沼气高值利用项目前景展望

郑 峰，王 海

（大连海奥膜技术有限公司，辽宁大连 116300）

1 沼气来源

沼气主要源自养殖场畜禽粪便，城市垃圾填埋场、城市厨余垃圾处理厂、城市污水/污泥处理厂，食品和农产品加工等有机废弃物、农村秸秆等。我国有大型沼气工程5000多处，5万个大中型养殖场，还有多个垃圾填埋场，每年产生大量的沼气和填埋气，具有5000亿m3以上的沼气生产潜力，相当于2011年全国天然气消费总量的2.5倍，虽然生物质能源原料丰富，但开发利用率仅占10%左右。同时，目前沼气的利用方式主要是蒸汽锅炉、热电联产。能量损失大、效率低、输送成本高、附加值低。

摒弃传统的低附加值的沼气利用方式，将其净化制备价值更高的天然气一直存在着巨大的市场需求，并且随着新技术、新工艺的出现，使实现这种需求成为可能。

2 天然气市场需求

随着我国经济的快速发展以及对环境保护的提升，清洁能源的市场供需矛盾十分突出。从天然气供需来看，据国家能源局统计，2010年全年我国天然气产量为944.8亿m3，而表观消费量达1100亿m3，供需缺口近170亿m3。到2015年，我国天然气产量1700亿m3，表观消费量将达到2600亿m3，供需缺口约900亿m3，占一次能源消费中的比重约8%。

天然气的需求包括以下几个方面：2010—2018年，全国城市燃气从43亿m3增至578 亿m3，占天然气消费的比重由18%升至39%；工业燃料用气由101亿m3增至425亿m3，比重由41%降至29%；发电用气由10亿m3增至260亿m3，比重由4%升到18%；化工用气从83亿m3增至208亿m3，比重由37%降至14%；天然气汽车加快发展，2020年全国天然气汽车保有量为148万辆，比上年增长48%，加气站超过2000座。

另外，近年来由于大气污染治理行动的催化，大型城市锅炉“煤改气”正在逐步落实，供气压力加大。数据显示，仅北京市到2016年、2018年天然气用量将分别达到200亿m3和240亿m3。

按照我国天然气需求将以年均21%的较高速度增长，预计2025年我国天然气需求量将达3041亿m3，占能源需求总量的8.0%，2030年需求量将达5000亿m3，对外依存度将由目前的29%上升到40%。我国的能源产业结构正面临巨大挑战。

3 沼气净化制天然气项目的初步经济核算

将沼气提纯生产天然气，特别是压缩天然气（CNG）用于汽车燃料、工业燃气或城镇燃气（甲烷纯度≥95%，甲烷回收率≥97%），具有十分显著的经济效益。

沼气的市场价在0.8～1.2元/m3，沼气耗电约为0.25度/m3，折合生产成本为0.15元，其他消耗微量可忽略。每方沼气可产天然气0.6m3，按照压缩天然气（CNG）4.5元计算，扣除每方的运输成本0.4元计算，每方沼气可产生的收益为2.46元。

表1 沼气净化制天然气初步经济核算

最终，每天产10000m3的沼气项目，收益即可达1.1～1.5万元。此外，相关副产品—沼渣、沼液等也会产生不菲的附加值。如果进一步申请到沼渣等交易的合同，收益将十分巨大。（*上述计算以膜法提纯工艺为依据，相较而言，该工艺一次性投资、运行成本均占优。）

4 沼气利用的方式

沼气的几种利用方式，比较如图1：

图1 沼气能量利用效率比较

沼气净化制天然气，与其他能源利用方式相比，得到的能源附加值高，而且项目盈利空间大、能量损失最小、得到的可输送能量最多。

5 国家政策支持

出于能源战略的考虑，生物质燃气产业是国家重点发展的战略性新兴产业，也是未来国际竞争的热点。

国家制定的《十三五规划》中已经明确提出了“生物质能多元化发展”的方向，较“十二五”指标增加了工业有机废水沼气项目，目标在2020年实现1000处工业有机废水沼气利用工程，回收利用5亿m3沼气。

《国务院关于生物产业发展规划》确定“到2020年，生物能源年利用总量超过50Mt 标准煤，可减排二氧化碳95Mt，生物能源产业年产值达到1500亿元”。

国家发改委能源研究所也提出了《中国生物质能产业发展路线图》，明确提出到2025年和2030年，生物燃气要达到100亿m3和400亿m3的规模。

6 环保方面的需求

中国在哥本哈根气候变化大会召开前夕提出清晰的量化目标，对外宣布控制温室气体排放的行动目标，决定到2025年单位国内生产总值二氧化碳排放比2010年下降40%～45%，中国是用实际行动展现了一个负责任的发展中大国的风范。温室气体包括氧化氮（NOx）、甲烷、氢氟烃、过氟碳、六氟化硫和CO2，并且1体积生物甲烷相当于25体积二氧化碳减排当量，具有潜在的二氧化碳减排效益。

另外，沼气净化制天然气的前段工艺主要是厌氧发酵过程，该工艺广泛应用于处理生活垃圾、商业垃圾、农业垃圾、畜牧粪便及城市固体垃圾中的可降解生物垃圾，这些垃圾通过其他方法（如焚烧、填埋等）都会产生一定的二次环境污染，而通过微生物的厌氧发酵进行处理是最环保的手段，是解决“垃圾围城”的行之有效的技术。所以，厌氧发酵工艺结合沼气净化制天然气的工艺不仅是经济效益显著，环保效益同样值得推广。

7 结语

沼气作为可再生能源和生物质能源的重要组成部分，其产业将逐步实现规模化、产业化、市场化、用途高值化，对缓解世界能源危机、促进循环经济发展具有重要意义。然而，沼气在用于车用燃料、燃料电池及城镇燃气等过程中，由于沼气中含有H2S，CO2，H2O 等有害杂质气体，导致沼气无法直接被使用。综上所述，沼气提纯脱硫脱碳技术仍然是制约沼气产业化发展的关键技术之一，通过沼气提纯净化不仅能实现可再生资源代替非可再生资源，还能极大地降低碳排放量对温室效应的影响，具有理想的环境效益。