我國(guó)的生物天然氣資源豐富，秸稈、畜禽糞污、生活垃圾、污泥、各類沼渣等可制備生物天然氣的資源潛力約為1500億立方米，完全可以替代我國(guó)的天然氣進(jìn)口。日前國(guó)家能源局印發(fā)《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（征求意見稿）》?！兑庖姟诽岢觯y(tǒng)籌可再生能源和天然氣產(chǎn)供儲(chǔ)銷支持政策，將生物天然氣融入大能源，以工業(yè)化、市場(chǎng)化方式推動(dòng)生物天然氣加快發(fā)展。根據(jù)指導(dǎo)意見，預(yù)計(jì)從2020年到2030年，生物天然氣產(chǎn)量將從20億立方米增加到300億立方米。
沼氣的成分主要為甲烷（50%~60%）和二氧化碳（40%~50%），經(jīng)脫碳（二氧化碳）后可得到與天然氣品質(zhì)相當(dāng)?shù)纳锾烊粴?，以便利用現(xiàn)有的天然氣輸送和終端利用設(shè)施進(jìn)行安全高值利用。目前工業(yè)應(yīng)用的沼氣脫碳制備生物天然氣的工藝主要有高壓水洗、物理吸收、化學(xué)吸收、變壓吸附、膜分離等。這些方法的本質(zhì)是將二氧化碳從沼氣中分離出并排放到大氣中，是一種拋棄式脫碳，這不僅造成溫室氣體排放，而且極大地浪費(fèi)了二氧化碳資源。如果進(jìn)行二氧化碳加氫甲烷化脫碳，則可以利用二氧化碳資源提高生物天然氣產(chǎn)量，是一種利用式脫碳。二氧化碳甲烷化反應(yīng)所需的氫氣供給目前已經(jīng)不是主要障礙，氫氣可來源于風(fēng)電、光電、水電的電解水獲得，由于電能較難儲(chǔ)存，可通過電制氣的方式實(shí)現(xiàn)能量?jī)?chǔ)存。目前歐洲已經(jīng)開始研究“Power to Gas”戰(zhàn)略計(jì)劃的可行性。
中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所碩士研究生朱獻(xiàn)濮在李東的指導(dǎo)下，開展高溫原位加氫甲烷化制備生物天然氣研究，直接將氫氣通入豬糞厭氧消化反應(yīng)器內(nèi)，平均甲烷產(chǎn)率從未加氫階段的222 L/kg VS提高至292 L/kg VS，平均相對(duì)甲烷含量從66%提高至83%。通過微生物多樣性分析表明，嚴(yán)格氫營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌Methanoculleus、Methanobrevibacter、Methanobacterium是高溫原位加氫甲烷化系統(tǒng)的主要產(chǎn)甲烷菌，且外源氫氣的加入會(huì)弱化同型產(chǎn)乙酸菌與氫營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌之間的互營(yíng)協(xié)作關(guān)系，而作為種間電子傳遞載體的甲酸鈉的加入有助丙酸降解產(chǎn)乙酸，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。該研究為生物天然氣生產(chǎn)提供新的思路。
該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目課題、中科院國(guó)際合作局對(duì)外合作重點(diǎn)項(xiàng)目、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等的支持。相關(guān)成果發(fā)表在Journal of Cleaner Production 期刊上。
