山東的沼氣修建培訓。片來源：凱倫·曼科爾

給農作物施糞肥有助于營養物質循環，但糞肥分解會釋放大量甲烷。農業是全球最大的甲烷排放源。每年來自牲畜糞便的甲烷造成的溫室效應與2.4億噸二氧化碳，或者5200萬輛汽車的年排放量相當。

要減少這種強大的溫室氣體的影響，最有效的一個方法就是將其捕獲并像使用天然氣那樣將它燃燒掉。數十年來，中國政府一直在鼓勵農民這么做，美國也有此類措施，但并不太成功。

在美國，動物糞便排放的甲烷近一半來自養豬場。與中國相比，美國不太重視甲烷捕獲，且農業領域這項舉措的普及率也遠落后于中國。美國僅3%的奶牛場和養豬場使用厭氧沼氣池來捕獲甲烷。

沼氣循環利用的推廣宣傳示意圖。圖片來源：凱倫·曼科爾

應對能源危機

1979年的石油危機給美國政策制定者敲響了警鐘。油價飆升三倍，汽油短缺，加油站前排起了長隊。對替代能源研究的支持在上世紀80年代初達到頂峰，但隨著油價回落至危機前的水平，這種支持很快就消失了。

美國的農業院校開始研究并修建了約140個農場沼氣池。遺憾的是，到80年代中期，由于燃料價格下降，美國早期修建的這些沼氣池有85%被廢棄。農民又回到過去的老做法，糞便未經處理就儲存和播撒，導致甲烷持續進入大氣。

大約同一時期，中國正面臨另一種能源危機——木柴短缺。農村地區，農民收集木柴給爐灶燒火，導致森林遭到破壞，也帶來糟糕的室內空氣質量。中央政府加大科研投入力度，目的就是尋找既能滿足農民制作一日三餐的需求，又能降低污染的替代燃料。捕獲糞便分解過程中釋放的甲烷似乎很有前途。

1979年，農業部在成都成立了沼氣科學研究所。研究人員幫助開發了以水泥和磚塊為材料的低成本固定圓頂沼氣池。研究和示范項目紛紛啟動。到1983年，中國已有700萬戶農村家庭（約3.5%）用上了厭氧沼氣池。

沼氣科學研究所不斷開展項目，并于1981年成立了亞太區域沼氣研究與培訓中心，負責承辦中國商務部的援外培訓項目，教授他們如何建造和維護小型磚結構沼氣池。多年來，這個培訓中心已經與55個國家建立了聯系，中國因此成為農村沼氣技術轉讓的區域領頭羊。

重獲重視的沼氣池

二十世紀90年代末，中美兩國再次燃起對甲烷的興趣。甲烷不僅可以用作燃料，而且還關系到溫室氣體減排。中國再次加大家庭沼氣建設力度，根據2003年農業部發布的《全國農村沼氣建設規劃》和2006年國家發展和改革委員會出臺的《可再生能源發展規劃》，目標是到2010年農村戶用沼氣池達到4000萬戶，有7萬多人參與推廣和修建沼氣池。目前家庭沼氣池是甲烷沼氣的最大生產者，2013年戶用沼氣池的數量達4300萬。2011年起建設開始放緩，以養殖場為核心的農村大中型沼氣池成為甲烷捕獲的新增長點。

江蘇省無錫市附近養豬場的沼氣池，捕獲的沼氣用于發電。圖片來源：凱倫·曼科爾

為了實現目標，中國按照沼氣池建設成本的一半提供補貼。補貼額度因地而異，貧困地區和西部地區的補貼最高。但這筆錢有附加條件。根據新的“1+3”改造要求，補助金必須用于修建沼氣池，升級畜欄、廁所和廚房。2014年，中央和地方政府投資25億元用于沼氣池工程和建設。

美國采取更溫和的辦法捕獲農業生產過程中產生的甲烷。2000年，美國農業部、環境保護署和能源部聯合啟動了“農業之星”（AgSTAR）項目。美國農業部根據2014年《農業法案》通過“美國農村能源（Rural Energy for America）”項目提供了107筆贈款，環保署也在推廣該項目。到2019年，美國擁有254個農業沼氣池。

多重效益

中國在甲烷捕獲方面的成功源于重視厭氧分解帶來的多重效益。沼氣的燃料價值幾乎無法覆蓋沼氣池的建設和管理成本。但沼氣爐的使用緩解了中國林業資源的壓力，減少了對木柴的依賴。減少使用木柴、稻草和煤改善了室內空氣質量， 對女性健康的積極影響尤為明顯。糞便的厭氧消化是垃圾處理的一種形式，可以減少氣味、病原體和垃圾數量。值得注意的是，消化后的糞便仍保留了營養成分，可用于作物施肥。考慮到生產1噸化肥釋放近10噸二氧化碳，用消化后的糞便作為有機肥料可以進一步帶來溫室氣體減排。

中國在利用沼氣池捕獲糞便釋放的甲烷方面處于全球領先地位，占全球總量的三分之一。中國成功的農村甲烷捕獲方案還為發展中和發達國家提供了借鑒。沼氣科學研究所結合政府補貼，推出了一個集研究、技術支持、培訓和示范方案為一體的綜合項目。

最重要的是，中國很早就認識到采用沼氣技術的多重益處。沼氣的燃料價值或許會隨著世界能源市場的變化而出現起落，但溫室氣體減排、森林保護、室內空氣質量改善和疾病控制等強有力的環境和公共衛生效益卻是不會變的。

作者：凱倫·曼科爾，俄亥俄州立大學食品、農業和生物工程學教授，兼該校土壤環境技術學習實驗室負責人，2020年在伍德羅·威爾遜中國環境論壇擔任研究助理。

翻譯：YAN