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送寒迎春:沼气行业焕发“朝气”

[日期:2019-11-26]   来源:中国科学报   作者:   [字体: ]

“沼气行业正处在发展转型期,有人看好,有人不看好,也的确存在不少问题,但在当前天然气缺口大和诸多利好政策出台的形势下,中国沼气市场潜力巨大。”日前,清华大学教授、中国沼气学会秘书长王凯军在“2019年中国沼气学会学术年会暨中德沼气合作论坛”上作主题演讲,为行业发展提振信心。

沼气,因有助于解决农村环境污染、处理畜禽粪便,以及作为燃烧发电的清洁能源等优势,曾在我国农村风靡一时。但如今,在农村,目之所及的却是一个个被荒废闲置的坑池。

是何原因导致这一局面的出现?我国沼气行业出路何在?来自国内外专家学者、企业代表齐聚一堂,再次复盘我国沼气行业发展的“前世今生”,共谋发展对策。

政策利好 前景广阔

王凯军的结论不无缘由。

环保能源行业的市场通常由政府主导,政策即为行业发展的风向标。王凯军一开始便细数了近年来出台的数条利好政策。

首先,国家能源局推进北方地区冬季清洁取暖,要求尽可能利用清洁能源、加快提高清洁供暖比重。由此,全国大规模的煤改气“行动”使得天然气供应不足。

中国工程院院士江亿曾分析指出,目前我国北方城乡需要采暖建筑面积250亿平方米,全部改气需要天然气2500亿立方米。

在王凯军看来,这是改变能源结构、生物燃气供给端的重大利好事件。沼气作为生物天然气的重要成员,迎来发展机遇。

其次,中央财经领导小组第十四次会议要求普遍推行垃圾分类制度;此外,会议还强调加快推进畜禽养殖废弃物处理和资源化,并强调以沼气和生物天然气为主要处理方向,以就地就近用于农村能源和农用有机肥为主要使用方向,力争在“十三五”时期,基本解决大规模畜禽养殖场粪污处理和资源化问题。

王凯军认为,这些是推动垃圾分类、畜禽粪污处理以及资源化和沼气发展产业的重大利好事件。

“过去,我国农村沼气、工业沼气两个方向发展有限,上述产业利好政策打通了产业发展的‘任督二脉’。”王凯军形象地比喻,“任脉”是40亿方畜禽粪便的处理,产沼气潜力最少400亿~1000亿方;“督脉”是垃圾分类后的厨余垃圾处理,以每人产生0.4kg厨余垃圾计算,产生沼气0.2方,全国每年可产生1000亿方沼气。未来,沼气市场空间潜力巨大。

对企业来说,发展沼气事业利润也十分可观。王凯军算了一笔账,当前,全国城市污水排放约500亿吨/年,平均收费不到1元/吨,运行费不过500亿元/年,投资2000亿元,污水处理市场培育了数十家上市公司。而生物天然气如果按照500亿立方米/年产能来算,运行费用超过1500亿元/年,投资将超过上万亿元,市场容量远大于污水处理。

中国的沼气行业发展经历了三个阶段:第一阶段是家庭式的户用小沼气工程,户用沼气曾解决了2亿多人口炊事用能问题,年生产有机肥7100万吨,有效替代了化肥农药;第二阶段是大中型沼气工程,用于养殖场和治理污染、生活用能肥;第三阶段是目前正在推进的特大型沼气工程,主要是可再生能源生产等综合利用。

与会专家认为,规模化大型农村沼气工程综合效益更加显著,这是沼气行业转型升级的又一重大机遇。

技术产业 挑战艰巨

前景广阔,但艰巨的挑战不容忽视。

沼气发酵是一个厌氧化学过程,将有机废弃物进行厌氧消化制取沼气的技术成为发展主流。

“厌氧生物技术是实现可持续发展的核心技术。”王凯军直言,“在过去半个世纪里,厌氧消化方面除了在池形、材料、搅拌等辅助设备上取得进步,在基本原理和工艺方面并未有实质性的重大突破。”

以往,厌氧发酵主流技术主要采用的是有近百年历史的CSTR反应器,其产气率和投资利用率高、工艺占地少、成本低,被认为是目前世界上最先进的厌氧反应器之一。

但目前该技术却停滞不前,且遭遇了诸多困境。比如停留时间长、负荷低、反应器落后等,在秸秆、餐厨垃圾、城市污泥以及厨余垃圾不同的废弃物处理中面临不同问题。

不仅如此,厌氧生物技术还面临着是否采取非甲烷化的途径、干发酵还是湿发酵等争议和挑战。

此外,农业沼气工程大型化转型中遭遇不少重大难题——在原料收储运、集中处理、产品销售与利用等环节均不支持规模化生产。

“分散养殖和较高比重的散户和中小规模养殖户客观上带来了畜禽粪污收集与运输困难。”王凯军提到,种养分离使得沼渣沼液利用与农业生产之间出现季节性和地域性特点,导致收集、转运、存储、处理利用等难以形成有效链条。

与此同时,农村废弃物,尤其是畜禽粪污处理也是沼气行业发展中的难题之一。当前,畜禽养殖污染已成为农业面源污染的主要来源。据农业农村部数据,我国每年大约有近50亿吨农村废弃物,其中畜禽粪污38亿吨,其综合利用率不到60%,有超过30%直接排入了地表水体。

农业废弃物制取沼气技术是农业废弃物能源化与资源化领域的有效方式。农业农村部沼气科学研究所总工程师、研究员邓良伟认为,畜禽粪污微生物转化产沼气是目前最成熟的畜禽粪污能源化技术。提高沼气发酵效率的措施包括,改善原料可利用性、提高微生物数量和活性、提高混合传质效果。

多位专家学者谈到,当前,我国沼气产业的发展还处在初级阶段,尤其是大中型沼气工程还处于示范探索期,围绕全产业链各环节所存在的诸多问题仍待解决。

规模发展 区域治理

面对挑战,如何破解发展困境?沼气行业发展出路何在?

王凯军建议,针对厌氧技术突破,“师法自然”开发利用“新型仿生产甲烷工艺”;为支持产业化运作,借助互联网技术建立基于农业有机废弃物能源化利用的生物天然气产业生态链,即涵盖“收储运—生产处理—产品销售”全链条的“三级网络”体系,这是破解沼气工程大型化转型难题的重要途径之一。此外,他还建议,充分利用土地流转等制度,发展新的商业模式,以及打造以沼气工程为核心的田园综合体等。

正如诸多专家所提到的,规模化大型沼气工程已成为发展趋势。2015年4月,国家发改委与原农业部联合印发了《2015年农村沼气工程转型升级工作方案》,支持日产生物天然气1万立方米以上的工程开展试点。此外,2015—2017年,国家连续三年以投资补贴方式支持规模化生物天然气工程建设,以推动大型沼气工程和生物天然气工程的转型升级。

针对实际运行中存在的组织方式、生产主体等问题,同济大学生物质能源中心主任朱洪光提出了区域化治理模式的创新思路,该模式已在上海市崇明区进行了多年的探索实践。

“区域治理模式具有可从根本上解决畜禽粪污处理工程的原料风险,真正实现区域内废弃物无害化;由于社会资本参与,可使乡村人居环境治理短期内全面推进成为可能;以及产业化运作,实现治理效果的可持续性等优势。”

同时,他建议,国家在一定期限内要有稳定的政策引导机制;建立适度的工程规模;建立多方合作的利益共同体,实现地方政府、国有大型产业集团、民营企业和科研团队的共赢等。

当前,沼气被认为是新时期农村生物质能源利用的主要模式之一。

“要加快生物质能技术攻关与产业化应用,联通种植养殖产业、构建大生态循环。要通过凝聚共识、增进合作,为生物质能技术和装备研发、为我国和世界的生物质能产业升级,发挥积极而富有成效的推动作用。”中国农业科学院院长、中国工程院院士唐华俊说。


 





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