生物甲烷的未来

VIEWPOINT 2023 未来的 BIOMETHANE 识别可再生的、环保的天然气的友好替代品 AUTHORS 脱碳、绿色发展和 地缘政治冲突正在紧张欧洲的自然 天然气工业。生物甲烷，可持续的替代品天然气，是欧盟减少天然气战略的关键二氧化碳排放和确保供应将满足需求。 新兴法规和新技术 havecreatedaframeworkforfuturegrowth.in 这个观点，我们解释了机会和新的和现有的可再生能源的障碍商业玩家。 卢卡什·维卢佩 路易斯·德尔·巴里奥MartinRajnohaMatoušZaradičkaJanSova VIEWPOINTARTHURD.LITTLE THERegulatoryPUSH从生物甲烷移动先进的生物甲烷 地缘政治动荡和由此产生的欧盟 离开俄罗斯天然气的决定 欧洲供应天然气的能力紧张，危及其工业和家庭 依赖燃气取暖。限制未来 对天然气进口的依赖来自第三方-政党国家，欧盟已经开始制定政策提出生物甲烷作为关键替代品。 在2018年之前，生物甲烷是主要的重点，欧盟采用了第二次迭代 可再生能源指令(REDII) 增加了可再生能源目标。 生物甲烷缺乏突出地位发生了变化有两个快速更新：适合55(2021)和 REPowerEU(2022)，两者都颁布了应对欧洲能源危机(见 图1）。突然，生物甲烷成为天然气下降的关键解决方案 供应，2030年生产目标增加 从18到350亿立方米(bcm)之间 适用于55和REPowerEU，如图2所示。 一个碳原子和四个氢原子-当观察分子时，没有主要的生物甲烷和天然气的区别。 后者是一种储存在地下的化石燃料数百万年，提取燃烧和释放 二氧化碳进入大气。生物甲烷，在另一方面，是一种在 来自植物和动物残留物的表面。这些残差通过以下方式产生排放 自然分解。没有新的二氧化碳被释放进入大气，这使得生物甲烷 一种碳中和燃料. 然而,并非所有的生物甲烷都是相同的。生产生物甲烷的最有效方法 是通过利用高产作物，如玉米或土豆，但这种方法是有争议的：森林砍伐、作物单一栽培和需求 为了粮食安全，所有人都反对使用食物生物甲烷作物。 图1.欧盟最近的沼气和生物甲烷监管发展 绿色交易 REPowerEU计划- 适合55包:生物甲烷行动计划： REDII修订提案 运输部门的ETS 有针对性的修订55 到2030年生产 循环经济农场到叉零污染 H2和天然气市场脱碳 分类法补充 红色II行动计划Strategy 行动计划 包装 气候授权法案 Europe 12月11月12月1月3月 May May 七月 9月 Dec 2月 MayOctDecJan 20182019201920202020 2020 2021 2021 2021 2021 2022 2022202220222023 乌克兰战争 来源：ArthurD.Little，欧盟法规 图2.比较当前和欧盟2030年生物甲烷生产目标 x9.2 35.0bcm x4.8 18.0bcm 3.8bcm 按原样生产 (2021) 适合55 (2021) REPowerEU(2022) 来源：ArthurD.Little，EBA，欧盟法规 VIEWPOINTARTHURD.LITTLE 为了防止滥用粮食作物，欧盟正在推动使用“高级”生物甲烷，这是 主要来自废物(例如，植物残留物，粪便、公共废物、工业废水)。 补贴、可再生目标和证书是先进背后的主要驱动因素 生物甲烷；到目前为止，没有限制以食品为基础的生物甲烷生产。 欧盟仍然是世界上最大的生产国沼气/生物甲烷。排名第二- 产量最高的地区取决于具体情况。中国是第二大生产国沼气, 国家政策导致了蔓延 家庭规模的蒸煮器的产量可用于加热和烹饪。大- 目前正在建设规模设施，但机会仍然存在，因为丰富投入材料和大量需求。美国是第二大生物甲烷生产者, 有利于垃圾填埋气的回收和一个很大的更大的重点是升级到生物甲烷。 其他领先的生产热点 世界包括泰国（木薯废物），印度 （城市垃圾），巴西（垃圾填埋场）和阿根廷 （农业废物）。大多数国家/地区世界有强大的潜力生产沼气 和生物甲烷由于潜力的范围用于生产的原料。 的作用 植物与废物 生物甲烷可以从各种生产原料，包括粮食作物和植物 污水污泥和不同种类的残留物浪费。尽管有许多可能的组件，生物甲烷的一般生产工艺： 在大多数技术和 原料。第一个过程将 将原料转化为沼气或合成气（合成气）甲烷含量约为50%-60%。 后续过程将甲烷从 其他气体，产生98%的纯甲烷。 然而，有一个陷阱：尽管类似的过程，不同类型的原料需要不同 技术，总结在图3中。 更详细地描述了四种途径 below. 图3.生物甲烷生产途径 Organic 作物和 废物 残留物 液体 固体 生物 生物- 生物 生物- 生物 生物- 生物 生物- 消化物 消化物 CO2 甲烷 CO2 甲烷 CO2 甲烷 CO2 甲烷 路径#1: 厌氧消化 途径#2: 垃圾填埋气回收 途径3: 热气化 途径#4: 水热气化 农业 污水 污泥 市政 工业 废物 垃圾填埋场 市政 作物 废物 伍迪 生物量 液体 农业 工业污水 污泥废物 厌氧 消化 填埋气体 回收 热 气化 水热 气化 非分离 消化物 沼气 沼气 生物炭 Low- 甲烷 合成气 高- 液体 生物炭甲烷 流出物 合成气 分离 升级 升级 甲烷化 升级 来源：ArthurD.Little VIEWPOINTARTHURD.LITTLE 厌氧消化40％-60％的CO2，和少量的非 甲烷有机化合物。在典型的垃圾填埋场中， 原料（或原料的混合物） 具有高液体含量的分解 微生物进入沼气。最常见的技术包括连续搅拌- 罐式反应器，塞流（高干含量），和覆盖的泻湖，至少有四个新的 目前正在研究的高速率技术和发展。只有大约13%的原始质量转化为气体；剩余的 材料被称为“消化物”，可以是 用作生物肥料或通过以下方式进一步升级消化物的分离。截至2021年，厌氧 大约84%的沼气工厂使用了消化，使其成为沼气生产的主要类型 欧洲的技术。其中，约74%的植物使用农产品如食品 农作物、植物废物和粪便。 THEGENERAL A生L产工艺 因为生物，直到是整个相同 大多数技术和饲料 它需要五到十年的分解生产商业上可行的数量 甲烷气体。生物甲烷的潜力 垃圾填埋场的产量是巨大的；美国环境保护局（EPA）报告 城市固体废物填埋场是 人类诱发甲烷的第三大来源 2020年美国的排放量。 热气化 热气化是一种将 木质生物质或其他固体生物质成合成气。第一步涉及分解 生物质利用高温高压 在缺氧的环境中，导致 在主要由碳组成的合成气混合物中一氧化碳、氢气和甲烷。合成气然后清洗以去除酸性和腐蚀性 甲烷化过程之前的组件 开始。在甲烷化期间，催化剂促进氢和碳之间的反应 一氧化碳或二氧化碳，产生甲烷。任何剩余的CO2或水结束 过程被移除，导致纯流生物甲烷。 垃圾填埋气回收 垃圾填埋气回收收集甲烷气体 来自堆积在垃圾填埋场的固体废物，产甲烷的细菌有助于分解。 收集的气体是天然的副产品 垃圾填埋场中有机物质的分解，通常含有45%-60%的甲烷， 而生物甲烷的热气化 合成仍处于商业化前阶段，有很大的潜力来扩大这个技术在中长期内。根据 欧洲沼气协会的报告 气候天然气联盟，潜在的从热气化生产生物甲烷 在27个欧盟成员国中可以达到 到2030年为2.9亿立方米，到2050年为60亿立方米，假设甲烷化的更重要的介绍 到2050年技术进入商业阶段。 VIEWPOINTARTHURD.LITTLE 水热气化明显的趋势开始出现。在 最发达的市场，如丹麦 水热气化是一种很有前途的 使用高压、高 温度热化学过程转换 湿生物质和有机废物合成 富含甲烷、氢气和二氧化碳的气体。它提供多种优势，例如显着 减少最终废物的数量和低能源消耗。产生的合成气通过水热气化可以进一步升级以生产生物甲烷。潜力 因为这项技术的未来是伟大的，但是到目前为止，只有少数项目正在试点和欧洲的示范阶段。使用 水热气化可以达到工业 到2025年的规模，预计工业到2030年有累积产量的项目容量至少为1太瓦时(TWh)。 不断增值 驱动电源(&D) 补贴是欧盟内部的一种流行工具，但原产地保证(GoO)证书 开始向增加的规模倾斜生物甲烷生产。 GoOs是实现生物甲烷的主要工具生产者增加收入。同时 时间，它们使工业气体消费者能够提高他们的可持续目标。在简单的术语，GoO是证明兆瓦的证书 小时(MWh)的甲烷已经产生 sustainableway.TherequiredinformationforaGoO 包括生产年份、地点和大部分 重要的是，所用的原料，这意味着减少温室气体(GHG)排放。 首次将GoOs用于可再生气体 在2018年REDII中规定。尽管他们最近介绍，GoO寄存器已经 在大多数欧盟成员国实施，使整个欧盟的贸易。 大多数GoO交易仍主要进行“ 柜台“(未在主要股票上上市或交易交换)，导致价格透明度低 和高波动性。尽管有这些因素，一些 或者荷兰，基于废物的GoO 生物甲烷的价值几乎是GoO的两倍粮食作物生物甲烷。随着天然气价格 每兆瓦时50欧元左右，GoOs现在更多比它们所代表的商品更有价值。 GoO市场过去大多是自愿的，有可持续性意识的公司购买 GoOs出售“绿色”天然气产品或使其 天然气消费更加绿色，从而提高了他们的环境、社会和治理(ESG) 分数。但是REDII为 燃料供应商确保先进的生物燃料 (包括生物甲烷)占至少3.5% 到2030年公路和铁路燃料消耗的要求推动石油公司进入 这些市场，从而创造了对GoO的需求。国家要求创建标准化 GoO平台让消费者意识到 他们的可再生气体的可再生含量将培育这些国家市场。因为所有平台将通过欧洲复兴天然气 注册中心(ERGaR)平台，个人国家市场将相互联系，GoO 将有助于创造一个培育生物甲烷欧洲层面的发展。 谁应该对投资感兴趣 生物甲烷生产？答案是相当 简单：任何希望从ROI中受益的人 10%或以上。然而，某些行业可能 在这个冒险中找到更容易的成功。例如，那些在石油和天然气、运输和 能源公用事业部门可能会利用他们的现有的运营模式、客户网络、 和基础设施，以创造协同作用和改善他们的财务业绩。此外，私人 股票和基础设施基金可以使用他们的专业管理和投资 自动化以优化工厂运营和 进一步改善财务业绩。因此，这些行业应该考虑制造 生物甲烷生产是他们的首要任务投资计划。 VIEWPOINTARTHURD.LITTLE 生物甲烷的未来6 VIEWPOINTARTHURD.LITTLE 房地产：机会还是障碍？ 厌氧消化，这是目前最 广泛使用的生物甲烷生产方法， 还产生一种被称为“消化物”的副产品。这种部分分解的有机混合物 材料，营养素和微生物可以用作肥料或土壤改良剂。它包含各种植物养分，包括氮， 磷和钾，以及痕量元素如铁、锰和铜。 厌氧消化过程后，初始 digestateisinanon-separatedform.Thisproduct 通常包含液体和固体的混合物物质，以后可以转化为 分离液体和固体消化物。然而，消化物的存在不像 它最初出现。Non-separateddigestate是很难处理，因为农民发现它更多 使用人造肥料具有成本效益。 THEXISTENCEOF 房地产不是 正如它一样积极最初出现ARS 除上述内容外，欧盟还建立了化肥总消耗量的目标是 到2030年，20%有机生物。生物甲烷消化计划被包括作为有机原料 化肥生产，提高了发展有机肥的可能性生物甲烷工厂的设施。 上述目标和法规正在创造明确的机会来制定一个通告 通过使用一种商业模式来实现经济补充生物甲烷项目的盈利能力 通过将消化物转化为增值有机肥料。当前 有机肥的市场价格在上面 100欧元/吨，预计将继续收敛与无机肥料，作为有机肥料 使用要求增