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毛亞嵐
（長江大學經濟與管理學院湖北荊州434023）
摘要：農村沼氣建設與新時代鄉村振興政策緊密相連。“十四五”發展規劃提出大力發展農村沼氣工程是農村“產業興旺、生態宜居”目標的重要組成部分。沼氣被直接用作燃料、電力和熱生產的來源，作為新型清潔能源，在經濟增長、能源獨立及環境治理等方面均大有可為，沼氣產業向工業化、生物質能轉型，不僅可以解決農村環境污染問題，而且是中國實現碳中和目標的重要路徑。針對中國沼氣產業發展中存在的問題，提出利用沼氣資源稟賦優勢、實行碳排放配額、加大科研投入補貼，提高沼氣生產效率、促進農村沼氣能源化利用，助力美麗農村高質量發展、增加農村收入、清潔沼氣能源產業鏈完善。
0引言
農村沼氣是將農作物秸稈、畜禽糞便、居民污水垃圾等廢棄物經過厭氧發酵生成的一種可燃燒混合氣體，原料在沼氣池內形成“三沼”，即沼氣、沼液和沼渣。由于原料廣泛，沼氣是一種可再生的清潔綠色能源，是破解環境治理、走可持續能源發展的必經之路。關于沼氣產業向高質量轉型之路，“十一五”期間農村沼氣還是作為基礎設施建設；到了“十三五”期間，已經開始戰略轉型，生態、產業及經濟建設三位一體于沼氣產業，注重效益與綠色發展；2021年1月，國家明確提出實施鄉村清潔能源建設工程，3月提出將農村新型清潔能源并入新型電力系統。
對于農村沼氣產業的相關研究，主要集中在以下方面：一是關于農村沼氣建設的研究，能源是經濟發展的必需品，沼氣作為一種可再生能源，能緩解我國能源短缺問題[1]，“十二五”期間加大對農村沼氣的投資建設[2]，但當前農村沼氣行業整體呈現運行效益不佳、外強中干的特點[3]，優化沼氣經濟結構，發展生物天然氣和大型沼氣是當前戰略方向[4]；二是關于農村沼氣產業鏈的研究，沼氣產業的產品是沼氣、沼液、沼渣3種[5]，沼氣產業是復合性產業，將環境保護能源發展以及農業肥料融合交織[6]，農村沼氣產業鏈狹小經濟效益不足[7]，這是因為缺乏核心技術、設備工藝與原材料不匹配不適用的問題[8]；三是關于當前農村沼氣應用模式的研究，循環農業模式上有南方“三位一體”、北方“四位一體”，還有西北的“五配套”模式[9]，為解決沼氣項目資金約束問題，融資租賃下的“沼氣發電項目”提供了一種可行的解決路徑[10]，當前農村需要構建長期可行的沼氣工程高質量發展機制[11]，研發“沼氣工程-生物天然氣-市場-產業”產業鏈，并通過科技賦能農村沼氣產業高附加值發展[12]；四是關于農村沼氣技術的研究，能源綠色轉型中德國的沼氣產業發展為我國提供了較好的借鑒，其沼氣技術是以青貯玉米作為主要發酵原料、采用熱電聯產的沼氣利用模式，相較于中國傳統的常溫發酵，德國普遍采用中溫發酵[13]。此外，為促進沼氣產業發展，歐盟為區域聯盟國家提供了大量綠色補貼[15]。
已有研究成果為本研究提供了很好的借鑒。通過對已有文獻的梳理，本研究提出新環境新發展戰略下推動農村沼氣產業升級轉型的相關路徑建議，以期為國家沼氣產業成為下一個能源風口、推動綠色環保與能源保障相結合，為新時代鄉村振興建言獻策。
1農村沼氣產業的機遇
1.1迎合國家重大戰略部署，重振鄉村振興
當前我國已進入高質量發展階段，在全面完成農村脫貧攻堅任務后，推進農業農村現代化是重大任務。能源是生活的基礎和血液，農村沼氣作為一種極具發展前景的清潔能源，不僅制作材料來源豐富，而且可以解決農村垃圾污染問題，將廢棄物轉化為沼氣清潔能源及附屬工業品可謂一舉兩得。沼氣產業除了防治污染、改善農村衛生環境外，兼有減碳循環、促進農民增收增效、緩解農村能源供需矛盾及保護森林植被的功能，能夠迎合國家雙碳循環、農村現代化發展、綠色農村等多項政策目標的需要。據統計，2019年中國農村戶用沼氣池數量為3380.27萬個，沼氣工程數量為10.27萬個，沼氣池建設是改善農村生產生活條件的主要內容之一，戶用沼氣池數量最多的為四川及廣西，分別為555萬個和389萬個，戶用沼氣池數量分別占全國農村總數量的16.44%和11.53%。
1.2發展綠色鄉村，實現碳循環
我國沼氣的發展起步于20世紀20—30年代。但快速增長階段為2003—2013年，這一期間沼氣大發展，主要為戶用，表現為“小、零、散”等特點；2014年至今，農村沼氣處于沼氣轉型的試點階段。憑借綠色環保理念的盛行、世界各國家積極推動能源綠色轉型以期實現“碳達峰、碳中和”目標，沼氣產業以其規模龐大、應用前景廣泛的優勢再度吸引人們的目光。
我國作為農業大國，每年產生大量廢棄物，2020年農作物秸稈產量約8.6億t，糞污達38億t。厭氧發酵的沼氣池是實現秸稈綜合利用的有效途徑，既解決土地污染，又生產清潔燃氣，沼渣、沼液生產優質有機肥，促進農業綠色可持續發展。經過處理提純的沼氣用途廣泛，帶動農產品加工銷售一體化，有效整合農業資源和清潔能源。通過規模化沼氣池提純生物天然氣，可以應對“富煤、貧油、少氣”的資源問題。習近平總書記向世界做出承諾，中國將在2030年前達到二氧化碳排放峰值，碳中和目標在2060年前實現。這無疑為具有節能減排、碳中和做出貢獻的沼氣行業提供了發展機遇。據測算，2060年的沼氣生產潛能達3710億m³，相當于可以替代2020年全國68%的天然氣消費，若折算成能源，則相當于2020年全國近6%的能源消費量，折算成電能相當于2020年全國用電量的近10%。
1.3沼氣產業鏈價值高，提升空間大
農村一口5㎡的戶用沼氣池提供的熱能能夠解決3～5口人的農戶一年的生活燃料，轉型升級階段，國家先后投資建設了1400多個大型沼氣工程和64個規模化生物天然氣試點工程。然而，我國生物沼氣開發利用率低，無論是原料收儲運，還是發酵產品價值以及制作工藝、凈化提純等都需改進。據統計，我國沼氣潛力為3710億m³，僅建發電裝置就需要10000億元投資；沼氣行業從業人數估計有45萬人，當未來沼氣納入碳交易體系，國內碳交易市場背景下的減排收益無疑是一次巨大體量的產業投資機會。
2農村沼氣產業升級存在的挑戰
2.1廢棄物原材料收儲混亂，產業閑置率高
《中國沼氣行業“雙碳”發展報告》顯示，可用于沼氣生產的農業農村有機廢棄物資源量約為49.7億t，包括畜禽糞便、農作物秸稈、農村垃圾等，然而這么大量的廢棄物的售后處理較為混亂，沒有專業的收儲運團隊，沒有標準化的原材料品質、價格、數量評判體系，整個廢棄物市場沒有規范，也沒有標桿，地方上各自為政，收費標準制訂混亂，明顯攪亂了正常的市場運營。除此之外，農村道路崎嶇，人力成本大、培訓成本高，從而原料收集成本、管理成本以及儲運成本過高，戶用沼氣池越建越多，但建成后棄之不用的情況也愈加普遍。養殖場、沼氣工程也存在同樣的情況，只為拿補貼、應付環保檢查，是否能運行無人關注，大多成為擺設，閑置率高企，如甘肅肅州區的沼氣池使用僅約三成，可持續運營能力低下。除此之外，隨著農村城鎮化的進行，戶用沼氣使用實際上逐漸降低，缺乏對糞污秸稈收集、儲存、運輸、處理、利用等各環節的支持力度，運營沼氣產業的動力就會降低。
2.2沼氣產業產品自用自銷，商業化開發不足
當前，我國沼氣池的運營建設主要還是以解決農村廢棄物為主，忽略和缺乏對其終端產品經濟效應的深度挖掘。歐洲沼氣項目工業化程度高，數量多、遍布全國，沼氣發電方興未艾，利用工業化沼氣項目大規模沼渣、沼液還田土壤有機質含量保持較高水平。因此，各級政府應將沼氣直供作為解決農村能源的替代，在有條件的區域鼓勵沼氣余熱利用，進一步提高熱效率，增加沼氣利用價值；從為用戶提供燃料用于自用到逐漸擴展到發電上網、提純變為生物天然氣，探索農村沼氣與一二三產業融合發展機制。相比沼氣，提純后的生物天然氣既可以并入現有天然氣管網，也可用作車用燃氣，還可以生產其他高附加值產品，如蛋白，其是一種更為優質的可再生能源，有助于實現清潔能源生產、廢物處理和生態農業三位一體的目標。沼氣已經滿足納入天然氣管網的條件，但沼氣進入管網的規章制度尚未建立，這使其難以在新能源市場全面落地，推動沼氣產業終端產品的商業化運用還有很長的路要走。
2.3沼氣核心發酵技術仍處于引進階段，技術工藝落后
中國沼氣處理技術已基本成熟，工藝包括升流式固體反應器、上流式厭氧污泥以及全混厭氧反應器、塞流式反應器和厭氧濾器等，然而在核心發酵技術上，資源轉化率低、成本高、利用水平不高和污染嚴重，缺乏高值轉化的微生物基礎及工程學基礎工藝，目前大部分沼氣工程還是以處理廢物為主，沒有進行能源生產。歐盟的沼氣發酵工程在經歷了短暫的主要為處理畜禽糞便服務的過程后，很快發展到產業化，高壓水洗法、變壓吸附法以及化學吸附法助力歐盟沼氣凈化和提純，使其能作為天然氣的替代品。大連市就利用德國厭氧發酵工業制氣技術，將產生的沼氣并入城市煤氣管網。在自主研發方面，河北省耿忠生物質能公司自行研發的完全使用青（黃）貯玉米秸稈的沼氣工程，容積產氣率達到1m³。目前，我國沼氣處理的厭氧消化工藝包括濕式、半干式與干式發酵技術等，由于引進國外技術的保密性以及適應性不足，仍然需要本土化改進。
3促進沼氣產業升級的對策建議
3.1發揮區域資源稟賦，提高能源效率
不同農村區域的資源儲備不同，與緯度、經度、日照時長、歷史人類活動、群居數量、科技及經濟發展水平等息息相關，沼氣發酵的溫度、酸堿度等因素會影響沼氣生成的質和量。在中西部地區，畜牧業產量大，產生的廢棄物主要為禽畜糞便，而東部沿海地區的工業與經濟發展水平高，污水、廚余等有機廢物多，對于不同的發酵原材料資源稟賦，要因地制宜選擇適合本地區發酵工藝的產業化發展模式，根據發酵底物的區域數量、底物基質結構成分的不同，有選擇地在擁有資源稟賦的農村開展沼氣產業化、規模化應用，不同區域之間的制造工藝可以不同，終端產品也可以形成互補。歐洲的生物質熱電聯產已很普遍，能源利用效率高，沼氣經提純壓縮后不僅并入天然氣管道，還用作車用燃料和供熱燃料。相比之下，沼氣發電是提高沼氣利用效率的有效方式，我國沼氣發電項目無論是在建設和經營抑或拓寬投資渠道，還是在技術和管理水平上都有待提高，爭取達到10%的能源利用率。
3.2納入碳排放配額，推動市場化運作
將沼氣產品納入碳排放配額，對于沼氣用作車用燃料、供熱燃料、沼氣發電等按照一定的標準用量給予碳積分激勵，碳排放超標的企業可向這些擁有沼氣碳積分富余的燃料廠、發電廠購買積分額度，這種配額分配制度不僅有利于控制整體的市場二氧化碳排放上限，促進中國碳達峰、碳中和目標的如期實現，展現我國作為負責任環保大國的形象，而且能夠以經濟激勵方式補貼沼氣產業相關方，通過這一途徑傳遞出技術變革發展沼氣終端產品有利可圖的市場信號，能夠促進在實現自我商業利益最大化的同時推動沼氣產業技術變革投資，最后使整個社會群體都受益。以歐洲為例，2005年歐洲建立歐盟排放交易體系，目前歐洲的沼氣產量有了顯著增長，2015年歐盟一次能源中的沼氣總產量占了全球產量的一半，不僅如此，歐盟還是首屈一指的沼氣發電裝機的全球引領者。如今歐盟在綠色新能源產業的地位離不開政府對沼氣發電的政策支持和上網電價補貼機制。
3.3加大沼氣項目科研資金投入，開發終端產品應用
沼氣產業的未來發展是可持續的，當前的困境在于原材料發酵效率和終端產品的應用不足，這需要新的科學技術助力解決問題。沼氣產業終端產品的應用不足制約了其發展，這要求科研攻關的專家們摸索探尋沼氣終端產品的更多價值，作為繼石油、天然氣之后的生物質能，其應用場景絕不僅有目前挖掘的這些，尋求沼氣產業在一二三產業的協同發展是未來的發展方向。打造縱向的沼氣產業鏈條，通向農業、制造業和服務業不同的終端應用，借助政府的統籌引領，推廣在生物天然氣、種養結合畜沼果（菜、茶）模式、碳排放配額市場交易等模式的應用，將實現以沼氣能源為核心的產業化終端產品的繁榮發展。
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