畜禽粪便能源化利用的问题、制约及发展思路

畜禽粪便能源化利用就是通过热化学或生物化学转化技术将畜禽粪便中的有机质转化为气态或液态能源，在此过程中，畜禽粪便的化学需氧量及其向空气中释放的碳和氮都将被减少。当前，畜禽粪便是中国农业的主要污染源 ，但也有成为生物能源重要供给的潜力。在此情况下，发展畜禽粪便能源化利用，对于生态环境保护和生态文明建设，对缓解畜禽养殖业面临的环保压力，以及对拓宽国家清洁能源供给渠道都有重要的作用和意义。

近年，国家对畜禽粪便能源化利用问题给予高度重视。2016年12月在中央财经领导小组第十四次会议提出要加快推进畜禽养殖废弃物处理和资源化，习近平总书记强调，以沼气和生物天然气为主要处理方向，以就地就近用于农村能源和农用有机肥为主要使用方向，力争在“十三五”时期，基本解决大规模畜禽养殖场粪污处理和资源化问题。2017年中央一号文件提出，要大力推行高效生态循环的种养模式，加快畜禽粪便集中处理，推动规模化大型沼气健康发展。2017年5月，《国务院办公厅关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》提出创新种养循环机制、加大财税政策支持等，力推肥料化和能源化利用。

当前，以沼气工程为主的畜禽粪便能源化利用得到日益广泛的应用，但是仍面临设施利用率低、经济效益低和产业化激励不足等问题。因此，本研究试图从经济技术与产业政策等方面展开分析，探讨畜禽粪便能源化利用面临的制约，并提出相应的对策建议。本文包括四个部分：一是对畜禽粪便能源化利用的技术供给做简要梳理，并对沼气发酵能源化利用的主要模式进行概括；二是对畜禽粪便沼气发酵能源化利用的现状与问题进行梳理，尤其是其中面临的激励不足问题；三是从产业政策和外部性等角度分析以上问题产生的主要原因；四是提出相关对策建议。

一、畜禽粪便能源化利用的技术供给与应用模式

（一）畜禽粪便能源化利用的主要技术

畜禽粪便能源化利用主要通过热化学和生物化学转化技术将畜禽粪便中的有机质转化为气态和液态能源，各种技术都有其适用性和优缺点。

热化学转化技术主要有几种：

（1）将粪煤混合制作燃料棒、蜂窝煤，直接燃烧，该方法的问题是CO的排放量有所增加、燃烧温度降低和炉灰量大幅增加。

（2）热化学气化生产燃气，通过加热在不完全燃烧状态下将畜禽粪便中的高分子量有机碳氢化合物裂解为CO，H2，CH4等可燃气体。该方法也面临一些问题，一是产生的气体中焦油含量过高，影响气化系统运行的可靠性和安全性；二是气化前干燥处理需要消耗大量能量，影响技术应用的综合能耗和经济性。

（3）热化学液化生产燃油，在隔绝空气或通入少量空气的条件下，利用热能将生物质大分子转变为低分子液体燃料。相对于燃气，液体燃料在储存、运输及利用方面更有优势。但是，该技术目前仍处于实验室研究阶段，还需要解决一系列技术问题。

生物化学法能源化也有多种技术：

（1）微生物转化产电，通过以电化学技术为基础的微生物燃料电池技术，将畜禽粪便中的化学能直接转化为电能。该技术存在转化效率高和可以在常温下有效运行等技术优势，但也存在输出功率密度较低、电极组件价格昂贵等问题。

（2）微生物发酵产氢，以畜禽粪便为制氢原料，利用微生物代谢活动释放氢气。该技术仍面临生产成本高、转化效率较低等问题，制约产业化应用。

（3）厌氧消化产沼气，在无氧条件下利用厌氧微生物、兼性厌氧微生物将畜禽粪便中有机物转化成沼气（甲烷和二氧化碳）。这是目前最为成熟的畜禽粪便能源化利用技术，各种传统消化工艺和高效厌氧反应器都有应用。

（4）发酵产乙醇，通过物理化学预处理和纤维素酶酶解，将畜禽粪便中的纤维素和半纤维素降解为糖后再转化为乙醇，研究中主要是将畜禽粪便发酵后的沼渣、沼液作为生产乙醇的原料。该技术仍需解决抑制问题，并且生产成本高制约产业应用。

（5）养藻产燃油，利用粪便或沼液以较低的成本培养微藻，后者的油脂合成效率大大高于油料作物。但是，该技术还不成熟，在商业化应用方面还受到很多限制。

从对技术供给的梳理可以看出，沼气发酵是目前比较成熟和应用最多的畜禽粪便能源化技术，其他不同类型可供选择的技术在产业化上普遍都面临阻碍，或者因为有突出的技术问题，仍处实验研究阶段，或者因为投入产出水平低，生产成本过高。未来，在加强新技术研发的同时，充分发挥沼气发酵技术优势，是促进畜禽粪便能源化利用的必然选择。

（二）沼气发酵技术的主要应用模式

从实际应用来看，沼气发酵是畜禽粪便处置及资源化利用的一个组成部分，并有不同的应用模式。从发酵环节来说，差别主要体现在两个方面（见图1）。第一，粪便是全量进入沼气发酵还是用固液分离后的液体部分进行发酵。第二，对于全量进入沼气发酵来说，是采用水压式沼气池、覆膜氧化塘等传统消化技术，还是采用高效厌氧消化工艺技术，前者通常为中小养殖场、部分大型养殖场采用，后者则主要是由大型、特大型规模养殖场采用，或由在养殖密集区建立的以粪便能源化利用为主要业务的专业化处理企业（中心）采用。

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