中国农业大学教授董仁杰：现代生物能源将在2018-2023年引领可再生能源增长

现代生物能源将在2018年和2023年之间引领可再生能源增长，凸显其重要的是其可以帮助建构一个健壮的可再生能源架构。生物能源除了液体燃料、固定燃料、气体燃料三种，还有直接发电四种，主要是气。

2018年12月19日，京津冀氢能产业发展暨环境治理大会于河北威县召开，本次会议由河北省威县人民政府、华北电力大学国家大学科技园、中关村华电能源电力产业联盟联合主办，中国电力云平台、北极星电力网承办，北极星储能网将对此次会议进行现场直播。中国农业大学教授、国家级生物能源科学与技术国际联合研究中心董仁杰主任做了《生物燃气工程的关键技术》的主题演讲，他指出未来新形势下沼气工程的作用是能源+环保，沼气工程最大的价值是环保，但它也有能源价值。

以下为发言实录：

中国农业大学教授、国家级生物能源科学与技术国际联合研究中心主任董仁杰：谢谢主持人，谢谢大家。今天和大家分享一下关于生物燃气方面的一些知识和技术。和我们的会议主题挺相近的，包括氢能产业，甲烷也是生产氢能、氢气的一个原料，同时生物燃气本身又是一个处理废弃物的必须技术环节，这两个方面可以看到和我们的会议主题非常密切。

首先生物燃气工程的背景，能源和环保是社会发展的基石，说得更准确或者更极端一些，社会发展的基础就是能源，经济可行的能源充分供应的话，其实其他问题都不是问题，环保或者氢能等都不是问题，所以我们现在需要充分的能源。正是因为这个，也能看到两个图，经济发展水平是高度依赖于人均能耗的，如果经济要发展，人均能耗必须要增加的。人均能耗与环境污染是相关的，这两个图的结果是经济要发展，就必须要污染环境，这是过去世界各国发展的一个客观规律的总结。从另一方面讲，从能源角度来讲，这个图是展示了全球能源消耗的一个过程，下面这个红线是矿物能源，也是所谓的煤碳、天然气等，所以这个红线在整个人类的发展过程中，矿物能源时间非常漫长，可再生能源是长久的能源，而矿物能源是临时性能源。常规能源就是矿物能源，常规能源从历史的长河来看，只是历史的一瞬间，两三百年的历史就会消失掉，被我们用完。但是其他的可再生的，比如说风能、太阳能，相对于人类的寿命来讲，它是更永久的。所以我们在2000年以后这段时间，从历史上来讲消耗常规能源最多的时候，将来常规能源的供应越来越少，实际上常规能源毕竟是有限的，从地球的寿命来讲还是有限的一个东西。

我们总结这两方面，从历史上来看有两个曲线，横坐标是经济社会发展水平，纵坐标是对环境的污染，上面的线是常规的发展，经济越发展，环境越污染，到了一定高度之后，像欧美发达国家，经济越发展，对环境的治理越好，就会知道欧美日韩这些国家在历史上污染很重的，1940年到1990年的时候伦敦的空气污染会死人的，但是现在那个地方是绿水青山。我们中国、印度这些发展中国家还在一边生产、一边污染的过程中，但是我们现在不能走过去的老路，也就是我们为什么提出清洁能源，尝试着探索获得能源的其他新途径，减少对环境的污染，否则这些大的人口国家都要走这条老路的话，地球就完了，刚走了两步，中国的雾霾就这么厉害，再往前走我们就承受不了。所以我们中国提出来绿色发展，中国在国际上的声音是坚决走绿色发展，可持续发展，应对气球变化，中国现在绝对不是口号，而是不做不行，中国倡导的就是低排放，不排放不可能，但是我们希望低排放，我们也要过这个顶端。所以这是国家战略，绿色发展。

这背后还有一个原因，二氧化碳的排放，下面是印度，高的柱状图是中国，人口差不多，而我们排放很多，因为我们经济水平比他们高，印度要想超过中国还很早。另一方面也要看到中国的排放确实太高了，从右面的图可以看到，绿色的是印度，红色的是中国，我们占得比例越来越大，中国的排放占的比例在发展中国家比例越来越大，中国比印度多得多，所以我们的排放是很多的，这是我们中国在强调减少对化石能源的依赖，要发展可再生能源，风能、水能都是我们可以依赖的东西。

今天的话题是生物燃气，现代生物能源将在2018年和2023年之间引领可再生能源增长，凸显其重要的是其可以帮助建构一个健壮的可再生能源架构。生物能源除了液体燃料、固定燃料、气体燃料三种，还有直接发电四种，主要是气，所以我们讲发酵的甲烷生产，生物燃料工程，这个框架是沼气工程的基本框架图，这个图非常经典，包括原料的处理，包括厌氧发酵，沼气的利用，后续的废弃物处理。

刚才讲的生物燃气的发展必须有一个发酵罐，推六式和批式的量是比较少的。从生物燃气的商业模式，这些列的原料都是废弃物，这是中国在讲生物燃气的时候和欧美日韩完全不一样的地方，我们只有废弃物，有机废弃物，只要是生物质都可以经过厌氧发酵，木材也可以，只不过时间很长而已，粮食也可以，肉、油都可以。第二段是经过预处理和厌氧发酵，气是一种产品，沼气是原来的产品，还有提纯生物天然气，还有沼液、沼渣，最后总结出来一个模式，大约有五种模式。

这是旧的PPT，沼气工程刚才讲过中国在经济发展的同时减少对环境的影响，而沼气工程是可以做这个贡献的。这是对环境的影响，二氧化碳的排放，每度电对环境的排放影响的时候，最左侧的沼气热电联产，环境中有一百个碳，采用了热电联产之后会减，其他的方面风电、水电、核能、光伏、天然气发电，普遍的煤炭发电都会增加，只不过风电、水电这些都比较低碳，只有沼气，到目前为止所有的可再生能源只有沼气的热电联产是减碳的，这是目前所知道的，所计算的，并不是只有它。所以在企业或者我们的产业链承担了国家的一些任务，大中企业都有减碳的指标，那就可以做生物工程，通过算帐告诉国家你在减碳，不是在低碳。

关于这方面的关键技术，典型的框图，包括这四个方面做的是目前我们国内沼气工程、生物燃气工程的关键性，一个是燃料的预处理，一个是发酵过程，一个是后处理，一个是工程装备的开发。我们中国最大的是工程装备，中国的工程装备基本上没有专用，都是进口的，或者沼气发电机，我们国产的发电机一方气可以产两度电都是非常好的，但是德国的发电机可以产2.5度电以上，而且使用寿命很高，这是举一个例子，并不是抨击我们自己的设备，其他方面也是有很多关键问题要注意的。

在原料上面是秸秆的收获压缩输送贮存，秸秆收的时候在实际过程中存在的问题是怎么把分散的秸秆收起来，如果一个十吨的车拉上一车的煤炭就是十吨，但是拉上一车的秸秆就是两吨，所以十吨的车拉上两吨的秸秆跑上五十公里是不合算的。当你收秸秆的时候里面有土，有了土以后，进入到沼气工程以后会堵塞沼气设备。

下面我们搞了一个秸秆收运车，这是我们自己的专利产品，现在德国、欧洲都有。第三个是当秸秆存储的时候，秸秆会出现自燃，因为秸秆在堆的时候温度很高，把能量损失掉了，储存半年以后能源价值就没有了，如何保存能源价值是关键问题。干的秸秆加上水压湿以后，可以使它的能源价值在一年之内不损失，这是一些细节，但是关键问题。厌氧发酵的关键问题，一是原料不同，比如说尾菜特殊原料，如果处理不好会酸败，我们开发技术的时候，使尾菜的发酵过程中的液体快速的进行循环，能够保证发酵过程稳定。在发酵的时候还有一个关键点，就是投加一些特殊的微量元素，主要的微量元素是铁和镍，对于不同的原料，对秸秆来讲投铁比较多，对于鸡粪来说投镍比较多，这是针对不同的原料，需要到现场测原料，然后给出配方，出的结果就不一样。这个是以鸡粪为原料的，三角框是正常的产气情况，加到上面的高度以后，三角处理就直接酸败了，产气量就变成零了，这个时候你要加铁和镍进去以后就又回去了，所以添加一部分微量元素，会提高你在沼气工程的处理能力，相对来说减少。所以你会看到突然降下来的地方，加了微量元素之后又恢复产气能力。

第三个厌氧发酵的技术是这样，进行反馈控制，一个沼气工程，是一个黑箱，里面是有机物和水的混合物，里面有微生物，微生物有没有在工作并不知道，只有在产气量下降的时候才会知道。所以我们要预检，这就是我们开发的一个全自动机，这个设备在沼气工程里面就不用管了，每天发送信息，今天你的沼气工程运行是合理的，如果告诉你的沼气工程应该减少投入原料量，你就减少，再过一天会告诉你是否运行正常，或者是否再减少原料，它运行的效果是七天到十天。如果它给你发出预警不管它，十天之内产量就会降下去，这在德国他们也拿去用了。

第三个技术是沼气的净化和沼液的利用，沼气的净化不是我的专业，搞化工的都可以做沼气的净化。干法、湿法和末分离的，我们的原料都是废弃物，原料废弃物进入沼气工程之后可以解决环保问题，但是经过厌氧发酵之后出来的还是废弃物，如果排入环境，环保部是不会让你运行，所以第一个是要后发酵和沼液储存，后发酵是你的沼液出来之后，其实还能产气，有的物质没有降解得很彻底，你的沼液存一百天之后，沼液中的气体才不会出现。这是一个方案，他们希望把所有的能源全部释放出来之后，再进行农田的利用，所以在这个地方就是后发酵。这是对于我们中国目前来说最重要的一点，沼液出来以后必须要储存，封起来，成为后发酵，还可以再获得一部分能源。第二个是沼液中的有效成分，这个和能源没有关系，但是和沼气工程发展息息相关，中国沼气发展之所以受限或者被置疑是因为沼液没有地方去，沼液有很多好的东西，可以生产植物激素，但是这个植物激素生产出来经济上不划算，但对植物有很好的效果。它的养分量很小，很多企业在做沼气工程的时候，沼液沼渣是优质的有机肥，一算帐一吨多少钱，所以觉得沼气工程很赚钱。当你真正投资建了以后会发现亏损了，因为沼液沼渣没有地方用，因为养分的含量最高是0.3%，而化肥的含量最低是11%，这根本无法竞争。所以你拉了一车的沼液，相当于拉了一车的水加上三公斤化肥，这是沼液的瓶颈难题，把沼液就近利用。但是现在有一些大的企业，大的养殖场，沼气工程特别大，沼液量特别多，就近利用不了，这是我们跟意大利合作的，养分能够提取一部分出来，养分回收，生物剂化肥，这是米兰大学、德国的波音大学(音)合作，把养分提取出来，工业的基础用在沼液上，沼液的成分特别复杂，把沼液的养分拿过来用是失败的，后来我们三家合作搞出了相对比较改良的技术。这是我们的一个中小式装置，达到的一些要求。

再一个是沼渣，可以做肥料，但是最好是做基制，它类似于泥炭，改进以后可以用作泥炭使用。山东民河、江西正和都非常成功，在欧美日韩的技术都不如我们中国发达。还有高效高浓度有机废水，酒精废水做沼气的效果非常好。这是河北青县，是把秸秆做沼气，我以前很反对秸秆做沼气，但是我现在看了以后不反对了，因为这个一直在稳定运行。这是最新的模式，叫做快速厌氧发酵，针对现在养殖场面临的问题，养殖场的问题是处理废污，不关心能源，可以五天到十天的发酵，把沼气的70%提取出来，剩下的30%搞后发酵，在大的储存罐存着，降低养殖场的70%成本，这个现在有一些案例，上海推流式沼气工程就是用的这种，现在有一个矛盾，国家对于黑膜沼气或者软体沼气没有一个标准。

未来的发展，首先是新形势下沼气工程的作用，是能源+环保，沼气工程最大的价值是环保，但它也有能源价值，对于政府决策者来说不要把沼气看作能源，如果政府决策说沼气很好，比如说现在国家有一个规划，2020年沼气的量是80亿方，感觉很大，但是和中国整个的能源消耗相比，80亿方是很小的。所以说从国家政策全局来讲，环保价值是不可或缺的，因为养殖场的粪便、废水没有沼气工程就是死路一条，没有别的方法可以做，没有别的方法可以竞争得过沼气工程。如果你投资一个沼气能源，你的投资回报率会非常不好看。但如果在一个具体的地方来讲也有可能，一个乡镇来讲，乡镇里面有各种各样的废弃物，可以生产颗粒燃料，可以生产固体燃料，如果搞一个能源中心，分布式的能源处理分散的废弃物，解决分散的能源需求，组合式城镇能源环境中心，今年科技部有一个类似的项目。

最后介绍一下我们现在承担了北京市的一个项目，为京津冀服务的，组建了一个京津冀生物燃气实验研究网络，为京津冀三地沼气工程提供免费服务，还有一年的时间，如果沼气工程有问题了，你可以打电话，可以给你提供一些建议，也可以派人过来现场考察分析原因，所以我们又叫“沼气医生”，后面有我的联系电话，大家可以和我联系，如果在沼气工程有问题的话可以和我联系，我们有一个团队可以为大家服务。谢谢大家!

(以上内容根据速记整理，未经嘉宾审核)

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