日前,国家发改委、生态环境部、农业部等十部委联合发布《关于促进生物天然气产业化发展的指导意见》。提出积极发展新的生物天然气可再生能源产业,制定了到2030年生物天然气年产量达到200亿立方米的目标。在此之前,2019年3月1日,国家能源局印发《关于促进生物天然气产业化发展的指导意见(征求意见稿)》,已首次将生物天然气纳入国家能源规划。在我国,生物天然气进入公众视野还不久,那么,年产200亿立方米生物天然气对于我们究竟意味着什么?

(文丨中国农业大学教授 程序)

一个新的战略性新兴产业成形

生物天然气源自沼气,是将沼气经脱硫、脱碳等精炼后,将甲烷含量从60%左右提高到90%以上而得,与常规的天然气同质。可以直接供以常规天然气为燃料的车用,也可并入天然气管网。然而,以往我国的沼气主要由上千万个农户沼气池产生。虽然曾经接受到国家连年的财政补贴,但单池的规模极小,故障频繁,“寿命”短暂。只能辅助性地为部分农民点点灯、做做饭,根本谈不上商品化和产业化。特别是近年来,农村的社会、经济状况发生了很大的变化,一方面,随着收入增长,农民使用品位较高的煤炭、液化石油气等商品能源的经济实力提高,而使用沼气、秸秆的积极性下降;另一方面,由于农民住房更新,户养猪大幅减少,沼气原料成了问题;而青、壮劳力大批进城务工,又使农户沼气池的日常维护和运行难以进行。特别是本质上属于放大了的沼气池的畜禽场沼气工程,虽然也在政策鼓励之列,但普遍运转不正常,不能可持续地发展,不具备推广价值

在一些专家的建议和倡导下,2015年起,国家能源主管部门制定了沼气转型、升级的方针,转而开始扶持大型生物天然气的工程示范。此后的4年里,各地已陆续建立起近百家日产1-5万立方米生物天然气的示范企业。当前,为数众多的民营企业乃至一些央企,如中广核,中船重工,中节能等,都已“进军”生物天然气领域。唯一的不足是,由于作为沼气原料的农业废弃污染物处置费制度在我国尚未建立,沼气-生物天然气企业原料成本过大,而国家财政对这种新型气体可再生能源的补贴政策一直未能落地,在很大程度上制约了生物天然气产业的健康发展。相信在此次十部委文件众多利好政策的激励下,加上外部环境条件的改善、如养殖场畜禽粪便必须无害化处理和垃圾强制分类等,生物天然气行业将迎来井喷式的发展。

众所周知,所有可再生能源中,唯有生物能源具备气、固、液三种储能物质形态,没有像风能和太阳能固有的那种间歇性供能的弊病。它成为今后国家发展非电可再生能源的首选是必然趋势。而生物天然气更是生物能源中的佼佼者。它既可以直接替代常规天然气,用于车用燃料、清洁供热/暖燃料,也能够用作生活和工业燃料。补充我国天然气生产量的不足,降低天然气的进口依存度。在欧洲发达国家生物天然气已开始崭露头角。2015年,欧洲国家共生产了180亿立方米生物甲烷当量的沼气和生物天然气。共有1.74万家沼气厂。相当一部分沼气用于热电联产。但沼气提纯的发展趋势明显。已有459家沼气提纯厂;当年有12亿立方米生物天然气注入天然气管网作车。即便如此,生物天然气的规模化生产也才有一、二十年的历史。因此,说它是一种战略性的新兴产业,是一点也不过份的。

生物天然气与页岩气、煤层气等同属“非常规天然气”。然而如果从资源的可持续性角度看,它的发展前景远远在其他非常规天然气之上。虽然我国页岩气的储量超20万亿立方米,然而它毕竟是不可更新资源,在短短的几十年里就将开发殆尽。而我国的生物天然气资源丰富,不仅具有每年约2300亿立方米的可实现潜力,更关键的是它是可永久性利用的资源。为其成为产业奠定了坚实的资源基础。当前我国页岩气业已成为新兴的能源产业,2018年全国页岩气产量108.81亿立方米。因此,年产200亿立方米的生物天然气成为战略性新兴产业,应是名至实归。

生物天然气的三大功能初显身手

十个部委为推进一件事联合发文件,这在我国也是不多见的。足以说明生物天然气事关重大,牵涉面广。与其特有的多功能能属性,有着密切的关系。概括说来,生物天然气具有能源、生态和环保以及振兴乡村经济三大功能,是其它所有只具备能源功能的可再生能源无法比拟的。

1. 沼气-生物天然气的污染治理功能

以畜禽粪便为主的农业面源污染当前已成为全国面源污染的主体和治理的重中之重、难中之难。其最主要的危害是造成水体富营养化,威胁到人和动、植物的生命健康。近来甚至出现一个意想不到的负面效应:大量中、小和个体养猪场因粪便污染的环保压力而关闭、“禁养”,成为2019年我国猪肉价格猛涨的主要原因之一。2016年12月21日,习主席主持召开中央财经领导小组第十四次会议。强调“推进北方地区冬季清洁取暖等6个问题,都是大事,关系广大人民群众生活,是重大的民生工程、民心工程”。指出须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。这是习近平主席亲自肯定沼气的畜禽粪便无害化和资源化作用。2018年,《中共中央国务院关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见》发布,提出要实施生物天然气工程;又一个月后,国务院印发的《打赢蓝天保卫战三年行动计划》也提出,在具备资源条件的地方鼓励发展生物天然气。2018年4月2日,习主席主持召开十九届中央的中央财经委员会第一次会议。以畜禽粪污为主的“农村污染治理”再次受到重视,被列为到2020年“三大攻坚战”中必须取得重大进展的“标志性的重大战役”之一。

现在,大、中型沼气和生物天然气工程已成为治理集约化养殖场粪污和杜绝秸秆焚烧不可或缺的配套工程。据对投产的生物天然气厂的实际投入产出测算,采用作物秸秆和畜禽粪便不同比例的混合发酵工艺、平均日产1万立方米生物天然气的工厂,年可消纳约2-6万吨作物秸秆和2-4万吨畜禽粪便。设若200亿立方米生物天然气完全由大型沼气-生物天然气生产,则意味着能够对约3亿吨秸秆和2亿吨畜禽粪便作无害化处理和资源化利用,相当于分别解决我国全部焚烧秸秆和减少10%的畜禽粪便量。

沼气-生物天然气的原料正在突破传统的单一畜禽粪便。除作物秸秆外,多种有机废弃物也加入到原料的行列。随着我国城镇化的推进,生活污水处理的普及率越来越高,所产生的剩余活性污泥(又称市政污泥)数量也越来越多。传统的填埋处理不但占用土地资源,还存在很大的安全隐患。而剩余活性污泥的沼气发酵已被证明是污泥减量化、无害化和获取一部分能源的理想途径。垃圾特别是餐厨垃圾是城乡社会普遍感到头疼的难题。尤其是餐厨垃圾(“地沟油”)的处理不当造成严重的食物安全问题。以往传统的做法是填埋。然而垃圾填埋不但造成卫生和二次污染问题,也浪费了宝贵的土地资源。我国生活垃圾的特点是有机物含量高,一般达50-60%,经分拣之后可发酵物的含量更高,是很好的产沼气原料。因此,沼气-生物天然气产业的原料基础是非常稳定的。

2. 生物天然气的空气污染治理功能

天然气通常被认为是一种清洁能源。实际上,生物天然气比化石天然气要环保与清洁得多,是名符其实的雾霾“克星”。机动车消耗化石燃料排放尾气被公认是空气污染的首恶。2018年底全国机动车保有量已达3.27亿辆,其中汽车保有量达2.4亿辆,且以每年2500万辆以上的数目快速增加。特别在大、中城市,机动车排放的尾气的作用已开始超出燃煤;其次,机动车里又以重型柴油客、货车对形成霾的“贡献”最大。柴油车尾气中含有的二次有机气溶胶(SOA),对雾霾形成的作用远大于汽油车。每升燃油造成的尾气污染物,柴油车是汽油车的15倍。欧盟国家的经验表明,一、二次颗粒物总量的36%来自交通运输领域的尾气污染物。据欧洲国家的实践,生物天然气替代柴油车用时,悬浮颗粒、硫化物及氮氧化物分别比用柴油时减少90%,99%和70%。据国际能源署(IEA)2010年发表的报告,以对雾霾“贡献”最大的氮氧化合物(NOx)和PM的排放量而言,轻型和商用载重车在用天然气作燃料时,两者的排放量低到可忽略不计;而在重型载重车条件下,用天然气的NOx和PM的排放量,也要显著地低于柴油重卡及汽油重卡。瑞典斯德哥尔摩市公交车全部使用生物天然气和生物乙醇,2009年减排颗粒物10吨、氮氧化物100吨和CO2 4万吨,空气质量经常保持PM2.5颗粒在10mg/m3左右的优良水平;

我国雾霾天气和温室气体排放的形势已极为严峻。“煤改气”,提高油品标号和推行天然气汽车等措施虽然有效,但在实施时遇到种种困难。天然气短缺和价高是最大的障碍。发展生物天然气无疑能有效缓解这些矛盾。

3. 生物天然气的振兴乡村经济功能

在2020年扶贫和脱贫“攻坚战”取得基本胜利后,乡村振兴的紧迫性将开始显现。能够帮助农村多余劳力就地就业和增收、能真正实现农村一、二、三产产业融合的生物能源和材料产业必将得到重视;从总体上说,虽然生物天然气的年产量达到了产业的规模,但作为原料的秸秆和畜禽粪便分布高度分散的特点,以及沼气生产分散但提纯工艺则宜集中的矛盾,决定了分布式将是其主要的营运方式。正因为如此,此次十部委文件中,明确肯定了生物天然气是一种“分布式天然气”。在已经实现产业化的若干欧盟国家,生物天然气已成为一种新型的农工联合型产业,将产前、产中和产后联成一条完整的产业链,让农民能够分享到加工和销售环节的利润,实现所谓一、二、三产的融合。这正是中国农业和农民所最需要的。

总之,发展生物天然气可在能源替代、克霾减排治污、推进现代农业和城镇化方面一举四得,基本不存在资源与技术装备的制约。实现年产200亿立方米生物天然气,是挖掘了我国巨大的生物天然气资源潜力有重大意义的第一步。在生产规模继续增加、使用量和范围进一步扩大后,生物天然气的多种功能和效应,必将得到更加深入的显现。

生物碳封存和负碳排放将助力我国温室气体减排

生物天然气有一种常规天然气和页岩气、煤层气都完全不具备的独特、优异的特性,这就是不但不会增加碳排放,而且还能抵消部分碳排放。

2018年11月,联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布《特别报告》指出,为实现本世纪末全球升温低于1.5℃的目标要求,全世界在2050年左右要实现碳的零排放。为实现这一宏伟目标,《特别报告》指出,唯一的方案是推行生物质能,碳负排放 (negative emission)和碳收集封存 (CCS),把碳从大气中“吸出” (sucking),而不仅仅是靠时效只有数年或数十年的“碳汇”。应用生物质能和碳捕获和封存(BECCS)自此受到国际气候变化界的高度重视。

众所周知,生物质能是全生命周期碳零排放能源。而其中的沼气不但是“碳中性”,更是难得的全生命周期碳负排放能源。之所以说它是碳负排放,其原因在于沼气中主要成分是甲烷。而甲烷是一种增温效应远大于CO2的温室气体,其CO2当量是二氧化碳的25倍。在自然状态下,有机废弃物特别是人畜粪便在缺氧的环境,如在水体或堆积体中会发酵产生大量沼气,直接排放进入大气。而如果采取工程措施,将有机废弃物收集起来在密闭的厌氧发酵罐内制造沼气,再加以能源利用,就可以有效地阻隔相当一部分沼气甲烷的自然形成和排放。瑞典隆德大学测算了各种能源发电的CO2排放量。以每1kWh排放的全生命周期(LCA) CO2量计,煤炭为703-1143g,天然气为508g;即便是风电亦要排放89g,而沼气发电为-414g。可以想见,大力发展沼气-生物天然气,生物天然气的年产量达到数百亿立方米的量级,必定能有效地抵消数量可观的温室气体排放,对我国碳减排作出较大的贡献。正因为如此,此次十部委文件中专门强调,要“推进生物天然气参与碳排放权交易”。

其次,沼气还可带来碳封存的效应。通常说的碳封存多是指将CO2捕获后高压封入深层废矿井内。而“生物碳封存”(bio-CCS)则是指,碳素以生物炭(bio-char)形态,随有机肥和土壤改良剂产品进入土壤,能保持数百至千年。生物炭可以是生物质热解转化的副产物,也可以是沼气发酵后残存在沼渣中的难分解生物高分子木质素。因为当前国内高压封存法的成本估算为500元/吨CO2,是碳交易额值的近20倍。因此生物碳封存是目前唯一具备经济可行性的CCS方式。同样可以对我国碳减排作出贡献。


来源:中国能源报