張凱 王東岳 康蘇媛 邊房 （天津市天人合環(huán)保技術研發(fā)中心 天津300451）

淺析天津地區(qū)生物質沼氣的開發(fā)與利用

張凱 王東岳 康蘇媛 邊房 （天津市天人合環(huán)保技術研發(fā)中心 天津300451）

生物質沼氣是國際公認的現(xiàn)代生物質能源。天津地區(qū)生物質資源利用率低且不合理。為了兼具能源開發(fā)和環(huán)境保護，生物質資源的沼氣化利用勢在必行。目前，天津地區(qū)的沼氣產業(yè)主要發(fā)展3種模式，即戶用沼氣工程、“四位一體”模式和養(yǎng)殖小區(qū)建大中型沼氣池。隨著沼氣技術的開發(fā)和利用，其生態(tài)、經濟和社會效益日益突出?？傊?，生物質沼氣的開發(fā)利用對天津地區(qū)統(tǒng)籌城鄉(xiāng)社會經濟發(fā)展，改善農村生產生活環(huán)境，改良農民生活方式，提高農民生活質量，實現(xiàn)農業(yè)可持續(xù)發(fā)展有重要意義。

生物質能 沼氣 新能源 秸稈 畜禽糞便

近年來，隨著化石能源的日益枯竭和環(huán)境惡化問題的日益嚴重，開發(fā)潔凈的新能源已經成為全球緊迫的問題。為了應對日益嚴重的環(huán)境污染和能源危機，我國已在國家“十二五”規(guī)劃中提出：“積極發(fā)展太陽能、生物質能和地熱能等新能源”。在各種可開發(fā)利用的新能源中，生物質能是比較安全穩(wěn)定的能源，也是僅次于石油、煤炭、天然氣的第四大能源。生物質能是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量形式，包括木材及森林工業(yè)廢棄物、農業(yè)廢棄物、水生植物、油料植物、城市和工業(yè)有機廢棄物以及動物糞便等。[1]國家“十二五”規(guī)劃中提出：“新能源產業(yè)重點發(fā)展生物質能”。由于生物質能兼具能源開發(fā)和環(huán)境保護的雙重功能，其開發(fā)利用已經成為人們越來越關注的焦點。

生物質沼氣是國際公認的具有科技環(huán)保創(chuàng)新前景的現(xiàn)代生物質能源，其技術升級已經在歐洲國家引發(fā)出新的“生物天然氣”產業(yè)。[2]近年來隨著政府對沼氣項目的大力扶持，“十一五”期間，天津市已在武清、寧河、寶抵、薊縣建成了戶用各類沼氣模式4.96萬戶；大、中型畜禽養(yǎng)殖沼氣工程50處；小型畜禽養(yǎng)殖沼氣工程100處；污水凈化沼氣池示范工程100處。[3]“十二五”規(guī)劃中也明確指出：“加強農村能源建設，大力發(fā)展沼氣”。天津市大力發(fā)展生物質沼氣，對優(yōu)化能源結構、節(jié)能減排、改善農民生產生活條件、減少環(huán)境污染、促進農業(yè)結構調整、鞏固生態(tài)環(huán)境建設成果和循環(huán)經濟發(fā)展都具有重要意義。

1 生物質資源的不合理利用

我國生物質資源豐富，秸稈和農業(yè)加工剩余物蘊藏量10.53億t，折標煤5.23億tee；人畜糞便蘊藏量43.66億t，折標煤17.29億tee；林木生物質蘊藏量13.95億t，折標煤7.97億tee；能源植物蘊藏量2.28億t，折標煤0.39億tee。[4]據(jù)估算，我國農業(yè)生物質能資源每年可轉化為能源的潛力近期約為5億t標準煤，遠期可達到10億t標準煤以上。[5]天津市生物質能資源主要包括農作物秸稈、畜禽糞便、農產品加工副產品等，發(fā)展?jié)摿薮?，空間廣闊。2006年天津市農作物秸稈總產生量為255.44萬t，畜禽糞便產生量高達627.64萬t，2010年生物質能年開發(fā)總量達到4.50萬t標準煤，有10余萬農戶、30余萬人口直接受益。[3]

然而，目前生物質資源絕大多數(shù)被直接燃燒利用，生物質能的開發(fā)利用程度僅為1%。[6]據(jù)統(tǒng)計，天津市每年可產生秸稈180萬t，但其利用率卻不足1%。[7]表1給出了2007年天津地區(qū)和中國生物質燃燒各污染物的排放量。[8]根據(jù)田賀忠等[6]的研究，2007 年天津地區(qū)生物質燃燒排放的 NOx、SO2、CO、CO2、CH4和 PM分別為 5 096 t、610 t、307 213 t、4 812 609 t、10 882 t和17 923 t，分別占全國污染物排放總量的0.47%、0.35%、0.52%、0.51%、0.49%和0.5%。由此可見，生物質資源的焚燒會導致煙霧的發(fā)生，嚴重影響交通安全，引起地區(qū)或區(qū)域的環(huán)境污染。而大量生物質燃燒消耗，不僅破壞地表植被，造成水土流失，而且燃燒產生的污染物也成為導致大氣污染和氣候變化的重要原因。

表1 2007年天津地區(qū)和中國生物質燃燒各污染物的排放量

2 天津市發(fā)展生物質沼氣的必要性

農村能源的持續(xù)利用和現(xiàn)代化是實現(xiàn)全面小康社會的重要環(huán)節(jié)。[9]生物質能是農村生活用能的主要組成部分，開發(fā)生物質能的現(xiàn)代化利用方式有利于提高農民生活水平、改善生態(tài)環(huán)境及緩解國家能源需求壓力。目前，生物質能主要的轉化利用技術詳見表2。在各種轉化利用技術中，農村戶用沼氣技術、養(yǎng)殖場沼氣工程技術已經比較成熟，通過政府補貼等經濟激勵政策，實現(xiàn)了產業(yè)化應用；秸稈沼氣技術正處于試點階段，將實現(xiàn)產業(yè)化。[10]因此，沼氣技術在在生物質資源的利用中具有很大的優(yōu)勢。國家“十二五”規(guī)劃已將“建設戶用沼氣、小型沼氣工程、大中型沼氣工程和沼氣服務體系”作為“新農村建設重點工程”。生物質沼氣既是一種可再生的清潔能源，又可減少農村污染，同時也是農村生物質能源高效利用的一種重要方式，發(fā)展循環(huán)經濟和保護環(huán)境的一個重要環(huán)節(jié)。

表2 生物質能轉化利用技術

沼氣技術是通過厭氧發(fā)酵將生物質資源如農業(yè)廢棄物、水生與油料植物、城市和工業(yè)有機廢棄物以及動物糞便等資源化利用，同時產生清潔的沼氣，沼渣、沼液還可用于養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)。截至2007年底，天津市年產沼氣2 659萬m3，其中農村戶用沼氣池567萬m3，大中型沼氣工程2 063萬m3，畜禽糞便中小型沼氣工程18.92萬m3。[3]環(huán)境與能源效益是推動生物質沼氣發(fā)展的主要動力。沼氣工程能夠收集厭氧發(fā)酵產生的沼氣等，最大化地減少了溫室氣體的排放量。研究表明，2009年農村能源技術溫室氣體減排量為8 529 t CO2，農村戶用沼氣減排量占68.3%。據(jù)此測算到2020年，農村能源溫室氣體的減排潛力約為2.97億t CO2，其中農村戶用沼氣占44.7%。[11]沼氣工程也能夠控制臭氣的釋放，杜絕了糞便肆意排放帶來的環(huán)境污染。此外，產生了可利用的沼氣能源和沼液、沼渣等有機肥料，也為緩解能源危機做出了貢獻。

3 天津市生物質沼氣的發(fā)展現(xiàn)狀和綜合效益

3.1 生物質沼氣的發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)農業(yè)部《農業(yè)生物質能產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2007—2015年）》所提出的戰(zhàn)略目標：到2015年，建成規(guī)模化養(yǎng)殖場沼氣工程8 000處，年產沼氣6.7億m3。國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布的《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》提出：到2020年，建成大型畜禽養(yǎng)殖場沼氣工程10 000座、工業(yè)有機廢水沼氣工程6 000座，年產沼氣約140億m3。我國國家“十二五”規(guī)劃中上述政策得到了進一步強化。

經過多年的研究開發(fā)，天津市的沼氣產業(yè)主要發(fā)展3種模式：①結合村莊環(huán)境治理推廣戶用沼氣工程，利用人畜糞便和生活垃圾解決生活能源；②“四位一體”模式，利用人畜糞便生產沼氣和沼肥，為農戶提供生活用能和生產用肥；③養(yǎng)殖小區(qū)建大中型沼氣池，對小區(qū)內的糞便進行無害化處理。據(jù)統(tǒng)計，2007年底天津地區(qū)薊縣、寶坻、武清和寧河等農村戶用沼氣池保有量14 462戶，其中使用戶數(shù)14 360戶，利用率為99%，總產氣量已達567萬m3。大型沼氣工程共計5處，其中處理工業(yè)廢棄物的3處（薊縣天津桂月集團、寧河天津泰達酒業(yè)總公司、寧河冠達實業(yè)總公司），總池容3.08萬m3，年產沼氣2 036萬m3；處理農業(yè)廢棄物的2處（寧河原種豬場、大港水藍畜牧養(yǎng)殖有限公司），總池容0.11萬m3，年產沼氣27.25萬m3。處理畜禽糞便的中小型沼氣工程76處，總池容0.40萬m3，年產沼氣18.92萬m3。以行政村為基本單元的生活污水凈化沼氣工程4處。[3]到2012年，天津市戶用沼氣達到30 000戶，使全市六成以上的農村用上潔凈的新能源。

3.2 生物質沼氣的綜合效益

隨著生物質沼氣技術的開發(fā)和利用，其功能效應日益顯現(xiàn)，生態(tài)、經濟和社會的良性循環(huán)日益協(xié)調。具體來說，沼氣的功能效應集中體現(xiàn)在三大效益上：

一是生態(tài)效益。首先體現(xiàn)在生物質沼氣能夠替代農村傳統(tǒng)能源，保護植被，減少水土流失，促進生態(tài)環(huán)境的恢復與改善。如薊縣在于橋水庫地區(qū)建立的沼氣池不僅有效保護了水庫周邊環(huán)境免遭污染，而且解決了農民生活用能問題，改善了農村衛(wèi)生條件。[7]寧河原種豬場投入使用的沼氣厭氧發(fā)酵池項目，日處理糞便臟水的能力可達到160 t，生產的沼氣還可用于發(fā)電、做飯、照明。其次，開發(fā)利用生物質沼氣能減少污染，凈化大氣。如靜海區(qū)秸稈沼氣工程生產的沼氣供每戶每天使用，有效的遏制了秸稈焚燒現(xiàn)象，每戶每天可減少燃燒秸稈10 kg，減少大氣污染。再次，沼肥（包括沼渣和沼液）能改良土壤，培肥地力，提高農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生產力，加強農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如寧河原種豬場沼氣厭氧發(fā)酵池項目產生的沼渣、沼液再用于農作物，最終排放的清水還可以用于灌溉農田、種花和養(yǎng)魚。此外，沼氣的生態(tài)效益還體現(xiàn)在它可生產無污染的綠色食品。

二是經濟效益。生物質沼氣能夠促進天津市農村產業(yè)結構調整，拓展農民致富渠道，加快農業(yè)產業(yè)化的進程。使農民節(jié)省開支，增產增收，如2007年底天津市農村戶用沼氣池總產氣量已達567萬m3可形成年節(jié)約4 050 t標準煤的能力。[3]能延長產業(yè)鏈，帶動和促進第一、二、第三產業(yè)的發(fā)展。

三是社會效益。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①啟迪農民更新觀念，不斷提高自身素質；②生產優(yōu)質綠色產品，不斷豐富社會需求；③保護和解放勞動力，優(yōu)化農村勞動力結構；④促進精神文明建設，構建文明和諧新農村。

總之，生物質沼氣是加強農業(yè)基礎設施和農村生態(tài)環(huán)境建設、促進清潔生產的重要手段，能夠充分利用農村現(xiàn)有資源，方便和滿足農村用能，解決能源稀缺問題，可與資源循環(huán)利用和環(huán)保融為一體，緩解農村能源供應緊張的局面。生物質沼氣的開發(fā)利用對統(tǒng)籌天津地區(qū)城鄉(xiāng)社會經濟發(fā)展，改善農村生產生活環(huán)境，改良農民生活方式，提高農民生活質量，實現(xiàn)農業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義?！?/p>

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2012-05-06