“雙碳”背景下對(duì)工業(yè)化生物質(zhì)沼氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的再認(rèn)識(shí)
雖然沼氣工業(yè)化在我國(guó)起步晚,基礎(chǔ)薄弱,但我們對(duì)沼氣工業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵因素、關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵路徑認(rèn)識(shí)越來越清晰,思想越來越統(tǒng)一,成功的案例也開始逐步呈現(xiàn)。
習(xí)總書記說“沼氣是個(gè)好東西”!沼氣產(chǎn)業(yè)的重要性毋庸置疑。黨和國(guó)家長(zhǎng)期重視沼氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展,上世紀(jì)末,我國(guó)戶用小沼氣取得良好發(fā)展,為解決當(dāng)時(shí)農(nóng)村生態(tài)保護(hù)、肥料缺乏、燃料與照明用能問題發(fā)揮了重要作用。
然而進(jìn)入21世紀(jì),農(nóng)村生產(chǎn)、生活情況發(fā)生改變,戶用小沼氣、養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣工程在取得更快發(fā)展的同時(shí),處境卻逐漸尷尬。沼氣產(chǎn)業(yè)該如何改革,思想認(rèn)識(shí)出現(xiàn)混亂,發(fā)展道路更加迷茫。2015年,我國(guó)提出沼氣轉(zhuǎn)型升級(jí),學(xué)習(xí)歐洲經(jīng)驗(yàn),將發(fā)展重點(diǎn)轉(zhuǎn)向工業(yè)化大型項(xiàng)目,著重發(fā)展規(guī)模化沼氣和生物天然氣項(xiàng)目(單個(gè)項(xiàng)目日產(chǎn)生物天然氣1萬立方米以上)。
近年隨著“雙碳”目標(biāo)的提出,全社會(huì)需要具有負(fù)碳排放特性的沼氣產(chǎn)業(yè)做出相應(yīng)貢獻(xiàn)的呼聲越來越高。在新時(shí)代、“雙碳”目標(biāo)背景下,對(duì)我國(guó)沼氣產(chǎn)業(yè)歷史進(jìn)行總結(jié),重新統(tǒng)一思想、形成合力,尋找到一條適應(yīng)中國(guó)特色的沼氣發(fā)展道路,讓沼氣產(chǎn)業(yè)實(shí)至名歸發(fā)揮重要作用,十分必要。
我國(guó)沼氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三個(gè)階段
起步發(fā)展階段(1929年-2002年)
我國(guó)沼氣的發(fā)展起步于20世紀(jì)20~30年代。早在1929年,廣東汕頭市即成立了中國(guó)第一個(gè)沼氣推廣機(jī)構(gòu)。到解放前,沼氣利用遍及全國(guó)13個(gè)省,但基本上處在零星分散推廣應(yīng)用狀態(tài)。
1958年,我國(guó)出現(xiàn)沼氣發(fā)展高潮。全國(guó)各地大量修建沼氣池,但由于技術(shù)不成熟和缺乏管理,能夠使用的數(shù)量很少,基本全部廢棄。進(jìn)入20世紀(jì)70年代,農(nóng)村生活燃料出現(xiàn)嚴(yán)重短缺,四川、江蘇、河南等地再次掀起發(fā)展沼氣高潮。幾年時(shí)間,全國(guó)沼氣池總數(shù)增加到700多萬戶,但由于急于求成、土法上馬,沼氣池使用年限多為3~5年,大部分在短時(shí)間內(nèi)報(bào)廢,引發(fā)社會(huì)對(duì)沼氣的廣泛疑慮。
1979年,國(guó)務(wù)院成立了全國(guó)沼氣建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組,認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),統(tǒng)籌全國(guó)沼氣工作。1988年組織1700多位沼氣技術(shù)工作者,對(duì)沼氣關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行協(xié)作攻關(guān),提出了“因地制宜、堅(jiān)持質(zhì)量、建管并重、綜合利用、講求實(shí)效、積極穩(wěn)步發(fā)展”的沼氣建設(shè)方針,通過引進(jìn)消化國(guó)外厭氧研究新成果,研究總結(jié)出了一套農(nóng)村戶用水壓式沼氣池“圓、小、淺”科學(xué)建池技術(shù)、發(fā)酵工藝及配套設(shè)備,同時(shí)建立了從國(guó)家到省、地(市)、縣的沼氣管理、推廣、科研、質(zhì)檢及培訓(xùn)體系,使我國(guó)的沼氣建設(shè)完成了起步發(fā)展階段。
在這一時(shí)期,我國(guó)農(nóng)村居民還保持散養(yǎng)牲畜習(xí)慣,農(nóng)村包產(chǎn)到戶,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)積極性極大調(diào)動(dòng)。在勞力充裕、化肥緊缺的情勢(shì)下,人、畜糞污經(jīng)堆漚作為有機(jī)肥還田是主要利用途徑,為農(nóng)村小沼氣發(fā)展帶來契機(jī)。戶用小沼氣不但以畜禽糞污為主要原料,添加農(nóng)作物秸稈、生活有機(jī)垃圾,生產(chǎn)有機(jī)肥補(bǔ)充化肥不足,最主要的作用是為農(nóng)民提供了方便、廉價(jià)的生活燃?xì)?,大量替代薪柴,有效防止水土流失、保護(hù)生態(tài)環(huán)境,其價(jià)值遠(yuǎn)超堆漚還田。到2002年,全國(guó)戶用沼氣池?cái)?shù)量超過1千萬戶,養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣工程1100多個(gè)。
快速增長(zhǎng)、處境尷尬的階段(2003年-2013年)
由于2000年以前良好發(fā)展效果,中國(guó)沼氣得到國(guó)內(nèi)外普遍認(rèn)可,隨即國(guó)家農(nóng)業(yè)部提出“生態(tài)家園富民計(jì)劃”,在全國(guó)范圍組織實(shí)施示范工程建設(shè),以沼氣為紐帶的各種類型能源生態(tài)模式和工程技術(shù)得到了政府大力支持。
此階段國(guó)家、地方財(cái)政狀況較好,通過農(nóng)村小型公益設(shè)施項(xiàng)目、農(nóng)村基本建設(shè)項(xiàng)目,尤其是自2003年開始的農(nóng)村沼氣建設(shè)國(guó)債項(xiàng)目,中央對(duì)農(nóng)村沼氣示范推廣給予高度關(guān)注,開始每年投入大量專項(xiàng)資金支持,同時(shí)部分地方也給予配套資金支持。2003~2005年,中央每年投入10億元;2006~2007年,中央每年投入25億元;2008年為應(yīng)對(duì)國(guó)際金融危機(jī),中央4萬億投資擴(kuò)大內(nèi)需、保持經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng),當(dāng)年中央用于專項(xiàng)支持農(nóng)村沼氣建設(shè)與發(fā)展的資金總額高達(dá)60億元。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),2003 ~2012年,我國(guó)沼氣行業(yè)總投資達(dá)910億元,其中中央補(bǔ)貼315億,地方補(bǔ)貼139億,企業(yè)、農(nóng)戶自籌464億。到2013年底,全國(guó)戶用沼氣池?cái)?shù)量超過3400萬戶,各類沼氣工程超過10萬座。
高投資帶來沼氣產(chǎn)業(yè)迅猛增長(zhǎng)的同時(shí),也產(chǎn)生了嚴(yán)重問題。因?yàn)橛欣蓤D,相關(guān)服務(wù)企業(yè)也增長(zhǎng)迅速。2008年,僅武漢市從事沼氣工程與技術(shù)服務(wù)公司從不到10家增長(zhǎng)至超過100家。一家青島企業(yè),最高峰時(shí)每年承接沼氣工程上百個(gè),戶用沼氣池不計(jì)其數(shù),僅用一年時(shí)間年收入就從幾百萬元猛增到過億元。沼氣產(chǎn)業(yè)內(nèi),相關(guān)企業(yè)、人員主要在跑項(xiàng)目、找補(bǔ)貼投資,只管建不管運(yùn),甚至弄虛作假成風(fēng)。
在此時(shí)期,農(nóng)村生產(chǎn)生活情況也發(fā)生變化,壯勞力普遍進(jìn)城務(wù)工,建成的沼氣池?zé)o人管理運(yùn)行;村村通電、液化石油氣逐漸普及,沼氣點(diǎn)燈、做飯功效慢慢削弱;化肥越用越多,有機(jī)肥逐步消失;雖戶用沼氣池越建越多,但建成后棄之不用的情況也愈加普遍。養(yǎng)殖場(chǎng)、小區(qū)污廢沼氣工程也存在同樣情況,只為拿補(bǔ)貼、應(yīng)付環(huán)保檢查,是否能運(yùn)行無人關(guān)注,大多成為擺設(shè)。
中國(guó)沼氣大發(fā)展,只管建設(shè)不重運(yùn)行,浪費(fèi)資源的同時(shí),充斥著弄虛作假的騙補(bǔ)行為,嚴(yán)重?cái)娘L(fēng)氣。到2013年,“小、散、亂”的發(fā)展方式已經(jīng)無以為繼,走到絕境。
轉(zhuǎn)型升級(jí)階段(2014年至今)
國(guó)家汲取“十一五”、“十二五”期間沼氣產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),從2014年起,學(xué)習(xí)歐洲集約化、工業(yè)化發(fā)展經(jīng)驗(yàn),逐步轉(zhuǎn)向支持大型、工業(yè)化、規(guī)?;託忭?xiàng)目。2014年6月,國(guó)家農(nóng)業(yè)部、財(cái)政部在全國(guó)九個(gè)省市選擇10個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目作為畜禽糞污等農(nóng)業(yè)農(nóng)村廢棄物綜合利用試點(diǎn)項(xiàng)目,每個(gè)項(xiàng)目中央預(yù)算內(nèi)補(bǔ)助資金2000萬元。
2015~2017年,國(guó)家持續(xù)大力推進(jìn)實(shí)施國(guó)家生物天然氣試點(diǎn)項(xiàng)目政策。三年時(shí)間國(guó)家總計(jì)使用26億元財(cái)政資金,支持了64個(gè)規(guī)?;锾烊粴忭?xiàng)目,平均單個(gè)項(xiàng)目資金扶持占項(xiàng)目總投資40%,但實(shí)際效果并不理想,目前尚在正常運(yùn)行的項(xiàng)目不超過20個(gè)。大部分項(xiàng)目建成后長(zhǎng)期處于停運(yùn)狀態(tài),極少數(shù)在運(yùn)項(xiàng)目也無法達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能,達(dá)產(chǎn)率普遍30%左右,運(yùn)行較好的也很難超過50%。
但是,轉(zhuǎn)型升級(jí)工作也取得一定積極效果。一是專業(yè)化分工顯現(xiàn),產(chǎn)業(yè)鏈配套逐步成形,在投資運(yùn)營(yíng)、技術(shù)研發(fā)、設(shè)備制造、EPC總承包、沼渣與沼液有機(jī)肥推廣應(yīng)用方面培育出了一批骨干企業(yè),過去沼氣“小、散、亂”局面得到扭轉(zhuǎn)。二是技術(shù)工藝水平獲得較大提升,正在形成能夠適應(yīng)我國(guó)原料狀況的技術(shù)工藝路線,并取得一定成功具備推廣價(jià)值。三是商業(yè)模式不斷完善優(yōu)化,已經(jīng)有項(xiàng)目可以實(shí)現(xiàn)盈利。這些積極變化,為我國(guó)沼氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了信心,帶來了希望。
沼氣工業(yè)化發(fā)展存在的主要問題
此前,我國(guó)沼氣采取的是項(xiàng)目化發(fā)展路徑。沼氣產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí),走工業(yè)化、規(guī)?;l(fā)展道路,還面臨技術(shù)工藝基礎(chǔ)弱、配套設(shè)計(jì)和裝備制造能力不足、產(chǎn)業(yè)鏈和商業(yè)模式不成熟、碳排放方法學(xué)缺失、管理體制不完善等問題。
技術(shù)工藝不成熟
1、核心發(fā)酵技術(shù)仍處于實(shí)踐階段
當(dāng)前,國(guó)內(nèi)工業(yè)化沼氣工程核心發(fā)酵工藝,均為引進(jìn)歐洲技術(shù)工藝。我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó),每年產(chǎn)生約8.6億噸秸稈。秸稈是我國(guó)大宗固體廢棄物,推進(jìn)秸稈綜合利用是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和的重要途徑之一,而厭氧發(fā)酵是實(shí)現(xiàn)秸稈綜合利用的有效途徑。作為我國(guó)沼氣產(chǎn)業(yè)主要原料,我國(guó)的國(guó)情與農(nóng)業(yè)特色決定,秸稈原料只能以干黃秸稈為主,這與歐洲等國(guó)家秸稈以青儲(chǔ)為主差異巨大。相較于青儲(chǔ),干黃秸稈木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)更緊密,結(jié)晶化程度更高,可溶性碳少,干黃秸稈質(zhì)輕、疏水性高,厭氧消化困難。以引進(jìn)的青儲(chǔ)厭氧發(fā)酵工藝處理國(guó)內(nèi)干黃秸稈,普遍造成浮渣結(jié)殼、發(fā)酵困難等一系列原料適應(yīng)性問題,是造成無法實(shí)現(xiàn)可靠穩(wěn)定運(yùn)行最根本問題。
當(dāng)前核心發(fā)酵工藝有濕法(發(fā)酵濃度< 12%)、半干法(12% ≤發(fā)酵濃度< 20%)、干法(發(fā)酵濃度≥ 20%)三種,濕法工藝在畜禽糞污應(yīng)用廣泛,對(duì)干黃秸稈原料適應(yīng)性差,對(duì)原料粒徑要求3 cm以下,且含雜含土量要求嚴(yán)格。濕法工藝以流場(chǎng)實(shí)現(xiàn)勻質(zhì)攪拌,干黃秸稈難以均質(zhì),易出現(xiàn)浮渣結(jié)殼現(xiàn)象,且發(fā)酵濃度低,固液分離后沼液濃度(7~12 %)高,沼液回流非常困難,實(shí)際容積產(chǎn)氣率低(0.8~1.2)、投資高、占地面積大、能耗高。
相較于濕法工藝,半干法工藝簡(jiǎn)潔、投資少、原料適應(yīng)性強(qiáng)、自耗能低、容積產(chǎn)氣率高、沼液外排壓力小、厭氧消化較徹底。我國(guó)引進(jìn)的半干法工藝,也存在原料適應(yīng)問題。如,上料穩(wěn)定性差,攪拌均質(zhì)難、物料分層嚴(yán)重,進(jìn)出料系統(tǒng)經(jīng)常堵塞,現(xiàn)有的進(jìn)口固液分離機(jī)不適用等一系列問題。但半干法工藝對(duì)物料要求低(原料5cm左右即可),含土含雜量要求低,適應(yīng)性強(qiáng),控制方便,運(yùn)行中容積產(chǎn)氣率可穩(wěn)定在1.5以上,隨著設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的提升,建設(shè)投資下降空間較大。
干法工藝近年引進(jìn)國(guó)內(nèi),因?yàn)閲?guó)外技術(shù)保密,需全套技術(shù)和設(shè)備進(jìn)口,造價(jià)高,目前在我國(guó)基本處于試驗(yàn)探索階段。
2、原料粉碎及預(yù)處理技術(shù)不成熟
我國(guó)干黃秸稈收儲(chǔ)以落地打包為主,原料含土含雜率高,嚴(yán)重時(shí)超過30%;受到收集貯存制約,含水率變化在20~75%。市場(chǎng)主流粉碎以小農(nóng)機(jī)為主,裝備水平低,可靠性差,無除土、雜、鐵功能,對(duì)原料變化及原料種類基本沒有適應(yīng)能力,同時(shí)需要人工拆包,處理量低(2~3 t/h)。目前我國(guó)無專業(yè)的秸稈粉碎機(jī)廠家及滿足行業(yè)需要的成套設(shè)備。
秸稈預(yù)處理能提高秸稈發(fā)酵效率,解決浮渣結(jié)殼、發(fā)酵困難、分層等問題。常用的預(yù)處理方法有物理法,包括破碎、揉絲、蒸汽爆破、輻射等;化學(xué)法,包括酸處理、堿處理、濕法氧化等;生物法,包括窖儲(chǔ)、真菌處理、酶處理等。目前,我國(guó)尚未形成可以適應(yīng)國(guó)內(nèi)不同類型原料的成熟可靠的秸稈預(yù)處理技術(shù)工藝。
不同的核心發(fā)酵與預(yù)處理技術(shù)工藝,在我國(guó)仍處在工程驗(yàn)證應(yīng)用階段。經(jīng)過這幾年的不懈努力取得一定突破,已經(jīng)有企業(yè)系統(tǒng)掌握能夠有效解決國(guó)內(nèi)原料適應(yīng)性的技術(shù)工藝路線,正在進(jìn)行示范推廣。
工藝、設(shè)計(jì)、裝備制造服務(wù)單位能力不足
目前,市場(chǎng)上相關(guān)服務(wù)單位普遍成長(zhǎng)于農(nóng)村戶用小沼氣時(shí)代,缺乏工業(yè)化理念和系統(tǒng)性思維。國(guó)內(nèi)尚無成熟專業(yè)的工業(yè)化沼氣工程工藝設(shè)計(jì)單位。關(guān)鍵技術(shù)、核心裝備均由歐洲國(guó)家引進(jìn),設(shè)備選型生搬硬套,沒有結(jié)合中國(guó)原料特性再創(chuàng)新。專業(yè)設(shè)備制造企業(yè)主要是小農(nóng)機(jī)制造商,標(biāo)準(zhǔn)化程度低,設(shè)備可靠性、穩(wěn)定性差,自動(dòng)化程度低,遠(yuǎn)未形成裝備制造系列化。此外,工程總承包單位普遍抱有“只管建設(shè)不管運(yùn)營(yíng)”固有觀念,總包項(xiàng)目建成后很難做到達(dá)產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。
沼氣產(chǎn)業(yè)鏈和商業(yè)模式不成熟
1、原料收儲(chǔ)運(yùn)體系未建立
目前,我國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村有機(jī)廢棄物收儲(chǔ)運(yùn)體系仍處于初級(jí)階段,缺乏穩(wěn)定的收儲(chǔ)運(yùn)組織,原料量、質(zhì)、價(jià)可靠保障較為困難;收儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范尚未建立,收儲(chǔ)運(yùn)隊(duì)伍缺乏專業(yè)性,除基本質(zhì)量難以保證外,甚至發(fā)生原料腐爛或高溫自燃。市場(chǎng)比較混亂,政府未參照城市垃圾收集體系,深度引導(dǎo)建立可持續(xù)的農(nóng)業(yè)農(nóng)村有機(jī)廢棄物儲(chǔ)運(yùn)保障體系。以秸稈為例,原料多屬于一年一季,儲(chǔ)存時(shí)間超過8個(gè)月;用量大(日產(chǎn)4萬方沼氣項(xiàng)目,年秸稈用量超過7萬t),尤其是東北區(qū)域玉米秸稈,秋冬季收儲(chǔ)秸稈含水率不一,存在大量雪包秸稈,進(jìn)一步增加了收儲(chǔ)難度。
2、沼氣高值化利用途徑缺乏
沼氣直供和供熱需建設(shè)獨(dú)立管網(wǎng),沼氣項(xiàng)目多位于鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村地區(qū),且經(jīng)濟(jì)普遍欠發(fā)達(dá),價(jià)格承受能力差,管網(wǎng)覆蓋程度低,部分項(xiàng)目受特許經(jīng)營(yíng)權(quán)限制,存在并網(wǎng)難、價(jià)格低等問題。國(guó)家雖然鼓勵(lì)生物質(zhì)能非電利用,但尚未出臺(tái)非電利用具體支持政策,沼氣發(fā)電與生物質(zhì)直燃競(jìng)爭(zhēng),補(bǔ)貼拖欠,項(xiàng)目現(xiàn)金流差,能源端產(chǎn)品缺乏可持續(xù)盈利能力。沼氣直供和供熱剛剛起步,成熟案例少,市場(chǎng)接受程度低。
3、沼渣、沼液高值化應(yīng)用處于初級(jí)階段
沼渣、沼液高值化應(yīng)用是項(xiàng)目盈虧重要因素,也是項(xiàng)目正常穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。工業(yè)化沼氣項(xiàng)目沼渣、沼液量大(半干法工藝日產(chǎn)4萬方沼氣項(xiàng)目,年產(chǎn)沼渣7.2萬t,沼液1.4萬t;濕法工藝沼液量更大)。沼渣、沼液是生產(chǎn)有機(jī)肥、育秧基質(zhì)、液態(tài)有機(jī)肥的優(yōu)質(zhì)原料,但相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)、市場(chǎng)推廣正在起步階段,用戶認(rèn)可程度低,大規(guī)模推廣應(yīng)用仍需培育。部分地區(qū)環(huán)保部門對(duì)沼渣、沼液認(rèn)識(shí)不足,采取“一刀切”政策,禁止沼渣、沼液直接還田使用,顛覆了千百年來農(nóng)業(yè)發(fā)展常識(shí)。
秸稈及混合物料沼氣碳排放方法學(xué)尚未制定
碳資產(chǎn)收益是工業(yè)化沼氣項(xiàng)目社會(huì)效益的重要體現(xiàn),也是增加收益、增加盈利的根本。目前,秸稈沼氣和秸稈混合物料沼氣項(xiàng)目碳減排方法學(xué)未制定。亟待相關(guān)部門、企業(yè)、協(xié)會(huì)組織合作創(chuàng)新研究,明確基準(zhǔn)線排放、項(xiàng)目排放計(jì)算原則和方法,以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和方法,并盡早經(jīng)生態(tài)環(huán)境部認(rèn)可后,開展項(xiàng)目備案、年減排量核算、碳市場(chǎng)交易等工作。
管理體制不完善導(dǎo)致政策協(xié)調(diào)難度較大
國(guó)家歷來非常重視發(fā)展沼氣產(chǎn)業(yè),現(xiàn)階段沼氣產(chǎn)業(yè)的特殊性也十分需要政策扶持。但是,沼氣產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng),涉及能源、發(fā)改、財(cái)政、農(nóng)業(yè)農(nóng)村、生態(tài)環(huán)境、住建等部門,牽頭部門不明確,存在多頭管理、九龍治水的問題,導(dǎo)致政出多頭,原則性支持意見多,具體可執(zhí)行落實(shí)的措施少,政策引領(lǐng)發(fā)展的效果難以彰顯,一直無法形成合力推動(dòng)發(fā)展。
沼氣產(chǎn)業(yè)在“雙碳”目標(biāo)下大有可為
歐洲先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)為我國(guó)沼氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參照
歐洲是全球沼氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展先進(jìn)地區(qū),有超過40年工業(yè)化沼氣發(fā)展經(jīng)驗(yàn),技術(shù)、商業(yè)模式成熟。沼氣已經(jīng)成為歐洲可再生能源的重要組成部分,是歐洲現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵支柱和未來化石天然氣的主要替代補(bǔ)充。
歐洲沼氣項(xiàng)目數(shù)量多、遍布全國(guó),德國(guó)有9600余座,意大利1500余座。歐洲沼氣原料多元化,主要有能源作物、秸稈、畜禽糞便、生活垃圾等;工藝成熟且技術(shù)多樣化,擁有濕法、半干法、干法厭氧發(fā)酵等多種工藝,產(chǎn)氣效率高、自耗能低、自動(dòng)化程度高;裝備制造、設(shè)計(jì)建設(shè)、運(yùn)營(yíng)管理和產(chǎn)品服務(wù)等方面,形成了完整的產(chǎn)業(yè)體系和成熟的商業(yè)模式。德國(guó)等沼氣產(chǎn)業(yè)成熟國(guó)家,農(nóng)民25%的收入來自沼氣。除沼氣發(fā)電方興未艾外,近年各國(guó)均大力發(fā)展沼氣提純制生物天然氣,到2030年主要國(guó)家的生物天然氣將占到用氣量的10%。因大規(guī)模沼渣、沼液還田,歐洲化肥、農(nóng)藥的使用量處在全球較低水平,土壤有機(jī)質(zhì)含量保持較高水平。沼氣的負(fù)碳排放特性,使之成為歐洲目前碳市場(chǎng)最受歡迎的減排品類,沼氣產(chǎn)業(yè)也已成為歐盟2050年實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要支撐。
沼氣工業(yè)化是實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的主力軍
秸稈厭氧發(fā)酵綜合利用,可以將植物在生長(zhǎng)過程中吸收的CO2,部分通過沼渣、沼液進(jìn)入土壤,增加土壤碳庫。相較于風(fēng)能、太陽能的低碳排放,沼氣產(chǎn)業(yè)綜合利用具有典型的負(fù)碳排放特性,能夠發(fā)揮更顯著的碳減排作用。
根據(jù)研究,每利用1萬m3沼氣可減少115 t溫室氣體排放,預(yù)計(jì)2060年我國(guó)沼氣產(chǎn)業(yè)可減少溫室氣體排放23億t。我國(guó)2030年碳達(dá)峰時(shí)碳排放量約106億t,到2060年沼氣產(chǎn)業(yè)可為碳中和貢獻(xiàn)21.7%的減排量,沼氣產(chǎn)業(yè)必將為我國(guó)雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)發(fā)揮關(guān)鍵作用。
沼氣工業(yè)化是解決面源污染,增加清潔能源供給的有效途徑
農(nóng)業(yè)種植和養(yǎng)殖產(chǎn)生的有機(jī)廢棄物,是治理難度最大的面源污染源。2020年中國(guó)農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量約8.6億t,糞污38億噸。參考?xì)W洲經(jīng)驗(yàn),沼氣產(chǎn)業(yè)以處理秸稈為主,輔助處理糞污。農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物通過厭氧發(fā)酵處理,既無害化解決面源污染,又生產(chǎn)清潔燃?xì)猓釉?、沼液生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥,促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。到2060年,如僅僅考慮40%秸稈和養(yǎng)殖糞污通過制沼氣無害化處理,每年可生產(chǎn)沼氣2000億m3,如提純生物天然氣,可達(dá)到目前國(guó)內(nèi)常規(guī)化石天然氣年開采量的80%,可使未來我國(guó)天然氣對(duì)外依存度由66.7%下降到41.7%。
沼氣工業(yè)化能夠推動(dòng)農(nóng)村能源革命,促進(jìn)美麗鄉(xiāng)村建設(shè)
我國(guó)農(nóng)村分布廣闊分散,交通與能源供給相對(duì)薄弱,環(huán)境治理難度大,廣大農(nóng)村處在社會(huì)供能體系的末端,面臨著能源分散、供能不足、品質(zhì)差、成本高等諸多老大難問題,很多地區(qū)無法脫離秸稈、薪柴、燃煤作為生活能源,效率低且污染環(huán)境。
沼氣可因地制宜,宜氣則氣,宜電則電,氣、電、熱綜合開發(fā),實(shí)現(xiàn)具備一定儲(chǔ)能和便利調(diào)節(jié)功能的、穩(wěn)定的多元化清潔能源供給,在降低綜合用能成本的同時(shí),提高農(nóng)村供能質(zhì)量與可靠性。
以秸稈為主,協(xié)同處理畜禽糞污、有機(jī)垃圾的沼氣項(xiàng)目,可減少面源污染、保護(hù)生態(tài)環(huán)境,有效解決新農(nóng)村建設(shè)人居環(huán)境治理難題。沼渣、沼液替代化肥,實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥減量,可以建立農(nóng)業(yè)綠色循環(huán)產(chǎn)業(yè)模式提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量,增加農(nóng)民收入,保證食品安全,在推動(dòng)農(nóng)村用能結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí),實(shí)現(xiàn)農(nóng)村能源革命的同時(shí),促進(jìn)美麗鄉(xiāng)村建設(shè)。
沼渣、沼液能夠有效保護(hù)耕地,保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展
耕地地力決定我國(guó)糧食生產(chǎn)能力,是糧食安全的重要保證。長(zhǎng)期以來過量使用化肥和農(nóng)藥,有機(jī)質(zhì)補(bǔ)充少,導(dǎo)致我國(guó)地力嚴(yán)重透支,土壤板結(jié)嚴(yán)重。
自上世紀(jì)50年代大規(guī)模開墾東北黑土地,黑土層平均每年減少0.3~1.0 cm,部分黑土層厚度已減少到0.2~0.3 m。沼氣項(xiàng)目生產(chǎn)的沼渣、沼液是優(yōu)質(zhì)有機(jī)原料,可改良土壤,提高土壤保水保肥性,增加土壤有益微生物,有效提高肥料利用效率,實(shí)現(xiàn)化肥和農(nóng)藥長(zhǎng)期高效減施,推動(dòng)農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展和土地保護(hù),對(duì)實(shí)現(xiàn)國(guó)家“藏糧于地”戰(zhàn)略具有不可替代的作用,有利于保障糧食安全。
黨和國(guó)家高度重視,對(duì)沼氣轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展寄予厚望
從建國(guó)伊始,黨和國(guó)家就非常重視沼氣,進(jìn)入新時(shí)代對(duì)沼氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展期望更有增無減。1974年,習(xí)總書記在陜北梁家河當(dāng)知青插隊(duì)時(shí)期,就建設(shè)了陜西第一口沼氣池。2004年在接受延安市電視臺(tái)采訪的時(shí)候,習(xí)總書記滿懷深情回憶當(dāng)年建沼氣池時(shí)的情景,并說:“我又是村支書,我又是沼氣專家”。2010年5月,習(xí)總書記在廣西自治區(qū)百色市田陽縣共聯(lián)屯察看沼氣使用情況時(shí)說:“普及沼氣就意味著青山長(zhǎng)在”。2016年12月,習(xí)總書記在中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第十四次會(huì)議提出,要以沼氣和生物天然氣為主要處理方向。2018年4月,習(xí)總書記在十九屆中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第一次會(huì)議講話中,指出以實(shí)施生物天然氣工程,解決農(nóng)業(yè)污染與農(nóng)村煤改氣氣源問題。
2019年12月,國(guó)家十部委聯(lián)合出臺(tái)《關(guān)于促進(jìn)生物天然氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的指導(dǎo)意見》,提出綱領(lǐng)性文件并進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)。2022年,中央政府相繼下發(fā)《加快農(nóng)村能源轉(zhuǎn)型發(fā)展助力鄉(xiāng)村振興的實(shí)施意見》、《國(guó)務(wù)院關(guān)于做好2022年全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興重點(diǎn)工作的意見》,提出構(gòu)建清潔低碳、多能融合的現(xiàn)代農(nóng)村能源體系,將能源綠色低碳發(fā)展作為鄉(xiāng)村振興的重要基礎(chǔ)和動(dòng)力。
自2015年,黨中央、國(guó)務(wù)院、國(guó)家各有關(guān)部委共出臺(tái)30余個(gè)促進(jìn)沼氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方案、規(guī)劃、意見、通知、計(jì)劃等文件,充分體現(xiàn)了推動(dòng)沼氣轉(zhuǎn)型升級(jí)的殷切期望以及加快發(fā)展的要求,懇切至極。
發(fā)展策略與建議
建議由國(guó)務(wù)院重新成立“全國(guó)沼氣工作領(lǐng)導(dǎo)小組”
目前,我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)沼氣產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的迫切要求與現(xiàn)實(shí)效果差距巨大,多種矛盾突出,思想不統(tǒng)一,跨領(lǐng)域、跨行業(yè)、跨部門協(xié)調(diào)難度大,以現(xiàn)有治理?xiàng)l件,如不能采取有效措施,從最為關(guān)鍵的政府指導(dǎo)上進(jìn)行改變,很難在短期內(nèi)獲得實(shí)質(zhì)改觀。
建議:參考?xì)v史成功經(jīng)驗(yàn),參照1979年沼氣發(fā)展遇到困境時(shí)所采取的果斷措施,由國(guó)務(wù)院重新成立“全國(guó)沼氣工作領(lǐng)導(dǎo)小組”,再次認(rèn)真總結(jié)2015年以來的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),統(tǒng)籌全國(guó)沼氣轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展工作,以此振奮發(fā)展信心,快速解決面臨問題,實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展,真正讓沼氣產(chǎn)業(yè)重新順應(yīng)新時(shí)代發(fā)展進(jìn)步的需要。
盡早研究出臺(tái)沼氣、生物天然氣非電利用后補(bǔ)貼政策
我國(guó)本身具有“富煤、貧油、少氣”的資源特點(diǎn),煤電比例高,總體電力供應(yīng)充裕,更加鼓勵(lì)生物質(zhì)能非電利用。此前,國(guó)家長(zhǎng)期對(duì)沼氣產(chǎn)業(yè)大力度補(bǔ)貼,都是在工程建設(shè)階段給予的一次性補(bǔ)貼,這是造成重建設(shè)輕運(yùn)行、只建不運(yùn),甚至巧立名目騙取補(bǔ)貼現(xiàn)象最根本的原因。為此,國(guó)家有關(guān)部門自2014年即開始醞釀制定沼氣、生物天然氣非電利用后補(bǔ)貼政策,后因多年來幾乎沒有沼氣項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、可靠運(yùn)行,產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)過于薄弱,無法統(tǒng)一思想,后補(bǔ)貼政策出臺(tái)后的執(zhí)行效果不佳,導(dǎo)致迄今后補(bǔ)貼政策依然束之高閣。近年,基礎(chǔ)薄弱狀況得到一定改善,雙碳目標(biāo)增加新驅(qū)動(dòng)力,同時(shí)國(guó)際能源形勢(shì)日趨嚴(yán)峻,國(guó)家能源安全面臨更大挑戰(zhàn),后補(bǔ)貼政策出臺(tái)更加必要。
建議:國(guó)家根據(jù)沼氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃,研究出臺(tái)為期5~10年、逐年退坡的后補(bǔ)貼政策,以較小的投入、市場(chǎng)化產(chǎn)出成果檢驗(yàn)的有效手段,刺激、引導(dǎo)社會(huì)投資積極參與,推動(dòng)產(chǎn)業(yè)健康快速增長(zhǎng),很快成長(zhǎng)度過幼稚期,為大發(fā)展時(shí)期盡快到來助燃添薪。
真正落實(shí)體現(xiàn)沼氣環(huán)保屬性
我國(guó)迄今對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染所造成的長(zhǎng)期危害還不夠重視?!稗r(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物也是垃圾,不得未經(jīng)處理就丟棄”、“誰污染,誰治理”的基本理念仍未建立。思想不統(tǒng)一,環(huán)境保護(hù)難以深入到農(nóng)村,沼氣產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)最大的環(huán)保屬性并未得到真正體現(xiàn)。各地的秸稈、養(yǎng)殖糞污處理類補(bǔ)貼更多著眼于耕地保護(hù),沒有體現(xiàn)出沼氣產(chǎn)業(yè)對(duì)面源污染治理所發(fā)揮的重要作用。
建議:認(rèn)真研究、學(xué)習(xí)參考?xì)W洲通過發(fā)展產(chǎn)業(yè)沼氣解決農(nóng)業(yè)面源污染的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),將有關(guān)大氣治理、水污染治理、耕地保護(hù)、鼓勵(lì)有機(jī)肥施用等資金統(tǒng)一起來,同時(shí)考慮在食品定價(jià)時(shí)增加面源污染治理成本,多頭并舉,真正落實(shí)“誰治理,誰收費(fèi)”的原則,切實(shí)體現(xiàn)出沼氣產(chǎn)業(yè)的環(huán)保屬性。
以沼氣項(xiàng)目為核心,鼓勵(lì)開展“農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化示范區(qū)”、“零碳小鎮(zhèn)”、“建設(shè)美麗鄉(xiāng)村并且推動(dòng)農(nóng)村能源革命”綜合開發(fā)
落實(shí)中央文件精神,借助農(nóng)村能源能源轉(zhuǎn)型契機(jī),打造農(nóng)村能源綠色低碳試點(diǎn),以沼氣項(xiàng)目作為綠色循環(huán)的支點(diǎn),與分布式風(fēng)電、光伏等新能源相互補(bǔ)充,協(xié)同發(fā)展,最大限度在廣泛的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域挖掘碳減排潛力。
建議:在有條件的地區(qū),因地制宜,積極鼓勵(lì)開展相關(guān)綜合開發(fā),以適當(dāng)規(guī)模的沼氣項(xiàng)目作為連接、支撐,結(jié)合局域網(wǎng)、智慧能源方式,盡可能增加風(fēng)電、光伏裝機(jī)。能夠率先實(shí)現(xiàn)碳中和的,建設(shè)“零碳小鎮(zhèn)”;突出種養(yǎng)循環(huán)的,建設(shè)“農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化示范區(qū)”;解決面源污染、生態(tài)環(huán)境保護(hù)需要迫切的,“建設(shè)美麗鄉(xiāng)村并且推動(dòng)農(nóng)村能源革命”。
減少、限制秸稈直接還田,鼓勵(lì)沼渣、沼液就近直接還田利用
為禁絕秸稈焚燒,我國(guó)長(zhǎng)期鼓勵(lì)秸稈高比例直接還田。由于我國(guó)耕地基本無法休耕,大量秸稈未經(jīng)合理處理直接還田難以有效降解腐熟,會(huì)造成土壤理化指標(biāo)惡化并加劇酸化、抑制作物生長(zhǎng)、病蟲害增加等直接危害;南方地區(qū)還造成水體富營(yíng)養(yǎng)化污染;同時(shí)大量增加具有極高溫室效應(yīng)的甲烷氣體排放。
由于我國(guó)戶用小沼氣產(chǎn)出沼渣、沼液不能做到徹底腐熟,社會(huì)長(zhǎng)期普遍存在沼渣、沼液不能直接還田,還需要經(jīng)過爆氣、陳化處理的認(rèn)識(shí)誤區(qū)。歐洲的經(jīng)驗(yàn)表明,合格工業(yè)化沼氣項(xiàng)目出產(chǎn)的沼渣、沼液能夠做到徹底腐熟,無需經(jīng)過任何再處理,即可直接還田使用。在歐洲禁止秸稈、糞污直接還田,必須經(jīng)過工業(yè)化沼氣項(xiàng)目加工過的沼渣、沼液才允許直接還田,甚至未經(jīng)固液分離的漿液也可以直接還田。歐洲40余年先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)充分證實(shí),這一做法具有長(zhǎng)期有效性和安全性。
建議:首先強(qiáng)化我國(guó)沼氣生產(chǎn)水平和檢測(cè)水平,重點(diǎn)是確保厭氧過程物料保持全混狀態(tài),并且保證物料足夠的停留時(shí)間,以工業(yè)化的手段保證沼渣、沼液徹底腐熟。其次,學(xué)習(xí)歐洲經(jīng)驗(yàn),制定相應(yīng)政策、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),以及暢通的施用模式,徹底消除沼渣、沼液直接還田的各種障礙。最后,不再鼓勵(lì)秸稈直接還田,繼續(xù)禁止糞污直接還田,再用5~10年時(shí)間逐步做到禁止秸稈直接還田。
引導(dǎo)相關(guān)企業(yè)做好基礎(chǔ)性關(guān)鍵工作
1、鼓勵(lì)創(chuàng)新、示范,加速適應(yīng)國(guó)情的技術(shù)工藝成熟可靠
對(duì)已建成運(yùn)行項(xiàng)目進(jìn)行摸排,篩選出適應(yīng)我國(guó)原料特性,技術(shù)工藝路線成熟的項(xiàng)目,鼓勵(lì)其滿產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、達(dá)到可示范要求;面向全社會(huì)組織開展示范活動(dòng),進(jìn)行推廣展示;組織編制相應(yīng)技術(shù)工藝指導(dǎo)文件,提高推廣有效性;優(yōu)先鼓勵(lì)經(jīng)過成熟應(yīng)用檢驗(yàn)的創(chuàng)新成果參加各類評(píng)獎(jiǎng)活動(dòng)。以此引導(dǎo)企業(yè)重視沼氣項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)關(guān)鍵問題,鼓勵(lì)企業(yè)開展創(chuàng)新應(yīng)用推廣,加速推動(dòng)形成適應(yīng)國(guó)情的成熟技術(shù)工藝。
2、引導(dǎo)、鼓勵(lì)企業(yè)重視沼氣直供沼氣除發(fā)電、提純
作為天然氣利用,成本最低的方式是通過專門的低壓管道直接輸送至附近居民或者企業(yè)用戶燃燒使用。價(jià)格以當(dāng)?shù)靥烊粴鈨r(jià)格按照50~60%甲烷含量折算,具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
各級(jí)政府應(yīng)當(dāng)將沼氣直供作為解決農(nóng)村、有條件工業(yè)企業(yè)替代天然氣的首要方式,落實(shí)“宜氣則氣”方針,制定切實(shí)鼓勵(lì)政策,支持管網(wǎng)敷設(shè)、設(shè)施改造、氣價(jià)形成,引導(dǎo)用戶及沼氣生產(chǎn)企業(yè)最大程度選擇沼氣直供應(yīng)用方式。在有條件區(qū)域,鼓勵(lì)沼氣余熱利用,進(jìn)一步提高熱效率,增加沼氣利用價(jià)值。
3、盡早發(fā)揮沼氣碳減排效益
引導(dǎo)企業(yè)、協(xié)會(huì)組織、研究機(jī)構(gòu)協(xié)同合作,盡快完成相關(guān)方法學(xué)制定、申報(bào)和備案工作,盡早正式啟動(dòng)CCER并將沼氣(生物天然氣——甲烷回收利用)項(xiàng)目碳減排列為優(yōu)先交易級(jí)別。
結(jié)論
歐洲經(jīng)驗(yàn)表明,沼氣產(chǎn)業(yè)可堪大任。中國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó),沼氣產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展對(duì)實(shí)現(xiàn)“第二個(gè)百年目標(biāo)”至關(guān)重要。沼氣工業(yè)化在我國(guó)起步晚,基礎(chǔ)薄弱,再加上戶用小沼氣低水平重復(fù)對(duì)轉(zhuǎn)型升級(jí)產(chǎn)生的滯墜作用,使沼氣工業(yè)化進(jìn)程更加困難,造成目前舉步維艱的局面。但同時(shí)應(yīng)當(dāng)看到,從2015年開始轉(zhuǎn)型升級(jí),經(jīng)過不斷嘗試,對(duì)沼氣工業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵因素、關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵路徑認(rèn)識(shí)越來越清晰,思想越來越統(tǒng)一,成功的案例也開始逐步呈現(xiàn)。
現(xiàn)在,能源供給形勢(shì)嚴(yán)峻與雙碳目標(biāo)壓力是天時(shí);國(guó)內(nèi)建設(shè)美麗鄉(xiāng)村、農(nóng)村能源革命是地利;對(duì)沼氣發(fā)展的重新認(rèn)識(shí)、統(tǒng)一思想再次形成合力是人和!相信,我國(guó)工業(yè)化沼氣發(fā)展的寒冬即將過去,吐故納新、欣欣向榮的發(fā)展春天馬上就會(huì)到來。
編輯:王媛媛
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