你听说过生物天然气吗？
国家发展改革委等十部委发布的《关于促进生物天然气产业化发展的指导意见》提出：“到2025年，生物天然气具备一定规模，形成绿色低碳清洁可再生燃气新兴产业，生物天然气年产量超过100亿立方米。到2030年，生物天然气实现稳步发展。规模位居世界前列，生物天然气年产量超过200亿立方米，占国内天然气产量一定比重。”
面向这一国家目标，同济大学生物质能源研究中心主任朱洪光教授带领团队，实现了生物天然气大规模工业化制备的技术突破。近日，采用这套技术的“站田式”工厂开始在安徽推广。朱洪光和上海碳中和技术创新联盟副理事长尹邦奇认为，生物天然气工厂可助力上海打造“航运绿色燃料基地”，有望成为国际航运中心和科创中心建设的新亮点。
生物天然气生产站
制备生物天然气实现技术突破
生物天然气是以农作物秸秆、畜禽粪污、餐厨垃圾、农副产品加工废水等各类城乡有机废弃物为原料，经厌氧发酵和净化提纯产生的绿色、低碳、可再生的天然气。在厌氧发酵过程中产生的沼渣沼液也有价值，可用于生产有机肥。
“我们以前把生物天然气叫作沼气。”尹邦奇说，“沼气制备早就有了，联合国也推广过，但一直没有实现大规模产业化。”究其原因，主要有两个难题：一是制备生物天然气的原料很分散，能源密度低，导致收集和运输困难；二是沼气具有潮汐性缺点，冬天无法在自然条件下发酵，给产业化带来了障碍。
针对这些难题，朱洪光教授开展了深入研究。“我在南大读博士时就做这方面研究，与农业废弃物打了20多年交道。”朱洪光表示。在上海市政府部门立项支持下，他带领团队在崇明开展技术创新试点工程，实现了一系列突破。
崇明的规模化沼气工程
在多源有机废弃物混合高产发酵技术方面，他们培育出新的工程菌种，发明了高产生物天然气的生物催化剂，并通过流体力学、传热学、微生物学等多学科交叉研究，为制造大型厌氧发酵罐奠定了理论基础。针对冬天无法发酵这一难点，科研团队利用土壤深层地热，在能耗很低的条件下将发酵温度控制在35—38℃，即使在严冬也能实现生物天然气的高效高得率生产。
在绿色全复合营养有机肥精制技术方面，科研团队采用初级固液分离粗加工、功能性肥料深加工两个步骤，将制备生物天然气产生的沼渣转化为固体有机肥原料，再通过营养元素复配强化，形成精制复合有机肥。它们可取代化肥，用于作物施肥或增加土壤有机质。
除了有机肥，他们还突破了高值碳基材料分离技术，能从厌氧发酵产生的沼液中提取磷、氮、钾等水溶性无机营养物质，提炼出碳基纳米材料。
从“崇明模式”到“阜南模式”
取得技术突破后，同济大学生物质能源研究中心与上海林海生态技术股份有限公司合作，在崇明建设并托管运营56处畜禽养殖业粪污处理沼气工程，在实现规模化生物天然气制备的同时，解决了40万头生猪养殖的环保问题。2016年，这些建管一体化沼气工程被农业部认定为“崇明模式”。
从2017年起，在安徽省政府和同济大学的战略合作基础上，林海生态公司在安徽省阜阳市阜南县开展了“城乡有机废弃物生产生物天然气循环农业”项目。一期项目采用PPP模式（政府和社会资本合作模式），总投资10.44亿元，在阜南建造了8个生物天然气生产站和1个应急调峰中心站。这些生产站主要由单体体积为6000立方米的厌氧发酵罐组成，年产生物天然气4000万立方米，占全国农业农村年产生物天然气总量的近50%。
6000立方米的厌氧发酵罐
俯瞰生物天然气生产站，一个个厌氧发酵罐体形巨大，实现了大规模工业化制备沼气的梦想。朱洪光介绍：“它们是数字化自动化控制装备，能确保生物天然气高产、高质量和全年稳定生产，技术水平达到国际领先。”
在工程规划布局上，项目团队参照石油开采的“井田制”理念，设计了“站田式”分布网络。除了建设生物天然气生产站和应急调峰中心站，还在全县建有30个标准化秸秆收储中心、367个收储点、3个畜禽粪污集中处理中心，打通了秸秆“离地进站”和粪污“入池收储”的最后一公里。
阜南“站田式”分布网络
农业农村部农业生态与资源保护总站指出：“阜南模式”探索出一条符合中国国情的区域有机废弃物可持续利用的技术路线、商业模式和运作路径，应加大在同类地区推广力度。
为船舶供应“零碳”绿色燃料
从“崇明模式”到“阜南模式”，上海的科技创新成果进入了产业化推广阶段。尹邦奇介绍，生物天然气是一种源自植物光合作用的“负碳”可再生能源，可通过现有的天然气管网基础设施，广泛应用于燃气、电力、交通等领域，而且与太阳能、风能相比，具有稳定可控可储存的优点，在我国实现碳达峰碳中和的道路上有巨大的发展潜力。
从能源安全角度来看，我国是天然气进口大国，未来持续提高生物天然气的产量，将减少天然气进口依赖。
生物天然气产业价值示意图
对上海国际航运中心建设而言，生物天然气也有望成为新亮点。据了解，林海生态公司在与国内外两家世界500强企业洽谈合作——以生物天然气为原料制备绿色甲醇，用作远洋船舶的“零碳”燃料。“绿色甲醇作为燃料也是有温室气体排放的，但没有温室效应，”朱洪光解释，“因为制备绿色甲醇的绿色甲烷、绿色二氧化碳都来自生物天然气，是碳中性原料，通过植物光合作用可循环使用。”
在他看来，上海可推动这类合作项目，在“双碳”目标指引下打造“航运绿色燃料基地”。如今，上海正朝着全球一流国际航运中心迈进，推进航运业绿色低碳转型。“航运绿色燃料基地”建设可成为绿色低碳转型的重要项目。另一方面，凭借长三角生物天然气工厂和海上风电项目，上海的绿色甲烷、绿色二氧化碳和氢能供应越来越充裕，有能力制备大量的远洋船舶绿色燃料。
“发展生物天然气产业，前期投资比较大，需要得到绿色产业基金等基金和国资的支持。同时，也需要产业政策引导。”尹邦奇说。据测算，在县域建设“站田式”网络的投资回收期为6—10年。随着全国碳排放权交易市场的发展，这一投资回收期将逐步缩短，进一步凸显生物天然气产业的绿色经济价值。
