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12月21號下午，主席習近平在主持召開中央財經領導小組第十四次會議，研究“十三五”規(guī)劃綱要中就農村污染發(fā)聲：以沼氣和生物天然氣為主要處理方向，解決畜禽養(yǎng)殖場糞污處理和資源化問題。
習近平在講話中指出
保持經濟增長速度、推動經濟發(fā)展，根本還是要不斷解決好人民群眾普遍關心的突出問題。從解決好人民群眾普遍關心的突出問題出發(fā)推進全面小康社會建設，符合推進供給側結構性改革的要求，有利于創(chuàng)造新的增長點、提高長期增長潛力。而新的增長點就蘊含在解決好人民群眾普遍關心的突出問題當中。
習近平強調，推進北方地區(qū)冬季清潔區(qū)取暖等6個問題，都是大事，關系廣大人民群眾生活，是重大的民生工程、民心工程。推進北方地區(qū)冬季清潔取暖，關系北方地區(qū)廣大群眾溫暖過冬，關系霧霾天能不能減少，是能源生產和消費革命、農村生活方式革命的重要內容。要按照企業(yè)為主、政府推動、居民可承受的方針，宜氣則氣，宜電則電，盡可能利用清潔能源，加快提高清潔供暖比重。
普遍推行垃圾分類制度，關系13億多人生活環(huán)境改善，關系垃圾能不能減量化、資源化、無害化處理。要加快建立分類投放、分類收集、分類運輸、分類處理的垃圾處理系統(tǒng)，形成以法治為基礎、政府推動、全民參與、城鄉(xiāng)統(tǒng)籌、因地制宜的垃圾分類制度，努力提高垃圾分類制度覆蓋范圍。
加快推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化，關系6億多農村居民生產生活環(huán)境，關系農村能源革命，關系能不能不斷改善土壤地力、治理好農業(yè)面源污染，是一件利國利民利長遠的大好事。要堅持政府支持、企業(yè)主體市場化運作的方針，以沼氣和生物天然氣為主要處理方向，以就地就近用于農村能源和農用有機肥為主要使用方向，力爭在“十三五”時期，基本解決大規(guī)模蓄禽養(yǎng)殖場糞污處理和資源化問題。
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在此，重溫之前刷屏的清華大學環(huán)境學院王凱軍教授在中國沼氣年會上的講話：生物燃氣大產業(yè)時代已然來臨，一起來看下他對農村畜禽污染防治問題怎么說。
我國生物燃氣產業(yè)的發(fā)展，既面臨著機遇，也面臨著挑戰(zhàn)。我國污水排放約400億/年，平均收費不到1元/噸，運行費不過400億/年，污水處理支撐起了幾十家上市公司。而生物燃氣如果按照500億立方米/年產能來算，運行費用超過1500億/年，投資將超過上萬億，其市場容量遠大于污水處理。這個數字告訴我們，生物燃氣大產業(yè)的時代已然到來。那么，我們做好準備了嗎？在2016年中國沼氣學會學術年會暨中德沼氣合作論壇上，清華大學環(huán)境學院王凱軍教授如是說。
以下為中國沼氣學會秘書長王凱軍教授在2016年中國沼氣學會學術年會暨中德沼氣合作論壇上的報告（根據現場發(fā)言整理，未經本人審閱）
生物燃氣產業(yè)發(fā)展背景
早在幾年前，科技部就已經從戰(zhàn)略高度，部署推進了我國生物燃氣產業(yè)的發(fā)展。能源安全問題不僅影響經濟發(fā)展，而且是安全的重要組成部分。《世界能源》雜志提出展望，預計到2030年，中國天然氣需求量將從現在不到2000 億立方米達到4000億立方米。除國內生產和進口外，天然氣缺口仍將達到2000億立方米。科技部長萬鋼曾提出如下能源戰(zhàn)略設想，即其中1500億立方米的需求量可以通過煤制氣來解決，剩下500億立方米將由生物燃氣彌補。目前，在世界范圍內將生物燃氣和可再生能源發(fā)展作為重大戰(zhàn)略的不只中國一個。2011年，日本福島核事故后，德國便開始加快推動能源轉型戰(zhàn)略，即“2020年徹底關閉其境內的全部核電站，且到2050年前，可再生能源使用比例提高至80%”。瑞典則提出，到2050年前后，生物燃氣將全部取代石化天然氣。無獨有偶，英國政府和工業(yè)界則聯(lián)合發(fā)布了厭氧消化戰(zhàn)略和相應的行動計劃。
圖1 生物燃氣的戰(zhàn)略
從時間上看，我國提出生物燃氣發(fā)展戰(zhàn)略已經略晚于上述，但是，我國沼氣資源量豐富，具有彌補天然氣缺口的巨大潛力，且政策支持形勢利好。據粗略估算，目前我國沼氣資源量近2000億立方米，到2050年，該值將超過3000億。其中，農村畜禽糞污和未合理利用的秸稈占沼氣資源量60%以上。隨著生物燃氣產業(yè)的發(fā)展，預計將會有更多的農業(yè)廢棄物用于沼氣生產。從體量和農業(yè)面源污染控制需求上看，農業(yè)廢棄物沼氣化是今后生物燃氣產業(yè)化工作的重點?；谏鲜霰尘?，繼科技部之后，發(fā)改委與農業(yè)部聯(lián)合印發(fā)了《2015年農村沼氣工程轉型升級工作方案》，明確提出了沼氣轉型升級要求，并支持日產生物天然氣1萬立方米以上的工程試點。此外，能源局也于近期進一步提出了“到2020年生物天然氣年生產量和消費量目標達到100億立方米，···到2030年，···超過400億立方米”。這跟上面提到的500億缺口是基本相當的。
在生物燃氣產業(yè)政策利好的背景下，我國農業(yè)沼氣工程大型化轉型勢在必行。2003-2014年，投資近400億，建設有近10萬座沼氣工程，取得巨大成效。然而，以中小型工程為主，單座日產氣量很低。德國等歐洲，均以大型沼氣工程為主。據統(tǒng)計，2014年底，歐洲和德國的發(fā)電沼氣工程數量約為17000和8000個，平均單個工程日產氣量基本都在6000立方米左右，發(fā)電機500kW；歐洲和德國生物天然氣工程數量雖然少，近年來發(fā)展卻很快，分別約為370座和170座，單座平均日產生物燃氣在1萬立方米左右。從規(guī)模效應上看，建設5000到10000立方米生物燃氣規(guī)模的沼氣工程是比較合適的，這與發(fā)改委、農業(yè)部及能源局發(fā)布的數據相吻合。目前，我國農業(yè)沼氣工程現狀與目標存在很大差距。如何順利實現大型化轉型，是生物燃氣產業(yè)發(fā)展的重中之重。
圖2 我國、歐洲及德國的沼氣工程現狀對比
沼氣工程大型化轉型
面臨的難題及其破解思路
目前，我國農業(yè)沼氣工程在原料收儲運、集中處理、產品銷售與利用等環(huán)節(jié)均不支持規(guī)?；a，成為其大型化轉型的重大難題。這里主要圍繞其中的收儲運環(huán)節(jié)進行分析。大家知道，秸稈直燃發(fā)電市場繁榮、投資踴躍卻虧損嚴重，其主要難題在于如何選擇合適的收集半徑。通過分析發(fā)現，當原料收集半徑由25km擴大到50km時，秸稈電廠年利潤率將下降20-30%。而當收集半徑為50km時，電廠的盈利能力基本處于臨界狀態(tài)。以1萬方生物燃氣工程為例，通過倒推其原料需求可知，若以豬糞為原料，需要有100個以上平均規(guī)模2000頭存欄的養(yǎng)豬場為其提供原料；若以秸稈為原料，則需要25個村級收集站和2個鄉(xiāng)鎮(zhèn)服務中心。目前構建如此龐大且分散的收儲運體系還存在一定困難。
圖3 大型生物天然氣（BNG）工程原料需求分析
實際上，三年前我們就在山東省發(fā)起了 “十萬億”燃氣項目的倡議。在與山東省政府對接后，由環(huán)保廳落實實施，并于去年正式啟動了“山東省畜禽污染防治與資源化三級網絡體系構建研究”項目。在該項目中，針對不同環(huán)節(jié)研究解決問題途徑，構建涵蓋“收儲運－生產處理－產品銷售”全鏈條的“三級網絡”體系。第一級網絡是指原料的收集、儲存、轉運系統(tǒng)；第二級網絡是指生產處理系統(tǒng)，包括厭氧消化、有機肥生產、沼氣精制等；第三級網絡是指生物燃氣、肥料的銷售利用系統(tǒng)。我們認為，構建面向農業(yè)廢棄物資源化利用的三級網絡系統(tǒng)，是破解沼氣工程大型化轉型難題的重要途徑之一。
圖4 三級網絡系統(tǒng)構建示意圖
構建產業(yè)發(fā)展的三級網絡系統(tǒng)
在收儲運網絡方面，需要兼顧農戶受益、企業(yè)盈利、政府解決污染原則，形成以農戶參與、企業(yè)主導、政府推動的現代化農業(yè)收儲運網絡體系。山東泉林集團建立了一套穩(wěn)定秸稈收儲網絡，充分保障了企業(yè)秸稈全年需求。從他們的收儲運模式圖可以看出，一位專業(yè)收集戶能覆蓋1000畝的土地，收集規(guī)模是250噸，一個鄉(xiāng)鎮(zhèn)服務中心，能夠覆蓋30000到40000畝，收集規(guī)模是5000噸。在這基礎上，將秸稈集中送到企業(yè)?？傮w來看，前兩個環(huán)節(jié)的秸稈價格是比較低的。根據初步計算結果，即使在補貼情況下，過高的秸稈收購價也會導致沼氣工程不盈利。因此，需要將秸稈的收儲運控制在村鎮(zhèn)范圍內，而且還需要確定優(yōu)的收集半徑。
圖5 山東泉林集團秸稈收儲模式
結合廢棄物資源密度、收集系數和存儲費用等基礎數據，可以通過構建收儲運模型來確定每個區(qū)域的優(yōu)收集半徑。通過以肥城為試點區(qū)域，根據農業(yè)廢棄物資源密度，對沼氣工程規(guī)模和年產沼氣收入進行分析，進而確立了優(yōu)收集半徑和工程布局。一期以畜禽糞便為主建設三個生物燃氣項目，總生產規(guī)模為5萬立方米；項目二期時同時考慮秸稈，總規(guī)模將達到12萬立方米。此外，對山東全省的畜禽糞便和秸稈資源量也做了調研，并制定了山東省大型沼氣工程布局遠期規(guī)劃，這對于推動山東省生物燃氣產業(yè)發(fā)展具有重要指導意義。
圖6 肥城和山東省生物燃氣項目工程布局與規(guī)劃
在資源化生產技術網絡方面，雖然其發(fā)展與應用相對比較成熟，在大型化轉型過程中卻仍然面臨著技術、反應器、材料和設備的選擇難題。在大型沼氣工程建設與推廣過程中，應構建幾種簡單且通用的技術設備模式，替代目前五花八門的選擇。標準化設計、系列化產品和自動化運行是實現沼氣工程產業(yè)化發(fā)展的必然要求和趨勢。在沼氣精制方面，不管是化學吸附、變壓吸附、物理吸附等傳統(tǒng)技術，還是近年來興起的膜分離技術，都已經發(fā)展非常成熟。例如，山東十方的高效可移動式撬裝沼氣精制設備已經能夠將脫水、脫硫、脫碳和壓縮等單元集成到集裝箱內，能縮短施工周期，減少占地面積。在沼渣沼液處理和資源化生產方面，目前開展的相關工作也很多，例如，我們可以通過利用反滲透膜濃縮，將沼液中營養(yǎng)物質提高十倍以上，為后續(xù)液肥生產提供基礎。此外，利用現代網絡技術進一步優(yōu)化與提升資源化生產過程將是今后的一個重要發(fā)展趨勢。
圖7 沼液膜濃縮制技術
在生物燃氣和肥料的銷售利用方面，目前國內外生物燃氣主要用于綠色公交、工業(yè)改造和居民燃氣等，而農業(yè)廢棄物生物燃氣在克霾減排中的重要作用也值得關注。相比于火電廠燃煤，散煤燃燒的排放強度集中，低空排放且無任何污染防治措施，對霧霾的“貢獻”更加突出。據估算，山東省村鎮(zhèn)耗煤量約4500萬t/年，其污染量相當于火電廠燃煤量為4.5億-6.75億t/年時的污染量。如果采用生物燃氣替代散煤燃燒，將對控制霧霾有很大益處。對于沼液沼渣肥料，美國和歐洲基本將其還田利用，他們通過設置合適的標準，將生產方式、養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)非常好地耦合在一起。我們業(yè)界的德青源和民和牧業(yè)在這塊有很多成功的經驗。這里分享另外一個案例，即南水北調項目中的丹江口庫區(qū)禽畜養(yǎng)殖種養(yǎng)平衡示范工程。該項目由清華大學和牧原股份承擔，通過利用厭氧消化和有機肥生產技術，使出欄30萬頭養(yǎng)豬場的畜禽污染物得到資源化處理，并應用于大田小麥、蔬菜和美國竹柳的種植，構建了“種植-養(yǎng)殖”循環(huán)的生態(tài)農業(yè)模式，取得良好的經濟效益，實現了種養(yǎng)平衡的良性循環(huán)。然而，值得關注的是，近我國首次發(fā)布了有關肥料抗生素殘留檢測的標準，有機肥料替代化肥可能存在環(huán)境污染風險也開始引起關注，預計今后以畜禽糞便為原料的有機肥利用將面臨著重大挑戰(zhàn)。
圖8 丹江口庫區(qū)禽畜養(yǎng)殖種養(yǎng)平衡示意圖
總結與展望
通過構建以厭氧消化為核心技術的三級網絡系統(tǒng)，有望破解我國農業(yè)沼氣工程大型化轉型難題，進而促進生物燃氣產業(yè)發(fā)展。后，提出兩點展望：
（1）互聯(lián)網+三級網絡可以加速生物燃氣產業(yè)的發(fā)展。通過構建生物燃氣產業(yè)互聯(lián)網平臺，實現農業(yè)廢棄物收儲運、資源化生產、產品銷售利用產業(yè)鏈全生命周期跟蹤管控，做到環(huán)境效益與經濟效益、社會效益共贏。
（2）生物燃氣發(fā)展促進農業(yè)產業(yè)升級。以生物燃氣產業(yè)發(fā)展帶動區(qū)域養(yǎng)殖、種植、肥料、燃氣等行業(yè)的優(yōu)化與升級，終構建以“農業(yè)廢棄物收儲運-資源化處理-產品銷售與利用”三級網絡為核心的良性產業(yè)生態(tài)圈。
