沼气生产在农业、养殖业、畜牧业升级和城镇化中的作用

2013年耶诞节和2014年新年期间,我们到瑞典探亲。在这之前我好几年没去瑞典了。这次回去我注意到韦斯特罗斯(Västerås)市的公交车是用沼气(biogas/methane/CH4/甲烷)做燃料,而不是通常的汽油或柴油。这种公车的环境污染要比汽柴油低很多,对降低PM2.5会有不少的帮助。岳父告诉我,公车用的沼气,不少一部分来自厨房的废料、剩饭菜、和城市污水处理系统内的人的大小便!

下图是斯德哥尔摩的大沼气公交。目前沼气公交的燃料缩写是CNG,Compressed Natural Gas,不是液化的。液化的压缩率更高。我在网上注意到瑞典的乌普萨拉(Uppsala)有试用液化沼气做公交燃料的项目,不知进展如何。
StockholmBus
这张是瑞典Örebro市沼气公交顶部的燃料箱,更清晰。
OrebroBus

几年前我曾读到我山东老家农村利用农业和生活垃圾生产沼气的试点,但好像最终并不太成功,也没推广。这种单户沼气池效果不太理想,但在乡镇、城市建立大中型生物质沼气生产厂来集中供暖、发电、供气,发挥规模效应,应当更有意义,互利多赢:

  • 随着农业机械化和现代化,农作物如秸秆等原料正逐渐丧失以往的肥料和燃料功能,需要处理而不是焚烧,变废为宝。用这些原料造纸是好办法,但用它来生成沼气也很不错;
  • 中国正进行史无前例的大规模城镇化。城镇化质量的一个重要指标是城镇生活垃圾和污水处理。居民的生活垃圾,经过分类整理,可以用来循环和发电;而城镇中的来自居民区和商业区的生活污水里含有人的大小便等有机物(sludge/substrate)污泥。如能和污水处理厂协调结合,利用这些污泥生产沼气,就可以获得能源并减少最终排放物对环境的压力;

    下图是日本横滨污泥沼气生产处理设施。这些污泥来自城市污水系统。
    JapanSludge

  • 城镇化和生活水平提高的另一个后果是人们对肉类蛋白质的需求也越来越多。当然要通过教育宣传等各种方式鼓励人们通过多种方式摄取蛋白质,但城镇化的一个效应确实是大规模的鸡、鸭、猪、羊、牛等养殖业的发展。这当然也会给生活环境带来压力,特别是这些家禽、牲畜的粪便需要处理。这些废料,和上面提到的农业废料如秸秆一样,应当拿来生产沼气。沼气生产后的残余是很好的肥料,能减少目前农村普遍的化肥滥用现象和对工业化肥的依赖。科学处理动物的粪便,也能改善牲畜的生长环境,更加人道,也会提高肉质和利润。

    请注意,城镇污水污泥沼气化后的残余并不适合做农业废料,因为城镇污水管道废物成分复杂,含重金属。瑞典有用这些残余做建筑材料、垃圾场覆盖材料的经验,值得借鉴。

    城镇化同时也会带来餐饮业和食品加工业的发展。这些行业里的垃圾也和人畜的粪便一样,蕴含着大量的能量,当然也应当用来做沼气生产!像今天看到的上海福喜公司用过期肉类做成的麦当劳、肯德基食品,当然不能让人吃,但把这些做原料生产沼气和肥料挺好的。

    下图是西班牙莱里达(Lleida)的一家养猪场。该场的猪粪是一家能源合作社(Som Energia Cooperativa)生产沼气的原料。请注意猪圈地上的缝隙,猪的粪便会落到下面的采集设施,便于收集利用。
    SpanishPigFarm

    下图是美国弗吉尼亚州切萨皮克的牛粪生产完沼气后的残余(digestate),很好的农业肥料。注意这些粪便经过生产沼气处理后,已无异味。今天刚读到老家的一家养鸭场直接把废物排到村外小河,造成严重污染,街坊村民怨声载道。如果利用鸭粪生产沼气和肥料,这种现象就不会发生。
    ChesapeakeBayDigestate

  • 用以上废料生产沼气,能减少它们在自然环境中的厌氧发酵过程,减少自然界生成并释放的沼气,自然也会减少温室效应。同时,我们用沼气能耗后产生的二氧化碳是carbon neutral的:即我们没有额外往大气层释放温室气体,这是和燃煤、燃油的很大不同,对应对全球气候变化起积极作用。用这种方式产生的能源已经很清洁,再加上该能源自产自销,不需要远程运输,会大大减少输送成本
  • 沼气生产能力的建立也给能源农业的发展提供可能,从而提升一个国家和地区的能源独立和能源安全。能源农业,即energy crop,其产品包括玉米、高粱、小米、杂草等。这些产品可以用来生产沼气,沼气液化后体积成百倍的缩小,非常便于储存和运输。这当然可以作为能源储备,减少从中东、美国、俄国、澳大利亚等地长途进口的石油、煤炭、和天然气。

沼气生产和利用是新兴产业。对环境压力日渐增大、城镇化迅猛发展的发展中国家如中国来说,我以为利用废物生产并利用沼气能源对改善环境、提高生活质量、应对全球气候变化、和提高能源独立安全有深远的意义!

又及:前两天才了解到习近平主席和我一样,也是沼气生产的大力推广者。最近看过习近平主席在2004年接受一家电视台的采访,提到是他在下乡当知青时和村民们一起建起了陕西省的第一座沼气池。整个访谈半小时左右,非常值得观看!习近平很有能力,很靠谱,很优秀。

图片来源:
瑞典斯德哥尔摩公交
瑞典Örebro的公交车
日本横滨污水污泥沼气生产处理设施
西班牙莱里达(Lleida)的一家养猪场
美国弗吉尼亚州切萨皮克的牛粪生产完沼气后的残余(digestate)

2 Comments »

  1. harry Said,

    July 27, 2014 @

    沼气做为新能源, 已经提了二十多年了吧, 记得小时候看电视, 讲那里那里的人们用沼气照明, 烧饭, 奇怪,现在倒基本上不见提了, 应该还是停留在小打小闹水平吧. 在景德镇镇上, 有些事情, 今天一提, 明天全镇就能落实, 另一些事情, 提了几十年, 也没有进展, 提的人和执行的人都心知肚明, 哪些是一定要做的, 哪些是做做姿态的.

  2. Haidong Ji Said,

    July 27, 2014 @

    感觉以前的都是小打小闹,并且没有系列配套的运维支持。现在技术成熟多了,并且更多的人开始有环保意识,多推广,不放弃,只要有人在不懈地努力,我相信做得起来 :)

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