讓生物質天然氣“有利可圖”

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青島生物質天然氣項目併網運營。青島能源所供圖

面向國家重大需求、面向國民經濟主戰場，中國科學院在“十三五”期間專門出資設立“科技成果轉移轉化重點專項”(即“弘光專項”)，優先支持中科院戰略性先導科技專項和院屬科研機構“一三五”重大科技成果的轉移轉化，力求產出一批經濟效益顯著的重大示範轉化工程。

本報就中國科學院2019年重點支持的“弘光專項”項目，特設專欄開展系列報道，追蹤項目團隊的成果轉化故事。

日前，國家發展改革委、國家能源局、農業農村部等十部委聯合印發了《關於促進生物天然氣產業化發展的指導意見》(以下簡稱《指導意見》)，指出將生物天然氣納入國家能源體系，建立分布式生產消費體系，旨在加快生物天然氣專業化市場化規模化發展。

這一消息讓中國科學院青島生物能源與過程研究所(以下簡稱青島能源所)研究員郭榮波滿心歡喜，他帶領團隊自青島能源所建所之初就開始致力於研發分布式農業生物質天然氣項目。如今，這個項目已經走過13個年頭，也是青島能源所的重大突破方向之一。

郭榮波告訴《中國科學報》：“我們研發的高濃度發酵技術，基本解決了農業稭稈和養殖廢棄物的高效利用問題。未來，我們將針對我國固體生物質廢棄物資源化利用需求，重點研究城鎮廚餘垃圾的利用技術。”

瞄準行業“卡脖子”問題

農業稭稈和畜禽糞便是我國最主要的兩種農業生物質資源，是生物能源最普遍的原料。相關資料顯示，我國農業稭稈資源量9億噸、畜禽糞便18億噸，生物天然氣產能潛力可達2000億立方以上。

《指導意見》也提出目標，到2025年，生物天然氣年產量超過100億立方米;到2030年，生物天然氣年產量超過200億立方米，占國內天然氣產量一定比重。

然而現狀是，全國每年產生的農作物稭稈未得到有效利用，多數被田間就地焚燒或者簡單還田;規模化畜禽養殖場每年產生畜禽糞污仍有56%未得到有效利用。

郭榮波道出了其中的原因，在我國傳統的以禽畜糞便為主要原料的沼氣工程中，由於禽畜糞便含水率高，通常採用低濃度濕式發酵技術，同時缺乏農業稭稈利用工程，造成工程原料單一、運行能耗高、運營效益差等問題，很多已建工程出現運營艱難或者不運行的狀況。

造成傳統沼氣工程運營效益差的關鍵是缺乏高效益的產業化技術，這是行業“卡脖子”問題，也是郭榮波團隊攻關的方向。

多年來，郭榮波團隊通過跟企業和地方的合作，對我國沼氣工程的現狀有了充分的了解，並認識到提高沼氣工程運營效益的重要性。經過研發，團隊開發出了高固濃度發酵技術，不僅可以解決農業稭稈難降解難利用的難題，還擴展了沼氣工程的原料，使項目更加具有普適性和可推廣性。

“高濃度發酵技術固含量高，水耗低，從而大幅降低了工程運行的能耗和熱耗，且工程設備投資顯著降低。”郭榮波說，“我們的研發目標是建設無補貼可盈利的產業化技術，以期在全國範圍內進行廣泛推廣。”

科研和產業化兩手抓

在早期的研發過程中，郭榮波團隊也遇到了一些困難：“一是項目經費不足;二是農業稭稈是纖維素生物質，難以降解，國內相關技術研發達不到產業化水平，且缺乏相關的配套裝備，核心設備還需要進口。”

研制配套設備成了郭榮波團隊早期的一項主要攻關任務。目前，團隊基本解決了技術和裝備問題，項目也進入成果轉化和推廣階段。

在中科院重大知識產權轉移轉化項目(弘光專項)、中科院先導專項A、國家科技部重點研發計劃等項目和課題的支持下，通過青島能源所牽線搭橋，郭榮波團隊已經推廣了4處規模化生物天然氣工程，分別是2016年青島平度農業稭稈年產666萬立方米管道天然氣、2017年山東濰坊諸城農業稭稈與雞糞年發電量1314萬千瓦時沼氣發電、2018年山東濱州無棣縣農業稭稈和農村改廁廢棄物年產500萬立方米車用與居民用天然氣以及2019年黑龍江克東縣農業稭稈與牛糞年產648萬立方米工業鍋爐天然氣。

“通過青島平度、山東濰坊諸城和山東濱州無棣項目，我們不僅實現了農業稭稈高效發酵和沼氣提純凈化制天然氣的突破，還結合自有知識產權裝備研制，形成了農業稭稈高濃度發酵整體反應器集成技術體系。”郭榮波介紹道，隨後，團隊在黑龍江省克東縣建成了低能耗高效運行的產業化示範工程，該項目的建設將徹底改變我國東北寒冷地區沼氣工程難以全年穩定運行的現狀。

隨著項目的應用推廣，郭榮波意識到，科研和產業化推廣是兩種思維，但也有著天然的聯系，只有雄厚的科研和技術基礎，才能支撐項目的產業化推廣;只有了解產業需求和找到產業化“卡脖子”問題，才能找到科研工作的著力點。“所以需要將這兩種身份協調起來，針對產業化推廣和技術的共性核心問題發力。”

開發產業鏈延伸技術

當前，我國的沼氣工程存在重補貼、重建設、輕運營等問題，行業缺乏市場化機制，導致好的技術沒有市場化認可途徑，進而造成了我國沼氣工程建設多、運行少的尷尬局面。對此，郭榮波希望相關部門能夠通過頂層設計，優化現有政策體系，促進行業良性發展。

《指導意見》提出，加快生物天然氣工業化商業化開發建設，包括分布式農業生物質天然氣技術的商業化運營和推廣。這正是郭榮波團隊努力的方向：“我們希望通過項目推廣，能夠改變我國沼氣工程運行效益差的現狀。”

現階段，郭榮波團隊主要從產業化需求角度出發，從技術和裝備研發切入，側重於開發產業化技術和構建研發平臺，希望建成足以支撐技術推廣的強有力團隊和平臺。“下一步，我們將通過產業化技術的研發和示範工程的建設運行，不斷完善產業化技術，形成技術與裝備一體化市場推廣模式，通過裝備保障技術的應用和運行效益的實現。”

技術的推廣需要一個商業模式，郭榮波團隊的思路是：“通過創業公司推進產業化成果轉化，進而面向社會融資，建設營銷團隊，與社會投資和商業運營團隊合作，成立具備現代化管理理念的高技術公司，面向全國進行項目推廣。

“在推廣階段，我們遇到的最大困難可能是資金和吸引優良的合作夥伴介入。”郭榮波說，“希望社會資金能認識到我們的技術優勢和項目的發展潛力，盡快形成專業化的項目推廣團隊。屆時，我們將把工作重點轉移到產業化技術研發上來，進一步針對項目運營需求，開發新一代的創新技術並為項目運營提供產業鏈延伸技術。”

分類後的廚餘垃圾非常適用於生產天然氣，市場潛力可達3000億元以上，具有巨大的市場潛力。郭榮波團隊已經開展了廚餘垃圾無分選固態發酵技術研發，且取得了非常好的研究結果。“我們將進一步開展廚餘垃圾無分選固態發酵技術的中試放大和產業化技術研發，希望經過1～2年的時間，實現廚餘垃圾無分選處理技術的產業化推廣。”

中國能源網