可再生天然气产业透视①：探寻可再生天然气价值蓝海

编者按

2022年12月30日，bp完成了对可再生天然气（RNG）领先供应商Archaea Energy的收购，标志着bp生物能源业务增长新的里程碑，创下全球可再生能源企业并购领域的新纪录，同时也使可再生天然气成为国际石油公司关注的新热点……

走过能源紧张大范围蔓延、能源价格巨幅波动的2022年，站在2023年的开端，加速踏上低碳发展之路的需求变得愈发迫切。具备低碳或零碳属性的可再生天然气日渐吸引业界关注。部分专家认为，可再生天然气可以有效转移大气中的温室气体，在“双碳”目标的实现中发挥积极作用。近期，本报记者连线了中国科学院大学教授、博士生导师段宏波，就可再生天然气的发展现状、面临的挑战以及石油公司入局该产业的前景等热点问题进行探讨，敬请关注。

段宏波 中国科学院大学教授、博士生导师

1.可再生天然气将在能源转型中扮演怎样的角色？

可再生天然气又称为RNG，与化石天然气不同，其生产主要有两大来源：一是收集来自垃圾填埋场、废水处理厂、奶牛场粪坑和农场生物质的富含甲烷和二氧化碳的生物气体，并将其中的甲烷分离、处理到管道天然气的水平；二是通过电解水产生氢气，再添加二氧化碳使氢气“甲烷化”形成合成RNG。理论上，两种RNG的大规模使用均可以降低空气污染，产生碳减排效应，但其碳减排效果依赖于一些特定的条件。对前者而言，来自垃圾填埋场、废水处理厂等的RNG相对有限，大量产出可能来自能源作物的生物质化，那么这些作物在生命周期内是否吸碳以及吸碳的量就决定了这种形式的RNG是否为碳中性。对后者而言，需要保证电解水制氢所消耗的电为绿电，即来自风电、光伏等可再生能源。

RNG在能源转型和碳中和中所扮演的角色要从不同时间尺度和不同行业类型来看。由于传统能源具有基础设施惯性并与经济有强链接关系，短时间内RNG难以撼动化石燃料在能源系统中的地位，而技术发展的瓶颈也限制了短期内可再生能源的实质性技术进步（比如克服间歇性）。但碳达峰等排放控制目标又刻不容缓，在此背景下，RNG或可在一定程度上平衡能源需求增长与碳排放减少之间的矛盾。

天然气本身比煤炭、石油等传统能源更加清洁，RNG的减排潜力则更大，且很多情况下，无须更换现有的能源利用基础设施。但从长期来看，RNG能否从过渡性能源转化为低碳甚至无碳的终极能源选择，还存在很大不确定性。比如，碳中和或零碳目标要求大规模减排，此时RNG要发挥作用，势必需要大量的碳中性生物质，这些作物的选择及其土地利用需求便是一大挑战。如果通过绿氢合成，又需要风电、光伏等技术的协同发展。

RNG在能源转型中扮演的角色还与特定行业有关。比如脱碳难度较高的交通行业，特别是远距离公路运输、航空运输和海运业，由于燃料技术的限制，其实现零碳的可能性很小，多数研究认为需要其他行业的负碳来对冲。作为低排放甚至碳中性的液体燃料，RNG可以发挥较大作用，并且当前技术已然可行。2019年，维珍澳大利亚航空（Virgin Australia）便开始使用Gevo公司生产的可持续航空燃料，相关航班里程已达到100万公里。Gevo最近还和斯堪的纳维亚航空系统签署协议，为其提供可持续航空燃料。此外，RNG发电还将推动火电主导的电力结构转型。

2.全球可再生天然气发展现状如何？

就欧洲的情况看，目前拥有超过1.74万家沼气发电厂，占世界15千兆瓦沼气发电量的2/3。仅丹麦就拥有160多个沼气系统。去年夏天，丹麦18%的天然气消耗来自其厌氧消化器产生的可再生天然气。丹麦生物能源公司（Danish Bioenergy）甚至认为，在20年内可再生天然气可完全替代该国的化石天然气。英国目前有大约90个生物甲烷气注入点，用于厌氧消化可再生天然气处理。该国国家电网表示，其国内目前至少有15%的天然气消费量可以用现成的可再生天然气替代。

公开数据表明，2020年我国生物质能产业新增投资约1960亿元，其中生物天然气新增投资约120亿元。粗略估计，我国可再生天然气市场可达万亿投资规模，年开发潜力在1500亿至2000亿立方米，未来增长潜力巨大。

近日，中国能建中南电力设计院（中南院）投资承建的五河现代能源RNG热电联产项目、合肥现代能源RNG热电联产项目投产，这两个项目均是用奶牛粪便和秸秆作为原料生产甲烷，通过内燃发电机组进行发电。前者是全国最大的单体生物质RNG热电联产项目，总装机容量9兆瓦，综合能源利用率超85%，每年可发电7000多万千瓦时，同时提供食品级工业蒸汽4万吨。后者总装机容量为4.1兆瓦，综合能源利用率超80%，每年可生产3000多万千瓦时绿色电力，综合减排15万吨二氧化碳，供应食品级蒸汽2万吨。

我国还出台了《关于促进生物天然气产业化发展的指导意见》来规划未来RNG的发展：到2025年，生物天然气具备一定规模，形成绿色低碳清洁可再生燃气新兴产业，生物天然气年产量超过100亿立方米。到2030年，生物天然气实现稳步发展，规模位居世界前列，生物天然气年产量超过200亿立方米。

3.可再生天然气目前有哪些应用领域？

当前可再生天然气的应用领域主要有两个方面。一是作为燃料推动内燃机组发电，二是作为液体燃料使用。在碳中和目标下，大规模RNG电厂的兴起可有效推动电力结构低碳化转型，这也有力支持了碳中和下经济社会的电气化进程。而RNG液体燃料的使用，为突破交通领域的碳中和瓶颈提供了可靠选择。研究表明，交通领域的低碳转型压力较大，实现碳达峰的时间可能较晚，且可用的减排技术有限。就公路运输而言，在最乐观的减排情景下，到2060年依然有约4亿吨二氧化碳有待中和。RNG的大规模生产可在交通领域低碳转型中发挥重要作用，其对传统燃油的替代不仅可以大幅降低碳排放，也有利于以可控的成本实现技术过渡。

我国可用于生产可再生天然气的农作物秸秆、畜禽粪污、餐厨垃圾、农副产品加工废水等各类城乡有机废弃物资源较为丰富，为RNG的发展提供了原料基础。尽管我国RNG技术与德国等国家相比尚有差距，但核心设备国产化进程正在稳步推进，原料预处理、发酵系统、沼液回流等技术也已加快国产化，基本能够满足产业发展需要。已有Archaea Energy、德青源等一大批国内外企业投身于RNG技术研发和产业化发展中，对未来RNG的大规模发展提供了坚实的产业基础。此外，国家还陆续推动了一批试点项目，积累了RNG工业化开发与商业化运营的经验，为可再生天然气的产业化发展提供了支撑。相信在合理的产业政策引导和市场激励下，RNG将在能源转型中占据举足轻重的地位。

4.可再生天然气发展存在哪些亟须突破的瓶颈？

影响RNG发展的因素主要有以下几个方面。首先是成本。当前RNG利用的成本整体偏高，在很大程度上限制了其市场规模的扩大。美国天然气基金会（AGF）的分析指出，到2040年，RNG的成本可能在每百万英热单位7至20美元之间，某些情况下甚至可能高达每百万英热单位45美元。而目前化石天然气的成本仅为每百万英热单位2至3美元。

其次是技术。这既包括RNG本身的利用技术，也包括相关配套技术。RNG要真正实现碳中性，需要满足一定条件，特别是需要匹配清洁能源以及制氢技术的发展，而后者有较大的技术瓶颈有待突破。当然，技术与市场往往是伴生关系，技术进步依赖于市场和投资的扩张，而市场扩大又反过来推动技术发展。

最后是政策制度。除了需要制定RNG的发展规划外，还需要配套一系列产业差异化发展方案。此外，推动公共投资流入RNG领域也非常重要，甚至比支持氢能发展更为紧迫。毕竟相较于氢能，RNG的大规模利用对打破现有能源系统发展惯性的要求要低得多。对于高成本技术和领域而言，公共投资先行是技术从利基市场走向规模化的大前提，只有良好的政策引导和公共投资机制才能吸引私有资本加入，继而推动整个行业的发展。

事实上，欧美等国家已有不少相关领域的政策探索，可为我国RNG政策体系的建立提供借鉴。欧盟将生物燃料和沼气发展列入具有法律约束力的可再生能源指令（The New Renewable Energy Directive，REDII），并在《建立生物甲烷的内部市场以实现欧盟绿色交易2050年的去碳化目标》中明确了RNG的发展目标，即到2030年，RNG消费需占一次能源消费总量的11%，同时促进生物甲烷进入天然气管网，制定推动生物甲烷跨境贸易的相关措施。英国制定了一项为期4年的《绿色气体支持计划（GGSS）》，旨在为新的厌氧消化生物甲烷工厂提供财政支持，以增加燃气网中RNG的比例。

5.石油公司入局可再生天然气前景如何？

油气公司在碳中和背景下，直面减排和转型挑战非常重要。一方面，火电如何退役，煤炭经济如何转型尚未有清晰路线，短期内经济脱煤很可能依赖于煤转气、煤转电等过渡性途径；另一方面，油气与煤炭同属于化石燃料，严格气候目标的减碳压力很快会传导到油气行业。因此，尽早应对才能掌握发展先机。

事实上，不少传统能源行业企业并不清楚如何应对碳中和挑战，因而很难找准定位，容易在盲目转型中错失绿色高质量发展的机遇。对石油企业而言，投入力量加入RNG的研发和市场化中不失为一个可行选择。首先，在全球气候治理和碳中和格局下，油转气，特别是具有碳中性潜力的可再生天然气可以较好地帮助企业应对碳减排挑战，助力实现行业及国家的碳中和目标。

其次，RNG具有较好的市场前景，但其核心技术国产化水平仍不高。当前国内相关企业以Archaea Energy、Dominion Energy等跨国企业为主，亟须国内规模化企业的参与。这不仅关系到油气企业未来的长远发展，也与能源行业的技术和市场话语体系密切相关。

此外，RNG及其相关配套技术的研发投资和市场发展孕育着巨大的商业机会。未来的经济增长点将离不开能源革命，而任何系统性变革都依赖于技术的创新和推动。相比于风能、光伏等新能源技术，RNG显然更适合油气公司的中短期发展转型，其相关设备与技术的生产和研发，将激发巨大的全球和国内市场潜力。全球层面，壳牌、道达尔能源等国际石油公司已纷纷布局RNG业务，国内油气企业加入这一赛道，发挥其重要角色，也正当其时。