【解碼生物經濟②】
◎本報記者 李 禾
山西省朔州市應縣的陶瓷企業生產線，所使用的天然氣中有一部分是生物質氣體燃料——生物天然氣。這些生物天然氣是應縣投運的生物天然氣工業直供項目提供的。該項目以牛糞等糞污為原料，采用中溫厭氧發酵、凈化提純等技術，產出了甲烷濃度高達98%的生物天然氣，通過燃氣管網直接供給應縣陶瓷產業集群。目前，該項目二期正在抓緊實施，將在一期基礎上增加預處理系統和厭氧罐裝置，可以消納秸稈、餐廚垃圾等有機廢棄物。
生物質氣體燃料是以生物質為原料生產的可燃氣體，主要成分包括甲烷、氫氣、一氧化碳等。近日，中國產業發展促進會生物質能產業分會秘書長張大勇在接受科技日報記者采訪時說，發展生物質氣體燃料，不僅可以解決城鄉各類有機廢棄物產生的環境污染問題，還可以通過構建農業循環經濟模式，發展現代農業，全面推進鄉村振興。生物質氣體燃料在生產過程中不產生額外的碳排放，可替代化石燃料使用，減碳效果顯著，是實現“雙碳”目標的有效途徑之一。
變廢為寶，有機垃圾生成綠色燃氣
根據工藝，生物質氣體燃料可分為生物天然氣（沼氣）、生物質熱解氣、生物質氫氣等。
生物天然氣是以畜禽糞便、農作物秸稈、城鎮有機生活垃圾、工業有機廢棄物等為原料，通過厭氧發酵產生沼氣，經凈化提純后與常規天然氣成分、熱值完全一致的綠色低碳清潔可再生燃氣。
生物質熱解氣是通過熱化學反應，將秸稈、果木剪枝和有機垃圾等生物質轉換成可燃氣體，同時產生生物炭、木醋液等副產品。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、發電或生產甲醇等化工產品。
生物質氫氣由生物質制氫制備。生物質制氫具體可分為生物質熱解氣化重整制氫、生物質高溫直接氣化制氫，以及生物質在超臨界水中氣化制氫等。
這其中，我國生物質熱解氣化行業雖起步較早，但尚未形成規模效益；而我國生物質制氫仍停留在實驗室階段。“目前，國內生物天然氣技術基本成熟，具備產業化發展條件。”中國農業大學教授程序說。
資源豐富，生物天然氣市場規模可觀
“我國生物天然氣產業從2015年開始發展，已初步形成規模。”張大勇說。
數據顯示，2020年我國生物質能產業新增投資約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潛力在1500億—2000億立方米，萬億市場投資規模，目前年產量約3億立方米，發展空間巨大。國家《關于促進生物天然氣產業化發展的指導意見》提出，到2025年，生物天然氣年產量超過100億立方米；到2030年，生物天然氣年產量超過200億立方米。生物天然氣配套設施包括原料的收儲運、預處理、發酵轉化、凈化提純、燃氣及肥料輸運等環節，以生物天然氣產品、裝備、服務體系等環節構成的產業鏈正在逐步形成，一旦產業鏈完全打通，預計整個市場規模將達萬億元以上。
程序指出，我國可用于生產生物天然氣的農作物秸稈、畜禽糞污、餐廚垃圾、農副產品加工廢水等各類城鄉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，上文提到的應縣投運的生物天然氣工業直供項目，綜合效能已經顯現。
據介紹，該項目建成后年可處理牛糞糞污20萬噸，年產沼氣1000余萬立方米，通過脫碳提純，可年產生物天然氣460萬立方米，年產沼液11.7萬噸。該項目落地運行，變廢為寶，解決了當地環境難題，為加快推進畜禽糞污資源化利用發揮了重要支撐作用。
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運行穩定，6月6日的沼氣日產量達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%，生產效率是國家標準的4倍，主要效率指標處于國內外領先水平。
2021年，飛鶴產業集群“生態循環化綜合利用項目”正式投運，實現對風干秸稈和禽畜糞污進行厭氧發酵，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，就年產生物天然氣700萬立方米。
面臨挑戰，加快行業發展需要統籌協調
生物質氣體燃料，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清潔能源體系建設。發展生物質氣體燃料是一種既適應我國當前、又適應未來能源需求的有效措施。
張大勇認為，目前我國生物質氣體燃料產業剛剛起步，還面臨著諸多挑戰，比如政策支持體系不完善，產業處于發展初期，生產成本高，產品消納存在一定的市場壁壘，需要可落地的政策來保障產品消納；原料供應保障能力有待提升，目前尚未建立“誰污染、誰付費”“誰產生、誰付費”“誰處理、誰受益”的有償處理機制，經濟可承受的原料收集保障模式仍有待探索；相關工藝技術水平有待提高，目前我國生物天然氣厭氧發酵技術和設備大多從國外引進，對我國原料的適應程度較低。國產設備在系統整體效率、穩定性、裝備可靠性等方面仍與國外先進水平存在差距，關鍵設備依賴進口，導致項目整體建設和運營成本相對較高。“目前生物質氣體燃料生產成本較高，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，價格存在倒掛現象。”張大勇說。
程序也指出，受商業模式不清晰、產業鏈不夠完善、產氣率低、沼液難處理和經濟性偏低等因素制約，雖然國內生物天然氣新增投資不斷增多，但投入產出尚不成正比。
為此，張大勇建議：“針對生物質氣體燃料生產過程的關鍵技術問題，應以企業為主體，科研機構為載體，行業組織統籌協調開展攻關，并隨著行業發展，形成一批行業認可、高水平、高知名度的裝備生產企業。”行業還需引入國家綠色發展基金等，引導更多社會資本進入，加快行業發展。
他認為，還應建立行業標準及檢測認證體系。目前，我國生物質氣體燃料行業標準尚不健全，亟須制定實施覆蓋工程設計、施工建設、運行管理、并入管網、污染物排放、設備制造等產業鏈各環節的工業化標準，推進工程、企業、產品認證等認證體系建設，建設行業檢測認證中心，提高行業發展水平。中國產業發展促進會生物質能產業分會正在制定有關標準，建設零碳能源認證平臺等，規范行業發展。