青島生物質(zhì)天然氣項(xiàng)目并網(wǎng)運(yùn)營(yíng)。青島能源所供圖

編者按

面向國(guó)家重大需求、面向國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)，中國(guó)科學(xué)院在“十三五”期間專門出資設(shè)立“科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化重點(diǎn)專項(xiàng)”(即“弘光專項(xiàng)”)，優(yōu)先支持中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和院屬科研機(jī)構(gòu)“一三五”重大科技成果的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，力求產(chǎn)出一批經(jīng)濟(jì)效益顯著的重大示范轉(zhuǎn)化工程。

本報(bào)就中國(guó)科學(xué)院2019年重點(diǎn)支持的“弘光專項(xiàng)”項(xiàng)目，特設(shè)專欄開展系列報(bào)道，追蹤項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的成果轉(zhuǎn)化故事。

日前，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部等十部委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于促進(jìn)生物天然氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的指導(dǎo)意見》(以下簡(jiǎn)稱《指導(dǎo)意見》)，指出將生物天然氣納入國(guó)家能源體系，建立分布式生產(chǎn)消費(fèi)體系，旨在加快生物天然氣專業(yè)化市場(chǎng)化規(guī)模化發(fā)展。

這一消息讓中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所(以下簡(jiǎn)稱青島能源所)研究員郭榮波滿心歡喜，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)自青島能源所建所之初就開始致力于研發(fā)分布式農(nóng)業(yè)生物質(zhì)天然氣項(xiàng)目。如今，這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)走過13個(gè)年頭，也是青島能源所的重大突破方向之一。

郭榮波告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》：“我們研發(fā)的高濃度發(fā)酵技術(shù)，基本解決了農(nóng)業(yè)秸稈和養(yǎng)殖廢棄物的高效利用問題。未來，我們將針對(duì)我國(guó)固體生物質(zhì)廢棄物資源化利用需求，重點(diǎn)研究城鎮(zhèn)廚余垃圾的利用技術(shù)。”

瞄準(zhǔn)行業(yè)“卡脖子”問題

農(nóng)業(yè)秸稈和畜禽糞便是我國(guó)最主要的兩種農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源，是生物能源最普遍的原料。相關(guān)資料顯示，我國(guó)農(nóng)業(yè)秸稈資源量9億噸、畜禽糞便18億噸，生物天然氣產(chǎn)能潛力可達(dá)2000億立方以上。

《指導(dǎo)意見》也提出目標(biāo)，到2025年，生物天然氣年產(chǎn)量超過100億立方米;到2030年，生物天然氣年產(chǎn)量超過200億立方米，占國(guó)內(nèi)天然氣產(chǎn)量一定比重。

然而現(xiàn)狀是，全國(guó)每年產(chǎn)生的農(nóng)作物秸稈未得到有效利用，多數(shù)被田間就地焚燒或者簡(jiǎn)單還田;規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)每年產(chǎn)生畜禽糞污仍有56%未得到有效利用。

郭榮波道出了其中的原因，在我國(guó)傳統(tǒng)的以禽畜糞便為主要原料的沼氣工程中，由于禽畜糞便含水率高，通常采用低濃度濕式發(fā)酵技術(shù)，同時(shí)缺乏農(nóng)業(yè)秸稈利用工程，造成工程原料單一、運(yùn)行能耗高、運(yùn)營(yíng)效益差等問題，很多已建工程出現(xiàn)運(yùn)營(yíng)艱難或者不運(yùn)行的狀況。

造成傳統(tǒng)沼氣工程運(yùn)營(yíng)效益差的關(guān)鍵是缺乏高效益的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，這是行業(yè)“卡脖子”問題，也是郭榮波團(tuán)隊(duì)攻關(guān)的方向。

多年來，郭榮波團(tuán)隊(duì)通過跟企業(yè)和地方的合作，對(duì)我國(guó)沼氣工程的現(xiàn)狀有了充分的了解，并認(rèn)識(shí)到提高沼氣工程運(yùn)營(yíng)效益的重要性。經(jīng)過研發(fā)，團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了高固濃度發(fā)酵技術(shù)，不僅可以解決農(nóng)業(yè)秸稈難降解難利用的難題，還擴(kuò)展了沼氣工程的原料，使項(xiàng)目更加具有普適性和可推廣性。

“高濃度發(fā)酵技術(shù)固含量高，水耗低，從而大幅降低了工程運(yùn)行的能耗和熱耗，且工程設(shè)備投資顯著降低。”郭榮波說，“我們的研發(fā)目標(biāo)是建設(shè)無補(bǔ)貼可盈利的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，以期在全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)行廣泛推廣。”

科研和產(chǎn)業(yè)化兩手抓

在早期的研發(fā)過程中，郭榮波團(tuán)隊(duì)也遇到了一些困難：“一是項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)不足;二是農(nóng)業(yè)秸稈是纖維素生物質(zhì)，難以降解，國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)研發(fā)達(dá)不到產(chǎn)業(yè)化水平，且缺乏相關(guān)的配套裝備，核心設(shè)備還需要進(jìn)口。”

研制配套設(shè)備成了郭榮波團(tuán)隊(duì)早期的一項(xiàng)主要攻關(guān)任務(wù)。目前，團(tuán)隊(duì)基本解決了技術(shù)和裝備問題，項(xiàng)目也進(jìn)入成果轉(zhuǎn)化和推廣階段。

在中科院重大知識(shí)產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化項(xiàng)目(弘光專項(xiàng))、中科院先導(dǎo)專項(xiàng)A、國(guó)家科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目和課題的支持下，通過青島能源所牽線搭橋，郭榮波團(tuán)隊(duì)已經(jīng)推廣了4處規(guī)模化生物天然氣工程，分別是2016年青島平度農(nóng)業(yè)秸稈年產(chǎn)666萬立方米管道天然氣、2017年山東濰坊諸城農(nóng)業(yè)秸稈與雞糞年發(fā)電量1314萬千瓦時(shí)沼氣發(fā)電、2018年山東濱州無棣縣農(nóng)業(yè)秸稈和農(nóng)村改廁廢棄物年產(chǎn)500萬立方米車用與居民用天然氣以及2019年黑龍江克東縣農(nóng)業(yè)秸稈與牛糞年產(chǎn)648萬立方米工業(yè)鍋爐天然氣。

“通過青島平度、山東濰坊諸城和山東濱州無棣項(xiàng)目，我們不僅實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)秸稈高效發(fā)酵和沼氣提純凈化制天然氣的突破，還結(jié)合自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)裝備研制，形成了農(nóng)業(yè)秸稈高濃度發(fā)酵整體反應(yīng)器集成技術(shù)體系。”郭榮波介紹道，隨后，團(tuán)隊(duì)在黑龍江省克東縣建成了低能耗高效運(yùn)行的產(chǎn)業(yè)化示范工程，該項(xiàng)目的建設(shè)將徹底改變我國(guó)東北寒冷地區(qū)沼氣工程難以全年穩(wěn)定運(yùn)行的現(xiàn)狀。

隨著項(xiàng)目的應(yīng)用推廣，郭榮波意識(shí)到，科研和產(chǎn)業(yè)化推廣是兩種思維，但也有著天然的聯(lián)系，只有雄厚的科研和技術(shù)基礎(chǔ)，才能支撐項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化推廣;只有了解產(chǎn)業(yè)需求和找到產(chǎn)業(yè)化“卡脖子”問題，才能找到科研工作的著力點(diǎn)。“所以需要將這兩種身份協(xié)調(diào)起來，針對(duì)產(chǎn)業(yè)化推廣和技術(shù)的共性核心問題發(fā)力。”

開發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈延伸技術(shù)

當(dāng)前，我國(guó)的沼氣工程存在重補(bǔ)貼、重建設(shè)、輕運(yùn)營(yíng)等問題，行業(yè)缺乏市場(chǎng)化機(jī)制，導(dǎo)致好的技術(shù)沒有市場(chǎng)化認(rèn)可途徑，進(jìn)而造成了我國(guó)沼氣工程建設(shè)多、運(yùn)行少的尷尬局面。對(duì)此，郭榮波希望相關(guān)部門能夠通過頂層設(shè)計(jì)，優(yōu)化現(xiàn)有政策體系，促進(jìn)行業(yè)良性發(fā)展。

《指導(dǎo)意見》提出，加快生物天然氣工業(yè)化商業(yè)化開發(fā)建設(shè)，包括分布式農(nóng)業(yè)生物質(zhì)天然氣技術(shù)的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)和推廣。這正是郭榮波團(tuán)隊(duì)努力的方向：“我們希望通過項(xiàng)目推廣，能夠改變我國(guó)沼氣工程運(yùn)行效益差的現(xiàn)狀。”

現(xiàn)階段，郭榮波團(tuán)隊(duì)主要從產(chǎn)業(yè)化需求角度出發(fā)，從技術(shù)和裝備研發(fā)切入，側(cè)重于開發(fā)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)和構(gòu)建研發(fā)平臺(tái)，希望建成足以支撐技術(shù)推廣的強(qiáng)有力團(tuán)隊(duì)和平臺(tái)。“下一步，我們將通過產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的研發(fā)和示范工程的建設(shè)運(yùn)行，不斷完善產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，形成技術(shù)與裝備一體化市場(chǎng)推廣模式，通過裝備保障技術(shù)的應(yīng)用和運(yùn)行效益的實(shí)現(xiàn)。”

技術(shù)的推廣需要一個(gè)商業(yè)模式，郭榮波團(tuán)隊(duì)的思路是：“通過創(chuàng)業(yè)公司推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化成果轉(zhuǎn)化，進(jìn)而面向社會(huì)融資，建設(shè)營(yíng)銷團(tuán)隊(duì)，與社會(huì)投資和商業(yè)運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)合作，成立具備現(xiàn)代化管理理念的高技術(shù)公司，面向全國(guó)進(jìn)行項(xiàng)目推廣。

“在推廣階段，我們遇到的最大困難可能是資金和吸引優(yōu)良的合作伙伴介入。”郭榮波說，“希望社會(huì)資金能認(rèn)識(shí)到我們的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和項(xiàng)目的發(fā)展?jié)摿ΓM快形成專業(yè)化的項(xiàng)目推廣團(tuán)隊(duì)。屆時(shí)，我們將把工作重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā)上來，進(jìn)一步針對(duì)項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)需求，開發(fā)新一代的創(chuàng)新技術(shù)并為項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)提供產(chǎn)業(yè)鏈延伸技術(shù)。”

分類后的廚余垃圾非常適用于生產(chǎn)天然氣，市場(chǎng)潛力可達(dá)3000億元以上，具有巨大的市場(chǎng)潛力。郭榮波團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開展了廚余垃圾無分選固態(tài)發(fā)酵技術(shù)研發(fā)，且取得了非常好的研究結(jié)果。“我們將進(jìn)一步開展廚余垃圾無分選固態(tài)發(fā)酵技術(shù)的中試放大和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā)，希望經(jīng)過1～2年的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)廚余垃圾無分選處理技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化推廣。”