【解码生物经济②】
◎本报记者 李 禾
山西省朔州市应县的陶瓷企业生产线，所使用的天然气中有一部分是生物质气体燃料——生物天然气。这些生物天然气是应县投运的生物天然气工业直供项目提供的。该项目以牛粪等粪污为原料，采用中温厌氧发酵、净化提纯等技术，产出了甲烷浓度高达98%的生物天然气，通过燃气管网直接供给应县陶瓷产业集群。目前，该项目二期正在抓紧实施，将在一期基础上增加预处理系统和厌氧罐装置，可以消纳秸秆、餐厨垃圾等有机废弃物。
生物质气体燃料是以生物质为原料生产的可燃气体，主要成分包括甲烷、氢气、一氧化碳等。近日，中国产业发展促进会生物质能产业分会秘书长张大勇在接受科技日报记者采访时说，发展生物质气体燃料，不仅可以解决城乡各类有机废弃物产生的环境污染问题，还可以通过构建农业循环经济模式，发展现代农业，全面推进乡村振兴。生物质气体燃料在生产过程中不产生额外的碳排放，可替代化石燃料使用，减碳效果显著，是实现“双碳”目标的有效途径之一。
变废为宝，有机垃圾生成绿色燃气
根据工艺，生物质气体燃料可分为生物天然气（沼气）、生物质热解气、生物质氢气等。
生物天然气是以畜禽粪便、农作物秸秆、城镇有机生活垃圾、工业有机废弃物等为原料，通过厌氧发酵产生沼气，经净化提纯后与常规天然气成分、热值完全一致的绿色低碳清洁可再生燃气。
生物质热解气是通过热化学反应，将秸秆、果木剪枝和有机垃圾等生物质转换成可燃气体，同时产生生物炭、木醋液等副产品。净化后热解气有效成分主要为一氧化碳、氢气和甲烷，可用于炊事、供暖、发电或生产甲醇等化工产品。
生物质氢气由生物质制氢制备。生物质制氢具体可分为生物质热解气化重整制氢、生物质高温直接气化制氢，以及生物质在超临界水中气化制氢等。
这其中，我国生物质热解气化行业虽起步较早，但尚未形成规模效益；而我国生物质制氢仍停留在实验室阶段。“目前，国内生物天然气技术基本成熟，具备产业化发展条件。”中国农业大学教授程序说。
资源丰富，生物天然气市场规模可观
“我国生物天然气产业从2015年开始发展，已初步形成规模。”张大勇说。
数据显示，2020年我国生物质能产业新增投资约1960亿元，其中生物天然气新增投资约120亿元。粗略测算，我国生物天然气年开发潜力在1500亿—2000亿立方米，万亿市场投资规模，目前年产量约3亿立方米，发展空间巨大。国家《关于促进生物天然气产业化发展的指导意见》提出，到2025年，生物天然气年产量超过100亿立方米；到2030年，生物天然气年产量超过200亿立方米。生物天然气配套设施包括原料的收储运、预处理、发酵转化、净化提纯、燃气及肥料输运等环节，以生物天然气产品、装备、服务体系等环节构成的产业链正在逐步形成，一旦产业链完全打通，预计整个市场规模将达万亿元以上。
程序指出，我国可用于生产生物天然气的农作物秸秆、畜禽粪污、餐厨垃圾、农副产品加工废水等各类城乡有机废弃物资源较为丰富，全国不乏成功且颇具亮点的项目。
例如，上文提到的应县投运的生物天然气工业直供项目，综合效能已经显现。
据介绍，该项目建成后年可处理牛粪粪污20万吨，年产沼气1000余万立方米，通过脱碳提纯，可年产生物天然气460万立方米，年产沼液11.7万吨。该项目落地运行，变废为宝，解决了当地环境难题，为加快推进畜禽粪污资源化利用发挥了重要支撑作用。
而在东北，中国石油天然气集团有限公司落户大庆油田的首个秸秆制生物天然气中试基地近期生产运行稳定，6月6日的沼气日产量达2000立方米以上，其中甲烷含量高于50%、生物天然气纯度高于95%，生产效率是国家标准的4倍，主要效率指标处于国内外领先水平。
2021年，飞鹤产业集群“生态循环化综合利用项目”正式投运，实现对风干秸秆和禽畜粪污进行厌氧发酵，制取生物天然气和有机肥，仅黑龙江省齐齐哈尔市克东县一地，就年产生物天然气700万立方米。
面临挑战，加快行业发展需要统筹协调
生物质气体燃料，可以填补我国石油、天然气的缺口，并且可以支撑今后的持续清洁能源体系建设。发展生物质气体燃料是一种既适应我国当前、又适应未来能源需求的有效措施。
张大勇认为，目前我国生物质气体燃料产业刚刚起步，还面临着诸多挑战，比如政策支持体系不完善，产业处于发展初期，生产成本高，产品消纳存在一定的市场壁垒，需要可落地的政策来保障产品消纳；原料供应保障能力有待提升，目前尚未建立“谁污染、谁付费”“谁产生、谁付费”“谁处理、谁受益”的有偿处理机制，经济可承受的原料收集保障模式仍有待探索；相关工艺技术水平有待提高，目前我国生物天然气厌氧发酵技术和设备大多从国外引进，对我国原料的适应程度较低。国产设备在系统整体效率、稳定性、装备可靠性等方面仍与国外先进水平存在差距，关键设备依赖进口，导致项目整体建设和运营成本相对较高。“目前生物质气体燃料生产成本较高，成本约为3.2元/立方米，相较于天然气门站价格1.8元/立方米，价格存在倒挂现象。”张大勇说。
程序也指出，受商业模式不清晰、产业链不够完善、产气率低、沼液难处理和经济性偏低等因素制约，虽然国内生物天然气新增投资不断增多，但投入产出尚不成正比。
为此，张大勇建议：“针对生物质气体燃料生产过程的关键技术问题，应以企业为主体，科研机构为载体，行业组织统筹协调开展攻关，并随着行业发展，形成一批行业认可、高水平、高知名度的装备生产企业。”行业还需引入国家绿色发展基金等，引导更多社会资本进入，加快行业发展。
他认为，还应建立行业标准及检测认证体系。目前，我国生物质气体燃料行业标准尚不健全，亟须制定实施覆盖工程设计、施工建设、运行管理、并入管网、污染物排放、设备制造等产业链各环节的工业化标准，推进工程、企业、产品认证等认证体系建设，建设行业检测认证中心，提高行业发展水平。中国产业发展促进会生物质能产业分会正在制定有关标准，建设零碳能源认证平台等，规范行业发展。