中国沼气学会学术年会暨中德沼气合作论坛
2024年10月北京（待定）
2021年12月15日，由中国沼气学会、哈尔滨工业大学、德国农业协会共同主办的2022中国沼气学会学术年会暨第十二届中德沼气合作论坛开幕，以“减污降碳，清洁生产”为主题，邀请关部委领导、权威专家、优秀企业家和学者通过腾讯会议和视频直播的方式齐聚，共同探讨沼气产业发展，也开启了12月沼气年会系列活动的帷幕。
中国农业大学工学院教授、农业农村碳中和研究中心主任、国际标准化组织沼气技术标准委员会（TC-255）主席董仁杰则以“中国沼气行业甲烷减排的贡献”为主题对学会今年启动的《中国沼气行业双碳发展报告-甲烷排放管理篇》工作成果进行了分享。研究显示，经过测算，在充分利用沼气资源的情况下，在2030年可以贡献30%的碳减排，通过两个报告进一步证实了我们此前的预判，以沼气利用为主的甲烷管理与减排将是温室气体减排的主战场之一，沼气行业也将成为中国实现“双碳”目标的主力军。
本文根据其发言整理。
全球应对气候变化
在当前，沼气工程的发展面临着前所未有的机遇。在国内，这个机遇叫做碳达峰、碳中和，也就是“双碳战略”；在国际，这个机遇叫做应对气候变化，并在2055年前后实现碳中和。其中包括中国承诺在2060年左右实现碳中和。因为中国是发展中国家，经济处于高速发展期，能源消耗居高不下，排放量很难像发达国家一样迅速下降，所以我们需要一定的缓冲时间，就延缓至2060年实现碳中和。
◉ 甲烷减排的短期效果更好
温室气体主要有两大气体，一个是二氧化碳，一个是甲烷。两者对全球气候增温的贡献率达到了99%，其中甲烷占20%以上。但是甲烷是一个短寿命的气体污染物，在大气中存在的寿命只有11.8年。若以20年的时间尺度来估算全球增温，甲烷是二氧化碳增温能力的80多倍，所以在短期内除掉或者减少甲烷排放，能够以更迅速、更经济的方式来应对气候变化。有一个说法，今后30年将全球的甲烷排放降低50%，就能使2050年的全球温升降低0.18℃，这对应对全球气候变化来说，是一个很大的贡献。全球一半以上的人为甲烷排放主要有三大来源，一是化石燃料，能源的生产、输送、消费等（占35%）；二是废弃物（占20%）；三是农业（占40%）
◉ 全球甲烷减排政策频出，我国面临较大减排压力
有人估算中国甲烷的排放量占全球的15%，实际上我国并没有对此进行严格的监测，同时第二大排放国是印度和美国，第三大排放国是俄罗斯和巴西。既然甲烷减排会有短平快的效果，欧盟在2020年就制定了甲烷减排战略，美国在2021年也有甲烷减排的计划。在2021年，欧盟和美国在国际上做出了一个全球甲烷承诺，即在2030年的甲烷排放量相对于2020年要减少30%。中国在碳减排方面已经有一套比较完善的体系，比较严谨的政策，但甲烷减排起步比较晚，甲烷来自什么地方？产生多少？能不能减？如何减？未来的路径仍需要进一步研判。但中美之间单独制定了一个格拉斯哥宣言，明确了中美两国共同认识到减排甲烷的重要性，在2022年中美再度开会讨论制定甲烷减排计划。中国作为负责任的大国，一定会在甲烷减排方面采取行动，虽然现在还不知道如何做，但对于沼气行业来说是一个好的机会。
为什么是好的机会？对于农业和废弃物管理来讲，动物肠道发酵是很难控制的。现在依据全球的数据结果，动物肠道发酵减排技术可使其甲烷减排程度降至0-20%，但是以此同时很难去调整动物的生理活动，如改良品种等等措施也非易事。但是其他方面，像动物粪便管理、水稻种植、废弃物处理等等，都可以作为工程化措施。
◉ 十四五：减污降碳协同增效
中国“十四五”生态文明建设要求以降碳为重点战略方向，推动减污降碳协同增效。减污要从城市向乡镇农村进行延伸，所以生物废弃物既是甲烷减排的一个方向，也是中国发展战略减污降碳的一个方向。中国减污降碳的政策、资金一定会到应用到这方面，也一定会支持沼气工程在这个方面的减污降碳。农业和废弃物管理中的降碳，主要是降低甲烷排放，当然也包括节能减排。各类生物废弃物“应气尽气”进入沼气工程进行处理，是甲烷减排的最重要的路径。
◉ 沼气化是甲烷减排的重要路径
中国是沼气开发利用最早的国家，并且各种类型、各种发展水平的沼气工程都可以在中国找到，这是我们的优势。据外国媒体报道，谢振华先生之前在全球甲烷承诺非正式工作讨论中也提到了中国的甲烷减排，包括农业废弃物管理，以及中国的沼气技术是很成熟的。所以大家想象一下，一旦中国公布甲烷减排战略，沼气工程一定会在里面起一个巨大的作用。刚建国时，毛主席就提出来沼气可以点灯、做饭，作肥料，这就是能源和肥料价值。在2016年，习近平总书记提出来以沼气和生物天然气作为养殖粪污的主要处理手段，这就增加了环境保护和绿色农业的功能。
沼气工程
截止当前，沼气池已经从4200多万口降到3200多万口，农村沼气池在用的数量还要大概有2240万口。不管怎样，沼气池在中国农业农村发展历史上起到了非常重要的作用，一口沼气池一年可以节约一吨标准煤，就相当于减排2吨的二氧化碳，所以三千多万口沼气池一年可节约3000多万吨标准煤，可以减排0.6亿吨的二氧化碳，而中国总的碳排放量是100-110亿，所以农村的小沼气就可以为国家贡献0.5个点。
沼气工程的发展更是方兴未艾，由于后来的转型，向大中型、超大型方向发展，超大型是不是一个方向？是否存在一些挑战？将来从技术上再讨论。最小的沼气池在中国，最大的沼气工程应该也在中国。在非农业口，市政、生活卫生各个方面，我们有1000多个大型沼气工程，产气量也是非常大的。
◉ 沼气工程的五大作用
总之，中国的沼气工程处理的是生物废弃物，所以具有保护环境的功能；产生的沼气是能源，具有能源价值；产生的沼液沼渣是肥料，具有肥料价值；沼液沼渣还田以后提升了土壤的有机质和土地质量；最后还能减少碳排，具有减排价值。
（1）生物废弃物的处理
生物废弃物主要包括农作物秸秆、禽畜粪污、城市生活废弃物和餐厨垃圾、污水污泥以及林业废弃物。
（2）资源量、沼气量
中国农大开发了一个计算模型，只要输入相关的地理位置和资源量，就能计算出沼气潜力。当前的沼气潜力大概是200多亿方，其实这个数字和国家公布的数字有点差别，2025年就到了900多亿方，2030年到了2300亿方。根据越来越多的生物废弃物进入沼气工程，越来越好的沼气工程技术提高了转化能力，到2060年就达到3690亿方，这个值高于国家2021年的天然气进口量（1680亿方）。我们国家如果把进口天然气的钱拿过来补在沼气上，沼气的经济前景就会非常好。欧洲也在核算生物废弃物通过沼气工程产生的能源。欧洲的能源要求基于粪污，美国也是这样的。美国粪污沼气提纯以后的甲烷完全可以替代燃料。所以说沼气是不是能源？沼气一定是能源。
（3）化肥替代（减少化石能源消耗）
每一个沼气工程都会产生很大的能源，当然还有肥料，进入沼气工程的原料中的养分保存在沼液沼渣中，只损失10%左右，远低于粪污堆肥的养分损失。养殖粪污沼液沼渣还田可以替代一半的化肥。
（4）耕地质量提升
沼液沼渣的物质已经稳定化，回到农田就成为了土壤有机质。如果秸秆或者粪污乃至堆肥还田，都需要更长的时间才能变成土壤有机质。美国RODALE研究所认为减排有一个极端的场景，把所有的农场、草场、农田都变成有机农业（可再生农业），就完全可以实现碳中和。当然这是一个极端场景，实际上比较难于实现。
沼气工程的甲烷减排
沼气工程的甲烷减排在哪儿做贡献？矿物能源那方面不能，肠道甲烷那方面也不能，所以沼气工程就解决稻田甲烷、粪污处理和其他生物废弃物的处理问题。其实避免甲烷排放有三个途径，包括解除厌氧、消除底物和收集甲烷。
◉ 稻田甲烷减排——消除底物
我们经过研究证明稻田甲烷减半是可行的，这叫做利用成熟的沼气工程技术。这个过程不需要进行多余的技术开发，只需改变模式，将稻秸离田进入沼气工程，沼渣失去产甲烷潜力之后再还田。它不仅在提高稻田养分和有机质方面与稻秸直接还田完全一样，还可使稻田甲烷排放减少40%左右。同时，国内外发表的稻田甲烷排放的研究结果表明，江西在连续六年的稻田生产试验中，冬季翻耕和水分管理可降低温室气体排放28%，而稻秸不还田可以减少40%。
◉ 动物粪便管理甲烷减排——收集甲烷
对于动物粪便的管理，可以直接燃烧、堆肥、好氧处理，都不会产生很多的甲烷，为什么不建议这样做？因为这样做虽然说没有排放甲烷，但是浪费了沼气的能源价值。如果尽可能多的粪便进入沼气工程，并且采用先进的技术，就几乎可以减排90%以上的甲烷。中国农业大学开发的模型利用2014年国家公布的数据进行了验证，测算了2020、2030、2060年的甲烷排放。在2030年高减排战略的情况下，可以比2020年减排32%，而全球甲烷承诺里面是2030年比2020年减30%，所以我们用沼气工程就可以实现甲烷减排。
沼气工程的挑战
沼气工程是在双碳背景和甲烷减排战略中处理生物废弃物的一项绝佳技术，这既是成熟的、经过实践检验的，也是经济可行的。但是，沼气工程仍然面临一些理念、政策和技术方面的重大挑战。
首先是能源价值。尤其是能源规模来讲，包括沼气在内的生物能源似乎比不过光伏风电，因此全球应对气候变化和国家双碳战略，首先激发了光伏风电的快速甚至有些无节制的扩张。然而，市场已经发现，光伏风电也存在着与生俱来的致命弱点，而且这些弱点在可以预见的短期内无法克服。另一方面，光伏风电乃至更为经济的水电核电，都不是零碳能源，都是低碳能源，仍然会有一定的排放。因此在碳达峰阶段和碳中和的早期，这些“清洁能源”的贡献比较突出。在这10年的甲烷减排和碳中和的后半时期，沼气工程的贡献将不低于50%。有学者测算我国最终的能源供应构成是85%的电和15%的碳基能源，碳基能源只能来自生物质，即就是更多地来自生物废弃物沼气工程以及电转气产生的生物甲烷，这样才能够既去煤又去油又去气。所有固定单位用能可能都来自电，有些移动单位比如重型卡车、飞机等，得来使用高能量密度的碳基能源。
第二是社会认知。基于沼气工程的碳捕集与碳封存（Biogas with Carbon Capture and Sequestration, BGCCS）要比基于生物质能的碳捕集与碳贮存（Bioenergy with Carbon Capture and Storage, BECCS）更经济。BECCS的成本大约是300美元一吨，没有BECCS的碳减除的成本远超1000美元一吨。BGCCS的成本大约在几十美元，甚至更低，它是农业和废弃物领域中甲烷减排的最经济可行的手段，也是中国在本十年甲烷减排最重要的路径。这些理念和知识，应该得到广泛宣传，为社会各阶层和政府各机构所认识。目前温室气体减排和甲烷减排的话语权在工业界和能源界。工业界预测2030年的中国甲烷减排中水稻种植、天然气、污水处理占比都很少，中间很大一部分是煤炭。但是整个能源界的甲烷排放才占全国甲烷排放的40%多，其它的都在农业、废弃物处理这些方面。所以我们需要沼气界的同行一齐呼吁，要用科学的方法讲出来沼气工程的甲烷减排和温室气体减排的贡献。
第三是沼气工程在处理原料对象方面已经进入细分领域时代和区域协同发展时代。各个沼气工程公司可以是某一个细分行业的老大，但是不要通吃，通吃容易嚼不烂，技术做不到最优。同时沼气工程的健康发展也需要采取整县推进、多种资源的协同、多种能源的协同、多种功能的协同的模式。
最后，沼气工程技术本身也面临新的技术挑战。一是抗生素问题，中国的抗生素在畜禽养殖粪污里是巨大的问题，尤其是猪粪和鸡粪的抗生素含量非常高，要研究通过厌氧发酵更好地去除抗生素和抗性基因，保证健康食品可持续生产。第二，秸秆收运贮问题。秸秆是用散的方式运输，还是用压缩车运输，是露天储存，还是湿储存？效果完全不同，压缩车运输可以减少成本一半以上，湿储存则能保存秸秆的能源价值并提高降解率。第三，从原料收运处到沼气设备处利用全产业量上所有节点上，存在一系列技术模块，它的经济性和成本都要分析清楚，中国农业大学开发了一个模型，可以以经济最优生态最优为目标进行技术模块组合，这对于沼气工程的规划设计非常重要。第四，沼液沼渣必须要还田。第五，在沼气工程规划设计时中就要确定好进行沼液沼渣还田的标准，要在环保部门和农业生产备案。第六，沼气工程要想实现甲烷减排，就必须减少甲烷泄漏。中国的沼气工程基本上都是滞留期一个月左右，所以沼液沼渣一定要在封闭的方式下存储，而且作为后发酵的阶段。而欧洲的沼气发酵罐后面还有一个特别大的罐，就是沼液储存罐，使得甲烷进一步释放出来。第七，电转气。现在有光伏风电中未利用的电，如果电解水生产氢气或者直接作为能量，供给产甲烷菌，将沼气中的CO2转化为甲烷，这不但提高光伏风电的能源利用率，也可使沼气工程的甲烷浓度提升到95%以上，这就是电转气。第八，多种可再生能源耦合。可以在整县的区域内，既有生物质燃烧，有太阳能产热，也有沼气工程，也有光伏风电，形成一个区域能源耦合。沼气工程在其中可以作为光伏风电的一个能源补偿，我国现在有一个大概的估算，100兆瓦的光伏风电配套25兆瓦的补偿，25兆瓦意味着5座到10座大型沼气工程。第九，梦想。就是沿着我国十几万公里长的天然气管网，哪儿有光伏风电，哪就可以建设沼气工场，将光伏风电和生物废弃物的C转化为天然气管网中的甲烷，使我们天然气逐步摆脱进口天然气的依赖。第十，沼气工程标准体系重构和碳中和标准体系的构建。我们有100多个沼气工程直接相关的标准，曾经对推动沼气工程发展起到过作用，但是各种标准盘根错节、互相制肘，在新形势下已经开始制约了沼气工程的进一步发展。我们需要对国内沼气工程标准进行梳理，对国内外沼气工程标准进行对比，重构沼气工程标准。面对双碳战略的甲烷减排，沼气工程相关的方法学明显缺失，我们需要构建起标准体系。希望沼气行业规划的、设计的、建设的，运营的企业，将你们生产过程中遇到的与技术、设备有关的标准问题进行汇总，经过我们的共同努力，使沼气工程在标准的指导下发展得更科学更顺利。
◉ 基于沼气工程的碳捕集和碳封存
基于沼气工程的碳捕集和碳封存（BGCCS）还需要进一步进行科学研究，让大家认识到BGCCS的价值远高于直接从空气中获得二氧化碳（DAC）。
结语
中国沼气学会准备筹备成立碳中和专业委员会，希望沼气界的同行共襄盛举，通过专委会集合大家的力量开发核算方法学，牵头碳交易和甲烷交易。一个沼气工程的排放量很低、减排量很低，不是同等级的玩家，如果有十个呢？有一百个呢？全国有十一万个沼气工程，集合起来在交易平台上就是一个巨大的玩家，是一个巨无霸。希望我们大家共同努力，发展沼气工程事业，推动全球农业走上应对求变化的绿色可持续之路。
