山西省朔州市應(yīng)縣的陶瓷企業(yè)生產(chǎn)線，所使用的天然氣中有一部分是生物質(zhì)氣體燃料——生物天然氣。這些生物天然氣是應(yīng)縣投運的生物天然氣工業(yè)直供項目提供的。該項目以牛糞等糞污為原料，采用中溫厭氧發(fā)酵、凈化提純等技術(shù)，產(chǎn)出了甲烷濃度高達98%的生物天然氣，通過燃氣管網(wǎng)直接供給應(yīng)縣陶瓷產(chǎn)業(yè)集群。目前，該項目二期正在抓緊實施，將在一期基礎(chǔ)上增加預(yù)處理系統(tǒng)和厭氧罐裝置，可以消納秸稈、餐廚垃圾等有機廢棄物。
生物質(zhì)氣體燃料是以生物質(zhì)為原料生產(chǎn)的可燃氣體，主要成分包括甲烷、氫氣、一氧化碳等。近日，中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進會生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)分會秘書長張大勇在接受科技日報記者采訪時說，發(fā)展生物質(zhì)氣體燃料，不僅可以解決城鄉(xiāng)各類有機廢棄物產(chǎn)生的環(huán)境污染問題，還可以通過構(gòu)建農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟模式，發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，全面推進鄉(xiāng)村振興。生物質(zhì)氣體燃料在生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生額外的碳排放，可替代化石燃料使用，減碳效果顯著，是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的有效途徑之一。
變廢為寶，有機垃圾生成綠色燃氣
根據(jù)工藝，生物質(zhì)氣體燃料可分為生物天然氣(沼氣)、生物質(zhì)熱解氣、生物質(zhì)氫氣等。
生物天然氣是以畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈、城鎮(zhèn)有機生活垃圾、工業(yè)有機廢棄物等為原料，通過厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，經(jīng)凈化提純后與常規(guī)天然氣成分、熱值完全一致的綠色低碳清潔可再生燃氣。
生物質(zhì)熱解氣是通過熱化學(xué)反應(yīng)，將秸稈、果木剪枝和有機垃圾等生物質(zhì)轉(zhuǎn)換成可燃氣體，同時產(chǎn)生生物炭、木醋液等副產(chǎn)品。凈化后熱解氣有效成分主要為一氧化碳、氫氣和甲烷，可用于炊事、供暖、發(fā)電或生產(chǎn)甲醇等化工產(chǎn)品。
生物質(zhì)氫氣由生物質(zhì)制氫制備。生物質(zhì)制氫具體可分為生物質(zhì)熱解氣化重整制氫、生物質(zhì)高溫直接氣化制氫，以及生物質(zhì)在超臨界水中氣化制氫等。
這其中，我國生物質(zhì)熱解氣化行業(yè)雖起步較早，但尚未形成規(guī)模效益;而我國生物質(zhì)制氫仍停留在實驗室階段。“目前，國內(nèi)生物天然氣技術(shù)基本成熟，具備產(chǎn)業(yè)化發(fā)展條件。”中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授程序說。
資源豐富，生物天然氣市場規(guī)?？捎^
“我國生物天然氣產(chǎn)業(yè)從2015年開始發(fā)展，已初步形成規(guī)模。”張大勇說。
數(shù)據(jù)顯示，2020年我國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)新增投資約1960億元，其中生物天然氣新增投資約120億元。粗略測算，我國生物天然氣年開發(fā)潛力在1500億—2000億立方米，萬億市場投資規(guī)模，目前年產(chǎn)量約3億立方米，發(fā)展空間巨大。國家《關(guān)于促進生物天然氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出，到2025年，生物天然氣年產(chǎn)量超過100億立方米;到2030年，生物天然氣年產(chǎn)量超過200億立方米。生物天然氣配套設(shè)施包括原料的收儲運、預(yù)處理、發(fā)酵轉(zhuǎn)化、凈化提純、燃氣及肥料輸運等環(huán)節(jié)，以生物天然氣產(chǎn)品、裝備、服務(wù)體系等環(huán)節(jié)構(gòu)成的產(chǎn)業(yè)鏈正在逐步形成，一旦產(chǎn)業(yè)鏈完全打通，預(yù)計整個市場規(guī)模將達萬億元以上。
程序指出，我國可用于生產(chǎn)生物天然氣的農(nóng)作物秸稈、畜禽糞污、餐廚垃圾、農(nóng)副產(chǎn)品加工廢水等各類城鄉(xiāng)有機廢棄物資源較為豐富，全國不乏成功且頗具亮點的項目。
例如，上文提到的應(yīng)縣投運的生物天然氣工業(yè)直供項目，綜合效能已經(jīng)顯現(xiàn)。
據(jù)介紹，該項目建成后年可處理牛糞糞污20萬噸，年產(chǎn)沼氣1000余萬立方米，通過脫碳提純，可年產(chǎn)生物天然氣460萬立方米，年產(chǎn)沼液11.7萬噸。該項目落地運行，變廢為寶，解決了當(dāng)?shù)丨h(huán)境難題，為加快推進畜禽糞污資源化利用發(fā)揮了重要支撐作用。
而在東北，中國石油天然氣集團有限公司落戶大慶油田的首個秸稈制生物天然氣中試基地近期生產(chǎn)運行穩(wěn)定，6月6日的沼氣日產(chǎn)量達2000立方米以上，其中甲烷含量高于50%、生物天然氣純度高于95%，生產(chǎn)效率是國家標(biāo)準(zhǔn)的4倍，主要效率指標(biāo)處于國內(nèi)外領(lǐng)先水平。
2021年，飛鶴產(chǎn)業(yè)集群“生態(tài)循環(huán)化綜合利用項目”正式投運，實現(xiàn)對風(fēng)干秸稈和禽畜糞污進行厭氧發(fā)酵，制取生物天然氣和有機肥，僅黑龍江省齊齊哈爾市克東縣一地，就年產(chǎn)生物天然氣700萬立方米。
面臨挑戰(zhàn)，加快行業(yè)發(fā)展需要統(tǒng)籌協(xié)調(diào)
生物質(zhì)氣體燃料，可以填補我國石油、天然氣的缺口，并且可以支撐今后的持續(xù)清潔能源體系建設(shè)。發(fā)展生物質(zhì)氣體燃料是一種既適應(yīng)我國當(dāng)前、又適應(yīng)未來能源需求的有效措施。
張大勇認為，目前我國生物質(zhì)氣體燃料產(chǎn)業(yè)剛剛起步，還面臨著諸多挑戰(zhàn)，比如政策支持體系不完善，產(chǎn)業(yè)處于發(fā)展初期，生產(chǎn)成本高，產(chǎn)品消納存在一定的市場壁壘，需要可落地的政策來保障產(chǎn)品消納;原料供應(yīng)保障能力有待提升，目前尚未建立“誰污染、誰付費”“誰產(chǎn)生、誰付費”“誰處理、誰受益”的有償處理機制，經(jīng)濟可承受的原料收集保障模式仍有待探索;相關(guān)工藝技術(shù)水平有待提高，目前我國生物天然氣厭氧發(fā)酵技術(shù)和設(shè)備大多從國外引進，對我國原料的適應(yīng)程度較低。國產(chǎn)設(shè)備在系統(tǒng)整體效率、穩(wěn)定性、裝備可靠性等方面仍與國外先進水平存在差距，關(guān)鍵設(shè)備依賴進口，導(dǎo)致項目整體建設(shè)和運營成本相對較高。“目前生物質(zhì)氣體燃料生產(chǎn)成本較高，成本約為3.2元/立方米，相較于天然氣門站價格1.8元/立方米，價格存在倒掛現(xiàn)象。”張大勇說。
程序也指出，受商業(yè)模式不清晰、產(chǎn)業(yè)鏈不夠完善、產(chǎn)氣率低、沼液難處理和經(jīng)濟性偏低等因素制約，雖然國內(nèi)生物天然氣新增投資不斷增多，但投入產(chǎn)出尚不成正比。
為此，張大勇建議：“針對生物質(zhì)氣體燃料生產(chǎn)過程的關(guān)鍵技術(shù)問題，應(yīng)以企業(yè)為主體，科研機構(gòu)為載體，行業(yè)組織統(tǒng)籌協(xié)調(diào)開展攻關(guān)，并隨著行業(yè)發(fā)展，形成一批行業(yè)認可、高水平、高知名度的裝備生產(chǎn)企業(yè)。”行業(yè)還需引入國家綠色發(fā)展基金等，引導(dǎo)更多社會資本進入，加快行業(yè)發(fā)展。
他認為，還應(yīng)建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及檢測認證體系。目前，我國生物質(zhì)氣體燃料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚不健全，亟須制定實施覆蓋工程設(shè)計、施工建設(shè)、運行管理、并入管網(wǎng)、污染物排放、設(shè)備制造等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)，推進工程、企業(yè)、產(chǎn)品認證等認證體系建設(shè)，建設(shè)行業(yè)檢測認證中心，提高行業(yè)發(fā)展水平。中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進會生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)分會正在制定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)零碳能源認證平臺等，規(guī)范行業(yè)發(fā)展。（記者 李 禾）
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