第1个回答 2022-07-24
沼气产业的重要性毋庸置疑。
上世纪末，我国户用小沼气取得良好发展，为解决当时农村生态保护、肥料缺乏、燃料与照明用能问题发挥重要作用。
然而进入21世纪，农村生产、生活情况发生改变，户用小沼气、养殖场沼气工程在取得更快发展的同时，处境逐渐尴尬。
2015年，我国提出沼气转型升级，学习欧洲经验，将发展重点转向工业化大型项目，着重发展规模化沼气和生物天然气项目（单个项目日产生物天然气1万以上）。
近年随着“双碳”目标的提出，全社会需要具有负碳排放特性的沼气产业做出相应贡献的呼声越来越高。在新时代、“双碳”目标背景下，对我国沼气产业历史进行总结，寻找到一条适应中国特色的沼气发展道路，让沼气产业实至名归发挥重要作用，十分必要。
一、工业化沼气产业发展存在的主要问题
1 技术工艺不成熟
1.1 核心发酵技术仍处于探索阶段
当前国内工业化沼气工程核心发酵工艺，均为引进欧洲技术工艺。
当前核心厌氧发酵工艺有湿法（发酵浓度＜ 12%）、半干法（12% ≤发酵浓度＜20%）、干法（发酵浓度≥ 20%）三种，湿法工艺在畜禽粪污应用广泛，对干黄秸秆原料适应性差，对原料粒径要求3 cm以下，且含杂含土量要求严格。湿法工艺以流场实现匀质搅拌，干黄秸秆难以均质，易出现浮渣结壳现象，且发酵浓度低，固液分离后沼液浓度（5~8%）高，沼液回流非常困难，实际容积产气率低（0.8~1.2）、投资高、占地面积大、能耗高。
相较于湿法工艺，半干法工艺简洁、投资少、原料适应性强、自耗能低、容积产气率高、沼液外排压力小、厌氧消化较彻底。我国引进的半干法工艺，也存在原料适应问题。如，上料稳定性差，搅拌均质难、物料分层严重，进出料系统经常堵塞，现有的进口固液分离机不适用等一系列问题。但半干法工艺对物料要求低（原料5cm左右即可），含土含杂量要求宽泛，适应性强，控制方便，实际运行中容积产气率可稳定在1.5以上，随着设备国产化的提升，建设投资下降空间较大。
干法工艺近年引进国内，因为国外技术保密，需全套技术和设备进口，造价高，目前在我国基本处于试验探索阶段。
1.2 原料粉碎及预处理技术不成熟
我国干黄秸秆收储以落地打包为主，原料含土含杂率高，严重时超过30%；受到收集贮存制约，含水率变化在20~75%。市场主流粉碎以小农机为主，装备水平低，可靠性差，无除土、杂、铁功能，对原料特性变化及多种类原料基本没有适应能力，同时需要人工拆包，处理量低（2~3 t/h）。目前我国无专业的秸秆粉碎机厂家及满足行业需要的成套设备。
秸秆预处理能提高秸秆发酵效率，解决浮渣结壳、发酵困难、分层等问题。常用的预处理方法有物理法，包括破碎、揉丝、蒸汽爆破、辐射等；化学法，包括酸处理、碱处理、湿法氧化等；生物法，包括黄储、真菌处理、酶处理等。目前我国尚未形成可以适应国内不同类型原料的成熟可靠的秸秆预处理技术工艺。
不同的核心发酵与预处理技术工艺，在我国仍处在工程验证应用阶段。经过这几年的不懈努力取得一定突破，已经有企业系统掌握能够有效解决国内原料适应性的技术工艺路线，正在进行示范推广。
2 工艺、设计、装备制造服务单位能力不足
目前市场上相关服务单位普遍成长于农村户用小沼气时代，缺乏工业化理念和系统性思维。国内无成熟专业的工业化沼气工程工艺设计单位。关键技术、核心装备均由欧洲国家引进，设备选型生搬硬套，没有结合中国原料特性再创新。专业设备制造企业主要是小农机制造商，标准化程度低，设备可靠性、稳定性差，自动化程度低，远未形成装备制造系列化。此外，工程总承包单位普遍抱有“只管建设不管运营”固有观念，总包项目建成后很难做到达产稳产。
3 工业化沼气项目产业链长，商业模式不成熟
3.1 原料收储运体系未建立
目前我国农业农村有机废弃物收储运体系仍处于初级阶段，缺乏稳定的收储运组织，原料量、质、价可靠保障较为困难；收储标准和规范尚未建立，收储运队伍缺乏专业性，除基本质量难以保证外，甚至发生原料腐烂或高温自燃。市场比较混乱，政府未参照城市垃圾收集体系，深度引导建立可持续的农业农村有机废弃物储运保障体系。以秸秆为例，原料多属于一年一季，储存时间超过8个月；用量大（日产4万m³沼气项目，年秸秆用量超过7万t），尤其是东北区域玉米秸秆，秋冬季收储秸秆含水率不一，存在大量雪包秸秆，进一步增加了收储难度。
3.2 沼气高值化利用途径缺乏
沼气直供和供热需建设独立管网，沼气项目多位于乡镇、农村地区，且经济普遍欠发达，价格承受能力差，管网覆盖程度低，部分项目受特许经营权限制，存在并网难、价格低等问题。国家虽然鼓励生物质能非电利用，但尚未出台非电利用具体支持政策，沼气发电与生物质直燃竞争，补贴拖欠，项目现金流差，能源端产品缺乏可持续盈利能力。沼气直供和供热刚刚起步，成熟案例少，市场接受程度低。
3.3 沼渣、沼液高值化应用处于初级阶段
沼渣、沼液高值化应用是项目盈亏重要因素，也是项目正常稳定运行的基础。工业化沼气项目沼渣、沼液量大（半干法工艺日产4万方沼气项目，年产沼渣7.2万t，沼液1.4万t；湿法工艺沼液量更大）。沼渣、沼液是生产有机肥、育秧基质、液态有机肥的优质原料，但相关产品生产、市场推广正在起步阶段，用户认可程度低，大规模推广应用仍需培育。部分地区环保部门对沼渣、沼液认识不足，采取“一刀切”政策，禁止沼渣、沼液直接还田使用，颠覆了千百年来农业发展常识。
4 秸秆及混合物料沼气碳减排方法学尚未制定
碳资产收益是工业化沼气项目社会效益体现，是项目增加收益，增加盈利的根本。目前秸秆沼气和秸秆混合物料沼气项目碳减排方法学未制定，需要相关部门、企业、协会组织合作创新研究，明确基准线排放、项目排放计算原则和方法，以及监测数据和方法，并尽早经生态环境部认可后，开展项目备案、年减排量核算、碳市场交易等工作。
5 多部门管理，牵头部门不明确，政策协调难度较大
国家对发展沼气非常重视，现阶段沼气产业的特殊性也十分需要政策扶持。但是沼气产业链长，涉及能源、发改、财政、农业农村、生态环境、住建等部门，多头管理、九龙治水，牵头部门不明确，多年来一直无法形成合力推动发展。政出多头，原则性支持意见多，具体可执行落实的措施少，政策引领发展的效果难以彰显。
二、继续坚定信心，在“双碳”背景下，沼气产业大有可为
1 欧洲先进经验为我国沼气产业发展提供参照
欧洲是全球沼气产业发展先进地区，有超过40年工业化沼气发展经验，技术、商业模式成熟。沼气已经成为欧洲可再生能源的重要组成部分，是欧洲现代化农业循环经济可持续发展的关键支柱和未来化石天然气的主要替代补充。
欧洲沼气项目数量多、遍布全国，德国有9600余座，意大利1500余座。欧洲沼气原料多元化，主要有能源作物、秸秆、畜禽粪便、生活垃圾等；工艺成熟且技术多样化，拥有湿法、半干法、干法厌氧发酵等多种工艺，产气效率高、自耗能低、自动化程度高；装备制造、设计建设、运营管理和产品服务等方面，形成了完整的工业化、规模化产业体系和成熟的商业模式。德国等沼气产业成熟国家，农民25%的收入来自沼气。除沼气发电方兴未艾外，近年各国均大力发展沼气提纯制生物天然气，到2030年主要国家的生物天然气将占到用气量的10%。因大规模沼渣、沼液还田，欧洲化肥、农药的使用量处在全球较低水平，土壤有机质含量保持较高水平。沼气的负碳排放特性，使之成为欧洲目前碳市场最受欢迎的减排品类，沼气产业也已成为欧盟2050年实现碳中和目标的重要支撑。
2 发展工业化沼气产业是实现双碳目标的主力军
秸秆厌氧发酵综合利用，可以将植物在生长过程中吸收的CO2，部分通过沼渣、沼液进入土壤，增加土壤碳库。相较于风能、太阳能的低碳排放，沼气产业综合利用具有典型的负碳排放特性，能够发挥更显著的碳减排作用。
根据研究，每利用1万m³沼气可减少115 t温室气体排放，预计2060年我国沼气产业可减少温室气体排放10亿t。我国2030年碳达峰时碳排放量约106亿t，到2060年沼气产业可为碳中和贡献9.4%的减排量，沼气产业必将为我国双碳目标实现发挥关键作用。
3 发展工业化沼气产业是解决面源污染，增加清洁能源供给的有效途径
农业种植和养殖产生的有机废弃物，是治理难度最大的面源污染源。2020年中国农作物秸秆产量约8.6亿t，粪污38亿t。参考欧洲经验，沼气产业以处理秸秆为主，辅助处理粪污。农业有机废弃物通过厌氧发酵处理，既无害化解决面源污染，又生产清洁燃气，沼渣、沼液生产优质有机肥，促进农业绿色可持续发展。到2060年，如仅仅考虑40%秸秆和养殖粪污通过制沼气无害化处理，每年可生产沼气2000亿m³，如提纯生物天然气，可达到目前国内常规化石天然气年开采量的80%，可使未来我国天然气对外依存度由66.7%下降到41.7%。
4 发展工业化沼气产业能够推动农村能源革命，促进美丽乡村建设
我国农村分布广阔分散，交通与能源供给相对薄弱，环境治理难度大，广大农村处在社会供能体系的末端，面临着能源分散、供能不足、品质差、成本高等诸多老大难问题，很多地区无法脱离秸秆、薪柴、燃煤作为生活能源，效率低且污染环境。
沼气可因地制宜，宜气则气，宜电则电，气、电、热综合开发，实现具备一定储能和便利调节功能的、稳定的多元化清洁能源供给，在降低综合用能成本的同时，提高农村供能质量与可靠性。
以秸秆为主，协同处理畜禽粪污、有机垃圾的沼气项目，可减少面源污染、保护生态环境，有效解决新农村建设人居环境治理难题。沼渣、沼液替代化肥，实现农药减量，可以建立农业绿色循环产业模式提高农产品质量，增加农民收入，保证食品安全，在推动农村用能结构转型升级，实现农村能源革命的同时，促进美丽乡村建设。
5 沼渣、沼液有效保护耕地，保障农业可持续发展
耕地地力决定我国粮食生产能力，是粮食安全的重要保证。长期以来过量使用化肥和农药，有机质补充少，导致我国地力严重透支，土壤板结严重。
自上世纪50年代大规模开垦东北黑土地，黑土层平均每年减少0.3~1.0 cm，部分黑土层厚度已减少到0.2~0.3 m。沼气项目生产的沼渣、沼液是优质有机原料，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，实现化肥和农药长期高效减施，推动农业绿色可持续发展和土地保护，对实现国家“藏粮于地”战略具有不可替代的作用，有利于保障粮食安全、生态安全。