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1中国是世界上最早发现和应用沼气的少数几个国家之一，很早就有了沼气产业化的雏形。起初，沼气是作为昂贵的进口煤油(“洋油”)的替代品问世的。20世纪20年代，罗国瑞先生发明了中国第一个水压浮罩式沼气池———卷绕电池
后被命名为“中国国瑞沼气发生器”(ChinaGuoruigasvessel)。它可以满足6口之家每天照明和炊事用能的全部需求。1930年，“国立国瑞照明公司”(又名“中华国瑞瓦斯总行”)在上海建立，并获得了沼气发酵照明的专利和实业部的许可证。当时的沼气工程池容积一般为6m3，主要的建材是水泥。从20世纪70年代起，农民户用沼气在部分区域得到推广，成为农村生活能源的一种补充。进入21世纪，我国农户沼气池数量飞速增长，2010年总数已逾4000万个。但令人遗憾的是，迄今不但在国际上我们应有的(农户沼气)“全球领先”形象未树起来，在产业沼气领域，更已落后于欧洲国家十几年，甚至于还比不上印度。其中的原因值得深入分析，以利于推进在我国潜力巨大、正蓄势待发的气态生物能源———产业沼气。 2中国已有的大中型沼气工程的现状和问题
2．1大中型沼气工程的现状
由于农户沼气的原料是人畜粪便，废弃物能被有效地厌氧分解。20世纪90年代后，随着“菜篮子工程”规模化养殖场的大量建设，大、中型沼气工程自然地成为畜禽粪污的主要处理手段，主要与规模化养殖场配套。但因受“环保主导”模式以及工艺技术的严重约束，即着眼于将畜禽粪污经生化处理后能使BOD(生化需氧量)、COD(化学需氧量)、氨氮和总磷等指标降至达标排放的水平，因而使工艺和设计复杂化，建造和运行成本高;加上单纯以粪污作原料产沼气性质不理想，总体的沼气产率很低，不能满足规模化开发利用的要求。大、中型沼气工程的技术经济指标普遍低下，不具备经济上的可持续性。因此，尽管在过去的20余年内，全国累计已建两万多座大、中型沼气工程，但是始终不能大量推广和正常运转。造成沼气资源极大浪费和畜禽粪便成为国家最主要农业面源污染源并存的尴尬局面:2007年，全国年出栏千头以上商品猪的规模化猪场达40910个，年存栏5万只以上的规模化蛋鸡场达1006个，年存栏200头以上的规模化奶牛场达3443个，年出栏500头以上商品牛的规模化肉牛场达1931个，总计近6．5万个。至于中型养殖场和养殖小区的数量更超过百万个。可以收集的畜禽粪便量，每年不低于10亿t。与此同时，畜禽粪便导致的面源污染问题日益严重。一些地方政府甚至不得不牺牲农民的经济收益而颁布“禁猪令”。
2．2主要技术问题
我国大、中型沼气工程从其诞生之日起，目标一直是要把养殖场的粪污废水治理到符合环保部门规定的排放标准。其中最重要的指标是生化需氧量(BOD、COD)、氨氮含量和总磷含量。为了实现治污和废水达标排放，除了首先通过厌氧沼气发酵大幅度降解生化需氧量外，还须想方设法继续降低生化需氧量和在脱氮、脱磷上下大功夫。为此，在畜禽养殖场沼气工程的厌氧段之后，不得不附加一系列的设施，例如，序批式好氧沟(SBR)、曝气池、人工湿地等，先天性地造成造价和运行成本双过高。其次，大多数工程的厌氧发酵池(罐)从结构上说，基本上只是产气率很低的户用水压式沼气池的放大。而且大多数规模化猪场采用水冲粪工艺，导致进入厌氧发酵罐的料液TS浓度过低，不仅影响升温和热效率，而且沼气的产出量也不可能多;更成问题的是致使沼液量过大，不得不进行旨在“达标排放”的后段处理，而且对沼渣/液的利用也形成了先天的巨大障
碍。
国家发展和改革委员会能源局2009年公布了“工业化规模化沼气开发”项目执行情况。该项目是联合国开发计划署(UNDP)和全球环境基金(GEF)1997年以来在华支持的。虽然通过项目引进了不少国外主要是欧洲的先进技术，但总体看，各个具体的工程沼气发生效率仍不高。平均容积产气率只有0．4m3/(m3·d)，距离较理想的2～4m3/(m3·d)或更高的水平相差
很远。报告指出，“工业规模的沼气(年)产量中，只有12亿m3作为能源被利用”;因此“目前大部分沼气工程还是以处理废物为主，没有进行能源生产”。
在只有高投入，没有或很少收入的前提下，养殖场不可能有应用大、中型沼气工程的积极性。因此，必须从根本上颠覆长期以来大、中型沼气工程单纯为处理污水/厩粪服务的“环保型”沼气的格局;还要改变沼气“土法上马，因陋就简”的传统粗放模式和在人们心目中“小打小闹，成不了大气候”的形象。使之成为具有现代化内涵的一种新型的能源－环保产业。
3欧盟国家的沼气早已越过“环保主导”阶段，进入产业化
欧盟国家的沼气发酵工程在经历了短暂的主要为处理畜禽粪便服务的过程后，很快发展到产业化。这是因为早在20世纪70年代，瑞典等国的学者就已发现，对城市生活污水的好氧处理会产生大量污泥。如不做进一步处理，将成为二次污染源。而通过对污泥的厌氧发酵，则可在大幅消化污泥的同时获得数量可观的沼气。经过净化和提纯，能作为天然气的替代品。
3．1欧盟国家的生物天然气———净化提纯沼气20世纪90年代中期以后，沼气在欧盟国家的利用开始登上一个全新的台阶———实现商品化。
大规模生产的沼气不但替代煤发电和供热(热电联产，CHP)，而且净化和提纯后的“生物天然气自攻丝”还替代天然气作为车用燃料和民用燃气。2008年在瑞典，60%的车用燃气来源于生物天然气。全国有1．7万辆生物天然气汽车，38座商业运作的沼气提纯厂。德国2010年已有5000座大型沼气工厂，以往沼气主要用于热电联产，2009年发电产能达1597MW，超过水电而仅次于风电(德国是全球第一风电大国)。预计到2020年，沼气发电产能将占总发电产能的10%(据AllianzGroup，2007)。近年来，又开始转向经净化和提纯成为生物天然气(甲烷含量从60%左右提高到97%，称为Biometh-ane，Bio－CBG，Bio－CNG)，之后直接注入天然气管网或用压缩罐送至汽车加气站。根据德国能源署(Dena)的资料［4］，2010年已建成和在建的沼气提纯入管网工程有28处。每小时加工量从200m3到5000m3不等。德国沼气协会估计，到2020年，生物天然气将提供全国消费量的20%。
在欧盟国家，沼气净化和提纯已经是成熟的技术。在主要的技术中，高压水洗法是使用率最高的一种，市场占有额达56%;其次为变压吸附法(PSA)，占27%，再其次为化学吸附法，占8．7%。
3．2欧盟国家发展生物天然气的动力和政策性支持
出现以上态势的背景，首先是欧盟的《生物燃料指令》，规定到2010年底，生物燃油在交通运输燃油总消费量中的比例必须不少于5．75%，以及出台对替代燃油的补贴政策。各国对沼气平均补贴水平不一。以沼气发电每千瓦时计，德国最高，达0．18欧元，最低的法国亦有0．06欧元。其次是相应国家的政府希望扩大清洁能源，包括由可再生能源生产的所谓“绿电能”的使用，从而大幅度地减少温室气体的排放量;再次是为了减少对从俄罗斯进口天然气的过分依赖，提高能源的自给水平。
以瑞典为例，政府支持产业沼气的政策措施包括:
1)对建设沼气工程的企业/农场给予工程投资30%的补贴;
2)对沼气纯化后替代燃料免征石化燃油使用税;
3)减征沼气企业的增值税;
4)免征车辆拥堵税。
此外，由于沼气纯化后无论是供车用还是直接进入天然气管网，主要用户是城市居民。因此瑞典特别注重城市管理当局对发展产业沼气的引导和支持作用。
联合国工业发展组织的《生物能源战略》指出，近年来，沼气早已摆脱了仅仅是对废弃物，包括粪便、厩粪和生活有机垃圾作厌氧发酵处理的形象，而成为一个新能源产业。至少在欧洲已是如此。它已经可以从现代能源作物如(整株)玉米、小麦，以至加入到能源作物轮作体系中的古老作物种(如牧草)中直接提取出来，而且其净能产出效率完全可与堪称最佳的能源作物甘蔗和油棕媲美。同第二代生物燃油相比，沼气提供的是近于闭合的植物营养物质循环，能循环利用植物内部几乎所有的营养物质，因而化肥需要量大幅减少。
在欧盟制定的到2020年可再生能源必须占总能源消费量20%的强制性目标中，至少25%的份额将依靠沼气。
3．3沼气的综合效益
与其他形态的生物能源比，沼气的单位土地面积能量产出率最高。以在瑞典南部每公顷土地生产的生物量转化为燃料可驱动轿车行驶的里程计，沼气为压差显示仪67600km;而生物乙醇和生物柴油分别只有22400km和23300km［7］。后者能量转换率低的关键在于，用木质纤维类生物质制生物乙醇时，物料的预处理需要消耗大量能源;其次是稀乙醇液的多次蒸馏也要消耗大量能源。而沼气是由生物质经厌氧转化得到，在所有生物能源的能量转化方式中，厌
氧发酵的生物化学转化效率最高。相比之下，乙醇转化过程中，有相当一部分生物质(主要是五碳糖)不能被利用。
在减排温室气体方面，产业沼气与常规石化燃料，包括其他生物能源相比，都有极显著的优越性。以生命周期(LCA)分析法计算，每产生1MJ的作功能量所排放的CO2，汽/柴油为80g，沼气为－60g。
国际可再生能源中心的N．Bassam在其生物能源专著中指出，在所有的生物燃料中，生物天然气具有最高的全生命周期能效率，最低的CO2足迹，单位土地面积生物能量产出最多，使用的原料范围最宽［8］。甲烷的温室气体当量是m1卡CO2的25倍。畜禽粪便和有机废液如果随意露天贮积，其自然厌氧发酵产生的大量沼气就会直接进入大气，造成比CO2严重得多的温室气体效应。如果将当前我国畜禽养殖场、工业有机废水和城市污水所含的生物能都开发利用起来，则理论上可相应减少全国CO2年排放总量约数据加密网关8%。
生物天然气生产也具有很好的经济可行性。在欧盟国家，与常规石化燃油比，生物天然气免征CO2税(每千米排放CO2超出120g上限，每多1g征收2欧元)和免征能源税(汽油和柴油则每升分别征收0．65欧元及0．47欧元)。在我国，虽然尚未出台对生物天然气的补贴政
策，但由于原料来自废弃物和下脚料，即便加上净化和提纯的费用，总成本也不高。根据几个示范项目的初步实践，比起若干城市的车用燃气价和华南地区的液化气价，生物天然气有每立方米约2元的净利润空间。
需要强调的是，任何时候都不要忘记，在中国发展生物能源包括产业沼气，最首要的出发点是振兴农村经济，增加农民就业和收入。以农作物秸秆为例，如果秸秆能通过用先进技术和工艺制成沼气利用，种粮农民每亩(注:1亩≈667m2)可多收入300元左右，相当于甚至超过种粮的亩纯收入;而用边际土地和退耕还林、草的土地种植沼气专用能源作物，每亩至少可额外收入500～800元。
农村农业废弃物/能源作物规模化制沼气，符合生物质应用的“就地初加工—集中精制—相对集中供能”的理想模式。可彻底打掉固体生物质能利用上的拦路虎———原料来源高度分散、运输困难和成本高，并且可振兴农村中小企业。
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