废弃物/农业甲烷控排与资源化利用现状、案例及前景探讨

我国高度重视甲烷控排工作，2007 年我国制定的《中国应对气候变化国家方案》提出控制甲烷排放相关要求；“十二五”和“十三五”的控制温室气体排放工作方案中均提出控制甲烷等非二氧化碳温室气体相关措施；《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》等文件均对甲烷管控做出要求。

2023年11月7日，经国务院同意，由生态环境部等11部门联合印发的 《甲烷排放控制行动方案》 对外发布，作为我国开展甲烷排放管理控制的顶层设计文件，方案明确提出 要推进农业领域甲烷排放控制和畜禽粪污资源化利用，加强垃圾和污水处理甲烷排放控制，支持甲烷利用和减排项目开发用于CCER交易。

近日，生态环境部环境与经济政策研究中心发布了《甲烷排放控制与资源化利用》摘要版报告，《CE碳科技》特整理了农业领域（畜禽粪污）、废弃物（垃圾和污水处理）甲烷排放控制与资源化利用相关内容，重点分析农业领域、废弃物甲烷控制和资源化利用现状，介绍了部分典型案例，并展望了这两大领域甲烷控排工作面临的机遇和挑战，以供业内参考。

1. 农业领域（畜禽粪污 ） 甲烷排放控制与资源化利用

2014 年，我国农业活动甲烷排放 2224.5 万吨，其中动物肠道、水稻种植、动物粪便管理、农业废弃物田间焚烧排放占比分别为 44.3%、40.1%、14.2% 和 1.4%。 以下内容主要关注通过畜禽粪污和农作物秸秆的综合利用实现农业活动甲烷资源化利用。

图1 2016-2022 年沼气工程年产气量

该畜禽养殖沼气工程一期共建有 8 个体积为 3300 立方米的沼气发酵罐,年回收沼气 1095 万立方米、发电量 2190 万千瓦时，发电全部上网，发电机组余热用于厌氧系统增温，无需外加热源，发酵后的沼液用于周边苹果、葡萄、蔬菜地等有机肥料。该项目年减排 6-8 万吨  CO ₂  当量， 成功开发大型畜禽粪污沼气处理清洁发展机制 (CDM) 项目，每年可为企业带来减排收益近 700-800 万元。

牧原集团“养殖-沼肥-绿色农业”一体化循环经济项目。集团将养猪过程产生的粪水进行固液分离，液体进入黑膜池中进行充分厌氧发酵，产生的沼气为厂区供给电力和热力，副产物水肥还田，经固液分离后的猪粪和沼渣进行堆肥发酵、制作有机肥料。2022 年，牧原集团沼气利用量 2531.9 万立方米。

图3 牧原集团种养生态循环示意图

2. 废弃物处理（垃圾和污水）甲烷排放与资源化利用

根据国家温室气体清单信息，2014年中国能源活动、 农业活动和废弃物处理甲烷排放量分别为 2475.7 万吨、2224.5 万吨、 656.4 万吨，占比分别为 44.8%、40.2%、11.9%。虽然相较于能源领域、农业领域，废弃物处理的排放量总量和占比较小， 但是近年来随着排放量持续增加，在甲烷排放中的比重逐步增强。

废弃物处理甲烷排放主要涉及垃圾处理和污水处理两个关联行业。根据国家公布的最新温室气体清单数据，2014 年，我国固体废弃物处理和污水处理排放甲烷分别占甲烷排放总量的 7.0%、4.9%。

生活垃圾填埋场和餐厨垃圾发酵产生的含甲烷气体是废弃物处理甲烷排放控制与资源化利用的重点对象。自 2012 年来，在零填埋政策倒逼下，生活垃圾新增填埋处理规模占比逐年降低，2019 年新增垃圾焚烧处理量首次超过卫生填埋处理量，2021 年全国新增生活垃圾卫生填埋占无害化处置的比例降至 20.97%，生活垃圾处理甲烷排放呈下降趋势，餐厨和厨余垃圾发酵产甲烷项目逐步推广应用，生活垃圾填埋场甲烷利用存量市场空间广阔。

2020 年末全国城市和县城共有垃圾卫生填埋场 1871 座，共有 270 个沼气发电项目装机并网，仅占卫生填埋场数的 14.4%。 餐厨和厨余垃圾甲烷资源化利用市场快速发展，目前全国已投运餐厨垃圾处置项目超过 500 个，日处理能力 300-500 吨的项目超过 100 个。

污水处理甲烷产生量大、资源化利用市场规模潜力较大。 污水处理排放甲烷来自市政生活污水处理伴生污泥、高浓度有机工业废水或高浓度有机混合液的厌氧发酵过程，工业废水为主要来源。废水处理甲烷利用空间逐步释放，截至 2019 年，全国市政污泥厌氧年产甲烷气量约 1.9 亿立方米，全国处理工业废水年回收甲烷气体量约 85亿立方米。

从盈利模式来看，垃圾填埋产生的甲烷有多种资源化途径，目前仍以发电为主。 废弃物厌氧发酵产甲烷可通过发电、售气和有机肥获得收益。根据某填埋场甲烷收集利用的企业公开数据，2022 年其填埋气发电、售热和碳交易收入分别占企业总营业收入的 94.3%、1.1%和1.5%。

根据调研情况，国内从事垃圾填埋气发电装机规模前三的企业分别是百川畅银、中国水业集团有限公司、晟世环能，其项目及发电装机规模情况如图4所示。截至 2022 年底，百川畅银在全国各地投运填埋场填埋气发电项目 107 个，装机 186 兆瓦，全年收集产气约 3亿立方米，在填埋气处理行业市场占有率超过 40%。中国水业集团有限公司为香港上市公司，截至目前，在全国已有 33 个垃圾填埋场填埋气发电项目，总设计装机容量已达 156 兆瓦。晟世环能填理场沼气实际收集量可达到模型预测值的 95%以上,在全国各地运营的垃圾填埋气发电装机量超 100 兆瓦。

图4 国内主要从事垃圾填埋气发电企业及规模

比例坝生活垃圾卫生填埋场于 2005年3月投入试运行，占地面积约 98.33 公顷，采用改良型厌氧填埋工艺。为提高资源利用效率，实现经济效益与生态效益的协同收益，晟世环能受托对已经封场的比例坝填埋场填埋气进行无害化处置，建成了填埋气发电项目。项目设计装机容量9兆瓦，采用填埋气发电工艺，于2022 年 5 月12 日并网发电，满负荷运行状态下年发电量可达 8000 万千瓦时，每年可实现 45 万吨的二氧化碳减排，相当于节约 3 万吨标准煤。

项目占地 52 亩，每天处理餐厨垃圾和厨余垃圾各 200 吨，采用“机械预处理+生物水解+联合厌氧消化+产物利用资源化”处理工艺，产生含甲烷气体用于热电联产。项目设计日产气 2.6 万立方米，热电联产日发电量 5.5 万千瓦时，发电满足自用及余电上网，蒸汽为厂区供能，预处理固渣用于昆虫养殖。

1. 农业领域（畜禽粪污）甲烷排放与资源化利用

近年来在双碳背景下驱动下，以畜禽粪污和农作物秸秆为原料的沼气综合利用前景广阔，备受政策支持。《农业农村减排固碳实施方案》提出推动农业农村废弃物资源化利用，发展生物质能等清洁能源。《“十四五”全国农业绿色发展规划》提出健全畜禽养殖废弃物资源化利用制度和加强畜禽养殖废弃物资源化利用能力建设；促进秸秆燃料化，逐步改善农村能源结构；并制定了 2025 年秸秆综合利用率达到 86% 以上，畜禽粪污综合利用率达到85%的预期目标。

多种农业循环经济模式逐步兴起。全国各地围绕畜禽粪污和秸秆综合利用已形成了多样循环经济模式，如构建了“畜禽粪便—沼气工程—燃料—农户” “畜禽粪便—沼气工程—沼渣、沼液—果（菜）” “秸秆—基料—食用菌” “秸秆—成型燃料—燃料—农户”等模式。

但是农业活动甲烷排放控排与资源化利用面临如下挑战：

一是 畜禽粪污和秸秆收储和转运管理体系运转尚不完善，价格波动较大；

二是 缺乏自主创新的核心技术，部分技术和设备依赖进口，工艺技术有待提升；

三是 项目收益偏低，仅极少数项目在地方政府强力补贴和支持政策下运行良好，社会资本参与热情不高。

2. 废弃物处理（垃圾和污水）甲烷排放与资源化利用

国家政策的鼓励和支持。 《“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》明确提出规范有序开展填埋设施封场治理，着重做好填埋气收集处理等设施建设。在碳达峰碳中和目标下，未来存量垃圾填埋场的规范收集和甲烷资源化利用有望进一步加强。

第三方治理能力水平逐步提高。 原环境保护部出台《关于推进环境污染第三方治理的实施意见》，并编制了《环境污染第三方治理合同（示范文本）》来规范第三方治理服务。 此外，随着填埋气治理项目数量不断增加，行业内企业在项目建设、日常运营等方面经验逐步积累，技术水平逐步提升，行业发展空间将进一步扩展。

此外，全国碳市场的持续完善将给处于盈亏平衡线上的甲烷资源化利用企业带来新的盈利增长点，有望强力促进各重点领域甲烷的排放控制与资源化利用。

但废弃物处理（垃圾和污水）甲烷排放与资源化利用面临如下挑战：

一是 废弃物处理甲烷收集、提纯技术经济成本相对较高；

二是 新增生活垃圾“零填埋”政策导向下新增垃圾填埋量下降，存量垃圾填埋场产气量呈“前高后低”趋势，削弱行业资源化利用前景；