随着污泥处理技术的进步，沼气资源化用于热能回用和电能自给也越来越普及。如何将沼气能源化进一步利用达到最佳效果已成为业内炙手可热的话题。在此背景下，通过沼气提纯精制生物甲烷或天然气的方法开始渐露头角。GWI今天将为您解析这一市场的全球布局及发展潜力。
在污泥厌氧消化的过程中，沼气是最重要的副产物之一。目前污泥厌氧消化比较常见做法是采用热电联产（CHP）的方式将沼气转化为热能或电能进行回用，用以降低污水处理厂内能源的消耗。而在过去几年中，一种新的方法逐渐开始普及，为沼气创造了更多的潜在收益，这个方法就是通过分离沼气中的甲烷和二氧化碳，将沼气进一步提纯为生物甲烷（Biomethane）或可再生天然气（RNG），之后将这些清洁气体供与当地的天然气输配网，或用作运输燃料，降低对化石能源的依赖。这一方法的普及主要依托于政府的激励措施，同时也来自于污水处理公司作为能耗大户自身对碳足迹和能源效率的逐日重视。
据2019年6月所举行的世界沼气协会（WBA）所发布的报告估算，目前通过回收和资源化沼气产生的能源潜力在10,100至14,000 TWh之间。如果将这些沼气用于发电，相当于全球电力消耗的16-22％；而如若将这些沼气转化为生物天然气，则相当于全球天然气用量的26-37％。WBA同时表示，沼气的最大化利用同时减少了全球的温室气体排放并产生更多的可再生能源用于能源供给。
图1 沼气精制生物天然气过程
欧洲沼气提纯生物天然气处于领先
截至2016年，欧洲共有近500个生物天然气的生产设施，但其中只有一小部分是来源于污水或污泥处理厂，英国和瑞士拥有最多的污泥沼气改造设施。在英国，生物天然气的处理费用主要受到可再生性热能激励计划（RHI）的监管。
RHI于2011年推出，通过计算每千瓦时可再生能源供暖所产生的费用，建立合理的支付系统。许多英国的自来水公司，如水环纯水务公司（Severn Trent），诺森伯兰水务公司（Northumbrian Water），韦塞士水务公司（Wessex Water）和联合公用事业公司（United Utilities）等，都已经设立了沼气提纯设施。然而，由于最终的定价要等项目全部完成且生物天然气混入现有天然气管网后才能确定，也使这些项目的实施存在一定的风险。
为了将风险最小化，水务公司通过与监管机构的紧密合作和技术管控继续推动沼气精制生物天然气的项目。Severn Trent公司在其Minworth污水处理厂（英国最大的污水处理厂之一）中安装了一个沼气处理设施，该项目于2014年开始向天然气输配管网输入生物天然气。
Severn Trent的生物资源战略部经理Simon Farris告诉GWI，公司所运行的污水厂内有几台热电联产的设备，不仅为污水厂内提供了不少电力，同时也为电网提供了能源，这使他们看到了潜在的商机。
“政府正在鼓励可再生能源的多样化使用，如RHI方案的建立，这也驱使我们更高效地生产可再生能源、并探寻更多可行的输出途径。” Farris说道。“而将沼气进一步净化为生物甲烷，我们可以将原始沼气中100%的能源完全输出，这比热电联产的方式效率更高，之前热电联产只能回收约80%的能源。”
2018年5月，英国能源监管机构Ofgem为沼气提纯生物天然气提供了收费保障，使RHI申请者能够在安装调试设备和RHI认证之前确认收费定价，进一步推动这一沼气资源化的技术在水务公司中普及。总部位于荷兰的沼气处理公司DMT环境技术总监Steven McCulloch表示，“这一变化意味着，未来建立沼气-生物天然气的商业案例应该将不成问题”。预计未来欧洲的沼气精制生物天然气项目将会呈增长态势。
沼气提纯生物天然气技术概览
高压水洗是目前进一步提纯沼气制备生物天然气的主导工艺之一，可以脱除硫化物和硅氧烷等杂质，但随着膜法提纯沼气工艺的出现，市场也开始出现一些新的面貌。
膜分离技术早在几年前就被应用于沼气提纯领域。Severn Trent公司之前在其Minworth污水处理厂及其他一些污水厂采用水洗工艺对沼气进行净化提纯，因为水洗是沼气提纯方面相当成熟的技术。膜分离作为新兴技术，用户担心其表面污染的问题，但经过近几年的尝试，膜法提纯沼气的效果得到了许多终端用户的认可。Severn Trent公司目前也在其新项目中采用Air Liquide的膜分离工艺。
膜法相比于水洗工艺同时具有占地空间小的优势，且具有更高的甲烷回收率。“膜法工艺的适用性更广，不能使用膜的情况是非常罕见的。” McCulloch说。
除了欧洲，北美市场也开始尝试使用膜分离技术对沼气进行提纯。位于堪萨斯州奥克兰污水处理厂的一个沼气提纯生物天然气供给天然气管网的项目预计将于2020年初投入使用，该项目采用的是苏伊士的Methanis膜产品，是膜法工艺在北美市场的首次应用。
然而，对于北美市场而言，水洗法依然是更为普及。加拿大公司Greenlane Biogas的首席执行官Brad Douville对GWI说：“在某些国家，比如英国，沼气提纯的设施是有标准规格的，这比北美市场普遍做的沼气提纯设备的规模要小一些。我们比较了不同规格的产品，发现当沼气提纯规模较大时，水洗的效果更好，而且规模越大越具成本效益。”
原标题：技术地图 | 沼气精制生物天然气将为污水处理厂带来多大收益？
