生物天然氣丨預計2030年產(chǎn)200億立方米的新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)

日前，國家發(fā)改委、生態(tài)環(huán)境部、農(nóng)業(yè)部等十部委聯(lián)合發(fā)布《關于促進生物天然氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的指導意見》。提出積極發(fā)展新的生物天然氣可再生能源產(chǎn)業(yè)，制定了到2030年生物天然氣年產(chǎn)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(fā)《關于促進生物天然氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)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(guī)劃。在我國，生物天然氣進入公眾視野還不久，那么，年產(chǎn)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(nóng)業(yè)大學教授 程序）

一個新的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)成形

生物天然氣源自沼氣，是將沼氣經(jīng)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(guī)的天然氣同質(zhì)?？梢灾苯庸┮猿Ｒ?guī)天然氣為燃料的車用，也可并入天然氣管網(wǎng)。然而，以往我國的沼氣主要由上千萬個農(nóng)戶沼氣池產(chǎn)生。雖然曾經(jīng)接受到國家連年的財政補貼，但單池的規(guī)模極小，故障頻繁，“壽命”短暫。只能輔助性地為部分農(nóng)民點點燈、做做飯，根本談不上商品化和產(chǎn)業(yè)化。特別是近年來，農(nóng)村的社會、經(jīng)濟狀況發(fā)生了很大的變化，一方面，隨著收入增長，農(nóng)民使用品位較高的煤炭、液化石油氣等商品能源的經(jīng)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(nóng)民住房更新，戶養(yǎng)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(nóng)戶沼氣池的日常維護和運行難以進行。特別是本質(zhì)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(zhuǎn)不正常，不能可持續(xù)地發(fā)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(zhuǎn)型、升級的方針，轉(zhuǎn)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(xù)建立起近百家日產(chǎn)1-5萬立方米生物天然氣的示范企業(yè)。當前，為數(shù)眾多的民營企業(yè)乃至一些央企，如中廣核，中船重工，中節(jié)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(nóng)業(yè)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(yè)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(chǎn)業(yè)的健康發(fā)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(huán)境條件的改善、如養(yǎng)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(yè)將迎來井噴式的發(fā)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(zhì)形態(tài)，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(fā)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(guī)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(yè)燃料。補充我國天然氣生產(chǎn)量的不足，降低天然氣的進口依存度。在歐洲發(fā)達國家生物天然氣已開始嶄露頭角。2015年，歐洲國家共生產(chǎn)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(lián)產(chǎn)。但沼氣提純的發(fā)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(wǎng)作車用。即便如此，生物天然氣的規(guī)模化生產(chǎn)也才有一、二十年的歷史。因此，說它是一種戰(zhàn)略性的新興產(chǎn)業(yè)，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(guī)天然氣”。然而如果從資源的可持續(xù)性角度看，它的發(fā)展前景遠遠在其他非常規(guī)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(fā)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(xiàn)潛力，更關鍵的是它是可永久性利用的資源。為其成為產(chǎn)業(yè)奠定了堅實的資源基礎。當前我國頁巖氣業(yè)已成為新興的能源產(chǎn)業(yè)，2018年全國頁巖氣產(chǎn)量108.81億立方米。因此，年產(chǎn)200億立方米的生物天然氣成為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，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(lián)合發(fā)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(tài)和環(huán)保以及振興鄉(xiāng)村經(jīng)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(nóng)業(yè)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(yǎng)化，威脅到人和動、植物的生命健康。近來甚至出現(xiàn)一個意想不到的負面效應：大量中、小和個體養(yǎng)豬場因糞便污染的環(huán)保壓力而關閉、“禁養(yǎng)”，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(jīng)領導小組第十四次會議。強調(diào)“推進北方地區(qū)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(nóng)村能源和農(nóng)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(guī)模畜禽養(yǎng)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(tài)環(huán)境保護堅決打好污染防治攻堅戰(zhàn)的意見》發(fā)布，提出要實施生物天然氣工程；又一個月后，國務院印發(fā)的《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》也提出，在具備資源條件的地方鼓勵發(fā)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(jīng)委員會第一次會議。以畜禽糞污為主的“農(nóng)村污染治理”再次受到重視，被列為到2020年“三大攻堅戰(zhàn)”中必須取得重大進展的“標志性的重大戰(zhàn)役”之一。

現(xiàn)在，大、中型沼氣和生物天然氣工程已成為治理集約化養(yǎng)殖場糞污和杜絕秸稈焚燒不可或缺的配套工程。據(jù)對投產(chǎn)的生物天然氣廠的實際投入產(chǎn)出測算，采用作物秸稈和畜禽糞便不同比例的混合發(fā)酵工藝、平均日產(chǎn)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(chǎn)，則意味著能夠?qū)s3億噸秸稈和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(tǒng)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(zhèn)化的推進，生活污水處理的普及率越來越高，所產(chǎn)生的剩余活性污泥(又稱市政污泥)數(shù)量也越來越多。傳統(tǒng)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(fā)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(xiāng)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(tǒng)的做法是填埋。然而垃圾填埋不但造成衛(wèi)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(jīng)分揀之后可發(fā)酵物的含量更高，是很好的產(chǎn)沼氣原料。因此，沼氣-生物天然氣產(chǎn)業(yè)的原料基礎是非常穩(wěn)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(huán)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(shù)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(jīng)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(jù)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(jù)國際能源署（IEA）2010年發(fā)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(zhì)量經(jīng)常保持PM2.5顆粒在10mg/m3左右的優(yōu)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(fā)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(xiāng)村經(jīng)濟功能

在2020年扶貧和脫貧“攻堅戰(zhàn)”取得基本勝利后，鄉(xiāng)村振興的緊迫性將開始顯現(xiàn)。能夠幫助農(nóng)村多余勞力就地就業(yè)和增收、能真正實現(xiàn)農(nóng)村一、二、三產(chǎn)產(chǎn)業(yè)融合的生物能源和材料產(chǎn)業(yè)必將得到重視；從總體上說，雖然生物天然氣的年產(chǎn)量達到了產(chǎn)業(yè)的規(guī)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(chǎn)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(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的若干歐盟國家，生物天然氣已成為一種新型的農(nóng)工聯(lián)合型產(chǎn)業(yè)，將產(chǎn)前、產(chǎn)中和產(chǎn)后聯(lián)成一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈，讓農(nóng)民能夠分享到加工和銷售環(huán)節(jié)的利潤，實現(xiàn)所謂一、二、三產(chǎn)的融合。這正是中國農(nóng)業(yè)和農(nóng)民所最需要的。

總之，發(fā)展生物天然氣可在能源替代、克霾減排治污、推進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)化方面一舉四得，基本不存在資源與技術裝備的制約。實現(xiàn)年產(chǎn)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(chǎn)規(guī)模繼續(xù)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(xiàn)。

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(guī)天然氣和頁巖氣、煤層氣都完全不具備的獨特、優(yōu)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(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)發(fā)布《特別報告》指出，為實現(xiàn)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(xiàn)碳的零排放。為實現(xiàn)這一宏偉目標，《特別報告》指出，唯一的方案是推行生物質(zhì)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(shù)年或數(shù)十年的“碳匯”。應用生物質(zhì)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(zhì)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(tài)下，有機廢棄物特別是人畜糞便在缺氧的環(huán)境，如在水體或堆積體中會發(fā)酵產(chǎn)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(fā)酵罐內(nèi)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(fā)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(fā)電為-414g。可以想見，大力發(fā)展沼氣-生物天然氣，生物天然氣的年產(chǎn)量達到數(shù)百億立方米的量級，必定能有效地抵消數(shù)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(diào)，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(nèi)。而“生物碳封存”(bio-CCS)則是指，碳素以生物炭(bio-char)形態(tài)，隨有機肥和土壤改良劑產(chǎn)品進入土壤，能保持數(shù)百至千年。生物炭可以是生物質(zhì)熱解轉(zhuǎn)化的副產(chǎn)物，也可以是沼氣發(fā)酵后殘存在沼渣中的難分解生物高分子木質(zhì)素。因為當前國內(nèi)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(jīng)濟可行性的CCS方式。同樣可以對我國碳減排作出貢獻。