年会专家观点 | 于佳动：农业废弃物气肥联产及高值利用

作者：中国沼气学会 发布时间：11/29/2023 来源：

【编者按】2023年10月23-25日，由中国沼气学会、江南大学、长江生态环保集团有限公司共同主办的2023中国沼气学会学术年会在江苏连云港圆满举行。本届年会以“科技创新、工程实践、循环发展”为主题，行业权威专家、优秀企业代表、业界同仁共聚一堂，聚焦政策解读、前沿技术、工程运营实践、沼气能源开发利用、先进装备制造等热点话题，开展了深入的交流与探讨。会议期间同期举行主旨论坛、青年、环太湖有机废弃物处理利用示范区建设、厌氧发酵与后处理技术、双碳战略下的沼气发展与沼渣沼液高效利用、先进工程示范与技术装备论坛及“中持杯”2023“沼气+”创新挑战赛年度总决赛等系列活动。中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所种植废弃物清洁转化与高值利用团队副研究员于佳动应邀出席，并发表以“农业废弃物气肥联产及高值利用”为题的主旨报告。

报告结合了国内外典型研究进展及团队在厌氧发酵领域取得的研究结果，对沼气发酵技术发展趋势的一些思考做了分享，他认为应对沼气发酵技术的应用做好分场景的筛选和创新，通过构建因地制宜的循环固碳与高值利用循环模式，提升气肥联产的经济效益和厌氧发酵中间产物的高值利用，帮助这一领域在未来稳步释放更为可观的产气潜力，提升产业链附加值。

01 沼气发酵技术的应用现状与发展趋势

沼气是重要的生物质能源，但在2015年以前，我国大型的沼气/生物天然气工程仍比较少，占生物质能源的比例几乎为零。经过“十三五”农村沼气的转型升级，沼气/生物天然气工程开始在2020年左右取得明显进展，占比攀升至8%，以2025、2030、2060年为时间点的预测数据不难看出，未来我国规模化的沼气/生物天然气仍将保持巨大发展潜力。

农业废弃物主要包括：农作物秸秆、畜禽粪污、蔬菜尾菜和有机生活垃圾四类，量大面广、开发潜力可观。据行业权威测算，目前我国未利用秸秆、畜禽粪污、尾菜、生活垃圾的沼气生产潜力约1.9×1012m³，通过技术比较，我们认为规模化的沼气/生物天然气利用，尤其再加上沼渣沼液还田，能够为我国的减排固碳做出巨大贡献。

经过“十三五”的发展，规模化沼气工程不仅供给原料更加多样化，发酵的技术模式也相对趋于成熟。譬如湿式发酵、干式发酵，还有干湿耦合式发酵等，都有典型案例的报道。随着近年来中央启动投资、支持建设了64处生物天然气工程后，湿发酵技术产气潜力也得到了进一步挖掘，但从工程调研来看，实现盈利仍相对困难。

根据国内外的研究进展显示，目前国外60%以上的新建沼气工程都采用了高含固率发酵技术，我国也陆续上马了一些以序批式、连续式干发酵工程的案例。从现状来看，国内的序批式工程以处理干垃圾为主，就推流式连续干发酵工程来说，它可利用秸秆、粪便、生活垃圾为主要原料进行沼气发酵，但需注意的是，随着含固率的上升其产气率是呈下降的态势。

干发酵也有很多优势，比如：原料的处理量较大，且在前处理阶段不用太多除杂工序，最重要的一点是它能在高含固率的基础上提高固体有机肥的生产能力，以气肥协同的形式进行发酵生产。

经理论测算，从传统的湿法厌氧发酵到气肥联产，再到中间产物的利用，高含固率发酵技术的应用价值也是一路攀升。近期，德国的一处工程就是基于这种技术，用厌氧发酵的中间产物来进行生产中链脂肪酸的研究，这个案例也可以看到，国外沼气工程实践已经出现了相关高值化的趋势。

因此我们认为，沼气发酵技术的发展，将是从过去的生产清洁能源、厌氧发酵产气增效为目的，过渡到现在的以气肥协同、提高产气链效益及减排效能为导向，并在未来进一步发展到以注重厌氧发酵中间产物利用、提高产业链附加值的道路上来。

02 国内外一些典型的研究进展

▮ 秸秆等废弃物协同厌氧发酵技术路径

作为农业科研院所，我们更加关注以秸秆和畜禽粪便为主要原料的协同厌氧发酵为核心的农业废弃物资源循环利用。

这一思路的核心，首先是通过气肥联产生产沼气/生物天然气，进一步提高沼渣沼液的品质和产气的效能；其次，可以把厌氧发酵的中间产物和最终产物进一步高值化利用，如将中链产出的脂肪酸回用于养殖业制作饲料添加剂等，而随之产生的沼液也能回到种植业促进种养的循环。

▮ 厌氧发酵高效产气

厌氧发酵高效产气也是经常提及的话题，基于水解、产酸、产甲烷等各个环节也都涌现了很多技术，也包括一些比较前沿的。如在水解环节中，我们发现共熔溶剂更适合将物质纤维素的三素进行分离，作后续高值品的利用；而在产酸环节，会更多关注酸氨的抑制调控和有效转化；到了产甲烷环节，则会尝试通过各种载体的添加去提高功能微生物间的代谢或导电活性等。

▮ 厌氧发酵预警监控技术

近年来，有不少研究聚焦于厌氧发酵工程失稳预警的调控，我们团队也在做类似的工作，通过借助较前沿的机器学习方法，将不同的中间代谢物及过程监测指标进行大数据信息化的挖掘，以实现失稳预警的连续长期发酵控制，保证高效产气的过程，国内外筛选出很多可作为监测预警的指标。

▮ 厌氧发酵产气提质

强化技术是厌氧发酵产气提质增效过程中的关键一环，导电介体强化技术是是目前研究的热点，主要用铁基材料、炭基材料和其他导电介体来强化细菌和产甲烷的互营，促进电子传递的过程，在产气量增加的同时，值得关注的是甲烷含量的提高，提高气体质量。

▮ 厌氧发酵气肥联产

沼渣产量的提高，高含固率厌氧发酵技术是重要关注点，对此我们基于停留时间的发酵调控技术做了一些试验，突破了这项技术产气率低的瓶颈。现在我们研究的重心是通过碳流高效循环以及木质纤维素组分的充分降解来提高产气效率；此外，沼渣高效制肥碳氮平衡技术也有较高的关注度，针对它堆肥效率低、产品品质不高的瓶颈，未来应用中除了对堆肥工艺进行优化外，还要注重前端的原料复配以提高产肥的效率。

▮ 酸化产物组分调节

高含固率厌氧发酵容易积累酸化产物，或高含固率的水解酸化体系会有很多短链脂肪酸积累。团队现阶段正在进行厌氧发酵中间产物的高效利用，一是短链脂肪酸的效率提升，二是短链脂肪酸组分的调控。其中在第二项研究中，通过对进料频率、pH值等的调控，进一步差异化产酸的途径，为后续的高值化利用奠定一些底物和产物基础。

▮ 高效合成平台化合物

与此同时，我们对厌氧发酵中间产物合成平台化合物中的合成中链脂肪酸进行了一些研究，国内外的先进研究也给我们一些启发，目前已驯化出了高效的微生物菌群，连续发酵效果较为稳定。

03 农业废弃物气肥联产高值利用的几点思考

每一项技术都有自身的局限性，基于这种认识，要坚持以理论指导实践，做好分场景的筛选、应用、突破和创新，继续研发基于厌氧发酵气肥联产以及高值利用的关键技术。

同时，通过构建分区域就近就地的循环固碳与高值利用循环模式，提升气肥联产的经济效益并与高值实现耦合，从现有的研究分析来看，高值利用还是比较适合规模化沼气工程。

此外，做好沼气发酵发展路径的科学规划也非常重要。一方面，在政策端继续开展沼气工程减排监测，发挥沼气产业现有技术经验，提高沼气的产能和发酵质量；另一方面，在市场需求端继续做好沼气/生物天然气全生命周期碳足迹分析，核证自愿减排量，推动沼气工程减排纳入碳交易平台，并畅通高值肥料产品、平台化合物市场的应用渠道。

以上是我们团队的汇报内容，谢谢大家。

大会现场精彩图片

（本文根据2023中国沼气学会学术年会现场发言整理而成。）

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