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摘自《中國(guó)沼氣》第5期 A K P Meyer, E A Ehimen, J B Holm-Nielsen

歐盟2030年的氣候能源的政治目標(biāo)是減少溫室氣體排放40%,可再生能源的裝機(jī)容量占整個(gè)歐盟能源供應(yīng)的27%,能效將提高27%。由于沼氣袋沼氣作為一種能源載體不僅靈活易儲(chǔ)存,而且生物來(lái)源多樣,應(yīng)用廣泛且成熟(供熱、交通、發(fā)電),因此預(yù)測(cè)沼氣袋沼氣將在實(shí)現(xiàn)這些能源目標(biāo)方面發(fā)揮重要作用。厭氧發(fā)酵技術(shù)產(chǎn)沼氣袋沼氣由于其主要設(shè)計(jì)配置和途徑穩(wěn)定,仍然是生產(chǎn)生物質(zhì)能的有效路徑,應(yīng)用廣泛。厭氧消化有多種用途,它提供處理平臺(tái)減少?gòu)?fù)雜有機(jī)物,把大部分分子轉(zhuǎn)化成單體,即甲烷和二氧化碳(沼氣袋沼氣),能用于各種能源領(lǐng)域。第二,厭氧發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)豐富的沼渣沼液能夠回收用作農(nóng)田的有機(jī)肥,替代使用日益頻繁的化肥,減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響(即營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)管理和控制不當(dāng)造成的淡水系

在2000年到2015年期間,歐盟的沼氣袋沼氣產(chǎn)量增長(zhǎng)了七倍(見(jiàn)表1)。2015年,污水污泥氣和填埋氣分別占總產(chǎn)氣量的17%和9%,而厭氧消化中(分散式農(nóng)業(yè)廢棄物沼氣袋沼氣工程、集中式多元物料混合消化工程、城市固體廢棄物甲烷化)產(chǎn)生的沼氣袋沼氣占總產(chǎn)量的74%

自2010年起,歐洲沼氣袋沼氣產(chǎn)量的50%來(lái)自德國(guó)。  由于德國(guó)的上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼政策很具吸引力,該國(guó)的  沼氣袋沼氣生產(chǎn)發(fā)展迅速。然而德國(guó)的沼氣袋沼氣生產(chǎn)的主要原  料是玉米,令人擔(dān)心的是集約種植單一品種的能源  作物對(duì)環(huán)境存在潛在危害。所以近年來(lái)的討論集中  于選擇沼氣袋沼氣生產(chǎn)的原料,特別是是否應(yīng)該使用能源作物。之前的大量研究顯示使用能源作物產(chǎn)沼氣袋沼氣會(huì)引起負(fù)面的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。因此,能源作物作為沼氣袋沼氣生產(chǎn)的主要原料將逐漸退出舞臺(tái),需要找到替代來(lái)源。為確保沼氣袋沼氣生產(chǎn)的可持續(xù)性,對(duì)環(huán)境、自然、氣候和當(dāng)前的食物生物材料生產(chǎn)鏈產(chǎn)生積極影響,應(yīng)該慎重考慮原料供應(yīng),以支撐歐洲沼氣袋沼氣發(fā)展。

2010年,歐洲生物質(zhì)能項(xiàng)目(BEE)發(fā)布了一項(xiàng)報(bào)告,該報(bào)告比較了70多篇評(píng)估生物質(zhì)能的文章。其中42篇涉及全球和國(guó)家層面農(nóng)業(yè)和有機(jī)廢棄物的潛力,也重點(diǎn)關(guān)注了歐盟的能源潛力。BEE發(fā)現(xiàn)其中許多研究沒(méi)有明確定義農(nóng)業(yè)廢棄物的具體類(lèi)型(例如畜禽糞便的類(lèi)型),只有少量研究運(yùn)用了空間數(shù)據(jù)繪制出生物質(zhì)的分布地圖。2012年,生物質(zhì)末來(lái)項(xiàng)目發(fā)布了《歐盟生物質(zhì)潛力地圖集》。作者總  結(jié)出生物質(zhì)的最大潛力在于農(nóng)業(yè)廢棄物,包括糞便、  秸稈、永生作物的剪枝。總體來(lái)說(shuō),到2030年農(nóng)業(yè)  生物質(zhì)的潛力大約在4400PJ。畜禽糞便是生產(chǎn)沼  氣的理想原料,因?yàn)榕c傳統(tǒng)的糞便處理方式相比,列

用禽糞便產(chǎn)沼氣袋沼氣能夠結(jié)合能源生產(chǎn)、營(yíng)養(yǎng)回收、甲  嫦和二氧化氮減排等目的。由于畜禽糞便含水率  高,因此以畜禽糞便作為沼氣袋沼氣工程的唯一原料經(jīng)濟(jì)  可行度不高。有資料顯示,綠色蔬菜即喬本科與畜  糞便混合消化時(shí)能提高沼氣袋沼氣產(chǎn)量18%-40%,與  麥秸稈、水稻秸稈、玉米秸桿等農(nóng)作物廢棄物混合  化時(shí)能提高10%~80%,具體取決于預(yù)處理?xiàng)l件  和干物質(zhì)含量。因此,為維持和推動(dòng)歐洲沼氣袋沼氣領(lǐng)域  的發(fā)展,能否獲得這種農(nóng)業(yè)廢棄物及其分布是值得  探尋的方面。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物能很好的與歐盟關(guān)于  推動(dòng)可再生能源的指導(dǎo)相結(jié)合。關(guān)于固態(tài)和氣態(tài)生  物質(zhì)發(fā)電、供熱和制冷有一系列非約束性的建議1)與化石燃料相比,生物質(zhì)能應(yīng)確保降低溫室氣體至少35%(2017年這一比例提高到50%,2018年新建的沼氣袋沼氣工程應(yīng)減少60%溫室氣體排放)。2)不應(yīng)使用高碳儲(chǔ)量的土地和生物多樣性豐富的土地生產(chǎn)的資源。

歐盟委員會(huì)的第2條建議指出不能因?yàn)樯a(chǎn)能  源作物給土地帶來(lái)負(fù)面影響,導(dǎo)致生物多樣性喪失  和物種滅絕。但這些建議都沒(méi)有考慮在農(nóng)田生產(chǎn)生  物質(zhì)(直接和間接)會(huì)引發(fā)大量施肥、大量使用淡水  和土壤侵蝕,從而導(dǎo)致斯特芬等人提出的邊界跨越。  與現(xiàn)有研究不同,本研究關(guān)注的焦點(diǎn)僅在于選  取的具體農(nóng)業(yè)廢棄物的生物質(zhì)和沼氣袋沼氣能源潛力,研  究顯示這些農(nóng)業(yè)廢棄物在沼氣袋沼氣生產(chǎn)中混合消化能提  高沼氣袋沼氣產(chǎn)量。研究中評(píng)估的原料是源于永久和輪作  草地的多余牧草、谷物秸稈和牛糞、豬糞、以及禽糞。

數(shù)據(jù)和方法

1.1生物質(zhì)類(lèi)型

評(píng)估生物質(zhì)能生產(chǎn)或生物質(zhì)原料的可持續(xù)性是重要的,特別是考慮上述顧慮與生物質(zhì)可持續(xù)生產(chǎn)相關(guān)。本研究評(píng)估的生物質(zhì)不能說(shuō)各方面都是可持續(xù)的,因?yàn)樗鼈兊淖罱K使用效果取決于當(dāng)?shù)胤N植條件、收割、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和最終轉(zhuǎn)化技術(shù)等因素。然而,這些生物質(zhì)的總體情況是它們對(duì)環(huán)境的影響較小,如果以高效、尊重自然和環(huán)境的方式處理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物,那么它們具有可持續(xù)性。本研究不涉及僅  用于能源生產(chǎn)的能源作物,強(qiáng)調(diào)農(nóng)田因優(yōu)先種植糧食、原料(生物基)和生產(chǎn)飼料。

1.2評(píng)估畜禽糞便量和沼氣袋沼氣能源潛力  為估算出2030年歐盟28國(guó)的糞便量,取歐盟  統(tǒng)計(jì)局登記的2011年至2015年期間牛(頭數(shù))、豬

(頭數(shù))、家禽(被屠宰的數(shù)量)的平均數(shù)量作為基  值。以歐洲和中亞肉、奶、和奶制品的預(yù)計(jì)量估算  2030年的牲畜數(shù)量。預(yù)計(jì)牛肉和奶牛的年增長(zhǎng)率  分別為0.32%和0.33%,而豬肉和家禽的年增長(zhǎng)率  分別為0.47%和1.24%。根據(jù)動(dòng)物年齡和飼養(yǎng)目  的(產(chǎn)奶或產(chǎn)肉)區(qū)分豬和牛的糞便量。評(píng)估家禽  糞便量時(shí)要區(qū)分家禽的種類(lèi):雞、肉雞、鴨、火雞、鵝。  使用美國(guó)農(nóng)業(yè)工程師學(xué)會(huì)(ASAE)的標(biāo)準(zhǔn)估算畜禽  糞便量(糞尿)。糞便總量用總固體表示(TS),代表  糞尿中的干物質(zhì)。產(chǎn)肉動(dòng)物的糞便產(chǎn)量根據(jù)每個(gè)  “成品動(dòng)物”的排便量來(lái)估算。其他動(dòng)物的糞便產(chǎn)  量根據(jù)每頭動(dòng)物每天的排出的糞便計(jì)算。然而,只  有動(dòng)物存欄期間收集的糞便能用于能源轉(zhuǎn)化。而存  欄期取決于當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)方式,因此跟隨具體的農(nóng)場(chǎng)  飼養(yǎng)方式有所變化。傳統(tǒng)的飼養(yǎng)方法意味著動(dòng)物的  大部分生命周期都在牲畜棚里度過(guò)。但牛是例外。  放牧是喂養(yǎng)牛的傳統(tǒng)方式。但根據(jù)氣候、地形、牛種  和農(nóng)場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)施不同,歐洲各國(guó)的放牧飼養(yǎng)方式也  有所不同。然而,正因?yàn)轲B(yǎng)牛有放牧的傳統(tǒng),因此牛  的存欄時(shí)間比豬和家禽短。考慮到這一點(diǎn),設(shè)想了  3種不同的糞便可用性,見(jiàn)表2。然而厭氧發(fā)酵中獲  得的沼氣袋沼氣實(shí)際產(chǎn)量會(huì)根據(jù)幾個(gè)因素而變化,即糞便  在沼氣袋沼氣工程中的停留時(shí)間、飼料組分、用作沼氣袋沼氣生產(chǎn)  之前的儲(chǔ)存時(shí)間和管理。根據(jù)估計(jì)的沼氣袋沼氣量,取  21.6MJkg-的低熱值來(lái)估算能源潛力。假設(shè)沼氣袋沼氣  用于轉(zhuǎn)化效率為85%的熱電聯(lián)產(chǎn)工程中,則能源潛

力下降15%

1、3評(píng)估輪作和永久草地中未使用的牧草量和沼氣袋沼氣能源潛力  草地在歐洲農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中扮演重要角色,是牲畜  生產(chǎn)的飼料來(lái)源。草地在防止?jié)撛谪?fù)面環(huán)境影響方  面也有至關(guān)重要的作用,例如防止土壤碳存量減少  溫室氣體排放、水土流失、促進(jìn)生物多樣性等方面。  在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,牧草主要用于養(yǎng)牛(肉牛或奶牛)  和養(yǎng)羊。能用于產(chǎn)沼氣袋沼氣的多余牧草還包括未利用或  低產(chǎn)量草地中的牧草,以及太過(guò)成熟而用作動(dòng)物飼

料價(jià)值太低的牧草。如果牧草沒(méi)有其他經(jīng)濟(jì)用途,則是多余的副產(chǎn)品或廢棄物。以下部分重點(diǎn)討論兩種類(lèi)型草地的預(yù)計(jì)生物質(zhì)量和能源潛力。

1.3.1輪作草地

歐盟統(tǒng)計(jì)局登記了歐盟成員國(guó)的臨時(shí)性輪作草地。利用這些數(shù)據(jù)估算該來(lái)源的能源潛力。輪作草地的產(chǎn)草量會(huì)根據(jù)氣候條件變化。土壤類(lèi)型和管理措施也會(huì)影響草的產(chǎn)量。臨時(shí)草地的產(chǎn)草量主要用作反芻動(dòng)物的飼料,因此不是所有的牧草能都用于能源生產(chǎn)。

為了評(píng)估數(shù)量,設(shè)想了3種情況來(lái)估算從輪作型草地中獲得的且能用于能源生產(chǎn)的草量。3種情況假設(shè)見(jiàn)表3。所有前景都假設(shè)儲(chǔ)存過(guò)程中會(huì)有25%的總固體(T)流失,揮發(fā)性固體占總固體中的比例為92%。假定常溫常壓下(298K和101.3kPa)298Lkg的揮發(fā)性固體的甲烷產(chǎn)量。根據(jù)估算的甲烷量,取較低熱值6MJ·kg-估算能源潛力。假設(shè)把甲烷運(yùn)用于轉(zhuǎn)化效率為85%的熱電聯(lián)產(chǎn)工程中,則能源潛力下降15%

關(guān)于輪作草地未來(lái)的發(fā)展沒(méi)有具體預(yù)測(cè)。但預(yù)計(jì)牲畜數(shù)量會(huì)增多,因此草量也將會(huì)增長(zhǎng)。農(nóng)業(yè)領(lǐng)域0.33%的年增長(zhǎng)率是指牛肉和奶制品的年增長(zhǎng)率,利用這個(gè)增長(zhǎng)率預(yù)測(cè)2030年輪作草地的潛力。1.3.2永久草地和草甸

歐盟統(tǒng)計(jì)局登記了歐盟國(guó)家所有的永久草地和草甸。本研究使用這個(gè)數(shù)據(jù)估算永久草地的生物質(zhì)能潛力。部分登記的永久草地和草甸被認(rèn)定為未使用,因此假設(shè)整個(gè)區(qū)域的牧草都可收割作為生物質(zhì)產(chǎn)沼氣袋沼氣。永久草地和草甸是許多動(dòng)植物的開(kāi)放式棲息地。如果由于牲畜數(shù)量減少,這些地區(qū)不用于生產(chǎn)飼料,則可為能源生產(chǎn)提供原料,以維持草地的特征和生物多樣性。

而歐盟統(tǒng)計(jì)局定義為“已使用”的永久草地和草甸則只能部分用于能源生產(chǎn),因?yàn)樗鼈円獮樯筇峁╋暳稀８鶕?jù)歐洲共同農(nóng)業(yè)政策,歐盟成員國(guó)農(nóng)

業(yè)區(qū)域中至少5%的土地應(yīng)為永久草地。未來(lái)幾十  年,如果這一政策不發(fā)生改變,那么永久草地和草甸  的面積將與2011年到2015年的平均面積持平。永  久草地和草甸的面積大幅增長(zhǎng)的可能性很小,因?yàn)?nbsp; 要使用更多的土地滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)目標(biāo)。為評(píng)估永久草地  產(chǎn)草的未來(lái)能源潛力,本研究設(shè)想了3種前景,反應(yīng)出能夠用于能源生產(chǎn)的草量。這些前景背后的假設(shè)  見(jiàn)表4。所有前景都假設(shè)儲(chǔ)存階段會(huì)丟失25%總固體,并假定總固體中的揮發(fā)性固體為92%。運(yùn)用常溫常壓(298K和101.3kPa)下總揮發(fā)性固體150L·kg的甲烷產(chǎn)量估算能源潛力,與之前的研究中總揮發(fā)固體物質(zhì)為60~309L·kg和155-293L…kg得到的甲烷含量相似。得到甲烷的估計(jì)量之后,再用36MJkg-的低熱值來(lái)估算能源潛力。假設(shè)甲烷用于轉(zhuǎn)化效率為85%的熱電聯(lián)產(chǎn)工程,那么能源潛力會(huì)下降15%。

1.4評(píng)估谷物生產(chǎn)的秸稈量和能源潛力  谷物生產(chǎn)中獲得的秸稈廢棄物通常被認(rèn)為是農(nóng)  業(yè)副產(chǎn)品。秸稈的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值低,因此不適合用作牲  畜飼料,人們常常把秸稈留在田地增加土壤碳存量,  或用于牲畜棚和床,或者園藝方面。秸桿即使是用于牲畜棚,也需要定期處理。

盡管與其他原料相比,秸稈要達(dá)到最高甲烷產(chǎn)量,需要更多的機(jī)械、熱化學(xué)和生物等預(yù)處理,以減少停留時(shí)間,但它仍然是適合厭氧發(fā)酵的原料。

谷物生產(chǎn)中獲得的未使用的秸稈是未來(lái)歐洲沼氣袋沼氣領(lǐng)域發(fā)展的資源。1990到2013年之間,歐洲谷物生產(chǎn)占?xì)W洲農(nóng)業(yè)用地的26%~38%,而2000到2013年之間,這一比例上升至31%-38%之間。因此谷物生產(chǎn)的秸稈是沼氣袋沼氣生產(chǎn)的一大原料來(lái)源。利用谷物到秸稈的總固體的比率估算歐洲秸稈的熱產(chǎn)量。本研究發(fā)現(xiàn)比率在1:0.62到1:10之間。然而,技術(shù)產(chǎn)量預(yù)計(jì)低一些,取決于收割機(jī)械和與土壤有機(jī)物相關(guān)的環(huán)境制約因素。

運(yùn)用2011年到2015年的谷物年均生產(chǎn)數(shù)據(jù)作  為基值估算歐盟28國(guó)的秸稈潛力。根據(jù)歐洲和中  亞谷物生產(chǎn)的預(yù)測(cè),谷物生產(chǎn)的年增長(zhǎng)率為1.1%。  選擇研究中最低糧食秸稈比率1:0.62,為了反映能  獲得多少秸稈的樂(lè)觀前景。而中等和悲觀的情況下秸稈產(chǎn)量會(huì)分別下降10%到20%。如果部分秸稈用于其他用途,那么估計(jì)產(chǎn)量將分別下降10%,20%和30%。所有前景都假設(shè)儲(chǔ)存過(guò)程中的總固體損失率為15%。揮發(fā)性固體占總固體的比例為95%。估算歐盟國(guó)家秸稈潛力的各種假設(shè)見(jiàn)表

在所有前景中假設(shè)在常溫常壓(298K和101.3  kPa)下總固體揮發(fā)物2421kg的甲烷產(chǎn)量,以估  算沼氣袋沼氣產(chǎn)量。根據(jù)估算的甲烷量,取低熱值36  Mkg來(lái)估算能源潛力。假設(shè)甲烷用于能源轉(zhuǎn)化  率為85%的熱電聯(lián)產(chǎn)工程,則能源潛力下降15%。2結(jié)果和討論

2.1畜禽糞便的生物質(zhì)潛力

2030年,歐盟成員國(guó)糞便中總固體的潛力預(yù)計(jì)在83-122MJkg之間,取決于使用的生物質(zhì)可用性前景。可獲得的糞便分布見(jiàn)圖1-圖3。

牛糞(以總固體表示)的潛力在63-88Mty1之間,而豬糞和禽糞(以總固體表示)分別為18-23My和8-11My。根據(jù)使用的可用性前景,

2030年歐洲的牛、豬、禽糞通過(guò)厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的總能源潛力在60~890PJy之間。其中豬糞在320420PJ·y之間,牛糞在280~390時(shí)y之間,禽糞在60~80PJy1之間。歐盟成員國(guó)畜禽糞便產(chǎn)沼氣袋沼氣的能源潛力分布見(jiàn)圖4~圖6

畜禽糞便是沼氣袋沼氣的主要碳來(lái)源。畜禽糞便厭氧

發(fā)酵不會(huì)減少沼液沼渣中的營(yíng)養(yǎng)物,而且沼肥特性甚至優(yōu)于糞便原料。因此使用畜禽糞便厭氧發(fā)酵不

會(huì)與農(nóng)業(yè)需要糞肥的訴求相互競(jìng)爭(zhēng)或發(fā)生沖突。使  用畜禽糞便的實(shí)際溫室氣體平衡取決于原料地到沼  氣工程的運(yùn)輸距離。因此這一過(guò)程中的溫室氣體排  放量取決于當(dāng)?shù)厍闆r。然而,在有效管理的情況下,  禽糞便可作為產(chǎn)沼氣袋沼氣的可持續(xù)原料

2.2多余牧草的生物質(zhì)和能源潛力  2030年歐盟28國(guó)的永久性和輪作性草地的多余牧草以總固體表示在20-11M之間,具體取決于潛力的分布(圖7~圖12),這個(gè)分布圖顯示,歐  洲利用多余牧草來(lái)生產(chǎn)能源的潛力巨大,其中法國(guó)  英國(guó)和西班牙的潛力最大,而從永久草地和草甸中  獲得的能源潛力為70~370Py,占牧草生產(chǎn)的最大比例。  3種前景背后的假設(shè)對(duì)結(jié)果有重大影響。可用  于生產(chǎn)沼氣袋沼氣的實(shí)際可獲得的牧草取決于當(dāng)?shù)厍闆r、  管理措施、未來(lái)趨勢(shì)和反芻動(dòng)物的發(fā)展趨勢(shì)。遺憾

的是,歐盟地區(qū)已經(jīng)用于沼氣袋沼氣生產(chǎn)的牧草的比例沒(méi)  有得到普遍確認(rèn)。但一些國(guó)家已經(jīng)使用牧草作為沼氣袋沼氣生產(chǎn)的原料,即德國(guó)。

另一個(gè)因素會(huì)影響未來(lái)牧草的可用性,即當(dāng)前  人類(lèi)的飲食消費(fèi)結(jié)構(gòu)。人們的飲食普遍以肉為主,歐盟國(guó)家尤為如此,每日能量攝入高于平均而越來(lái)越受到爭(zhēng)議。減少這種飲食模式可能會(huì)減少對(duì)種植牲畜飼料的肥沃土地的需求。長(zhǎng)期來(lái)看,到2050年人類(lèi)飲食消費(fèi)結(jié)構(gòu)會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槿馐硿p少和素食增多。2.3谷物生產(chǎn)獲得的秸稈

2030年歐盟的秸稈的生物質(zhì)和能量潛力見(jiàn)圖13-圖18。該圖表顯示,整個(gè)歐洲會(huì)大面積生產(chǎn)谷物,總共有4900萬(wàn)公頃的土地將用于種植谷物。秸稈廢棄物的生物質(zhì)潛力(以總固體表示)大約在70到135Mt之間,取決于使用的秸稈可用性前景。歐盟國(guó)家谷物生產(chǎn)中可獲得的秸稈相應(yīng)的能源產(chǎn)量在440~850PJ·y-之間,取決于使用的秸稈可用性前景。即使設(shè)想低秸稈可用性,潛在的能源產(chǎn)量也巨大,幾乎相當(dāng)于整個(gè)歐盟2015年的沼氣袋沼氣產(chǎn)量。考慮到秸稈通常被認(rèn)為是廢棄物或副產(chǎn)品,沒(méi)有或農(nóng)業(yè)使用價(jià)值低,通過(guò)厭氧消化或其他復(fù)雜的技術(shù)處理,歐洲秸稈的實(shí)際潛力將在可再生能源生產(chǎn)中扮演重要角色。

正如2.4討論的那樣,只有可通過(guò)技術(shù)手段收割和環(huán)境可持續(xù)的秸稈才能可用作能源生產(chǎn)。實(shí)際的秸稈產(chǎn)量根據(jù)本研究中的假設(shè)產(chǎn)量的變化而變化,取決于生產(chǎn)場(chǎng)地條件和收割機(jī)械。但本研究中假設(shè)的產(chǎn)量范圍還是有可能實(shí)現(xiàn)的。沒(méi)有其他用途的秸稈比例也隨估算的不同而變化。實(shí)際用于能源

生產(chǎn)的比例取決于歐洲國(guó)家農(nóng)場(chǎng)的傳統(tǒng),也取決于他們是否愿意使用秸稈生產(chǎn)沼氣袋沼氣。因此難以評(píng)估實(shí)

際能源潛力的確切范圍。然而在歐盟使用秸稈生產(chǎn)  能源無(wú)疑是潛力巨大的,能幫助該地區(qū)達(dá)到可再生  能源的政策目標(biāo)。

4畜禽糞便、秸稈和多余牧草的能源潛力

圖19~圖21呈現(xiàn)了各國(guó)2030年各種生物質(zhì)  的能源潛力。表6中呈現(xiàn)了具體數(shù)據(jù)。在2030年,  歐盟28國(guó)從這些資源中獲得的總能源潛力在1.2  103PJy1-2.3×103PJy之間,取決于各種類(lèi)  型生物質(zhì)的可用性。前景中預(yù)計(jì)的能源潛力代表低  原料可用性,相比2015年歐洲的沼氣袋沼氣生產(chǎn)翻了  番。法國(guó)、德國(guó)和英國(guó)擁有最大的能源潛力,分別為  300-540P·y-,250~400PJ·y-和90-~20P·y-1  就德國(guó)來(lái)說(shuō),這意味著在不降低沼氣袋沼氣總產(chǎn)量的情況  下,這一能源潛力足夠可持續(xù)地替代或補(bǔ)充能源玉  米。2015年,法國(guó)和英國(guó)生產(chǎn)的沼氣袋沼氣分別為20PJ  和90P。因此,本研究評(píng)估的生物質(zhì)代表了能擴(kuò)大

大,分別為40-840P·y和670~890P…y。  永久草地和草甸的牧草預(yù)計(jì)為10-60Py  使用從永久草地和草甸的牧草很有優(yōu)勢(shì),因?yàn)?nbsp; 不用專(zhuān)門(mén)培養(yǎng)土壤,還能防止因不使用土地造成的  生物多樣性丟失。水久草地和草甸的獲取的牧草有

以下作用:1)保護(hù)自然;2)提供可再生能源原料;  3)通過(guò)沼渣沼液把永久草地的營(yíng)養(yǎng)循環(huán)至耕作的

畜禽糞便厭氧發(fā)酵對(duì)環(huán)境有很多益處,但由于  糞便中含水率高,因此,從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)說(shuō),僅用糞便

運(yùn)行沼氣袋沼氣工程不可行。在以畜禽糞便為主的沼氣袋沼氣設(shè)

備中使用多元物料混合消化能提高沼氣袋沼氣和甲烷產(chǎn)  量,因而得到大力推廣。歐盟成員國(guó)中的大部分國(guó)

家都使用本研究評(píng)估的畜禽糞便、牧草和秸稈,因此

采用多元物料混合消化的方式是可能的,能提高沼

氣生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)可行性

2.5總結(jié)討論和前景

歐盟委員會(huì)的目標(biāo)是到2030年可再生能源占  歐盟總能源供應(yīng)的27%-30%。如果本研究預(yù)測(cè)的能源潛力能夠?qū)崿F(xiàn),沼氣袋沼氣則能比當(dāng)前發(fā)揮更大的作用。廢棄物產(chǎn)沼氣袋沼氣的潛力相當(dāng)于2002到2015年平均總能源消耗的2%~3%,相當(dāng)于2015年的可再生能源總消耗的14%-26%。

如果沼氣袋沼氣領(lǐng)域繼續(xù)快速增長(zhǎng),那么畜禽糞便、秸稈或牧草的能源潛力能將占整個(gè)未來(lái)沼氣袋沼氣生產(chǎn)的很大部分。如果沼氣袋沼氣生產(chǎn)要像過(guò)去幾十年那樣持續(xù)增長(zhǎng),那么還需要其他資源。沼氣袋沼氣領(lǐng)域的實(shí)際發(fā)展仍然深對(duì)受歐洲沼氣袋沼氣生產(chǎn)者的監(jiān)管框架的影響,并且今天仍然很大程度上依靠補(bǔ)貼。評(píng)估的生物質(zhì)都是作物和農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的廢棄物,那么它的可用性取決于未來(lái)歐洲農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。人口數(shù)量變化、組成、飲食偏好會(huì)降低一些作物的可用性,并創(chuàng)造新的生物質(zhì)資源和能源廢棄物。這個(gè)發(fā)展深受歐洲政治局勢(shì)的影響,因此難以預(yù)測(cè)未來(lái)的變化。但由于氣候和環(huán)境面臨著重要挑戰(zhàn),推動(dòng)可持續(xù)能源供應(yīng)的行動(dòng)不可能減不

除了這些資源的可用性,資源的能源潛力還取決于農(nóng)戶(hù)獲得這些資源的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性。如果要有效利用生物質(zhì)資源,需要進(jìn)一步發(fā)展技術(shù),推動(dòng)執(zhí)行。與大量種植能源作物相比,使用農(nóng)業(yè)廢棄物是可持續(xù)的,因此為有效使用農(nóng)業(yè)廢棄物提供財(cái)政補(bǔ)貼是合情合理的。這將會(huì)刺激公私合作的經(jīng)濟(jì)模式,讓收割自然草地或使用廢棄物產(chǎn)沼氣袋沼氣經(jīng)濟(jì)上更

可行。

正如之前部分討論的那樣,一系列不確定因素制約本研究的結(jié)果。本研究呈現(xiàn)出的結(jié)果基于歐盟統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù),這也是一項(xiàng)不確定因素。歐盟統(tǒng)計(jì)局從各國(guó)收集并完善數(shù)據(jù),各成員國(guó)負(fù)責(zé)核實(shí)和分析數(shù)據(jù)。盡管歐盟統(tǒng)計(jì)局對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面管理,數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性高,但由于全國(guó)統(tǒng)計(jì)方式不一致等因素導(dǎo)致數(shù)據(jù)有一些不確定性。成員國(guó)向歐盟統(tǒng)計(jì)局報(bào)告本國(guó)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,但這些數(shù)據(jù)不會(huì)公開(kāi)。因此,應(yīng)注意本研究的結(jié)果有一定不確定性。

3結(jié)論

2030年,歐盟地區(qū)畜禽糞便、牧草和秸稈的能源潛力在1.2×10到2.3×103Py1之間,取決于  廢棄物的可用性。法國(guó)、德國(guó)和英國(guó)能源潛力最大,  分別為300~540P·y,250~400P·y和90  220Py。結(jié)果顯示整個(gè)歐洲都適合使用農(nóng)業(yè)廢

棄物多元物料混合消化,它是能源作物的理想替代  原料。前景中預(yù)測(cè)的能源潛力僅以低原料可用性為  基礎(chǔ),得出的結(jié)論是能源潛力相當(dāng)于2015年的歐洲  沼氣袋沼氣生產(chǎn)的兩倍。利用畜禽糞便、牧草和秸稈多元  物料混合消化能提高2030年歐洲沼氣袋沼氣生產(chǎn)的效率  和經(jīng)濟(jì)可行性。如果要更高效地使用生物質(zhì)資源需要進(jìn)一步推動(dòng)技術(shù)發(fā)展和執(zhí)行。如果要充分發(fā)揮潛力,就要解決生物質(zhì)資源獲取和處理面臨的重重重重挑戰(zhàn)。獲取和處理生物質(zhì)資源盡管面臨挑戰(zhàn),但考慮到本研究中呈現(xiàn)出的能源潛力,用廢棄物生產(chǎn)能源是發(fā)展歐盟沼氣袋沼氣的可持續(xù)、安全和經(jīng)濟(jì)可行的方法