作者：王天戈

生物质资源是指可再生的有机物质，包括农作物、林木等植物及其残体、人畜禽粪便、经过严格分类的生活垃圾、餐橱垃圾、高浓度有机废水及其它有机废弃物。

生物质能源则是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，源于绿色植物的光合作用，从理论上说是取之不尽、用之不竭的可再生能源。

我国生物质资源构成[中国能源行业生物质能发电设备标准化技术委员会委员，李诗媛博士《生物质循环流化床直燃发电锅炉技术研究和开发》]

 

生物质资源伴随着人类的生产、生活周而复始地产生，只有极少部分进行了有益转化，其它大多以焚烧、添埋、自然腐烂等简单方法处理。这类物质用就是资源、不用就是垃圾；用就能为人类造福、不用就困扰人们的生产、生活甚至垃圾围城，污染环境。每到粮食收获季节，大量焚烧秸秆不仅浪费了资源，燃烧的高温破坏了土壤的团粒结构，大量排放污染物促进了雾霾的形成，还困扰城乡居民生产、生活。

生物质资源种类繁多、数量巨大，应用方向也极为广泛。在生物质资源中，农作物秸秆量最大，全国农业生产年剩余秸秆有8亿吨之多，本课题主要以秸秆为例对生物质资源的应用加以研究。

秸秆资源构成[ 中国能源行业生物质能发电设备标准化技术委员会委员，李诗媛博士《生物质循环流化床直燃发电锅炉技术研究和开发》]

 

一、秸秆资源应用方向对比

自2012年以来台盟吉林省委先后在省内和黑龙江、河北、山东、河南、四川、安徽、海南、甘肃、北京等地开展调研并对秸秆资源转化处理进行了广泛的考察和对比研究，对目前各地秸秆转化应用有了深入的了解，应用方向主要为秸秆发电、秸秆颗粒燃料、秸秆资源化利用、秸秆青黄贮、秸秆还田和秸秆制气（沼气和气化）。

秸秆发电是我们调研中秸秆消耗量相对较大的产业，每家电厂年消化秸秆都接近30万吨。主要存在以下两个方面的问题，一是项目建设投资大。我国生物质发电项目的单位投资在8000～12000元/KW左右，而燃煤火电厂的单位投资大约在4000元/KW左右。主要是因为生物质灰沉积会造成受热面的严重腐蚀，一般都采用合金炉排，致使生物质发电项目的单位投资是燃煤电厂的2～3倍。二是转换效率低。由于秸秆燃烧过程中发粘的生物质灰沉积在受热面上很难清除，从而降低了受热面的换热效率，导致秸秆焚烧锅炉热效率较低，目前先进的生物质直接燃烧发电系统的运行效率仅为20%～25%

[ 中国生物质能委员会副主任委员袁振宏《生物质发电研究》P7]，从而导致秸秆焚烧发电项目的全厂热效率低于常规燃煤电厂。

高额的运行成本导致生物质电厂对原料价格非常敏感，又由于在一些电力供应充足的省份，国家电网时常要对秸秆发电项目限制上网电量，导致电厂不能满负荷运行，直接影响设备运行效率和企业效益。由于受上述种种条件制约，生物质发电厂经营都不理想，即使有国家补贴，其前景也不容乐观。

秸秆颗粒燃料作为新型燃料，仅仅改变了秸秆的物理形态，而且需要先粉碎再造粒，全过程耗能非常大，另外颗粒燃料还要使用专用灶具，增加了使用成本，燃烧过程与燃烧秸秆一样还会造成大气污染，不宜大力推广；

秸秆的资源化利用指以秸秆为原料生产包括油、醇、糖等化工产品的转化方式，上述几种产品在试验室、甚至中试都可行，但工业化生产设备复杂、投入大、成本高，我们调研的几家企业生产所需的“酶”都由美国杜邦公司提供，致使其醇、糖转化的核心技术始终受制于人，短时间也难形成产能；

秸秆青黄贮能充分发挥秸秆的饲料功能，应大力推广，但受畜禽保有量和运输半径限制，短期内也难以扩大秸秆的消化量；
秸秆直接还田是当前广泛采用的一种秸秆处理方式，普遍认为可培肥地力、增加土壤有机质、改良土壤结构、促进微生物活力和作物根系的发育。但具体还田方法对效果影响十分明显，不当的还田方式还会使秸秆变成病、虫害的宿主，危害下一轮的农业生产。同时还田的秸秆在自然腐烂过程中大量甲烷气体排放到大气中，而甲烷的温室效应是二氧化碳的21~25倍，所以本课题不提倡秸秆直接还田；

秸秆气化是上世纪末开始推广应用的一种农村新能源技术，其主要成份是一氧化炭。但其运行中的焦油问题始终没有得到很好解决，致使大多数秸秆气化装置处于闲置状态。

秸秆沼气在我国已有近百年历史，尤其是进入新世纪，沼气在农村得到了长足发展，但始终没能走出小能源的圈子，在能源领域没有受到足够的重视、在全国也没有形成一盘棋的发展格局。

在对秸秆发电、秸秆颗粒燃料、秸秆资源化利用、秸秆青黄贮、秸秆还田和秸秆制气等几种转化方式的对比中我们认为秸秆青黄贮只是秸秆综合应用的一个环节，应鼓励、支持有条件的地方将秸秆制成粗饲料经畜禽过腹转化后再将粪便投入沼气池进行厌氧发酵获取沼气、沼渣和沼液。而秸秆的沼气转化是利用秸秆资源成本最低、效率最高、技术最成熟、操作最简便、设备投入最少、产品市场前景最好、可大面积推广同时对成熟经验可物理复制的综合项目。

二、我国沼气发展现状及存在的问题

生物质资源通过厌氧发酵获得清洁能源——沼气，剩余物沼渣、沼液作为有机肥还田的循环产业在我国已有近百年的发展史。2000年农业部提出“生态家园富民计划”并在全国组织实施示范工程建设以来，中央财政投入已近400亿元，全国目前发展户用沼气池4000多万口，可以说近10年是我国沼气发展最快的历史时期。但从我们调研的情况看，全国沼气发展过程中存在着诸多问题并带有共性，主要表现在：

一是目前生物质资源的沼气转化没有统一的标准和发展模式，造成了大量的资金浪费和生物质资源浪费；

二是沼气转化装置目前大多是小型户用沼气池，管理成本高、使用寿命短，不符合城镇化建设的发展方向；

三是目前大多数1000立方米以上的厌氧装置基本都没有满负荷运行，原因是产出的气消化不了。如下图中大安联合村的沼气装置，满负荷日产气可达1000多立方米，但因其只给全村400多户村民供气，所以通过控制投料量每天只产气200立方左右；

 

吉林省大安联合乡联合村的沼气装置冬季也能运行 

四是沼气发电除自用以外，上网得不偿失。首先沼气本身就是清洁能源，提纯就能得到天然气，可以永久贮存且应用方向广泛。而变成电能则不能简单贮存。如果发电能力与用电负荷不匹配，则白白浪费了沼气；其次小规模沼气发电上网举步维艰，达到上网要求投资巨大；第三不论多高效率的气电转化都有一定的能量损失，致使气电转化效率低；

五是从1959年毛主席提倡“沼气既能点灯做饭又能作肥料，要大力发展”至今，大多数地方沼气既没有走出农村，也没有在农村普及，仍然被当作小能源；

六是现行的国家补贴政策重建设、轻管理。只在建设过程中给予补贴，一些地方扶持政策不配套，发展方向不明确，没有形成有效的政策引导作用和规模化生产格局；

七是全国沼气池发展到4000多万口的今天，农作物秸秆、林业剩余物、餐厨垃圾、人畜禽粪便的处理、应用仍然是困扰城乡人居环境的重点难题。垃圾围城现象严重，一到庄稼收获季节，各地焚烧秸秆狼烟四起，造成环境污染、推动了雾霾的形成等等，危害无穷。

三、秸秆资源沼气转化的优势及今后的发展方向

沼气中的主要成份是甲烷，沼气经提纯后就可得到优质天然气，所以，应将以秸秆为代表的生物质资源利用方向确定为以获取天然气为终极产品的转化模式综合开发利用，理由如下：

一是原料资源丰富。沼气转化可以消化大量秸秆（两公斤秸秆产生一立方米沼气）及其它生物质资源，每立方米沼气的热值为23~25MJ左右，略高于1kg原煤的热值，可就近为农户提供燃气，改变农村的能源结构。我国目前农村居民中约60%左右仍然主要依靠直接燃烧秸秆、薪柴等生物质提供生活用能；

二是沼气转化装置的技术成熟、运行稳定、设备投入和管理成本低；同时转化秸秆的厌氧装置也可以转化林业剩余物、餐厨垃圾、人畜禽粪便、经过分类的生活垃圾及其它有机物；

三是沼气的主要成份甲烷与天然气成份相同，提纯后就能得到我国短缺的优质天然气，再经加工就可获得CNG或LNG，供给城市居民管网及车用或用做化工原料。我国每年产生的秸秆高达8亿吨之多。即使不计其它生物质资源，仅秸秆一项完全转化为沼气再提纯就可得到含甲烷95%以上的天然气2000亿立方米以上；

四是可以推动以天然气为燃料的清洁能源汽车的发展，且其运行基本不受环境温度影响（电动汽车在北方冬季其电池容量会下降40%～60%）。同时，天然气汽车的运行成本低于燃油汽车，排放指标远远好于燃油汽车。以CNG为燃料的燃气汽车与汽油车相对比，一氧化碳排放量比燃油汽车减少90%以上，碳氢化合物排放减少70%以上，氮氧化合物排放减少35%以上，可吸入颗粒物PM2.5的排放量更是比汽油车削减98%以上[ 北京日报 2013年05月09日 “万元改装天然气轿车 PM2.5排放降98%”]。是非常好的清洁能源，可极大缓解雾霾的形成；

五是建CNG加气站和内燃机油气混烧改装技术成熟，成本远远低于建充电桩和发展电动汽车，且加气比充电效率高；

六是沼渣、沼液含有较丰富的有机物。沼渣中含有机质36％～49．9％，腐殖酸10.1％～24.6％，全氮0.78％～1.61％，全磷0.39％-0.71％，全钾0.61％～1.3％。沼液中含有维生素B129.3mg／kg，维生素B116.42mg／kg，蛋白质1.43活力单位，纤维素酶7.65活力单位，生长素8.022mg／L，赤霉素3.51mg／L[ 《农业工程技术：新能源产业》2012年 第11期 郭彦青 “浅谈沼气资源在果园中的综合利用”]和一些富含矿物质的灰分。沼液既可做叶面肥又可做浸种用，脱水的沼渣还可制食用菌棒。沼渣、沼液还田比秸秆直接还田更有利于土壤有机质的积蓄；

七是在厌氧装置中，生物质资源中的病虫害、杂菌等有害物质，都被厌氧菌消耗殆尽。沼渣、沼液在空气中厌氧菌遇氧又失去活力，所以，沼渣、沼液是纯粹的无菌产品，基本切断了动植物病虫害及杂菌的传播途径。

可以说生物质资源的沼气转化，在获得能源的同时，又是一种非常好的去病、灭虫、灭菌方法，可以间接减少农药的使用量，推动生态农业发展。

四、加大生物质资源沼气转化的战略意义及其可行性

首先，我国天然气供气能力不足，总量不大。相关数据显示，我国常规天然气探明剩余可采储量3万亿立方米，人均剩余可采储量仅为世界平均水平的7.1％[ 上海证券报 2012年08月09日“页岩气革命波及全球 中国能源结构面临战略调整”]。全国天然气供给能力只有世界水平的10%，近年来，为满足国内需求，天然气进口量逐年加大，市场对进口天然气依存度逐年提高，2007年为2%，2012年上升到28.9%，2013年进口天然气530亿立方米，对外依存度高达31.6%。2013年全国全年表观天然气消耗量仅有1676亿立方米；

其次，天然气占一次能源比重是能源结构是否合理的重要标志，我国天然气占一次能源比重偏低，能源结构极不合理。这一比重国际平均水平约为23.8%，英国33%、瑞典28%、美国27.6%，我国2011年4.5%、2012年5%、2013年5.9%[ 中国石油物资网 中国天然气消费占一次能源比重逐步上升]。国家能源局计划到2017年将这一比例提高到10.8%，届时天然气缺口将达300亿立方米。能源局计划用煤制气来填补缺口。这种弥补方式不仅投资将达1000亿元以上，还要消耗以亿吨计的煤，而煤是不可再生能源，所以这一方法无异于饮鸩止渴；

第三，进口天然气困难重重。比较典型的是早在1994年，中俄就签订了天然气管道修建备忘录，但直到2014年5月，中俄才签订了东线天然气合作协议。马拉松式的中俄天然气谈判历经20年虽然取得了阶段性成果，但还要等到2018年才开始供气，并逐步达到每年供应380亿立方米的规模；

第四、区域沼气站布局的可行性。我国农业地区每平方公里理论秸秆产量为750t/km2（每年一季），按种植率80%和利用率40%计算，每平方公里秸秆可获得量为750×0.8×0.4＝240t/km2，10 公里半径可获得秸秆7.5万吨[ 中国科学院广州能源研究所 吴创之等《生物质气化发电技术发展现状》]。按2公斤秸秆产生1立方米沼气、2立方米沼气提纯1立方米天然气、全年生产300天计算，7.5万吨秸秆可日产含甲烷95%以上的天然气6.25万立方米。理论秸秆收集半径与沼气、天然气产量关系如下表。由于中温发酵获得的沼气中甲烷含量为55%左右，所以实际生产获得的天然气应大于表中数值。

通过生物质资源的厌氧转化方式获取沼气再提纯成天然气，仅转化全国秸秆总量的30%，就至少能获得含甲烷95%以上的优质天然气近700亿立方米，超过2013年天然气进口量，差不多是2018年以后我国从俄罗斯进口天然气量的两倍。

 

理论秸秆收集半径与沼气、天然气产量关系

五、国内可借鉴的案例

（一）海南澄迈的汽车沼气工厂

 

海南澄迈的汽车沼气工厂

由海南神州新能源建设开发有限公司投资建设的海口沼气新能源示范项目一期工程(澄迈沼气工厂)于2014年3月26日生产出第一批合格车用生物质天然气。经质量监督部门检测，车用生物质天然气所含的甲烷、二氧化碳、氧气、硫化氢等指标全部达到或超过国家车用压缩天然气标准。该项目以糖厂甘蔗渣、香蕉杆、猪粪、市政污泥、垃圾场渗滤液等为原料，一期项目日产车用沼气1.5万立方米。该公司还将于今年年内在海口开建二期工程，新建3座特大型车用沼气工厂及其相应的配套加气站9座、有机肥料工厂2座及原料种植基地1 处。二期建成投产后将日生产压缩天然气9万立方米，可解决750辆公交车或3000辆出租车的用气问题，项目计划于2015年内建成。

海南省政府计划未来在全省建设18~20座同样的汽车沼气工厂，彻底改变海南的能源结构。

（二）延庆县德青源生态园燃气项目

在北京延庆县德青源生态园，德清源的全资子公司合力清源科技有限公司建成了加气站与管网系统。将鸡粪和秸秆通过厌氧消化产生的沼气提纯生产出符合国家天然气标准的生物质天然气。目前已用槽车向张山营镇和康庄镇等39个储气柜供气，每个气柜贮存3~5天的用气量，周边几千村民用上了天然气。该项目每天处理秸秆约45吨，日产沼气15000立方米，提纯后每天可获得9000立方米天然气（甲烷含量高达95%以上）。

 

延庆县德青源生态园厂区之一

 

延庆县德青源生态园厂区之二

 

延庆县德青源生态园厂区之三

 

延庆县德青源生态园厂区之四

 

村里的燃气浴室

 

由德青源供气的气站

 

设在村气站里的气柜

六、建议：

通过分析生物质资源总量、成份、分布及与清洁能源的关系，我
们认为，应将生物质资源的沼气转化、提纯作为我国可再生能源发展战略中分布式能源基地建设的重要组成部分。具体建议如下：

一、转变沼气是小能源的传统观念，确定发展模式。将生物质资源利用方向明确为通过厌氧装置转化成沼气并提纯，以获取优质天然气并加工成CNG或LNG作为生物质资源转化的终极目标，把生物质资源转化成天然气能源确定为利用生物质资源的发展模式。将沼气转化装置建成单体规模适度（有利于沼气提纯）、区域布局合理（使原料采购半径处于经济运行范围内）；分散运行、集中管理的清洁能源产业集群，沼气站与站之间通过现代化通信手段互通信息、统一调度、统一管理，偏远地区的富余沼气由槽车运送；

二、由于处理生物质资源转化工程的社会效益大于经济效益，所以中央政府应出台相关政策，强化顶层设计、加强财政及税收对该产业的引导，地方政府出台配套政策，加强监管。充分鼓励和引导生物质资源能源化应用的产业化布局、规模化经营、标准化技术、专业化管理、多元化投资和适度化补贴，真正做到建、管、用并重的多重补贴和监管格局。
具体项目建设期国家投入一定的补贴，项目建成投产后，根据运行情况，按国家质量标准每向居民管网或汽车加气站每供一方气，再给予相应的补贴，促进生物质资源的沼气、天然气转化可持续发展；

三、“十二”五期间应在总结成功经验的基础上在不同的地区扩大试点范围和试点规模，“十三”五将生物质资源的沼气转化、提纯纳入国家能源发展战略之中，通过政策调节及资金支持，促进这一有百利而无一害、横跨七大战略新兴产业中节能环保、信息产业、生物产业、新能源、新能源汽车、高端装备制造业等六大产业的生物质资源综合利用工程快速、健康发展。

四、大力发展清洁能源汽车，将以天然气为能源的内燃机汽车纳入到七大战略新兴产业中新能源汽车的范畴，作为我国清洁能源汽车发展的主要方向加以扶持。并从经济技术指标、传统内燃机油气混烧改装、车辆检验标准的制定与实施等方面加以规范，促进其发展。

五、由于沼渣、沼液在使用上没有化肥方便，增产方面也没有化肥高，使得农民大多不愿意使用。
所以应从大量使用沼渣、沼液对保护基本农田、增加土壤有机质、培肥地力、促进有机农产品生产的角度出发，制定使用沼渣、沼液的相关补贴政策，积极鼓励沼渣、沼液应用层面的技术及播撒机具研究，大力开发叶面肥、冲施肥等，从而推动生物质资源能源转化的大力发展。

六、加大高产生物质植物的种植、应用研究力度，在适宜地区大力推广“巨菌草”这样的高产植物的种植面积，规范应用方向，为生物质天然气的生产提供充足的原料。

“巨菌草”，是由福建省农林大学菌草研究所所长、菌草技术发明人林占熺研究员于1983年引进并培育出适合我国气候土壤环境的草种。该草为多年生禾本科直立丛生型植物，具有较强的分蘖能力，适宜在热带、亚热带、温带生长和人工栽培的高产优质菌草。植株高大，抗逆性强，产量高，每公顷产鲜草达521.6吨。参照玉米秸秆的产气能力，每公顷“巨菌草”通过厌氧装置获得沼气再提纯后所得天然气同比是玉米秸秆的20～50倍，可高达10多万立方米。在适宜地区大面积种植“巨菌草”并保障其用于厌氧发酵就等于开发了永不枯竭的生物质天然气田。