鄭 峰，王 海

（大連海奧膜技術(shù)有限公司，遼寧大連 116300）

1 沼氣來源

沼氣主要源自養(yǎng)殖場畜禽糞便，城市垃圾填埋場、城市廚余垃圾處理廠、城市污水/污泥處理廠，食品和農(nóng)產(chǎn)品加工等有機(jī)廢棄物、農(nóng)村秸稈等。我國有大型沼氣工程5000多處，5萬個(gè)大中型養(yǎng)殖場，還有多個(gè)垃圾填埋場，每年產(chǎn)生大量的沼氣和填埋氣，具有5000億m3以上的沼氣生產(chǎn)潛力，相當(dāng)于2011年全國天然氣消費(fèi)總量的2.5倍，雖然生物質(zhì)能源原料豐富，但開發(fā)利用率僅占10%左右。同時(shí)，目前沼氣的利用方式主要是蒸汽鍋爐、熱電聯(lián)產(chǎn)。能量損失大、效率低、輸送成本高、附加值低。

摒棄傳統(tǒng)的低附加值的沼氣利用方式，將其凈化制備價(jià)值更高的天然氣一直存在著巨大的市場需求，并且隨著新技術(shù)、新工藝的出現(xiàn)，使實(shí)現(xiàn)這種需求成為可能。

2 天然氣市場需求

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及對環(huán)境保護(hù)的提升，清潔能源的市場供需矛盾十分突出。從天然氣供需來看，據(jù)國家能源局統(tǒng)計(jì)，2010年全年我國天然氣產(chǎn)量為944.8億m3，而表觀消費(fèi)量達(dá)1100億m3，供需缺口近170億m3。到2015年，我國天然氣產(chǎn)量1700億m3，表觀消費(fèi)量將達(dá)到2600億m3，供需缺口約900億m3，占一次能源消費(fèi)中的比重約8%。

天然氣的需求包括以下幾個(gè)方面：2010—2018年，全國城市燃?xì)鈴?3億m3增至578 億m3，占天然氣消費(fèi)的比重由18%升至39%；工業(yè)燃料用氣由101億m3增至425億m3，比重由41%降至29%；發(fā)電用氣由10億m3增至260億m3，比重由4%升到18%；化工用氣從83億m3增至208億m3，比重由37%降至14%；天然氣汽車加快發(fā)展，2020年全國天然氣汽車保有量為148萬輛，比上年增長48%，加氣站超過2000座。

另外，近年來由于大氣污染治理行動(dòng)的催化，大型城市鍋爐“煤改氣”正在逐步落實(shí)，供氣壓力加大。數(shù)據(jù)顯示，僅北京市到2016年、2018年天然氣用量將分別達(dá)到200億m3和240億m3。

按照我國天然氣需求將以年均21%的較高速度增長，預(yù)計(jì)2025年我國天然氣需求量將達(dá)3041億m3，占能源需求總量的8.0%，2030年需求量將達(dá)5000億m3，對外依存度將由目前的29%上升到40%。我國的能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正面臨巨大挑戰(zhàn)。

3 沼氣凈化制天然氣項(xiàng)目的初步經(jīng)濟(jì)核算

將沼氣提純生產(chǎn)天然氣，特別是壓縮天然氣（CNG）用于汽車燃料、工業(yè)燃?xì)饣虺擎?zhèn)燃?xì)猓淄榧兌取?5%，甲烷回收率≥97%），具有十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

沼氣的市場價(jià)在0.8～1.2元/m3，沼氣耗電約為0.25度/m3，折合生產(chǎn)成本為0.15元，其他消耗微量可忽略。每方沼氣可產(chǎn)天然氣0.6m3，按照壓縮天然氣（CNG）4.5元計(jì)算，扣除每方的運(yùn)輸成本0.4元計(jì)算，每方沼氣可產(chǎn)生的收益為2.46元。

表1 沼氣凈化制天然氣初步經(jīng)濟(jì)核算

最終，每天產(chǎn)10000m3的沼氣項(xiàng)目，收益即可達(dá)1.1～1.5萬元。此外，相關(guān)副產(chǎn)品—沼渣、沼液等也會產(chǎn)生不菲的附加值。如果進(jìn)一步申請到沼渣等交易的合同，收益將十分巨大。（*上述計(jì)算以膜法提純工藝為依據(jù)，相較而言，該工藝一次性投資、運(yùn)行成本均占優(yōu)。）

4 沼氣利用的方式

沼氣的幾種利用方式，比較如圖1：

圖1 沼氣能量利用效率比較

沼氣凈化制天然氣，與其他能源利用方式相比，得到的能源附加值高，而且項(xiàng)目盈利空間大、能量損失最小、得到的可輸送能量最多。

5 國家政策支持

出于能源戰(zhàn)略的考慮，生物質(zhì)燃?xì)猱a(chǎn)業(yè)是國家重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，也是未來國際競爭的熱點(diǎn)。

國家制定的《十三五規(guī)劃》中已經(jīng)明確提出了“生物質(zhì)能多元化發(fā)展”的方向，較“十二五”指標(biāo)增加了工業(yè)有機(jī)廢水沼氣項(xiàng)目，目標(biāo)在2020年實(shí)現(xiàn)1000處工業(yè)有機(jī)廢水沼氣利用工程，回收利用5億m3沼氣。

《國務(wù)院關(guān)于生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》確定“到2020年，生物能源年利用總量超過50Mt 標(biāo)準(zhǔn)煤，可減排二氧化碳95Mt，生物能源產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值達(dá)到1500億元”。

國家發(fā)改委能源研究所也提出了《中國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖》，明確提出到2025年和2030年，生物燃?xì)庖_(dá)到100億m3和400億m3的規(guī)模。

6 環(huán)保方面的需求

中國在哥本哈根氣候變化大會召開前夕提出清晰的量化目標(biāo)，對外宣布控制溫室氣體排放的行動(dòng)目標(biāo)，決定到2025年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2010年下降40%～45%，中國是用實(shí)際行動(dòng)展現(xiàn)了一個(gè)負(fù)責(zé)任的發(fā)展中大國的風(fēng)范。溫室氣體包括氧化氮（NOx）、甲烷、氫氟烴、過氟碳、六氟化硫和CO2，并且1體積生物甲烷相當(dāng)于25體積二氧化碳減排當(dāng)量，具有潛在的二氧化碳減排效益。

另外，沼氣凈化制天然氣的前段工藝主要是厭氧發(fā)酵過程，該工藝廣泛應(yīng)用于處理生活垃圾、商業(yè)垃圾、農(nóng)業(yè)垃圾、畜牧糞便及城市固體垃圾中的可降解生物垃圾，這些垃圾通過其他方法（如焚燒、填埋等）都會產(chǎn)生一定的二次環(huán)境污染，而通過微生物的厭氧發(fā)酵進(jìn)行處理是最環(huán)保的手段，是解決“垃圾圍城”的行之有效的技術(shù)。所以，厭氧發(fā)酵工藝結(jié)合沼氣凈化制天然氣的工藝不僅是經(jīng)濟(jì)效益顯著，環(huán)保效益同樣值得推廣。

7 結(jié)語

沼氣作為可再生能源和生物質(zhì)能源的重要組成部分，其產(chǎn)業(yè)將逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化、市場化、用途高值化，對緩解世界能源危機(jī)、促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。然而，沼氣在用于車用燃料、燃料電池及城鎮(zhèn)燃?xì)獾冗^程中，由于沼氣中含有H2S，CO2，H2O 等有害雜質(zhì)氣體，導(dǎo)致沼氣無法直接被使用。綜上所述，沼氣提純脫硫脫碳技術(shù)仍然是制約沼氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，通過沼氣提純凈化不僅能實(shí)現(xiàn)可再生資源代替非可再生資源，還能極大地降低碳排放量對溫室效應(yīng)的影響，具有理想的環(huán)境效益。