作者:沈春蕾 孔凤茹 赵玉中 来源:中国科学报 发布时间:2020/3/26 15:40:30
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分布式农业生物质天然气规模化生产与利用产业化项目
让生物质天然气有利可图、未来可期

青岛生物质天然气项目并网运营

日前,国家发展改革委、国家能源局、农业农村部等十部委联合印发了《关于促进生物天然气产业化发展的指导意见》(以下简称《指导意见》),指出将生物天然气纳入国家能源体系,建立分布式生产消费体系,旨在加快生物天然气专业化市场化规模化发展。

这一消息让中国科学院青岛生物能源与过程研究所(以下简称青岛能源所)研究员郭荣波满心欢喜,他带领团队自青岛能源所建所之初就开始致力于研发分布式农业生物质天然气项目。如今,这个项目已经走过13个年头,也是青岛能源所的重大突破方向之一。

郭荣波告诉《中国科学报》:“我们研发的高浓度发酵技术,基本解决了农业秸秆和养殖废弃物的高效利用问题。未来,我们将针对我国固体生物质废弃物资源化利用需求,重点研究城镇厨余垃圾的利用技术。”

瞄准行业“卡脖子”问题

农业秸秆和畜禽粪便是我国最主要的两种农业生物质资源,是生物能源最普遍的原料。相关资料显示,我国农业秸秆资源量9亿吨、畜禽粪便18亿吨,生物天然气产能潜力可达2000亿立方以上。

《指导意见》也提出目标,到2025年,生物天然气年产量超过100亿立方米;到2030年,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。

然而现状是,全国每年产生的农作物秸秆大都未得到有效利用,多数被田间就地焚烧或者简单还田;规模化畜禽养殖场每年产生畜禽粪污仍有56%未得到有效利用。

郭荣波道出了其中的原因,在我国传统的以禽畜粪便为主要原料的沼气工程中,由于禽畜粪便含水率高,通常采用低浓度湿式发酵技术,同时缺乏农业秸秆利用工程,造成工程原料单一、运行能耗高、运营效益差等问题,很多已建工程出现运营艰难或者不运行的状况。

造成传统沼气工程运营效益差的关键是缺乏高效益的产业化技术,这是行业“卡脖子”问题,也是郭荣波团队攻关的方向。

多年来,郭荣波团队通过跟企业和地方的合作,对我国沼气工程的现状有了充分的了解,并认识到提高沼气工程运营效益的重要性。经过研发,团队开发出了高固浓度发酵技术,不仅可以解决农业秸秆难降解难利用的难题,还扩展了沼气工程的原料,使项目更加具有普适性和可推广性。

“高浓度发酵技术固含量高,水耗低,从而大幅降低了工程运行的能耗和热耗,且工程设备投资显著降低。”郭荣波说,“我们的研发目标是建设无补贴可盈利的产业化技术,以期在全国范围内进行广泛推广。”

科研和产业化两手抓

在早期的研发过程中,郭荣波团队也遇到了一些困难:“一是项目经费不足;二是农业秸秆是纤维素生物质,难于降解,国内相关技术研发还达不到产业化水平,且缺乏相关的配套装备,核心设备还需要进口。”

研制配套设备成了郭荣波团队早期的一项主要攻关任务。目前,团队基本解决了技术和装备问题,项目也达到了成果转化和推广的阶段。

中科院重大知识产权转移转化项目(弘光专项)、中科院先导专项A、国家科技部重点研发计划等项目和课题的支持下,通过青岛能源所牵线搭桥,郭荣波团队已经推广了4处规模化生物天然气工程,分别是2016年青岛平度农业秸秆年产666万方管道天然气、2017年山东潍坊诸城农业秸秆与鸡粪年发电量1314万千瓦时沼气发电、2018年山东滨州无棣县农业秸秆和农村改厕废弃物年产500万立方米车用与居民用天然气以及2019年黑龙江克东县农业秸秆与牛粪年产648万立方米工业锅炉天然气。

“通过青岛平度、山东潍坊诸城和山东滨州无棣项目,我们不仅实现了农业秸秆高效发酵和沼气提纯净化制天然气的突破,还结合自有知识产权装备研制,形成了农业秸秆高浓度发酵整体反应器集成技术体系。”郭荣波介绍道,随后,团队在寒冷的黑龙江省克东县建成了低能耗高效运行的产业化示范工程,该项目的建设将彻底改变我国东北寒冷地区沼气工程难以全年稳定运行的现状。

随着项目的应用推广,郭荣波也意识到,科研和产业化推广是两种思维,但也有着天然的联系,只有雄厚的科研和技术基础,才能支撑项目的产业化推广;只有了解产业需求和找到产业化卡脖子问题,才能找到科研工作的着力点。所以需要将这两种身份协调起来,找到产业化推广和技术的共性核心问题发力。

开发产业链延伸技术

当前,我国的沼气工程存在重补贴、重建设、轻运营等问题,行业缺乏市场化机制,导致好的技术没有市场化认可途径,进而造成了我国沼气工程建设多、运行少的尴尬。对此,郭荣波希望相关部门能够通过顶层设计,优化现有政策体系,促进行业良性发展。

《指导意见》提出,加快生物天然气工业化商业化开发建设,包括分布式农业生物质天然气技术的商业化运营和推广。这正是郭荣波团队努力的方向:“我们的目标是为客户提供无补贴盈利性技术,希望通过项目推广,能够改变我国沼气工程运行效益差的现状。”

现阶段,郭荣波团队主要从产业化需求角度出发,从技术和装备研发切入,主要侧重于开发产业化技术和构建研发平台,希望建成足以支撑技术推广的强有力团队和平台。“下一步,我们将通过产业化技术的研发和示范工程的建设运行,不断完善产业化技术,形成技术与装备一体化市场推广模式,通过装备保障技术的应用和运行效益的实现。”

技术的推广需要一个商业模式,郭荣波团队的思路是:“通过创业公司推进产业化成果转化,进而将面向社会融资,建设营销团队,与社会投资和商业运营团队合作,成立具备现代化管理理念的高技术公司,面向全国进行项目推广。

“在推广阶段,我们遇到的最大困难可能是资金和吸引优良的合作伙伴的介入。”郭荣波说,“希望社会资金能认识到我们的技术优势和项目的发展潜力,尽快形成专业化的项目推广团队。届时,我们将把工作重点转移回到产业化技术研发上来,进一步针对项目运营需求,开发新一代的创新技术和为项目运营提供产业链延伸技术。”

分类后的厨余垃圾非常适用于生产天然气,市场潜力可达三千亿以上,具有巨大的市场潜力。郭荣波团队已经开展了厨余垃圾无分选固态发酵技术研发,且取得了非常好的研究结果。“我们将进一步开展厨余垃圾无分选固态发酵技术的中试放大和产业化技术研发,希望经过1~2年的时间,实现厨余垃圾无分选处理技术的产业化推广。”

 
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