碳中和背景下农业生物质能源发展路径

碳中和背景下农业生物质能源发展路径

农业生物质资源所囊括的范围较为广泛，主要包括作物秸秆、畜禽粪便、农产品加工剩余物以及能源作物等。据中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所调研结果，2020年中国秸秆的产生量达到了8.56亿吨，可收集量为7.22亿吨。畜禽粪便(牛、猪、鸡等)资源总量达8.5亿吨，折合标准煤约8000万吨。据《2023年度全国可再生能源电力发展监测评价报告》显示，截至2023年底，全国生物质发电装机容量达0.44亿千瓦，发电量达1980亿千瓦时，占全国总发电量的2.1%。农业生物质能源利用规模虽持续扩大，但在可再生能源中占比相对较小，仍有较大发展空间。 

  一、农业生物质能源转化技术分析

农业生物质能源转化包含热解炭化、厌氧发酵、气化以及直接燃烧4种技术。

1.热解炭化技术

热解炭化是在250～750℃的限氧环境中开展，借助对温度、升温速率等工艺参数加以控制，可产出生物质炭、生物油以及可燃气这3种产物，其中生物质炭的热值可达到25～ 30 MJ/kg，有产品多样以及原料适应能力强的优点。不同温度和升温速率下，产物比例会发生变化。例如，在较低温度（250～400℃）下，生物质炭的产率较高，而在较高温度（600～750℃）下，可燃气的产率增加。

2. 厌氧发酵技术

厌氧发酵技术主要用于畜禽粪便等高水分生物质，在35～55℃的条件下历经水解、酸化等阶段，借助微生物的作用产生沼气，其热值可达21～25 MJ/m3，同时所产生的沼渣沼液可当作有机肥料。不同类型的生物质对发酵条件（如温度、pH值）有不同要求。例如，鸡粪的高浓度发酵技术可显著提高沼气产量。

3.   气化技术

气化技术是在600～1000℃的高温环境中将生物质转化为CO、H2等可燃气体，气化效率可达到85%，适宜进行规模化能源利用，尤其在能源需求集中的区域，可显著提高能源利用效率。

4. 直接燃烧技术

直接燃烧是在800～1000℃的完全氧化条件下达成，以循环流化床锅炉的应用最广，有燃烧效率较高、污染物排放较低等优势，适合于大规模供热和发电场景。

二、农业生物质能源综合利用模式构建

1. 农村分布式能源综合利用模式

该模式基于“就地收集-就近转化-就地利用”原则构建的能源供给体系。以北京通州区生物质气化集中供气项目为例，项目始于2008年，以玉米秸秆、果木枝为原料，采用固定床气化炉工艺生产清洁燃气，热值达4.6～5.0 MJ/m3，符合国家标准。项目已覆盖马驹桥镇等5个村庄，并建成9处集中供气工程，配套太阳能路灯、节能吊炕等设施，形成多能互补系统。项目采取“政府补贴+企业运营+农户参与”模式，气化设备国产化率超95%。政府补贴主要用于设备购置和初期运营成本，企业通过燃气销售和副产品（如木炭）获取收益，农户则通过提供原料（秸秆等）获得额外收入。作为“煤改清洁能源”示范工程，该模式已形成标准化推广路径[1]。

2. 规模化生物质能源转化模式

该模式以集约化、产业化为核心，通过构建覆盖县域的原料收储网络与能源生产集群实现资源高效利用。以北京延庆生物质颗粒项目为例，依托龙基能源集团，借助“村级收集点 + 林场集中站”体系对园林废弃物和秸秆资源加以整合，运用环模制粒技术生产生物质颗粒燃料，燃烧效率可达88%，排放达北京超低标准。项目创新采用“生物质+光伏”多能互补系统，屋顶光伏满足30%生产用电，并开发炭基肥等副产品。在政府补贴与碳交易支持下，燃料成本相较于煤炭低35%，投资回收期约为6年。截至2024年中国已有580余个类似项目，为北方地区农林废弃物资源化提供了可复制的产业化方案。

3.  农业生态循环利用模式

该模式通过整合种养加工环节实现资源闭环流动。如北京德青源沼气发电工程，以蛋鸡养殖为核心，构建起“养殖-沼气-种植”循环链。项目运用高浓度沼气发酵技术处理鸡粪污水，沼气既能满足厂区能源需求，还可为周边温室供暖，沼渣制成有机肥还田，实现资源的梯级利用。该项目采用国产化热电联产设备与智能发酵控制系统，依托碳交易及有机肥销售，投资回收期在6～8年，政府补贴占建设成本40%。此模式已在平谷“生态桥”、房山窦店等多地推广，被纳入北京“生态农场”标准体系。

 三、推进农业生物质能源综合利用的建议

1.  完善政策支持体系，构建多元激励机制

各地应结合自身农业资源禀赋、经济发展水平及技术基础，制定差异化支持政策。例如，东北粮食主产区应重点支持秸秆能源化利用并给予收储运补贴。华北设施农业区应侧重发展分布式供热，加大清洁供暖设备补贴。南方养殖大县要主推沼气工程，并设立粪污处理专项资金。同时按项目发展阶段精准扶持，对技术成熟项目以碳交易、绿证交易等市场化机制为主，对创新示范项目通过设备和运营补贴降低风险，对边远地区民生项目加大财政支持[2]。制定符合本地实际的发展规划，建立金融机构、保险机构参与的多元化支持体系，形成“政府引导、市场运作、金融支持”的良性发展机制。

2.创新产业运营模式，提升市场竞争能力

实现生物质能源产业可持续发展，必须立足区域实际创新商业模式。根据不同地区资源特点和市场需求，采取差异化运营策略。例如，大型农场集中地区适合“公司+基地”模式，借助智能化平台整合收储物流；小农户为主地区适合“企业+合作社+农户”模式，依托合作社组织原料收购；城郊型农业区可发展“能源+生态+农业”模式，通过产业链延伸提升效益。在经济发达地区，应鼓励龙头企业通过兼并重组做大做强，带动产业规模化发展；在欠发达地区，可由政府引导建立区域性服务平台，降低企业运营成本。建议企业因地制宜选择适合本地实际商业模式，并通过数字化改造提升运营效率，实现可持续发展。

3.  优化技术创新路径，提高转化利用效率

技术创新是推动生物质能源产业高质量发展的核心动力。在农业大省，应重点突破秸秆低成本收储运及规模化转化技术，并开发适配当地的机械化收集设备。在工业发达地区，需深化生物质能源与化工产业融合，发展生物基化学品及新材料[3]。在能源需求集中区域，重点研发生物质多能互补系统，提升综合能源利用效率。可依托区域优势科研院所，建立产学研协同创新平台，加快技术成果转化与装备国产化进程。同时，针对不同地区环保要求，开发相应污染控制技术，确保实现清洁高效转化。

  四、结语

农业生物质能源综合利用是实现农业碳中和的重要途径，对于优化能源结构以及推动农业绿色发展具有重要价值。各相关主体需要加速构建契合不同区域特征的生物质能源转化利用体系，借助政策引导、模式创新以及技术攻关等方式，促使农业生物质能源产业朝着规模化、高值化方向发展。这不仅可以提升农业资源利用效率，还可带动农村产业升级，增加农民收入，为农业可持续发展和乡村振兴战略实施提供有力支撑，助力国家实现碳达峰碳中和目标。

参考文献：

[1]范苏敏.京津冀农业生物质能开发潜力与影响因素研究[D].天津:天津理工大学,2024.

[2]刘晓雨,潘根兴.生物质炭农业应用与碳中和[J].科学,2021,73(6): 27-29.

[3]霍丽丽,赵立欣,姚宗路,等.农业生物质能温室气体减排潜力[J].农业工程学报,2021,37(22):179-187.