凯伦·曼科尔应对能源危机循环利用的推广宣传示意图(组图)

将肥料施用于作物有助于养分循环，但粪便分解会释放大量甲烷。农业是世界上最大的甲烷排放源。牲畜粪便中甲烷的年温室效应相当于2.4亿吨二氧化碳或5200万辆汽车的年排放量。

减少这种强大的温室气体影响的最有效方法之一是捕获它并像天然气一样燃烧它。几十年来，中国政府一直鼓励农民这样做，美国也这样做了，但收效甚微。

在美国，动物粪便排放的甲烷中有近一半来自养猪场。与中国相比，美国对甲烷捕获的重视程度较低，该倡议在农业方面的采用也远远落后于中国。只有 3% 的美国奶牛场和养猪场使用厌氧消化器来捕获甲烷。

沼气回收推广宣传示意图。图片来源：Karen Mancor

应对能源危机

1979 年的石油危机为美国决策者敲响了警钟。油价上涨了两倍，汽油短缺农村沼气池的利与弊，加油站排长队。对替代能源研究的支持在 1980 年代初达到顶峰，但随着油价回落到危机前的水平，很快就消退了。

美国的农业学院开始研究并建造了大约 140 个农场沼气池。可悲的是，到 1980 年代中期，由于燃料价格下跌，美国 85% 的这些早期建造的沼气池已被废弃。农民们回到了储存和撒播未经处理的粪便的旧做法，导致甲烷继续进入大气。

大约在同一时间，中国正面临另一场能源危机——柴火短缺。在农村地区，农民收集柴火烧炉灶，导致森林砍伐和室内空气质量差。中央加大科研投入力度，寻找既能满足农民三餐需求又能减少污染的替代燃料。捕获粪便分解过程中释放的甲烷似乎很有希望。

1979年，农业部在成都成立沼气研究所。研究人员帮助开发了由水泥和砖块制成的低成本固定圆顶蒸煮器。研究和示范项目已经启动。到 1983 年，中国有 700 万户农村家庭（约 3.5%）使用了厌氧消化器。

沼气科学研究所不断开展项目，1981年成立亚太沼气研究与培训中心，承担中国商务部对外援助培训项目，教他们如何建造和维护小型砖沼气池。多年来，培训中心已与55个国家建立联系，使中国成为农村沼气技术转移的区域领先者。

重新获得重要地位的沼气池

在 1990 年代后期，中国和美国重新燃起了对甲烷的兴趣。甲烷不仅可以用作燃料，而且还与减少温室气体排放有关。中国再次加大家庭沼气建设力度。根据农业部2003年发布的《全国农村沼气建设规划》和国家发改委2006年发布的《可再生能源发展规划》，目标是到2010年实现农村家庭使用沼气。 4000万，7万多人参与沼气池的推广和建设。目前，国内沼气池是沼气最大的生产者，2013年家庭沼气池数量达到4300万台。2011年以来建设放缓，以农场为核心的农村大中型沼气池已成为甲烷捕获的新增长点。

江苏省无锡附近一个养猪场的沼气池收集沼气用于发电。图片来源：Karen Mancor

为实现目标，中国以沼气池建设成本的一半提供补贴。各地补贴金额不同农村沼气池的利与弊，贫困地区和西部地区补贴最高。但这笔钱是有附加条件的。根据新的“1+3”改造要求，拨款必须用于建造沼气池和升级畜栏、厕所和厨房。 2014年，中央和地方投入25亿元用于沼气池工程建设。

美国在从农业生产中捕获甲烷方面采取了更为温和的方法。 2000 年，USDA、EPA 和 DOE 联合启动了农业之星 (AgSTAR) 计划。根据 2014 年农业法案，美国农业部通过美国农村能源计划提供了 107 笔赠款，该计划也得到了 EPA 的推动。截至 2019 年，美国有 254 个农业沼气池。

多重好处

中国在甲烷捕获方面的成功源于对厌氧分解的多重好处的重视。沼气的燃料价值仅能支付沼气池的建设和管理成本。但沼气炉的使用缓解了中国林业资源的压力，减少了对柴火的依赖。减少木柴、稻草和煤炭的使用改善了室内空气质量，对女性健康产生了特别显着的积极影响。粪便的厌氧消化是一种废物处理形式，可减少气味、病原体和废物量。值得注意的是，消化后的粪便仍保留养分，可用于作物施肥。考虑到生产1吨化肥会释放近10吨二氧化碳，使用消化粪肥作为有机肥可以进一步减少温室气体排放。

中国在利用沼气池捕获粪便中释放的甲烷方面处于全球领先地位，占全球总量的三分之一。中国成功的农村甲烷捕集项目也为发展中国家和发达国家提供了借鉴。沼气科学研究所结合政府补贴，启动了集科研、技术支持、培训、示范为一体的综合性项目。

最重要的是，中国早就认识到采用沼气技术的多重好处。随着世界能源市场的变化，沼气的燃料价值可能会上升或下降，但减少温室气体、森林保护、改善室内空气质量和疾病控制所带来的强大环境和公共健康效益保持不变。

作者：Karen Mankel，俄亥俄州立大学食品、农业和生物工程教授、该校土壤环境技术学习实验室主任，将于 2020 年担任伍德罗威尔逊中国环境论坛的研究助理。

翻译：颜