农业废弃物的处理是新农村建设的重点和难点之一。国家农业部统计显示,我国每年产生的畜禽粪污废弃物超过20亿吨,秸秆废弃物超过10亿吨,其中相当一部分的废弃物没有得到有效利用。畜禽粪便随意堆弃、秸秆就地废弃焚烧等问题越来越突出,对大气、土壤和水等生产生活环境造成破坏,导致农业面源污染日趋严重。

沼气化处理是当前最有效、最符合我国发展战略规划的农业生物质废弃物处理方法之一。沼气化处理可谓"一举多得":农业废弃物经过厌氧发酵,可将有机物转化为沼气,沼气经过提纯制成生物天然气,不仅可以减少废弃物带来的"脏乱差"问题,还可以为农村生产生活提供清洁能源;发酵后的沼液经过处理,制成生物有机肥,反馈于农业发展,减少了化肥的施用,生产出更健康、更安全的"绿色食品";同时,沼气利用还会减少二氧化碳排放,具有显著的温室气体减排效应。

生物天然气工程"一举多得"

随着我国经济的不断发展,农业生产方式、农村居住方式、农民用能方式等发生了新的转变,传统的户用沼气和中小型沼气工程已经不符合我国新农村建设的发展要求,2015年国家调整中央投资方向,重点用于支持规模化大型沼气工程和生物天然气工程试点项目建设,农村沼气迈出了转型升级的新步伐。

欧洲代表了沼气产业的最高水平,以青贮玉米作为主要原料,多采用高效的高浓度发酵方式,发酵规模较大,设备标准化。由于存在与人争粮的问题,我国不可能采用青贮玉米为原料,而即使欧洲也缺乏针对农业秸秆为原料的沼气工程技术和运营经验,因此我国必须进行技术的自主创新。

同时,我国以往的沼气工程,绝大多数为中小型沼气工程,以易降解的禽畜粪便、市政污泥、餐厨垃圾等为主要发酵原料,基本上都采用低浓度发酵,缺乏专业化标准化的配套设备,普遍存在经济效益低、运行稳定性差的问题。因此,亟待开发出高效稳定的高浓度发酵技术和相关的专业化配套设备。

中国科学院青岛生物能源与过程研究所的山东省沼气工业化生产与利用工程实验室经过多年研究,开发出了高效高浓度厌氧发酵技术,研制出了专业化的沼气工程相关配套设备,形成了多项专利技术,形成了可复制推广的工艺包。

该技术已经经过中试和产业化验证,真正突破了高浓度发酵易受抑制、难进料、难混料、秸秆产气率低等一系列技术和产业化中的瓶颈问题,大幅提升了大型沼气工程的技术水平与经济效益。技术经过院士领衔的专家团队鉴定,达到了国际先进水平。

基于自主研发的技术,青岛能源所积极推动成果转化,取得了显著成效。其中,青岛能源所与青岛华通集团合作,于青岛建设了我国北方最大的生物质能源项目,日前已经并网运营。该项目以平度市及周边地区秸秆和蔬菜尾菜等为主要原料生产生物天然气与生物有机肥,每年可处理蔬菜尾菜4万吨、玉米秸秆7万吨,年可产生物天然气666万立方米、固态有机肥2.4万吨、沼液肥2.2万吨,年减排14万吨二氧化碳当量温室气体。采用自主研发的高浓度发酵技术,该项目将真正改变沼气工程经济效益差的现状,将为我国沼气产业转型升级和农业循环经济建设起到重要的示范作用。中国科学院青岛生物能源与过程研究所与青岛华通集团已经成立合资公司,正在积极推动该项目的产业推广。