專家表示生物燃氣大產(chǎn)業(yè)時代已然來臨

　　生物燃氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景

　　早在幾年前，科技部就已經(jīng)從國家戰(zhàn)略高度，部署推進了我國生物燃氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。能源安全問題不僅影響經(jīng)濟發(fā)展，而且是國家安全的重要組成部分?！妒澜缒茉础冯s志提出展望，預計到2030年，中國天然氣需求量將從現(xiàn)在不到2000 億立方米達到4000億立方米。除國內(nèi)生產(chǎn)和進口外，天然氣缺口仍將達到2000億立方米?？萍疾块L萬鋼曾提出如下國家能源戰(zhàn)略設想，即其中1500億立方米的需求量可以通過煤制氣來解決，剩下500億立方米將由生物燃氣彌補。目前，在世界范圍內(nèi)將生物燃氣和可再生能源發(fā)展作為國家重大戰(zhàn)略的國家不只中國一個。2011年，日本福島核事故后，德國便開始加快推動能源轉型戰(zhàn)略，即“2020年徹底關閉其境內(nèi)的全部核電站，且到2050年前，可再生能源使用比例提高至80%”。瑞典則提出，到2050年前后，生物燃氣將全部取代石化天然氣。無獨有偶，英國政府和工業(yè)界則聯(lián)合發(fā)布了厭氧消化戰(zhàn)略和相應的行動計劃。

　　從時間上看，我國提出生物燃氣發(fā)展戰(zhàn)略已經(jīng)略晚于上述國家，但是，我國沼氣資源量豐富，具有彌補天然氣缺口的巨大潛力，且政策支持形勢利好。據(jù)粗略估算，目前我國沼氣資源量近2000億立方米，到2050年，該值將超過3000億。其中，農(nóng)村畜禽糞污和未合理利用的秸稈占沼氣資源量60%以上。隨著生物燃氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，預計將會有更多的農(nóng)業(yè)廢棄物用于沼氣生產(chǎn)。從體量和農(nóng)業(yè)面源污染控制需求上看，農(nóng)業(yè)廢棄物沼氣化是今后生物燃氣產(chǎn)業(yè)化工作的重點。基于上述背景，繼科技部之后，國家發(fā)改委與農(nóng)業(yè)部聯(lián)合印發(fā)了《2015年農(nóng)村沼氣工程轉型升級工作方案》，明確提出了沼氣轉型升級要求，并支持日產(chǎn)生物天然氣1萬立方米以上的工程試點。此外，國家能源局也于近期進一步提出了“到2020年生物天然氣年生產(chǎn)量和消費量目標達到100億立方米，……到2030年，……超過400億立方米”。這跟上面提到的500億缺口是基本相當?shù)摹?/p>

　　在生物燃氣產(chǎn)業(yè)政策利好的背景下，我國農(nóng)業(yè)沼氣工程大型化轉型勢在必行。2003-2014年，國家投資近400億，建設有近10萬座沼氣工程，取得巨大成效。然而，以中小型工程為主，單座日產(chǎn)氣量很低。德國等歐洲國家，均以大型沼氣工程為主。據(jù)統(tǒng)計，2014年底，歐洲和德國的發(fā)電沼氣工程數(shù)量約為17000和8000個，平均單個工程日產(chǎn)氣量基本都在6000立方米左右，發(fā)電機500kW；歐洲和德國生物天然氣工程數(shù)量雖然少，近年來發(fā)展卻很快，分別約為370座和170座，單座平均日產(chǎn)生物燃氣在1萬立方米左右。從規(guī)模效應上看，建設5000到10000立方米生物燃氣規(guī)模的沼氣工程是比較合適的，這與發(fā)改委、農(nóng)業(yè)部及能源局發(fā)布的數(shù)據(jù)相吻合。目前，我國農(nóng)業(yè)沼氣工程現(xiàn)狀與目標存在很大差距。如何順利實現(xiàn)大型化轉型，是生物燃氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重中之重。

　　沼氣工程大型化轉型面臨的難題及其破解思路

　　目前，我國農(nóng)業(yè)沼氣工程在原料收儲運、集中處理、產(chǎn)品銷售與利用等環(huán)節(jié)均不支持規(guī)模化生產(chǎn)，成為其大型化轉型的重大難題。這里主要圍繞其中的收儲運環(huán)節(jié)進行分析。大家知道，秸稈直燃發(fā)電市場繁榮、投資踴躍卻虧損嚴重，其主要難題在于如何選擇合適的收集半徑。通過分析發(fā)現(xiàn)，當原料收集半徑由25km擴大到50km時，秸稈電廠年利潤率將下降20-30%。而當收集半徑為50km時，電廠的盈利能力基本處于臨界狀態(tài)。以1萬方生物燃氣工程為例，通過倒推其原料需求可知，若以豬糞為原料，需要有100個以上平均規(guī)模2000頭存欄的養(yǎng)豬場為其提供原料；若以秸稈為原料，則需要25個村級收集站和2個鄉(xiāng)鎮(zhèn)服務中心。目前構建如此龐大且分散的收儲運體系還存在一定困難。

　　實際上，三年前我們就在山東省發(fā)起了 “十萬億”燃氣項目的倡議。在與山東省政府對接后，由環(huán)保廳落實實施，并于去年正式啟動了“山東省畜禽污染防治與資源化三級網(wǎng)絡體系構建研究”項目。在該項目中，針對不同環(huán)節(jié)研究解決問題途徑，構建涵蓋“收儲運－生產(chǎn)處理－產(chǎn)品銷售”全鏈條的“三級網(wǎng)絡”體系。第一級網(wǎng)絡是指原料的收集、儲存、轉運系統(tǒng)；第二級網(wǎng)絡是指生產(chǎn)處理系統(tǒng)，包括厭氧消化、有機肥生產(chǎn)、沼氣精制等；第三級網(wǎng)絡是指生物燃氣、肥料的銷售利用系統(tǒng)。我們認為，構建面向農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的三級網(wǎng)絡系統(tǒng)，是破解沼氣工程大型化轉型難題的重要途徑之一。

　　構建產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三級網(wǎng)絡系統(tǒng)

　　在收儲運網(wǎng)絡方面，需要兼顧農(nóng)戶受益、企業(yè)盈利、政府解決污染原則，形成以農(nóng)戶參與、企業(yè)主導、政府推動的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)收儲運網(wǎng)絡體系。山東泉林集團建立了一套穩(wěn)定秸稈收儲網(wǎng)絡，充分保障了企業(yè)秸稈全年需求。從他們的收儲運模式圖可以看出，一位專業(yè)收集戶能覆蓋1000畝的土地，收集規(guī)模是250噸，一個鄉(xiāng)鎮(zhèn)服務中心，能夠覆蓋30000到40000畝，收集規(guī)模是5000噸。在這基礎上，將秸稈集中送到企業(yè)。總體來看，前兩個環(huán)節(jié)的秸稈價格是比較低的。根據(jù)初步計算結果，即使在國家補貼情況下，過高的秸稈收購價也會導致沼氣工程不盈利。因此，需要將秸稈的收儲運控制在村鎮(zhèn)范圍內(nèi)，而且還需要確定最優(yōu)的收集半徑。

　　結合廢棄物資源密度、收集系數(shù)和存儲費用等基礎數(shù)據(jù)，可以通過構建收儲運模型來確定每個區(qū)域的最優(yōu)收集半徑。通過以肥城為試點區(qū)域，根據(jù)農(nóng)業(yè)廢棄物資源密度，對沼氣工程規(guī)模和年產(chǎn)沼氣收入進行分析，進而確立了最優(yōu)收集半徑和工程布局。一期以畜禽糞便為主建設三個生物燃氣項目，總生產(chǎn)規(guī)模為5萬立方米；項目二期時同時考慮秸稈，總規(guī)模將達到12萬立方米。此外，對山東全省的畜禽糞便和秸稈資源量也做了調(diào)研，并制定了山東省大型沼氣工程布局遠期規(guī)劃，這對于推動山東省生物燃氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要指導意義。

　　在資源化生產(chǎn)技術網(wǎng)絡方面，雖然其發(fā)展與應用相對比較成熟，在大型化轉型過程中卻仍然面臨著技術、反應器、材料和設備的選擇難題。在大型沼氣工程建設與推廣過程中，應構建幾種簡單且通用的技術設備模式，替代目前五花八門的選擇。標準化設計、系列化產(chǎn)品和自動化運行是實現(xiàn)沼氣工程產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的必然要求和趨勢。在沼氣精制方面，不管是化學吸附、變壓吸附、物理吸附等傳統(tǒng)技術，還是近年來興起的膜分離技術，都已經(jīng)發(fā)展非常成熟。例如，山東十方的高效可移動式撬裝沼氣精制設備已經(jīng)能夠將脫水、脫硫、脫碳和壓縮等單元集成到集裝箱內(nèi)，能縮短施工周期，減少占地面積。在沼渣沼液處理和資源化生產(chǎn)方面，目前開展的相關工作也很多，例如，我們可以通過利用反滲透膜濃縮，將沼液中營養(yǎng)物質(zhì)提高十倍以上，為后續(xù)液肥生產(chǎn)提供基礎。此外，利用現(xiàn)代網(wǎng)絡技術進一步優(yōu)化與提升資源化生產(chǎn)過程將是今后的一個重要發(fā)展趨勢。

　　在生物燃氣和肥料的銷售利用方面，目前國內(nèi)外生物燃氣主要用于綠色公交、工業(yè)改造和居民燃氣等，而農(nóng)業(yè)廢棄物生物燃氣在克霾減排中的重要作用也值得關注。相比于火電廠燃煤，散煤燃燒的排放強度集中，低空排放且無任何污染防治措施，對霧霾的“貢獻”更加突出。據(jù)估算，山東省村鎮(zhèn)耗煤量約4500萬t/年，其污染量相當于火電廠燃煤量為4.5億-6.75億t/年時的污染量。如果采用生物燃氣替代散煤燃燒，將對控制霧霾有很大益處。對于沼液沼渣肥料，美國和歐洲基本將其還田利用，他們通過設置合適的標準，將生產(chǎn)方式、養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)非常好地耦合在一起。我們業(yè)界的德青源和民和牧業(yè)在這塊有很多成功的經(jīng)驗。這里分享另外一個案例，即南水北調(diào)項目中的丹江口庫區(qū)禽畜養(yǎng)殖種養(yǎng)平衡示范工程。該項目由清華大學和牧原股份承擔，通過利用厭氧消化和有機肥生產(chǎn)技術，使出欄30萬頭養(yǎng)豬場的畜禽污染物得到資源化處理，并應用于大田小麥、蔬菜和美國竹柳的種植，構建了“種植-養(yǎng)殖”循環(huán)的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式，取得良好的經(jīng)濟效益，實現(xiàn)了種養(yǎng)平衡的良性循環(huán)。然而，值得關注的是，最近我國首次發(fā)布了有關肥料抗生素殘留檢測的國家標準，有機肥料替代化肥可能存在環(huán)境污染風險也開始引起關注，預計今后以畜禽糞便為原料的有機肥利用將面臨著重大挑戰(zhàn)。

　　總結與展望

　　通過構建以厭氧消化為核心技術的三級網(wǎng)絡系統(tǒng)，有望破解我國農(nóng)業(yè)沼氣工程大型化轉型難題，進而促進生物燃氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展。最后，提出兩點展望：

　?。?）互聯(lián)網(wǎng)+三級網(wǎng)絡可以加速生物燃氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。通過構建生物燃氣產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物收儲運、資源化生產(chǎn)、產(chǎn)品銷售利用產(chǎn)業(yè)鏈全生命周期跟蹤管控，做到環(huán)境效益與經(jīng)濟效益、社會效益共贏。

　?。?）生物燃氣發(fā)展促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)升級。以生物燃氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶動區(qū)域養(yǎng)殖、種植、肥料、燃氣等行業(yè)的優(yōu)化與升級，最終構建以“農(nóng)業(yè)廢棄物收儲運-資源化處理-產(chǎn)品銷售與利用”三級網(wǎng)絡為核心的良性產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。（王凱軍）