這個(gè)高校團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)生物天然氣制備重大技術(shù)突破！

你聽說過生物天然氣嗎？

國家發(fā)展改革委等十部委發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)生物天然氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出：“到2025年，生物天然氣具備一定規(guī)模，形成綠色低碳清潔可再生燃?xì)庑屡d產(chǎn)業(yè)，生物天然氣年產(chǎn)量超過100億立方米。到2030年，生物天然氣實(shí)現(xiàn)穩(wěn)步發(fā)展。規(guī)模位居世界前列，生物天然氣年產(chǎn)量超過200億立方米，占國內(nèi)天然氣產(chǎn)量一定比重�！�

面向這一國家目標(biāo)，同濟(jì)大學(xué)生物質(zhì)能源研究中心主任朱洪光教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，實(shí)現(xiàn)了生物天然氣大規(guī)模工業(yè)化制備的技術(shù)突破。近日，采用這套技術(shù)的“站田式”工廠開始在安徽推廣。朱洪光和上海碳中和技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟副理事長尹邦奇認(rèn)為，生物天然氣工廠可助力上海打造“航運(yùn)綠色燃料基地”，有望成為國際航運(yùn)中心和科創(chuàng)中心建設(shè)的新亮點(diǎn)。

生物天然氣生產(chǎn)站

制備生物天然氣實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破

生物天然氣是以農(nóng)作物秸稈、畜禽糞污、餐廚垃圾、農(nóng)副產(chǎn)品加工廢水等各類城鄉(xiāng)有機(jī)廢棄物為原料，經(jīng)厭氧發(fā)酵和凈化提純產(chǎn)生的綠色、低碳、可再生的天然氣。在厭氧發(fā)酵過程中產(chǎn)生的沼渣沼液也有價(jià)值，可用于生產(chǎn)有機(jī)肥。

“我們以前把生物天然氣叫作沼氣。”尹邦奇說，“沼氣制備早就有了，聯(lián)合國也推廣過，但一直沒有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。”究其原因，主要有兩個(gè)難題：一是制備生物天然氣的原料很分散，能源密度低，導(dǎo)致收集和運(yùn)輸困難；二是沼氣具有潮汐性缺點(diǎn)，冬天無法在自然條件下發(fā)酵，給產(chǎn)業(yè)化帶來了障礙。

針對(duì)這些難題，朱洪光教授開展了深入研究�！拔以谀洗笞x博士時(shí)就做這方面研究，與農(nóng)業(yè)廢棄物打了20多年交道�！敝旌楣獗硎�。在上海市政府部門立項(xiàng)支持下，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在崇明開展技術(shù)創(chuàng)新試點(diǎn)工程，實(shí)現(xiàn)了一系列突破。

  崇明的規(guī)�；�沼氣工程

在多源有機(jī)廢棄物混合高產(chǎn)發(fā)酵技術(shù)方面，他們培育出新的工程菌種，發(fā)明了高產(chǎn)生物天然氣的生物催化劑，并通過流體力學(xué)、傳熱學(xué)、微生物學(xué)等多學(xué)科交叉研究，為制造大型厭氧發(fā)酵罐奠定了理論基礎(chǔ)。針對(duì)冬天無法發(fā)酵這一難點(diǎn)，科研團(tuán)隊(duì)利用土壤深層地?zé)�，在能耗很低的條件下將發(fā)酵溫度控制在35—38℃，即使在嚴(yán)冬也能實(shí)現(xiàn)生物天然氣的高效高得率生產(chǎn)。

在綠色全復(fù)合營養(yǎng)有機(jī)肥精制技術(shù)方面，科研團(tuán)隊(duì)采用初級(jí)固液分離粗加工、功能性肥料深加工兩個(gè)步驟，將制備生物天然氣產(chǎn)生的沼渣轉(zhuǎn)化為固體有機(jī)肥原料，再通過營養(yǎng)元素復(fù)配強(qiáng)化，形成精制復(fù)合有機(jī)肥。它們可取代化肥，用于作物施肥或增加土壤有機(jī)質(zhì)。

除了有機(jī)肥，他們還突破了高值碳基材料分離技術(shù)，能從厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼液中提取磷、氮、鉀等水溶性無機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)，提煉出碳基納米材料。

從“崇明模式”到“阜南模式”

取得技術(shù)突破后，同濟(jì)大學(xué)生物質(zhì)能源研究中心與上海林海生態(tài)技術(shù)股份有限公司合作，在崇明建設(shè)并托管運(yùn)營56處畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞污處理沼氣工程，在實(shí)現(xiàn)規(guī)�；�生物天然氣制備的同時(shí)，解決了40萬頭生豬養(yǎng)殖的環(huán)保問題。2016年，這些建管一體化沼氣工程被農(nóng)業(yè)部認(rèn)定為“崇明模式”。

從2017年起，在安徽省政府和同濟(jì)大學(xué)的戰(zhàn)略合作基礎(chǔ)上，林海生態(tài)公司在安徽省阜陽市阜南縣開展了“城鄉(xiāng)有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物天然氣循環(huán)農(nóng)業(yè)”項(xiàng)目。一期項(xiàng)目采用PPP模式（政府和社會(huì)資本合作模式），總投資10.44億元，在阜南建造了8個(gè)生物天然氣生產(chǎn)站和1個(gè)應(yīng)急調(diào)峰中心站。這些生產(chǎn)站主要由單體體積為6000立方米的厭氧發(fā)酵罐組成，年產(chǎn)生物天然氣4000萬立方米，占全國農(nóng)業(yè)農(nóng)村年產(chǎn)生物天然氣總量的近50%。

  6000立方米的厭氧發(fā)酵罐

俯瞰生物天然氣生產(chǎn)站，一個(gè)個(gè)厭氧發(fā)酵罐體形巨大，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模工業(yè)化制備沼氣的夢(mèng)想。朱洪光介紹：“它們是數(shù)字化自動(dòng)化控制裝備，能確保生物天然氣高產(chǎn)、高質(zhì)量和全年穩(wěn)定生產(chǎn)，技術(shù)水平達(dá)到國際領(lǐng)先�！�

在工程規(guī)劃布局上，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)參照石油開采的“井田制”理念，設(shè)計(jì)了“站田式”分布網(wǎng)絡(luò)。除了建設(shè)生物天然氣生產(chǎn)站和應(yīng)急調(diào)峰中心站，還在全縣建有30個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化秸稈收儲(chǔ)中心、367個(gè)收儲(chǔ)點(diǎn)、3個(gè)畜禽糞污集中處理中心，打通了秸稈“離地進(jìn)站”和糞污“入池收儲(chǔ)”的最后一公里。

  阜南“站田式”分布網(wǎng)絡(luò)

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護(hù)總站指出：“阜南模式”探索出一條符合中國國情的區(qū)域有機(jī)廢棄物可持續(xù)利用的技術(shù)路線、商業(yè)模式和運(yùn)作路徑，應(yīng)加大在同類地區(qū)推廣力度。

為船舶供應(yīng)“零碳”綠色燃料

從“崇明模式”到“阜南模式”，上海的科技創(chuàng)新成果進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化推廣階段。尹邦奇介紹，生物天然氣是一種源自植物光合作用的“負(fù)碳”可再生能源，可通過現(xiàn)有的天然氣管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，廣泛應(yīng)用于燃?xì)狻㈦娏Α⒔煌ǖ阮I(lǐng)域，而且與太陽能、風(fēng)能相比，具有穩(wěn)定可控可儲(chǔ)存的優(yōu)點(diǎn)，在我國實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的道路上有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?

從能源安全角度來看，我國是天然氣進(jìn)口大國，未來持續(xù)提高生物天然氣的產(chǎn)量，將減少天然氣進(jìn)口依賴。

  生物天然氣產(chǎn)業(yè)價(jià)值示意圖

對(duì)上海國際航運(yùn)中心建設(shè)而言，生物天然氣也有望成為新亮點(diǎn)。據(jù)了解，林海生態(tài)公司在與國內(nèi)外兩家世界500強(qiáng)企業(yè)洽談合作——以生物天然氣為原料制備綠色甲醇，用作遠(yuǎn)洋船舶的“零碳”燃料。“綠色甲醇作為燃料也是有溫室氣體排放的，但沒有溫室效應(yīng)，”朱洪光解釋，“因?yàn)橹苽渚G色甲醇的綠色甲烷、綠色二氧化碳都來自生物天然氣，是碳中性原料，通過植物光合作用可循環(huán)使用�！�

在他看來，上�？赏苿�(dòng)這類合作項(xiàng)目，在“雙碳”目標(biāo)指引下打造“航運(yùn)綠色燃料基地”。如今，上海正朝著全球一流國際航運(yùn)中心邁進(jìn)，推進(jìn)航運(yùn)業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型�！昂竭\(yùn)綠色燃料基地”建設(shè)可成為綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要項(xiàng)目。另一方面，憑借長三角生物天然氣工廠和海上風(fēng)電項(xiàng)目，上海的綠色甲烷、綠色二氧化碳和氫能供應(yīng)越來越充裕，有能力制備大量的遠(yuǎn)洋船舶綠色燃料。

“發(fā)展生物天然氣產(chǎn)業(yè)，前期投資比較大，需要得到綠色產(chǎn)業(yè)基金等基金和國資的支持。同時(shí)，也需要產(chǎn)業(yè)政策引導(dǎo)�！币�邦奇說。據(jù)測(cè)算，在縣域建設(shè)“站田式”網(wǎng)絡(luò)的投資回收期為6—10年。隨著全國碳排放權(quán)交易市場的發(fā)展，這一投資回收期將逐步縮短，進(jìn)一步凸顯生物天然氣產(chǎn)業(yè)的綠色經(jīng)濟(jì)價(jià)值。