化腐朽为神奇:沼气如何增强能源韧性

2026 年 4 月 29 日
作者:Dominic Shales

欧洲对液化天然气供应中断的脆弱性从未像现在这样显而易见。自2月下旬以来,伊朗关闭霍尔木兹海峡已切断了全球约20%的液化天然气贸易。欧洲约10%的液化天然气经由该海峡进口,而欧洲大陆在经历了严冬后天然气库存已告罄,因此,政策制定者面临着加快国内可再生天然气生产的巨大压力。

欧盟已于2026年1月全面禁止从俄罗斯进口天然气和液化天然气,并以全球液化天然气供应和增加生物甲烷产量取而代之。问题在于,这种加速转型是否足够迅速,以及是否在正确的地区进行。

法国悖论

法国提供了一个有用的案例研究。它是欧洲领先的生物甲烷生产国之一,近年来其装机容量几乎翻了一番。到2026年第一季度,法国全国共有818个站点向天然气管网注入生物甲烷,总发电能力为每年15.7太瓦时(TWh)。然而,这一总体数字掩盖了一个结构性问题。一项发表于[此处应插入参考文献]的同行评审评估报告指出, 可再生和可持续能源评论 据估计,法国农业生物甲烷的潜在产量为每年64.1太瓦时(TWh),主要来自牛粪;如果覆盖作物种植推广到所有耕地,产量将增至每年108.7太瓦时。实际产量与可用资源之间的差距主要不是技术问题,而是地理和经济因素造成的。

与大多数欧洲天然气管网一样,法国的天然气管网最初是为人口中心地区服务的。许多农场距离最近的天然气注入点很远,而缩短这段距离的成本却非常高昂。 

“大多数农场都远离电网,”法国初创公司SUBLIME Énergie的公共事务主管朱尔斯·瓦斯说。“每公里电网的成本大约是100,000万欧元。” 

对于沼气产量不高的农场来说,这种计算方法往往行不通。要么前期基础设施投资过大,要么农场产量太小,无法将连接成本分摊到实际产量上。结果是,法国相当一部分农业沼气资源被闲置,或用于法国政府目前正试图逐步淘汰的热电联产系统。

热电联产——即利用沼气同时生产热能和电能——是第一代农场沼气池的主要模式。这种模式规模可控,但能源效率低下。“我们损失了很多热量,而且没有充分利用,”瓦斯指出。 

欧洲的政策方向已坚定地转向生物甲烷,因为生物甲烷能够更好地保留能源价值。但这种转变也带来了新的准入问题:从热电联产转向生物甲烷生产的趋势,对那些远离天然气管道的小型装置构成了特殊的挑战。目前,从启动并网可行性研究到甲烷化装置投入运行,平均需要三年时间。而法国的目标是到2030年,可再生天然气在全国消费量中的占比达到10%,因此,时间对于该行业来说至关重要。

观看对 SUBLIME Energie 公共事务主管 Jules Vasse 的完整采访。

牛奶配送模型

SUBLIME Énergie公司提出的解决方案完全绕过了电网。该公司并非在农场现场提纯沼气并将其注入管道,而是直接在农场将沼气混合物(生物甲烷、生物二氧化碳和一种专有的载体)液化。之后,油罐车每隔几天收集一次液化气,并将其运送到一个中央枢纽,该枢纽供半径60公里范围内的大约十个农场共享。 

在枢纽站,低温蒸馏将三种成分分离成生物液化天然气 (bio-LNG)、液态生物二氧化碳 (bioCO2) 和可回收的载体。这两种产品均不进入天然气管网。生物液化天然气直接出售给重型运输运营商,液态生物二氧化碳则出售给温室种植户等工业买家。SUBLIME 将这种物流模式称为“送奶工模式”,因为它与牛奶合作社的运作方式类似。

生物甲烷与生物二氧化碳的分离一直是农场提纯成本高昂的难题。生物甲烷液化时,二氧化碳成分会结晶而非液化,导致运输无法进行。SUBLIME 的专利载体剂可在液化瞬间稳定混合物,使整个沼气流能够装入单辆油罐车运输,然后在集散中心进行大规模分离。“我们可以在农场进行液化,收集后运送到集散中心,”Vasse 表示,“有了这项技术,我们就不需要天然气管网了。”

莫雷纳

SUBLIME Energie 工艺概览。

上个月,SUBLIME Énergie公司在布列塔尼普莱洛的Gazéa农场启用了Charlie系统,该系统被誉为全球首个能够在农场直接液化沼气的系统。该示范装置年产能约为180吨生物液化天然气(bio-LNG)和330吨液态生物二氧化碳(bioCO2)。Gazéa农场是一个养猪场,沼气来自其现有的厌氧消化池。 

之前的两款产品——Alpha 和 Bravo——都是实验室规模的。Charlie 是第一款在实际农场工作条件下使用真实沼气进行液化的设备。“我们已经在实验室里成功实现了沼气液化,”Vasse 说,“所以,得益于 Charlie,我们将能够直接在农场使用真实的沼气进行液化。这是一次规模化应用。”

循环系统

该模式的循环性不仅限于能源领域。厌氧消化产生的沼渣——沼气提取后剩余的固体残渣——可用作天然肥料。在农场进行厌氧消化的情况下,沼渣留在农场内,用于当地施用。 

在欧洲,沼渣已经有可能取代欧盟 17% 的氮肥,随着该行业的规模扩大,预计到 2040 年这一数字将上升到 65% 以上。 

这一点现在尤其重要。霍尔木兹海峡危机扰乱了全球化肥供应链,自战争开始以来,尿素价格上涨了50%。

海湾地区是欧洲农场赖以生存的化石基氮肥的主要生产地。

将沼气收集起来用于能源生产,并将沼渣返回土壤的模式,可以减少两端的依赖性。

生物液化天然气的目标领域是可再生电力迄今为止难以触及的行业。生物液化天然气为重型运输提供了一种低碳柴油替代方案,可减少高达 85% 的温室气体排放。

这也适用于海事和农业机械——在这些领域,电池电气化在所需的规模和工作周期内仍然不切实际。

Charlie网站的开通。

监管概况

瓦斯还指出,一项类似的监管工具目前正在最终敲定中。这项名为IRICC(法国降低燃料碳排放强度的激励机制,借鉴了欧盟修订后的可再生能源指令)的框架,为运输燃料引入了行业特定的温室气体减排目标,其中公路运输行业的目标从2026年的5.9%开始,到2030年逐步提高到10.6%。未能达到这些目标的燃料销售商将面临处罚,从而直接向生物液化天然气发出价格信号。“我们将能够与投资者和农民对话,因为他们需要确保我们在市场上能获得合理的价格,”瓦斯说道。

瓦斯还指出法国尚未解决的一个更深层次的政策问题:未来的农业监管是否应该优先考虑以粪肥为基础的原料,而非能源作物,以避免燃料生产与粮食安全之间产生竞争。他认为:“如果我们希望厌氧消化能够服务于更负责任的农业,我们就需要制定相关法规,明确粪肥比作物更有优势。不要让能源生产和粮食安全相互竞争。”

SUBLIME Énergie 已在筹备其首个商业规模项目 Delta,该项目将把布列塔尼同一地区的约十个农场连接到一个共享加工中心,目标是在 2028 年投入使用。Vasse 估计,到 2050 年,该公司最终可能会在欧洲各地交付超过一千个项目,利用 SUBLIME 估计仅在法国就拥有 26 太瓦时未开发的离网生物甲烷潜力。

能否迅速实现这一宏伟目标,不仅仅取决于初创企业的创造力。政策稳定、公平的定价机制以及关于农场规模能源未来发展的明确监管信号,都是先决条件。但随着霍尔木兹海峡危机持续暴露欧洲进口依赖的脆弱性,将农业废弃物视为战略能源资源的必要性也从未如此显而易见。