國外的生物能源利用

　　發達的畜牧業是現代農業的標志，而衡量畜牧業是否發達，其規模化飼養程度又是一個重要標志。動物的糞便通常是一種不錯的有機肥料，但其含有大量甲烷氣體(而甲烷會導致溫室效應)；牛羊等反芻動物釋放的甲烷氣體含量占全世界甲烷排放量的五分之一。規模化養殖業會產生大量污染物(畜禽糞污和沖洗水等)，而且集中排放，會對環境造成嚴重污染。如何對牲畜養殖場的糞污進行綜合治理，已經引起世界上許多國家的高度重視。一些國家采用科技措施，取得了較好的成效。沼氣技術(厭氧消化)的運用便是其中的一個成功事例。
　　沼氣技術在實現牲畜糞污資源循環利用，改善農村能源、環境、衛生條件等方面具有獨特作用，并且有利于溫室氣體減排，還可用以發電。據Helmut Kaiser咨詢公司分析，2010年建設總計8900套的生物氣體裝置，用于發電將達2700MW。亞洲在能力上領先，占34％；歐洲將占26％；其次是北美和其他地區。沼氣技術正日益受到世界各國政府的重視，有著十分美好的發展空間。
　　
　　一、垃圾增多沼氣技術應運而生
　　
　　沼氣并不神秘，它是由生物質發酵生成的甲烷和二氧化碳的混合物，有機肥如動物糞便、家庭垃圾和城市固體垃圾是沼氣的常用原料。沼氣能生產出農村十分緊缺的清潔燃料，又可以得到優質有機肥料，可廣泛應用于畜禽糞便、農作物秸稈、食品加工廢棄物、發酵工業加工廢棄物和生活垃圾等農業固體廢棄物的處理。
　　在歐洲、美國等養殖業發達國家，牲畜糞污最常規的處理方法是囤集較長時間(半年以上)后還田，稱作自然處理。但是后來調查發現，污染問題并沒有很好解決。資料顯示，在養殖業集中的區域，附近農田的氮、磷和重金屬元素普遍超標。在一些歐洲國家，如德國、荷蘭、比利時，25％以上的地下水硝酸鹽超過50mg／L。在美國雖然有較多的農田供糞污消納，但是50％以上的湖泊和27％以上的河水養分超標。一到雨季，地表水被畜禽養殖糞污污染，導致BOD超標的現象比比皆是。近年來，由于人畜共傳病(如瘋牛病、禽流感、血吸蟲病)的猖獗傳播，促使發達國家加強對畜禽養殖污染的治理力度，而沼氣技術被認為是一種符合循環經濟發展的有效模式。
　　歐洲處理農村廢物的沼氣裝置分為兩類。一類稱為農場沼氣池(on?farm AD plants)’另一類稱為集中厭氧消化系統(Centralized AnaerobicDigestion，簡稱CAD)，后一類近年來發展很快。所謂集中厭氧消化系統，即是將一定區域內相臨的農場畜禽糞便和其他有機廢物收集、運輸到一處沼氣站集中處理。集中厭氧消化裝置的優點，一是具有規模經濟效益，二是可采用較先進的厭氧消化處理工藝和裝置設備，從而使處理效率更高。集中厭氧消化系統代表了目前歐洲沼氣工程的發展趨勢。
　　
　　二、歐洲捷足先登
　　
　　歐洲是目前農場沼氣工程技術最發達、推廣數量最多、技術最成熟的地區。歐洲沼氣工程數量較多的國家是德國、丹麥和英國。
IJgsQzYIT6qju2jKEXvsz6ZLDQzQ13oxuYZoHWmDWf8=　　集中厭氧消化系統最早于在上世紀80年代末從丹麥開始運作。丹麥具有沼氣生產方面最完善的法律制度以及最先進的科學技術。丹麥的家畜業十分發達，沼氣生產的主要原料就是家畜的排泄物。丹麥的沼氣廠是從20世紀80年代開始發展起來的，目前已經建成20座大型的CAD沼氣裝置，運行良好。每座裝置規模在2000～4000m³，中溫或者高溫，厭氧消化工藝主要是全混合沼氣發酵(CSTR)和推流式發酵工藝(Plug flow)，停留時間在12-20天。在對發酵原料預處理或后處理中，還包括一個巴氏滅菌高溫消毒過程，以防止處理過程中病菌傳播。沼氣一般用于當地社區集中供熱，或熱電聯用(CHP)。丹麥規模最大的沼氣廠是海寧市的“Studsgard沼氣廠”，建于1996年。該廠的生產原料是有機廢物，全部來源于乳品業加工廠、食品廠以及家庭，每年生產700萬立方米沼氣，能滿足約4700戶居民的用電，滿足1200戶居民的熱力供應。丹麥不允許食品加工業將有機廢物倒在填海土地上，因此把這種廢物交給沼氣廠處理是一種比較廉價的處理方法。
　　世界最大生物氣體裝置在德國東部，于2009年初投用，生物氣體直接進入天然氣管網。位于德國東部Konnern的生物氣體裝置能使1500萬立方米生物甲烷進入天然氣管網供德國用戶使用。在Konnern四周的30個生物氣體發生場每年要接受12萬噸原材料，主要是谷物作物。8個發酵罐預計每年產生3000萬立方米生物氣體，被加工成1500萬立方米生物甲烷。德國小規模生物氣體設施采用液態糞便為原料。使用液態糞便為原料的150KW生物氣體設施成本為0.04歐元／KWh，對用戶有很好的吸引力，從而減少對俄羅斯天然氣進口的依賴。2007年，投資為1000萬歐元的生物氣體裝置已將600萬立方米生物甲烷送入天然氣管網。生物氣體發展升溫緣于2007年使關鍵技術取得突破，從而可使生物氣體注入天然氣管網中。德國設置生物氣體能力為1280MW，擁有約3750套生物氣體設施。據德國生物氣體協會的預測，到2020年，德國將有高達20％的天然氣需求將來自生物氣體供應。
　　英國于2008年10月在倫敦投用第一座壓縮生物甲烷(CBS)加注站，以用于支持以煤層甲烷氣(CBM)為動力的街區清潔汽車運營。Gasrec公司是英國第一家液體生物甲烷燃料生產商，得到后勤合作伙伴Hardstaff集團的支持，該設施應用于由英國最大的廢棄物管理集團Veolia環境服務公司擁有的汽車加注CBS。該CBS從填埋地產生的沼氣生產，在所有的商業化適用的生物燃料中具有最低的碳密度，排放比化石燃料低70％。
　　
　　三、美國后來居上
　　
　　美國發展沼氣工程起步較晚，但發展很快，目前約有40個農場沼氣工程投入運行(主要是處理奶牛場糞污)。
　　美國農場沼氣工程多數采用推流式發酵工藝。這類沼氣裝置采用半地埋式、上部用復合橡膠袋覆蓋，主要用于處理干清糞式的奶牛糞污。沼氣發酵后的沼液經過固液分離后，固體部分用于堆肥，液體部分經過氧化塘處理后排放或用于農業灌溉。目前在美國北方寒冷地區(紐約州、明尼蘇達州，這里冬季平均氣溫低于攝氏零度)運行良好的6座奶牛場沼氣工程中，有5座采用的是推流式發酵工藝，處理規模分別是1000-2400頭牛，多數是2001年后建成的。全部采用了熱電聯用技術，發電機的規模在130-200kW，發電余熱用于發酵裝置增溫。
　　隨著油價的不斷攀升，尋找更環保又實惠的替代能源成為一些國家的主攻課題。美國得克薩斯州的一家新型能源廠就以牛糞為原材料，經過處理轉變成可用的天然氣，輸送到千家萬戶。得克薩斯州的這家能源廠通過新技術，巧妙地將牛糞變廢為寶。從當地奶牛場收集的牛糞經過攪拌、過濾等程序后，再和用過的食用油和其它食物殘渣等混合，裝入高溫箱積聚和釋放沼氣，然后經過凈化就變成了可燃燒的天然氣，通過管道輸送到當地居民家中。這一系列過程大約需要20天左右，這家能源廠正努力實現年生產能力滿足11000戶居民的天然氣用量，這等同于每年減少消耗原油1700多萬升。
　　美國舊金山廢物管理公司與林德北美公司于2008年4月底組建合資企業，在加州Livermore附近Altamont填埋地將埋地沼氣用作汽車燃料。兩家公司合資建設液化天然氣(LNG)設施系統，使埋地沼氣液化。廢物管理公司收集填埋地有機廢物自然分解產生的沼氣。該設施于2009年投用，生產高達1.3萬加侖／天液化天然氣(LNG)。項目投資為1500萬美元，得到加州一體化廢物管理局、加州空氣資源局和南部海岸空氣質量管理區的大力資助。這一埋地沼氣用于汽車燃料項目將減少溫室氣體排放超過3萬噸／年。
　　Ridgewood可再生電力公司于2008年12月8日宣布在美國羅德島開發41MW埋地氣體發電項目，該設施將是美國第二大埋地氣體發電廠。該項目到2010年底分三個階段完成，投資約為8000萬美元。
　　
　　四、發展中國家不甘落后
　　
　　印度是繼中國之后最大的發展中國家，也是繼中國之后戶用沼氣數量最多的國家，已經建成約300萬口戶用沼氣裝置。此外還實施了近2000個大中型沼氣工程。印度的戶用沼氣裝置主要用作生產農村能源，以牛糞為主要原料，沼渣沼液用作有機農肥。
　　地處加勒比海的古巴雖然是個小島國，但它卻于2009年在中部Cienfuegos省設置現代化生物氣體發電裝置。該裝置采用Palmira城鎮養豬場豬排泄物產生生物氣體。據稱，小小的古巴擁有700多套生物氣體裝置，最大裝置在哈瓦那，與聯合國工業發展組織共同開發。
　　地處喜馬拉雅山麓的山國尼泊爾，其農村也在大規模使用沼氣。尼泊爾將近85％的人口生活在農村地區，農村人口大約為2千7百萬。其中95％的農村人口使用諸如木材和農業廢料等傳統燃料。這些燃料不僅能源利用率極低(真正利用的能量僅占燃料含有能量的5％到10％)，而且造成嚴重的室內煙塵污染，被稱為“廚房中的殺手”。20世紀50年代末，尼泊爾開始引入沼氣，如今成千上萬的家庭都在使用沼氣。尼泊爾使用的沼氣設備是低科技的簡單設備，即存儲牛糞的圓槽。該設備多建于房屋附近，以便產生的氣體通過管道輸送到廚房。沼氣設備不僅更加清潔，而且效率更高。這種低科技生物燃料使得尼泊爾這樣的貧困發展中小國，照樣能為保護生態、減少污染和減緩全球變暖出一分力。
　　
　　[作者簡介]
　　程宇航，江西省社會科學院經濟研究所研究員。
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