然氣必將能夠成為我國大有發(fā)展前途的新興可戰(zhàn)略性能源產(chǎn)業(yè)。（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授、農(nóng)業(yè)部科技司原司長程序）