張曉川¹，周磊²

（1.青島匯君環(huán)境能源工程有限公司山東青島266101；2.中國科協(xié)培訓(xùn)和人才服務(wù)中心北京100081）

　　摘要：隨著沼氣工程規(guī)模化和商業(yè)化發(fā)展，沼氣工程項(xiàng)目持續(xù)盈利能力不強(qiáng)成為阻礙沼氣行業(yè)良性發(fā)展的主要因素。文章通過分析沼氣工程的三種主要產(chǎn)品：沼氣、沼渣、沼液，結(jié)合國內(nèi)外“三沼”產(chǎn)品的利用發(fā)展情況，探討提出適宜我國國情的“三沼”高值化利用科學(xué)技術(shù)普及模式，以促進(jìn)我國沼氣產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

　　1引言

　　中國是世界上沼氣市場(chǎng)潛力最大的國家之一，但當(dāng)前沼氣產(chǎn)業(yè)的實(shí)際情況是：沼氣發(fā)電難以上網(wǎng)，產(chǎn)出的熱量因目前基礎(chǔ)設(shè)施配套不完善往往難以有效利用，本地建網(wǎng)供氣由于標(biāo)準(zhǔn)低，與天然氣管網(wǎng)不匹配，導(dǎo)致投資大、氣源小且不穩(wěn)定，難以形成規(guī)模效應(yīng)，除沼氣工程自用及所在企業(yè)自用外，難以找到有價(jià)值的商業(yè)渠道；沼渣、沼液用作肥料看起來容易，但是實(shí)際真正有效利用和實(shí)現(xiàn)盈利的項(xiàng)目甚少；沼液消納的問題仍然困擾沼氣工程業(yè)主，尤其是特大型沼氣工程業(yè)主。這與我國沼氣規(guī)模小、原料分散難收集、運(yùn)營成本高、產(chǎn)品市場(chǎng)開發(fā)不力、產(chǎn)品缺乏扶持政策等諸多因素相關(guān)。因此，探索構(gòu)建適合我國國情的沼氣產(chǎn)品價(jià)值鏈?zhǔn)谴龠M(jìn)我國沼氣產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的有效途徑。

　　2沼氣高值化利用技術(shù)

　　2.1沼氣國外利用現(xiàn)狀與技術(shù)發(fā)展方向

　　我國目前對(duì)沼氣的商業(yè)化開發(fā)還處于起步階段，沼氣利用率普遍較低，缺乏引導(dǎo)及商業(yè)渠道，不少沼氣工程仍采用自給自足、燃燒放空等低值化利用方式，導(dǎo)致能源、資源的極大浪費(fèi)，沼氣工程運(yùn)營困難。因此，借鑒國外商業(yè)化起步早、發(fā)展成熟的國家經(jīng)驗(yàn)，對(duì)探索適宜我國的沼氣發(fā)展方向具有重要的借鑒意義。

　　在沼氣商業(yè)化利用方面，目前德國和瑞典走在了行業(yè)的前列。瑞典是世界上最早把沼氣凈化提純成車用天然氣的國家，在1996年就開始利用沼氣制取車用燃料。瑞典政府十分重視可再生能源的發(fā)展，承諾2020年后全面使用生物質(zhì)燃料，放棄石油燃料，力爭(zhēng)成為世界上第一個(gè)全面使用可再生能源的無油國。在沼氣發(fā)展方面，由于瑞典沼氣發(fā)電的競(jìng)爭(zhēng)力與其他清潔能源相比較弱，因此主要選擇的是沼氣制取車用燃料的高值化商業(yè)模式。目前，瑞典1/4的公共汽車、斯德哥爾摩3/5的出租車使用的是壓縮生物天然氣能源，壓縮生物天然氣加氣站遍布全國[1]。同時(shí)，瑞典政府對(duì)沼氣使用實(shí)施一系列的優(yōu)惠政策，推動(dòng)沼氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展。例如，沼氣作為車用燃?xì)饪梢悦庹髂茉炊惡虲O₂排放稅，減收氣體燃料的車輛使用稅等；另外，購買生物燃?xì)馄嚳梢韵硎苷徿囇a(bǔ)貼等[2]。德國是世界上沼氣發(fā)展最快的國家，得益于2000年德國出臺(tái)的《可再生能源法》，這是第一部關(guān)于可再生能源的專門法律[3]。德國約有97%的沼氣工程為熱電聯(lián)產(chǎn)，從2011年起，德國的沼氣利用方式開始由熱電聯(lián)產(chǎn)向制備生物天然氣轉(zhuǎn)變，用沼氣制備管道天然氣和車用壓縮天然氣，計(jì)劃到2020年建成沼氣工程1.2萬個(gè)，沼氣發(fā)電量占全國發(fā)電總量的7.5%，提純沼氣量占到天然氣總用量的20%[4]。政府的政策引導(dǎo)、企業(yè)的市場(chǎng)化運(yùn)作、沼氣的高值化利用，是促進(jìn)德國、瑞典沼氣產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的關(guān)鍵因素。德國沼氣利用以熱電聯(lián)產(chǎn)為主，開始注重發(fā)展生物燃?xì)猓蝗鸬湔託鈩t以生物燃?xì)鉃橹攸c(diǎn)發(fā)展方向，特別是車用壓縮天然氣：兩國走出了各自不同的商業(yè)化發(fā)展之路。

　　2.2沼氣高值化利用技術(shù)

　　結(jié)合國際沼氣發(fā)展，以及我國國情現(xiàn)狀和政策導(dǎo)向，現(xiàn)對(duì)我國沼氣高值利用的產(chǎn)品分析如下。

　　1）車用生物燃?xì)狻Ｕ託饨?jīng)凈化提純后，完全滿足國家對(duì)車用燃?xì)獾囊?mdash;—《車用壓縮天然氣》（GB18047-2017），可以用于汽車燃用，在實(shí)際工程案例中甚至優(yōu)于化石天然氣的性能。我國的基本國情是“富煤、貧油、少氣”，天然氣長期依賴進(jìn)口，價(jià)格也相對(duì)較高。在天然氣資源相對(duì)缺乏的地區(qū)，利用有機(jī)質(zhì)資源生產(chǎn)沼氣，再將沼氣凈化提純制成車用燃?xì)猓商娲細(xì)猓档蛯?duì)化石燃?xì)獾囊蕾嚩龋瑢?shí)現(xiàn)沼氣的高值化利用。

　　2）管道生物燃?xì)狻Ｔ诂F(xiàn)實(shí)中，一些大型沼氣工程生產(chǎn)的沼氣不僅量大且穩(wěn)定，可將沼氣凈化提純制成生物燃?xì)猓锶細(xì)庑阅苤笜?biāo)可超過國家一類燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn)——《天然氣》（GB17820-2018），燃?xì)夤究蓪⑵浣尤胱陨砉倬W(wǎng)，以補(bǔ)充自身氣源。在中國沿海發(fā)達(dá)地區(qū)，以及城鎮(zhèn)和農(nóng)村密集的地區(qū)，建設(shè)沼氣工程配套凈化提純沼氣具有經(jīng)濟(jì)可行性，沼氣工程項(xiàng)目能夠獲得持續(xù)穩(wěn)定的收益，可降低對(duì)進(jìn)口天然氣的依賴度。

　　3）罐裝生物燃?xì)狻⒄託鈨艋峒冎瞥缮锶細(xì)夂螅訅哼M(jìn)行罐裝銷售，供給無燃?xì)夤芫W(wǎng)覆蓋或不具備鋪設(shè)管網(wǎng)條件的區(qū)域，特別是農(nóng)村或山區(qū)等。在實(shí)際操作中，也有很多沼氣工程只將沼氣凈化脫硫，不進(jìn)一步提純，加壓罐裝銷售，供給周邊對(duì)熱值要求較低的工廠、飯店以及居民使用，性價(jià)比高，可替代常用的液化石油氣，在給沼氣工程帶來利潤的同時(shí)，也降低了周邊企業(yè)和居民使用成本。

　　4）熱電聯(lián)產(chǎn)。沼氣發(fā)電上網(wǎng)及熱電聯(lián)產(chǎn)在德國備受推崇，而過去我國沼氣工程存在沼氣發(fā)電上網(wǎng)難，企業(yè)自用等一系列問題。隨著近幾年國家一系列政策完善，沼氣發(fā)電上網(wǎng)條件逐步放寬，同時(shí)，引導(dǎo)沼氣發(fā)電全面向熱電聯(lián)產(chǎn)調(diào)整，熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目優(yōu)先納網(wǎng)，享受相關(guān)上網(wǎng)補(bǔ)貼。熱電聯(lián)產(chǎn)不僅可以避免單一發(fā)電或供熱，能源效益、經(jīng)濟(jì)效益低的問題，而且熱電聯(lián)產(chǎn)整體投入較低，對(duì)老舊項(xiàng)目改造小，可以快速推廣，大幅提高沼氣工程收益，尤其是在我國北方地區(qū)，可直接替代燃煤供熱，減輕冬季大氣污染，形成循環(huán)發(fā)展模式。

　　3沼渣高值化利用技術(shù)

　　3.1沼渣利用現(xiàn)狀與技術(shù)發(fā)展方向

　　沼渣的利用是建設(shè)循環(huán)農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是沼氣工程的重要建設(shè)內(nèi)容。但實(shí)際情況卻是，大量工程的沼渣未發(fā)揮出自身的經(jīng)濟(jì)效益，處置不當(dāng)還會(huì)造成環(huán)境污染。目前，沼渣利用方式主要為肥料化利用、商品肥料開發(fā)、基質(zhì)土、飼（餌）料和墊料等。肥料化利用主要集中在糧食作物、果蔬方面，利用過程中缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在商品肥料開發(fā)方面，將沼渣進(jìn)行深度加工，提高肥效及附加值，目前已有沼渣高效緩釋肥、腐殖酸型復(fù)合肥等方面的研究與應(yīng)用。沼渣基質(zhì)分育苗基質(zhì)和食用菌基質(zhì)兩類，育苗基質(zhì)能滿足育苗所需營養(yǎng)條件，且有效防止多種病害發(fā)生；將沼渣作為食用菌基質(zhì)，不僅雜菌少，還適合食用菌生長。將沼渣制作成飼（餌）料，可用于水產(chǎn)養(yǎng)殖和畜禽養(yǎng)殖，也可用于蚯蚓、沙蠶等的養(yǎng)殖，進(jìn)而生產(chǎn)高蛋白餌料，提高產(chǎn)品附加值。在墊料方面，已在規(guī)模化奶牛場(chǎng)進(jìn)行利用。

　　除上述利用方式外，也有學(xué)者在燒結(jié)材料、生物質(zhì)型煤、生物炭等方面進(jìn)行研究，但尚未形成完整的體系，處于發(fā)展階段[5]。為保證沼氣行業(yè)持續(xù)發(fā)展和沼氣工程穩(wěn)定運(yùn)行，需要持續(xù)進(jìn)行沼渣利用的標(biāo)準(zhǔn)化研究、利用方式的多元化探索、對(duì)應(yīng)裝備的創(chuàng)新研發(fā)，以提高沼渣利用率，提升產(chǎn)品附加值，服務(wù)行業(yè)發(fā)展，打造循環(huán)農(nóng)業(yè)模式。

　　3.2沼渣高值化利用技術(shù)

　　1）沼肥產(chǎn)品。沼渣含有30%～50%的有機(jī)質(zhì)，10%～20%的腐殖酸，0.8%～2.0%的全氮，0.4%～1.2%的全磷，0.6%～2.0%的全鉀[6]，富含植物生長所需的微量元素和植物生長激素等，是優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料，可直接作為一種經(jīng)濟(jì)適用的沼肥產(chǎn)品快速推向周邊農(nóng)村使用，也可用于人工草坪、綠化帶等市政園林綠化，在國外十分常見。

　　2）商品肥料。結(jié)合國家倡導(dǎo)的有機(jī)肥替代化肥計(jì)劃以及綠色種養(yǎng)模式，利用沼渣制取高品質(zhì)商品肥料，可提高沼渣附加值。通過造粒工藝將沼渣制成有機(jī)-無機(jī)顆粒復(fù)混肥，使其兼?zhèn)溆袡C(jī)肥和無機(jī)肥的雙重優(yōu)勢(shì)，養(yǎng)分更全面均衡且用途廣泛[7]。參照《有機(jī)肥料》標(biāo)準(zhǔn)（NY/Y525-2021），調(diào)整沼渣成分，可生產(chǎn)有機(jī)肥料、添加菌劑等制備微生物肥料以及生產(chǎn)腐殖酸型有機(jī)復(fù)合肥等商品肥料[8]，增加沼渣的附加值，提升肥料質(zhì)量，延長產(chǎn)品運(yùn)距。

　　3）沼渣養(yǎng)蚯蚓。利用沼渣養(yǎng)殖蚯蚓已經(jīng)在工程項(xiàng)目上得到應(yīng)用，取得不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益。有數(shù)據(jù)表明，將沼渣與田土混合制成蚓種培養(yǎng)土，用這種培養(yǎng)土養(yǎng)殖蚯蚓，可提高蚯蚓總產(chǎn)量，蚯蚓總產(chǎn)量分別是利用牛糞、雜菜葉和稻草與田土混合的1.16倍和1.43倍[9]，表現(xiàn)出較好的適宜性。養(yǎng)殖蚯蚓可以獲得蚯蚓體及蚯蚓糞，現(xiàn)已有較成熟的應(yīng)用途徑[10]。由蚯蚓體制成的蚯蚓粉作為動(dòng)物蛋白，已在人類營養(yǎng)和動(dòng)物飼養(yǎng)業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，用從蚯蚓體提取的蚓激酶生產(chǎn)治療心腦血管疾病的藥物在市場(chǎng)上普遍應(yīng)用[11]。蚯蚓糞具有良好的保水性、透氣性，可以讓土壤形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，有利于水肥保持、改良土壤性狀。同時(shí)，蚯蚓糞富含營養(yǎng)物質(zhì)，包括微生物、植物激素等，有利于植物生長，不燒苗，是優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料。

　　4）牛場(chǎng)墊料。將沼渣作為墊料已在規(guī)模化奶牛場(chǎng)進(jìn)行利用，實(shí)現(xiàn)了沼渣再生循環(huán)利用并節(jié)約牛場(chǎng)經(jīng)營成本。使用無害化沼渣墊料，可節(jié)約墊料成本62%以上，發(fā)病率降低31%[12]。同時(shí)，可以提升奶牛生產(chǎn)性能和乳品質(zhì)量。目前，國內(nèi)常見的奶牛臥床以沙子作為墊料，當(dāng)新鮮糞便和沙子混合在一起后，會(huì)形成易堆積的混合物，難以用泵輸送，而且堵塞沼氣池。使用奶牛場(chǎng)糞污厭氧產(chǎn)生的沼渣制作牛臥床墊料，大大提高了牛臥床的舒適度。一方面，奶牛趴臥在沼渣墊料的時(shí)間和次數(shù)顯著增加，趴臥時(shí)間增長了26%，趴臥次數(shù)增長了36.8%；另一方面，提升了奶牛生產(chǎn)性能和乳品質(zhì)量，泌乳量提高了7.7%，乳脂率提高了0.01%，乳蛋白率提高了0.05%，實(shí)現(xiàn)了廢棄物的循環(huán)利用，變廢為寶[13]。該模式適合在規(guī)模化牛場(chǎng)推廣使用，大大提高了牛場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益。

　　4沼液高值化利用技術(shù)

　　4.1沼液利用現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展方向

　　如何利用和處理沼液是困擾沼氣行業(yè)發(fā)展和建設(shè)單位運(yùn)營的難題。特別是在大型沼氣工程中，每天會(huì)產(chǎn)生大量的沼液，很多項(xiàng)目因建設(shè)地遠(yuǎn)離農(nóng)村，或因種養(yǎng)空間分布不均等，導(dǎo)致無適宜消納的土地，如不合理轉(zhuǎn)化、利用，必將形成二次面源污染。大多數(shù)沼氣工程的厭氧處理，很難使沼液達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)一步生化處置，則會(huì)增加項(xiàng)目投資成本、運(yùn)營費(fèi)用，既造成企業(yè)負(fù)擔(dān)過重，又造成大量肥料資源浪費(fèi)。如果將沼液合理利用，不僅可以避免肥料資源的浪費(fèi)，給企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值，還有利于發(fā)展綠色種養(yǎng)循環(huán)農(nóng)業(yè)。但如何解決沼液的運(yùn)輸、深加工以及降低生化處置成本的問題，是行業(yè)發(fā)展面臨的主要問題。

　　目前，對(duì)沼液的研究與應(yīng)用集中在肥料應(yīng)用、生化處理、生物農(nóng)藥、浸種及微藻養(yǎng)殖等方面。從沼液處理技術(shù)來看，生化處理技術(shù)具有占地少、適應(yīng)性廣等特點(diǎn)，但實(shí)際應(yīng)用成本較高、技術(shù)要求高，仍需要進(jìn)一步改進(jìn)解決；微藻處理工藝流程較短，后續(xù)可提供具有商業(yè)價(jià)值的產(chǎn)品，關(guān)注度逐漸提高。從沼液利用方面來看，肥料應(yīng)用仍然是沼液利用技術(shù)的研究熱點(diǎn)和主流應(yīng)用技術(shù)；沼液浸種技術(shù)已較為成熟，但對(duì)沼液的使用量有限；沼液作為生物農(nóng)藥可替代化學(xué)農(nóng)藥，實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)，也是未來沼液研究及應(yīng)用的熱點(diǎn)之一[5]。

　　4.2沼液高值化利用技術(shù)

　　1）液態(tài)有機(jī)肥。沼液富含營養(yǎng)成分，具有良好的肥效，對(duì)沼液進(jìn)行超濾濃縮等處理，可生產(chǎn)液態(tài)有機(jī)肥，將高科技、高附加值的液態(tài)有機(jī)肥在市場(chǎng)銷售，不僅能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值，還能延長產(chǎn)品運(yùn)距，解決周邊消納土地不夠的問題。充分利用沼液營養(yǎng)全面、緩急相濟(jì)、活性物質(zhì)豐富、綠色生態(tài)等特點(diǎn)，生產(chǎn)沖施肥、葉面肥、液體花肥、無土栽培營養(yǎng)液等，施用于有機(jī)果蔬、經(jīng)濟(jì)作物以及花卉等，可替代國外進(jìn)口的葉面肥、花肥等高端產(chǎn)品，在效率、成本等方面具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

　　2）生物農(nóng)藥。沼液被認(rèn)為是無污染、無殘毒、無抗藥性的“生物農(nóng)藥”，沼液對(duì)近30種農(nóng)作物病害具有防治作用，其中，對(duì)20多種病害的防治效果達(dá)到或超過了現(xiàn)行使用的農(nóng)藥。同時(shí)，沼液對(duì)19種蟲害有明顯的防治效果，對(duì)17種農(nóng)作物病原菌有不同程度的抑制作用。沼液之所以具有如此優(yōu)良的抗病防蟲能力，是因?yàn)檎右褐泻?20多種組成成分，其中有20多種成分使沼液具有抗病防蟲作用[14-15]。因此，可以有針對(duì)性地生產(chǎn)生物農(nóng)藥，減少化學(xué)農(nóng)藥使用，降低環(huán)境污染。

　　3）土壤改良。我國約有1億h㎡鹽堿地，從南到北，自東向西，分布廣泛，存在較大的改造利用空間，蘊(yùn)藏巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。沼液是一種速緩兼?zhèn)涞挠袡C(jī)液體肥，施入沼液能夠顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)[16]，提升土壤營養(yǎng)成分含量，促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，提高微生物活性，從而達(dá)到改良土壤的作用。研究表明，對(duì)甘肅鹽堿地施用沼液后，土壤肥力顯著提高，同時(shí)，改善了土壤的理化性質(zhì)，降低了土壤pH；在濱海鹽堿地中施用沼液后，改良了土壤性狀，降低了土壤pH值、EC值，改善了土壤的酸堿度，進(jìn)而提高或恢復(fù)了土壤的肥力[17]。可見，利用沼液進(jìn)行鹽堿地生態(tài)改造是可行的，不僅可以有效利用沼液資源，改良鹽堿地，而且可以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益，提升沼氣工程資源化利用的價(jià)值。

　　5結(jié)束語

　　隨著國家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的深入實(shí)施，以及碳中和目標(biāo)的提出，打造綠色種養(yǎng)循環(huán)農(nóng)業(yè)，發(fā)展綠色低碳可再生燃?xì)獬蔀橹攸c(diǎn)，“三沼”利用（沼氣能源化利用+沼渣沼液肥料化利用）的“能肥模式”將成為適宜中國沼氣工程發(fā)展的模式和方向。“能肥模式”可就近解決糞污、秸稈等城鄉(xiāng)有機(jī)廢棄物，就近生產(chǎn)分布式清潔能源，保障縣域燃?xì)馐褂茫徑馕覈烊粴饩o缺的局面，降低進(jìn)口依存度，保障能源安全。同時(shí)，沼氣工程產(chǎn)生的沼渣、沼液可生產(chǎn)有機(jī)肥等，供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用，帶動(dòng)綠色種養(yǎng)循環(huán)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，一舉多得，實(shí)現(xiàn)資源良性循環(huán)，社會(huì)、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。

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