日前,國家發改委、生態環境部、農業部等十部委聯合發布《關于促進生物天然氣產業化發展的指導意見》。提出積極發展新的生物天然氣可再生能源產業,制定了到2030年生物天然氣年產量達到200億立方米的目標。在此之前,2019年3月1日,國家能源局印發《關于促進生物天然氣產業化發展的指導意見(征求意見稿)》,已首次將生物天然氣納入國家能源規劃。在我國,生物天然氣進入公眾視野還不久,那么,年產200億立方米生物天然氣對于我們究竟意味著什么?

(文丨中國農業大學教授 程序)

一個新的戰略性新興產業成形

生物天然氣源自沼氣,是將沼氣經脫硫、脫碳等精煉后,將甲烷含量從60%左右提高到90%以上而得,與常規的天然氣同質。可以直接供以常規天然氣為燃料的車用,也可并入天然氣管網。然而,以往我國的沼氣主要由上千萬個農戶沼氣池產生。雖然曾經接受到國家連年的財政補貼,但單池的規模極小,故障頻繁,“壽命”短暫。只能輔助性地為部分農民點點燈、做做飯,根本談不上商品化和產業化。特別是近年來,農村的社會、經濟狀況發生了很大的變化,一方面,隨著收入增長,農民使用品位較高的煤炭、液化石油氣等商品能源的經濟實力提高,而使用沼氣、秸稈的積極性下降;另一方面,由于農民住房更新,戶養豬大幅減少,沼氣原料成了問題;而青、壯勞力大批進城務工,又使農戶沼氣池的日常維護和運行難以進行。特別是本質上屬于放大了的沼氣池的畜禽場沼氣工程,雖然也在政策鼓勵之列,但普遍運轉不正常,不能可持續地發展,不具備推廣價值

在一些專家的建議和倡導下,2015年起,國家能源主管部門制定了沼氣轉型、升級的方針,轉而開始扶持大型生物天然氣的工程示范。此后的4年里,各地已陸續建立起近百家日產1-5萬立方米生物天然氣的示范企業。當前,為數眾多的民營企業乃至一些央企,如中廣核,中船重工,中節能等,都已“進軍”生物天然氣領域。唯一的不足是,由于作為沼氣原料的農業廢棄污染物處置費制度在我國尚未建立,沼氣-生物天然氣企業原料成本過大,而國家財政對這種新型氣體可再生能源的補貼政策一直未能落地,在很大程度上制約了生物天然氣產業的健康發展。相信在此次十部委文件眾多利好政策的激勵下,加上外部環境條件的改善、如養殖場畜禽糞便必須無害化處理和垃圾強制分類等,生物天然氣行業將迎來井噴式的發展。

眾所周知,所有可再生能源中,唯有生物能源具備氣、固、液三種儲能物質形態,沒有像風能和太陽能固有的那種間歇性供能的弊病。它成為今后國家發展非電可再生能源的首選是必然趨勢。而生物天然氣更是生物能源中的佼佼者。它既可以直接替代常規天然氣,用于車用燃料、清潔供熱/暖燃料,也能夠用作生活和工業燃料。補充我國天然氣生產量的不足,降低天然氣的進口依存度。在歐洲發達國家生物天然氣已開始嶄露頭角。2015年,歐洲國家共生產了180億立方米生物甲烷當量的沼氣和生物天然氣。共有1.74萬家沼氣廠。相當一部分沼氣用于熱電聯產。但沼氣提純的發展趨勢明顯。已有459家沼氣提純廠;當年有12億立方米生物天然氣注入天然氣管網作車。即便如此,生物天然氣的規模化生產也才有一、二十年的歷史。因此,說它是一種戰略性的新興產業,是一點也不過份的。

生物天然氣與頁巖氣、煤層氣等同屬“非常規天然氣”。然而如果從資源的可持續性角度看,它的發展前景遠遠在其他非常規天然氣之上。雖然我國頁巖氣的儲量超20萬億立方米,然而它畢竟是不可更新資源,在短短的幾十年里就將開發殆盡。而我國的生物天然氣資源豐富,不僅具有每年約2300億立方米的可實現潛力,更關鍵的是它是可永久性利用的資源。為其成為產業奠定了堅實的資源基礎。當前我國頁巖氣業已成為新興的能源產業,2018年全國頁巖氣產量108.81億立方米。因此,年產200億立方米的生物天然氣成為戰略性新興產業,應是名至實歸。

生物天然氣的三大功能初顯身手

十個部委為推進一件事聯合發文件,這在我國也是不多見的。足以說明生物天然氣事關重大,牽涉面廣。與其特有的多功能能屬性,有著密切的關系。概括說來,生物天然氣具有能源、生態和環保以及振興鄉村經濟三大功能,是其它所有只具備能源功能的可再生能源無法比擬的。

1. 沼氣-生物天然氣的污染治理功能

以畜禽糞便為主的農業面源污染當前已成為全國面源污染的主體和治理的重中之重、難中之難。其最主要的危害是造成水體富營養化,威脅到人和動、植物的生命健康。近來甚至出現一個意想不到的負面效應:大量中、小和個體養豬場因糞便污染的環保壓力而關閉、“禁養”,成為2019年我國豬肉價格猛漲的主要原因之一。2016年12月21日,習主席主持召開中央財經領導小組第十四次會議。強調“推進北方地區冬季清潔取暖等6個問題,都是大事,關系廣大人民群眾生活,是重大的民生工程、民心工程”。指出須以沼氣和生物天然氣為主要處理方向,以就地、就近用于農村能源和農用有機肥為主要使用方向,力爭在“十三五”時期,基本解決大規模畜禽養殖場糞污處理和資源化問題。這是習近平主席親自肯定沼氣的畜禽糞便無害化和資源化作用。2018年,《中共中央國務院關于全面加強生態環境保護堅決打好污染防治攻堅戰的意見》發布,提出要實施生物天然氣工程;又一個月后,國務院印發的《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》也提出,在具備資源條件的地方鼓勵發展生物天然氣。2018年4月2日,習主席主持召開十九屆中央的中央財經委員會第一次會議。以畜禽糞污為主的“農村污染治理”再次受到重視,被列為到2020年“三大攻堅戰”中必須取得重大進展的“標志性的重大戰役”之一。

現在,大、中型沼氣和生物天然氣工程已成為治理集約化養殖場糞污和杜絕秸稈焚燒不可或缺的配套工程。據對投產的生物天然氣廠的實際投入產出測算,采用作物秸稈和畜禽糞便不同比例的混合發酵工藝、平均日產1萬立方米生物天然氣的工廠,年可消納約2-6萬噸作物秸稈和2-4萬噸畜禽糞便。設若200億立方米生物天然氣完全由大型沼氣-生物天然氣生產,則意味著能夠對約3億噸秸稈和2億噸畜禽糞便作無害化處理和資源化利用,相當于分別解決我國全部焚燒秸稈和減少10%的畜禽糞便量。

沼氣-生物天然氣的原料正在突破傳統的單一畜禽糞便。除作物秸稈外,多種有機廢棄物也加入到原料的行列。隨著我國城鎮化的推進,生活污水處理的普及率越來越高,所產生的剩余活性污泥(又稱市政污泥)數量也越來越多。傳統的填埋處理不但占用土地資源,還存在很大的安全隱患。而剩余活性污泥的沼氣發酵已被證明是污泥減量化、無害化和獲取一部分能源的理想途徑。垃圾特別是餐廚垃圾是城鄉社會普遍感到頭疼的難題。尤其是餐廚垃圾(“地溝油”)的處理不當造成嚴重的食物安全問題。以往傳統的做法是填埋。然而垃圾填埋不但造成衛生和二次污染問題,也浪費了寶貴的土地資源。我國生活垃圾的特點是有機物含量高,一般達50-60%,經分揀之后可發酵物的含量更高,是很好的產沼氣原料。因此,沼氣-生物天然氣產業的原料基礎是非常穩定的。

2. 生物天然氣的空氣污染治理功能

天然氣通常被認為是一種清潔能源。實際上,生物天然氣比化石天然氣要環保與清潔得多,是名符其實的霧霾“克星”。機動車消耗化石燃料排放尾氣被公認是空氣污染的首惡。2018年底全國機動車保有量已達3.27億輛,其中汽車保有量達2.4億輛,且以每年2500萬輛以上的數目快速增加。特別在大、中城市,機動車排放的尾氣的作用已開始超出燃煤;其次,機動車里又以重型柴油客、貨車對形成霾的“貢獻”最大。柴油車尾氣中含有的二次有機氣溶膠(SOA),對霧霾形成的作用遠大于汽油車。每升燃油造成的尾氣污染物,柴油車是汽油車的15倍。歐盟國家的經驗表明,一、二次顆粒物總量的36%來自交通運輸領域的尾氣污染物。據歐洲國家的實踐,生物天然氣替代柴油車用時,懸浮顆粒、硫化物及氮氧化物分別比用柴油時減少90%,99%和70%。據國際能源署(IEA)2010年發表的報告,以對霧霾“貢獻”最大的氮氧化合物(NOx)和PM的排放量而言,輕型和商用載重車在用天然氣作燃料時,兩者的排放量低到可忽略不計;而在重型載重車條件下,用天然氣的NOx和PM的排放量,也要顯著地低于柴油重卡及汽油重卡。瑞典斯德哥爾摩市公交車全部使用生物天然氣和生物乙醇,2009年減排顆粒物10噸、氮氧化物100噸和CO2 4萬噸,空氣質量經常保持PM2.5顆粒在10mg/m3左右的優良水平;

我國霧霾天氣和溫室氣體排放的形勢已極為嚴峻。“煤改氣”,提高油品標號和推行天然氣汽車等措施雖然有效,但在實施時遇到種種困難。天然氣短缺和價高是最大的障礙。發展生物天然氣無疑能有效緩解這些矛盾。

3. 生物天然氣的振興鄉村經濟功能

在2020年扶貧和脫貧“攻堅戰”取得基本勝利后,鄉村振興的緊迫性將開始顯現。能夠幫助農村多余勞力就地就業和增收、能真正實現農村一、二、三產產業融合的生物能源和材料產業必將得到重視;從總體上說,雖然生物天然氣的年產量達到了產業的規模,但作為原料的秸稈和畜禽糞便分布高度分散的特點,以及沼氣生產分散但提純工藝則宜集中的矛盾,決定了分布式將是其主要的營運方式。正因為如此,此次十部委文件中,明確肯定了生物天然氣是一種“分布式天然氣”。在已經實現產業化的若干歐盟國家,生物天然氣已成為一種新型的農工聯合型產業,將產前、產中和產后聯成一條完整的產業鏈,讓農民能夠分享到加工和銷售環節的利潤,實現所謂一、二、三產的融合。這正是中國農業和農民所最需要的。

總之,發展生物天然氣可在能源替代、克霾減排治污、推進現代農業和城鎮化方面一舉四得,基本不存在資源與技術裝備的制約。實現年產200億立方米生物天然氣,是挖掘了我國巨大的生物天然氣資源潛力有重大意義的第一步。在生產規模繼續增加、使用量和范圍進一步擴大后,生物天然氣的多種功能和效應,必將得到更加深入的顯現。

生物碳封存和負碳排放將助力我國溫室氣體減排

生物天然氣有一種常規天然氣和頁巖氣、煤層氣都完全不具備的獨特、優異的特性,這就是不但不會增加碳排放,而且還能抵消部分碳排放。

2018年11月,聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)發布《特別報告》指出,為實現本世紀末全球升溫低于1.5℃的目標要求,全世界在2050年左右要實現碳的零排放。為實現這一宏偉目標,《特別報告》指出,唯一的方案是推行生物質能,碳負排放 (negative emission)和碳收集封存 (CCS),把碳從大氣中“吸出” (sucking),而不僅僅是靠時效只有數年或數十年的“碳匯”。應用生物質能和碳捕獲和封存(BECCS)自此受到國際氣候變化界的高度重視。

眾所周知,生物質能是全生命周期碳零排放能源。而其中的沼氣不但是“碳中性”,更是難得的全生命周期碳負排放能源。之所以說它是碳負排放,其原因在于沼氣中主要成分是甲烷。而甲烷是一種增溫效應遠大于CO2的溫室氣體,其CO2當量是二氧化碳的25倍。在自然狀態下,有機廢棄物特別是人畜糞便在缺氧的環境,如在水體或堆積體中會發酵產生大量沼氣,直接排放進入大氣。而如果采取工程措施,將有機廢棄物收集起來在密閉的厭氧發酵罐內制造沼氣,再加以能源利用,就可以有效地阻隔相當一部分沼氣甲烷的自然形成和排放。瑞典隆德大學測算了各種能源發電的CO2排放量。以每1kWh排放的全生命周期(LCA) CO2量計,煤炭為703-1143g,天然氣為508g;即便是風電亦要排放89g,而沼氣發電為-414g。可以想見,大力發展沼氣-生物天然氣,生物天然氣的年產量達到數百億立方米的量級,必定能有效地抵消數量可觀的溫室氣體排放,對我國碳減排作出較大的貢獻。正因為如此,此次十部委文件中專門強調,要“推進生物天然氣參與碳排放權交易”。

其次,沼氣還可帶來碳封存的效應。通常說的碳封存多是指將CO2捕獲后高壓封入深層廢礦井內。而“生物碳封存”(bio-CCS)則是指,碳素以生物炭(bio-char)形態,隨有機肥和土壤改良劑產品進入土壤,能保持數百至千年。生物炭可以是生物質熱解轉化的副產物,也可以是沼氣發酵后殘存在沼渣中的難分解生物高分子木質素。因為當前國內高壓封存法的成本估算為500元/噸CO2,是碳交易額值的近20倍。因此生物碳封存是目前唯一具備經濟可行性的CCS方式。同樣可以對我國碳減排作出貢獻。


來源:中國能源報