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农林生物质对中国乡村振兴促进的几点思考与实践!

日期:2023-01-30    来源:化工进展网站

国际新能源网

2023
01/30
17:09
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关键词: 生物能源 沼气 农林生物质 乡村振兴

摘要:中国的乡村振兴实质是以农业粮食生产为基础,集加工、生态环境和绿色能源一体的乡村产业拉动的振兴,以空间视角,与城市和工业园的产业本质区别是农业产业资本承载密度低,效益差。文中指出,可以借鉴国外经验,如荷兰、以色列的高科技农业,日韩政策引领的乡村产业园以及美、德两国的生物能源基金拉动通道模式等。但中国是人口众多的大国,在确保粮食安全下,中国的乡村振兴国策必须是以农业种植为基础的乡村振兴。文章提出:集中国的光伏风电世界领先技术,处于后工业化时代初期的先发及体制优势,孵化、探索乡村区域内集农业种养、生态环境、绿色能源及加工一体化的乡村产业园,并辅以全国生物能源产品拉动基金加以促进,可以走出一条适合中国国情的乡村振兴之路。

乡村振兴是党的十九大提出的战略,农业农村农民问题是关系国计民生的根本性问题。中国经过近40年的高速发展,到目前的后工业化时代,需要工业反哺农业,乡村振兴成为当务之急,急需寻找到促进乡村振兴的政策工具。

1 国外经验

西方国家进入后工业化时代,乡村振兴的路径大体可归纳为三类,即荷兰、以色列的高科技农业导向模式,日本韩国的乡村产业园模式以及美国和德国的能源基金池生物能源产品链拉动模式。

1.1 荷兰-以色列高科技农业导向模式

荷兰及以色列以高科技农业为导向引领乡村振兴,其中荷兰还以养殖业领先世界。通过高科技研发,以花卉、果蔬及养殖开发特色乡村产业,形成规模化并获得世界市场竞争力,从而实现农业的产业化生产和高值化。这种模式只适合小体量与具有特殊地理环境国家的乡村振兴。

1.2 日韩乡村产业园模式

20世纪80年代开始,日本政府开展了大规模的乡村振兴产业化运动,韩国也是以产业园为载体进行乡村振兴。政府引导乡村建设,以农产品生产与加工为主导,并且引进新技术,将传统农业模式转型升级为集生产、加工、销售等为一体的新型产业模式且以本土垄断为特征,增加了单位土地上资本承载量与产值,此模式可供同为亚洲国家的中国学习和思考。

1.3 美国和德国的能源基金模式

美国近30%的土地种植玉米,不仅用于人类粮食和动物饲料,美国政府通过政策导引,还把大量玉米生产生物乙醇用于乙醇汽油。通过乙醇汽油政策建立了农业种植与能源之间的基金拉动通道,利用全国汽油这一能源产品作为工具,通过玉米乙醇来拉动玉米的种植,对外以粮食为资本操控工具,控制国际市场粮价,通过资本与玉米乙醇汽油双工具,实现工业补农业,本质是农业的资本化。

德国是利用种植玉米青贮生产沼气发电产热及生物天然气来实现对农业的高值化,通过以沼气发电等可再生能源补贴政策实现对全国的农业能源作物及环境能源化治理的补贴,也是以能源产品作为补贴通道实现国家对农业及乡村环境治理的拉动。

美国与德国都是大国及工业强国,其能源通道基金拉动农业高值化以促进乡村振兴的经验值得中国学习与思考。在中国,凭借工业强国基础、光伏风电产业优势及全国5G网络的普及,拉动农业及乡村振兴将有更多的政策工具选择和创新机遇。

2 中国乡村振兴的现状与思考

2.1 现状

总结近几十年中国乡村振兴之路,主要路线是以产业带动村庄发展,甚至城镇化,但不具推广普遍性,发展目标都脱离了以粮食生产为底层逻辑的中国乡村振兴大方向。

反思近四十年来深圳的发展轨迹,从一个小渔村发展成世界规模的大都市,其根本推动力主要为:国家的政策为第一导向,吸引全国优秀人才,通过引进国外技术,建立工业园并资本强化,迅速形成产业优势,单位土地面积上可承载更高密度的资本才使渔村转变成大都市,依靠工业生产及服务业促进城市发展。之所以乡村需要振兴,从土地空间角度观察,单位土地面积上的资本可承载量远低于工业园和城市,所以需要在国家完成工业化后,设计政策促进工业补农业,城市反哺农村,以平衡发展,以空间视角思考如图1所示。

图1   乡村振兴空间规划示意图

中国借鉴了美国的经验,即示范玉米乙醇汽油。但中国是人口大国,地少人多,粮食安全第一,不与粮争地是国策。截至目前,只实现省级示范,在中国汽车电动化大潮下,汽油基金池已过黄金时期,中国难以复制美国玉米乙醇汽油模式的成功,而美国玉米乙醇汽油路线的本质是资本获得更高收益的工具。

中国也借鉴了沼气发电拉动模式。国家已投入400多亿资金进行孵化,但随着农村空巢化,小沼气已不适应乡村发展,而工业沼气及生物天然气由于中国地域广阔及复杂,难以复制德国的玉米等能源作物强化工业沼气的成功模式,没有找到环境治理与沼气化和能源基金相连接的普适基金通道,仅实现省级示范。因此中国也难以复制德国的能源基金通道模式。

中国的乡村振兴首先要确保十八亿亩耕地红线,是解决中国十四亿人口粮食安全下的乡村振兴,这意味着中国的乡村振兴政策基点是农业产业化基础上的乡村振兴,其他只能为辅助。此种模式应为人口大国的乡村振兴底层模式,特别是像中国十四亿人口的大国,外国模式皆可学习,但基本原则必须与粮食种植相契合。美国的玉米乙醇汽油及德国的沼气发电生物天然气能源基金拉动模式显然不能照搬,但值得思考与学习。上述两国政策导向的本质是以农村种植和环境治理及能源化为工具,以能源产品如汽油、绿电或生物天然气为拉动补贴的通道,实现工业拉动农业、工业调整农业的目标。

中国目前处于政府引导人才拉动乡村振兴阶段,以项目促进,但项目的碎片化难以系统化地可持续推进。找到适合全国促进引导的政策工具,是需要找到在乡村土地上能实现种养与环境能源化联合拉动的渠道以及产品链,如玉米乙醇汽油、绿电和生物天然气等。中国乡村振兴关键是集乡村种养、生态环境治理、绿色能源、农副产品加工于一体,招商于乡村产业园,并找到适合中国解决能源基金拉动的产品通道,建立相关基金池,以政策拉动并促进。

2.2 乡村振兴的促进机遇

中国当前在能源产业上有两大机遇点。一是随着可再生能源的发展和中国提出2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和目标的推进,中国已签署欧盟将在2027年实施的生物航油协议,即2027年世界飞往欧盟的航班将添加一定量的生物航油组分,否则将被征收碳税。中国已签署相关协议,在中国乡村建立以废弃物生产生物航油这一产品链通道将是一机遇。生物航油组分主要来源于两大渠道:一种为种植的生物油料及地沟油;另一种为经生物合成气费托合成,其中生物合成气包括农林废弃物及木材气化和沼气干重整转化等。

中国的光伏风电已处于世界领先地位,充分整合乡村土地资源,光伏风电与农业种养耦合,在不影响农业生产的情况下大力发展光伏风电,与农林、果蔬、养殖、乡村废弃物环境能源化相结合,特别是与沼气耦合,发展区域电力微网和各种供能集成,如供电、热、氢及生物天然气于一体,以产业化、市场化、园区化运营,示范乡村综合绿色能源基金,拉动乡村振兴将是中国之机遇,如图2所示。

图2   乡村产业园架构示意图

3 能源产品链基金通道的判断与实践

本文作者团队立足于绿氢绿电相关能源产品链的梳理,针对中国氢源的思考,中国钢铁工业的绿色低碳化生产、中国炼化一体化新路径以及CO2转化新思考等均已具备一定的实践与示范经验。自2003年申请第一个中国沼气专利至今,已有近二十年的生物能源思考与技术开发经验累积,相关研究已获3项国家高技术研究发展计划及专项支持,并获得中国石油化工集团公司及北京市专项支持;在北京沙河大学城与军蓝集团合建北京市生物燃气重点实验室,对能源产品链支撑与拉动乡村振兴有深刻的研究与理解,尤其是结合生物质复杂性与区域分布等特征,针对路径的判断、选择优化以及实践探索部分技术已到示范阶段。基于中国国情,结合政府政策与经济性,所涉及产品链可分为以下几点。

3.1 中国可再生能源国情与生物能源产品链的技术经济性简析

中国生物能源资源主要包括农林秸秆及有机废水,前者从南到北主要是水稻、小麦、玉米秸秆以及林下废弃物。上述固体废弃物常用于发电、有机废水及畜禽粪便用于生产沼气。中国光伏风电可再生资源主要分布于中国的东北三省、西南及西部五省,中国东部沿海人口密集地区主要是海上风电及分布式光伏。

中国光伏风电产业已经处于世界领先地位,政府促进汽车工业弯道超车发展电动车,以政府和市场双驱动的新能源主要包括光伏风电,其次是生物质及沼气发电。但世界绿色能源政策受欧盟主导,欧盟政策极大地影响中国可再生能源产品链。对标欧盟,生物航油及海运绿甲醇也将是中国不亚于绿电的新兴可再生能源产业。

因此中国未来最有发展前途的三个可再生的产品链是绿电、绿甲醇和生物航油。前者是中国的优势所在,后两者则是欧盟政策对标所致。生物天然气、生物绿氢、生物柴油及汽油、成型燃料等,因缺乏国内政策及基金导引,单纯依靠市场行为驱动,当前未看到乐观前景。可再生能源产品链在中国东部主要支撑乡村振兴,在中国西部支撑低碳产业链,促进传统产业绿色低碳化转型。

3.2 生物天然气绿氢及生物航油产品链

与德国成功经验对标,对乡村、种养及农林废弃物进行环境能源化处理,主要是通过干/湿发酵技术生产沼气和有机肥,沼气生产生物天然气、绿氢及生物航油,从而与国家的天然气管网、氢能政策及生物航油政策对接,孵化能源基金如燃气基金池、氢能基金池或生物航油基金池,在相关导引政策下,通过乡村废弃物环境治理,以能源化拉动乡村振兴。

本文作者团队在徐春明院士带领下,已完成沼气膜分离生产生物天然气工业示范,开发出世界领先的沼气干重整制合成气及绿氢技术,并于2013年在山东金沂蒙集团实现工业侧线示范,核心技术已用于氢冶金工业,生产的合成气可制氢或经过费托反应合成生物航油组分。

3.3 干发酵产沼气与光伏风电耦合产品链

中国有世界领先的光伏风电技术,特别是光伏发电技术与乡村废弃物环境能源化处理的沼气耦合互补,可实现乡村区域微电网自洽运营,符合电网去中心化绿色大趋势,可作为能源产品建立通道,孵化能源基金,实现工业补农业的目标,以促进中国乡村振兴的发展。

在中国石油化工集团公司和北京市的支持下,已完成村镇固体废弃物干发酵的技术开发,完成200吨/天工艺包研发。干发酵的沼气除可用于生物天然气、绿氢及生物航油生产外,还可与区域内光伏风电耦合发电调峰,实现微电网的自洽运营,固体沼渣除用于生物肥外,生产成型燃料还可用于生物发电厂燃烧发电供热。通过生物质发电产品链结合光伏风电,增加乡村土地的产出和资本密度,增加农民收入,与本地农副产品的加工相结合,三位一体将形成以农业种植为基础的环境治理、能源生产和加工产业群。若以能源产品基金为政府拉动和补贴通道,结合本地园区化运营,将实现中国模式的乡村振兴。

4 结语

借鉴其他国家现有经验,汇聚技术、产业、资本与人才,以农业粮食种植为基础,以废弃物处理环境能源化为抓手,以生物能源和光伏风电为目标产品链,形成能源基金拉动通道,集农业种养、生态环境治理、绿色能源和农副产品加工于一体,发展乡村产业园,促进农民合作社并通过上述能源基金拉动,增加乡村土地资本强度,使农民增收致富,才能解决稳农业种植、农村环境治理与农民增收“三农”难题,实现中国城乡共同富裕。因此,寻找与孵化适合中国乡村振兴的能源产品链基金拉动通道,是中国乡村振兴的重中之重。

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