中国沼气学会学术年会暨中德沼气合作论坛

聚焦乡村振兴战略、高质量发展和碳达峰、碳中和目标
2021年10月20-21日 | 江苏 · 南京
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年会专家观点 | 董仁杰:农业农村沼气工程的历史贡献与发展机遇

作者: 发布时间:12/22/2021 来源:

文章来源:中国沼气学会


【编者按】2021年10月20-21日,2021年中国沼气学会学术年会暨中德沼气合作论坛在南京举行。近500位沼气领域的专家学者及企业界同仁齐聚一堂,共话新时代沼气行业新发展。与会代表在研讨中一致认为,沼气技术及其应用将会成为有机废弃物资源化利用、生态环境保护和可再生能源发展的主战场,沼气科研教学和产业队伍将会成为实现乡村振兴战略和“双碳”战略目标的主力军。


中国农业大学教授,国家生物燃气高效制备及综合利用技术研发(实验)中心理事,国家级生物质能科学与技术国际联合研究中心主任董仁杰教授进行了题为“农业农村沼气工程的历史贡献与发展机遇”的主题分享。报告主要围绕农业农村沼气工程历史及贡献、内部挑战与外部机遇等方面进行分享,包括农业农村沼气工程主要类型、主要成就、历史贡献、成功模式,如何实现碳中和、基于生物能源的碳捕集与碳贮存、土壤管理碳汇为沼气工程发展带来新机遇、农业农村生产升级等。本文根据其发言整理。



中国农业大学 董仁杰 教授



一、农业农村沼气工程历史及贡献


我国是沼气开发利用最早的国家之一。宋朝已有人工利用淘米水生产和收集沼气的记载。所以谈到人工利用沼气的历史,我国可以追溯到宋朝,远远早于世界其他国家。但是,在十八世纪后的工程化规模化利用方面,欧洲走在前面,我国直到上世纪二十年代才有台湾省的罗国瑞先生在广州设立瓦斯灯商行。


农业农村沼气开始于户用沼气池,我国最多的时候有四千多万口户用沼气池,这相当于世界上一个中型国家的人口数量。户用沼气池在处理分散的庭院生物废弃物和生产户用沼气能源方面,曾经起到非常重要的作用,所以1958年毛主席说沼气又能点灯又能做饭还生产肥料,要大力推广。后来农业农村沼气提高了规模化并进一步转型升级。现在在畜禽养殖粪污的处理中出现了大量的推流式沼气工程,其中主要是黑膜沼气,希望各位慎重对待,实际上在我国的黑模沼气有很多方面需要进一步完善提升。中国有悠久的历史,基本上所有人都知道什么叫沼气。给人感觉是沼气门槛比较低,这也是我们在沼气工程技术发展过程中存在很多问题的原因。大家都可以做沼气工程,都觉得没有问题,最后使得沼气工程很多方面都有了问题。我们国家在刚刚推广沼气池的时候也有很多问题,都认为挖个坑填点料、产点气、点个灯很容易。


在沼气池的发展上,我在大概20年前有一个分析,发现富裕省市的沼气池的数量很高,而经济水平比较低的省市的沼气池的数量则非常低;但是随着经济水平的提高,富裕省市的沼气池的数量逐年降低。也就是说,家庭沼气池适用于经济水平较高的地区,但经济水平进一步提高则会逐渐减少农民对户用沼气池的兴趣。当前我国全面进入小康社会,户用沼气池将越来越不适应中国的农村,代之以大中小型沼气工程。




我国农业农村沼气工程的历史贡献在宏观上有三个方面:建立了相对完善的沼气工程技术和标准体系;探索了生物废弃物的能源化和资源利用;为节能减排、环境保护、农业的低碳绿色高质量发展做出了重要的贡献。


在这里,我用一颗五角星表示。首先是环境保护,废弃物进入了沼气工程得到收集处理,当然就具有环境保护功能。但是如果不进行后续循环利用,沼气工程本身就又是一个污染源。所以在非沼气工程的人士看来,尤其是环保领域的同志有时候会说沼气工程是一个污染源,因为有沼液沼渣产生。所以我们一定要把沼液进行利用,而还田利用的时候耕地质量会提升。作为国家战略,各个省县都有用于耕地质量提升的钱,所以我们要包一片田提升耕地质量,拿这一笔钱也是有可能的,这是第二方面的贡献。


第三,畜禽养殖粪污中氮磷的含量约占目前全国化肥用量的一半,所以如果养殖粪污全量进入沼气工程,由于沼气工程厌氧发酵过程中养分损失最小,充分利用的话我们能节省一半的化肥。第四是作为能源价值。把它放在第四,是因为能源价值目前看没有那么高。但是现在经过测算,如果把所有的有机废弃物全部进行处理的话,能源价值又非常的明显。王凯军教授说过,这可以几乎替代2020年天然气的量。但是需要我们努力,现在我们并没有把所有的有机废弃物全部利用好。减排作为第五个贡献,其价值非常大,我在后面谈机遇部分的时候会谈到这一点。



二、农业农村沼气工程内部挑战与外部机遇


关于沼气工程现在面临的挑战与机遇,可以归纳为内部挑战和外部机遇。所谓内部挑战,是沼气工程本身面临技术与政策方面的挑战,包括凝练模式、提升技术、重构标准、定型装备、完善政策、提高认识、启动革命、实现效益。


首先在模式上,我们目前还没有凝练好。技术上也需要进一步提升。我在15年前曾整理过中国沼气工程技术体系,现在看仍然不落后,包括资源评估、原料收储运、原料预处理、厌氧发酵、沼气沼液沼渣的利用,最后是环境贡献与经济评价,这是一个产业链。纵的方面来看,产业链上的每个技术节点都有不同的技术模块。我们的任务是把所有的技术模块都梳理出来或者开发出来,理想情况下我们就可以面对不同的应用场景进行技术模块的组装。但是请大家注意,我使用了一句话叫“一场一例”,沼气工程是没有统一的标准场景的,每一个地方气候不同、原料不同、建设沼气工程的目的不同、沼液沼渣利用的方向不同、沼气利用的方向不同,沼气工程一定是不同的。


关于重构标准也很重要,这是沼气工程发展到现阶段的必然要求。我们有一些不错的沼气工程技术标准。现在我们讲重构标准。我们经过大量的实践,返回来再看这些标准的时候,发现很多标准已经不适应沼气工程发展的需求了。但是以往的标准、以往的实践非常重要,不可能跨越那个阶段。所以我们现在是要重构,重建和完善标准。关于定型装备,有的专家已经讲过,我就不再说了。


再就是完善政策,我们有政策推动沼气工程发展,现在反过来看现有政策也存在各种各样的不适应问题,这不意味着我们不需要政策,而是需要再重新完善政策。再就是提高认识,提高我们对于沼气工程的认识。维尔利一个老总的观点我特别喜欢,他说要跳出沼气工程来看沼气工程,在国家的大战略下看沼气工程,这个非常关键。我们要提高认识,把农业种和养结合起来,来看沼气工程的贡献和作用,让农业主管部门从事种植业和养殖业生产的同志共同推动沼气工程的发展。关于启动沼气工程革命,这是我自己的一个梦想,后面会给大家共享一下。最后就是实现效益,解决了内部挑战,就能够实现经济效益。


关于沼气工程的外部机遇,一方面是国家要求,包括生态建设、乡村振兴等,对我们有利的东西很多。有利的东西太多了反而让我们看花了眼,感觉我们沼气工程各个政策都可以用,结果是什么政策都跟不上,这是我们现在的问题。但这同时也是机遇,生态文明建设、乡村振兴、农业的高质量发展、农业的绿色发展、国家的绿色发展可持续发展等等,都是对我们有利的。“双碳”政策,更是我们的一个机遇。




“十四五”我们的总抓手叫“减污降碳协同增效”,希望大家记住这八个字,你把这八个字说在什么地方,都是正确的。请大家注意“减污”在前,“降碳”在后,所以我们现在“十四五”的关键还是“减污”,同时我们做的是“降碳”的工作。到2030年之后,全世界都开始讲“降碳”的时候,我们现在经过十年的准备,我们也可以“降碳”,所以最终“减污降碳”要合在一起。


为什么我要在农业农村里讲“减污”,因为大家看国家二污普结果,全国水土污染物的主要来源竟是农业农村,70%左右甚至更大比例来自农业农村。我这样说甚至连农业农村主管部门的同志们都很惊讶,但是看看公布的数据,确实如此。所以这是一个很大的问题,所以我们需要在农业农村方面做“减污降碳”,“十四五”污染防治攻坚战要向农村延伸。




“降碳”怎么降,我们如何实现碳中和?碳中和不是现在要做的,碳中和是2030年以后要解决的问题,但是如果你等到那个时候做的话,我们又是落后的。所以我们现在就要开始研究碳中和,要未雨绸缪,要开发出新的技术凝练出新的模式和理念。


所有的产业一定会有“不得不排”的二氧化碳或者其他温室气体,例如飞机要烧航空燃油、光伏风电设备的生产也需要消耗能源、水稻田和奶牛养殖就必须要排放甲烷,等等。这个是需要通过负排的方式把它中和,这就是中和的概念。负排的方式,上面这个图的右侧是丁仲礼院士提出的,我给它改编了一下,不得不排的温室气体,我们要通过自然过程,像大海、土壤等等那些自然过程,跟我们没有关系,不管你用不用它,它都会固碳;但是那些不够,我们还有人工过程,一个是植物、森林的固碳,一个是土壤固碳,一个是工程封存(CCS)。




工程封存的结果是这个图右侧部分上面的虚线,一吨二氧化碳按现在算大约1200美元,你受得了吗?基于生物能源的碳捕集与碳贮存是下面的实线,一吨的二氧化碳200美元到400美元,也很贵,也受不了。但是虽然受不了,这个图的左上部分是瑞典案例,瑞典自己算所有“降碳”的过程,基于生物能源的贡献是68%。这个图的左下部分是国际能源署的测算,全球来看,基于生物能源的贡献是52%。所以这就是我们以沼气工程为核心之一的生物能源我们在碳中和中的贡献。




沼气工程负碳的效果,仅仅看能源,沼气工程热电联产每发一度电产生410克二氧化碳当量的负排放。这个值是现在就可以算的,但是实际上沼气工程碳排放和减排不止这些,因为还有土壤固碳。沼气工程是天然的为土壤固碳提供原料的。有人会说,既然那样,我干脆把所有收集的生物废弃物还田不就行了吗?不行,因为还田之后,生物废弃物中有一个易降解的部分,还田后在微生物的作用下也会变成二氧化碳,搞不好还会变成甲烷。


所以,需要把易降解物通过沼气工程拿出来转变成沼气能源,把不易降解的放在土壤里,这就是沼液沼渣农用有机肥料,一年一公顷土地可以固定二氧化碳6吨,量大不大?有的东西也可以做成生物碳,二氧化碳固定量更大为一公顷18吨。但是,不能把所有的有机物都变成生物碳。因为土壤是需要有机质的,没有健康的土壤就没有健康的食材。所以必须要大部分采用沼气工程处理并实现沼液沼渣还田。


我们现在的沼气工程排放或者减排核算,虽然说的这么热闹,但是实际上还不行,国家在很多方面还不认,所以我们需要开发方法学,我们需要在沼气学会和国家各个部门的指示下开发沼气工程方法学,最终可以进行交易。




农业农村沼气工程在今后的碳中和中是很关键的。中美之间4月份谈判关于应对气候变化的问题,设定的今后十年8个方面的工作中有5个跟农业农村都有关系。我们现在展望一下,这是我的一个梦想,“新十年:沼气工程革命”。我的建议一个是“应气尽气”,就是把所有的生物废弃物先产沼气,然后再利用;第二个是“垃圾电转气”,把光伏能源和沼气工程结合起来。我的梦想是,让我们的沼气工程不需要有机物投入仍然能够产沼气。一方面是光伏,一方面是二氧化碳,进入沼气工程以后转化为沼气,可不可以?我们实验室现在正在做实验,争取少投入有机物,然后在太阳能很多的时候,大量的产生沼气,产生甲烷,输入管道就可以利用国家完整的天然气管网了。沿着国家天然气管网,星罗棋布光伏电站和沼气工程。这是一个梦想,到底能不能行还不知道,目前正在研究。




畜禽养殖粪污,按习总书记讲的“以沼气和生物天然气为主要处理方向”。秸秆沼气,我们叫升级版的全量还田,面对农业农村主管部门的领导来讲,秸秆还田本身是非常好的,能够提高有机质。但是我们做了沼气之后叫升级版全量还田,既减少了秸秆还田的弊端,又没有减少最终留在土壤中的有机质,只是把容易降解的东西拿出来作为燃料。


我的报告就到这里,希望能和大家一起合作,开展沼气工程方面的研究,开创中国沼气工程发展的明天。谢谢大家。




整理:吴厚凯
编辑:刘秋琳
审核:李景明