農業廢棄物的處理是新農村建設的重點和難點之一。國家農業部統計顯示,我國每年產生的畜禽糞污廢棄物超過20億噸,秸稈廢棄物超過10億噸,其中相當一部分的廢棄物沒有得到有效利用。畜禽糞便隨意堆棄、秸稈就地廢棄焚燒等問題越來越突出,對大氣、土壤和水等生產生活環境造成破壞,導致農業面源污染日趨嚴重。

沼氣化處理是當前最有效、最符合我國發展戰略規劃的農業生物質廢棄物處理方法之一。沼氣化處理可謂"一舉多得":農業廢棄物經過厭氧發酵,可將有機物轉化為沼氣,沼氣經過提純制成生物天然氣,不僅可以減少廢棄物帶來的"臟亂差"問題,還可以為農村生產生活提供清潔能源;發酵后的沼液經過處理,制成生物有機肥,反饋于農業發展,減少了化肥的施用,生產出更健康、更安全的"綠色食品";同時,沼氣利用還會減少二氧化碳排放,具有顯著的溫室氣體減排效應。

生物天然氣工程"一舉多得"

隨著我國經濟的不斷發展,農業生產方式、農村居住方式、農民用能方式等發生了新的轉變,傳統的戶用沼氣和中小型沼氣工程已經不符合我國新農村建設的發展要求,2015年國家調整中央投資方向,重點用于支持規模化大型沼氣工程和生物天然氣工程試點項目建設,農村沼氣邁出了轉型升級的新步伐。

歐洲代表了沼氣產業的最高水平,以青貯玉米作為主要原料,多采用高效的高濃度發酵方式,發酵規模較大,設備標準化。由于存在與人爭糧的問題,我國不可能采用青貯玉米為原料,而即使歐洲也缺乏針對農業秸稈為原料的沼氣工程技術和運營經驗,因此我國必須進行技術的自主創新。

同時,我國以往的沼氣工程,絕大多數為中小型沼氣工程,以易降解的禽畜糞便、市政污泥、餐廚垃圾等為主要發酵原料,基本上都采用低濃度發酵,缺乏專業化標準化的配套設備,普遍存在經濟效益低、運行穩定性差的問題。因此,亟待開發出高效穩定的高濃度發酵技術和相關的專業化配套設備。

中國科學院青島生物能源與過程研究所的山東省沼氣工業化生產與利用工程實驗室(http://www.qibebt.cas.cn)經過多年研究,開發出了高效高濃度厭氧發酵技術,研制出了專業化的沼氣工程相關配套設備,形成了多項專利技術,形成了可復制推廣的工藝包。

該技術已經經過中試和產業化驗證,真正突破了高濃度發酵易受抑制、難進料、難混料、秸稈產氣率低等一系列技術和產業化中的瓶頸問題,大幅提升了大型沼氣工程的技術水平與經濟效益。技術經過院士領銜的專家團隊鑒定,達到了國際先進水平。

基于自主研發的技術,青島能源所積極推動成果轉化,取得了顯著成效。其中,青島能源所與青島華通集團合作,于青島建設了我國北方最大的生物質能源項目,日前已經并網運營。該項目以平度市及周邊地區秸稈和蔬菜尾菜等為主要原料生產生物天然氣與生物有機肥,每年可處理蔬菜尾菜4萬噸、玉米秸稈7萬噸,年可產生物天然氣666萬立方米、固態有機肥2.4萬噸、沼液肥2.2萬噸,年減排14萬噸二氧化碳當量溫室氣體。采用自主研發的高濃度發酵技術,該項目將真正改變沼氣工程經濟效益差的現狀,將為我國沼氣產業轉型升級和農業循環經濟建設起到重要的示范作用。中國科學院青島生物能源與過程研究所與青島華通集團已經成立合資公司,正在積極推動該項目的產業推廣。