丹麥作為世界養豬強國在業界已是有口皆碑，不到600萬的人口卻可年出欄生豬約3000萬頭，從種源到豬肉均行銷全球。可你是否想過，在領土面積不大、環保政策甚嚴的歐洲，丹麥又是如何處理畜禽糞汙的呢？
近期由丹麥農業、食品與生物集群（Food & Bio Cluster Denmark）編撰的介紹沼氣行業先驅——丹麥的經驗與案例的一份報告引起了筆者的注意，其中的主要篇幅都是在講沼氣生產如何應用於畜禽糞汙處理。
沼氣對中國百姓來說也並不陌生。這種清潔能源曾一度風靡於各地農村，並獲得了國家政策的大力扶持。但隨著農村生產結構的調整，沼氣生產的原料不足、缺乏合理管理、新型能源蓬勃發展等諸多因素，造成了大量的沼氣設施已然荒廢。
隨著我國養豬的集約化、現代化發展，沼氣工程重新成為一些規模豬場的糞汙處理選擇，但其應用的覆蓋面顯然已不及立式發酵罐、智能分子膜等新型熱門技術。
為何丹麥的選擇是看起來並無太多創新的沼氣技術？其與世界其他各國包括中國早有應用的沼氣項目又有何異同？我們就此與丹麥農業、食品與生物集群負責人Claus Gunge取得了聯繫並獲得了其報告的下載和使用授權。
政策引領
據介紹，僅從養豬來看，丹麥便已是全球畜禽飼養密度最高的國家之一。此外，丹麥周圍包括波羅的海在內的自然環境十分脆弱。這兩大因素疊加，促使丹麥一直在尋求發展符合環境安全的畜禽糞汙處理技能和創新技術。
Claus Gunge
畜禽糞便一直被認為是丹麥的一項重要資源。該國每年產生的畜禽糞便約為3500萬噸，相當於580萬丹麥居民每人每年佔有6噸畜禽糞便！
但直到1980年代初，畜禽糞便在丹麥還僅僅只被認為是一種天然的農作物肥料。在作物高產和能源低價的壓力下，1960-70年代畜禽糞便還曾一度被礦物肥料所取代。到了1985年，由於日益嚴重的養分流失和水質問題，丹麥政府啟動了NPO計劃。
NPO計劃要求養殖面積與牲畜數量適當平衡，並規定了農場需要確保的最低畜禽糞便存儲能力。存儲過程中還要防止臭氣的擴散，要麼新鮮的糞便能夠及時得到處理。從那以後，歐盟和丹麥政府更加嚴格的規定刺激了技術的發展。如今其畜禽糞便中大量氮和磷的利用效率幾乎和礦物肥料相當，既減輕了氮磷對環境的影響，也降低了農民購買肥料的成本。
剛剛運抵沼氣廠等待自動分類的餐廚垃圾
除了畜禽糞汙的影響，丹麥亦禁止將有機廢物棄置於垃圾堆填區，並提出到2023年要實現廚餘垃圾100%回收的國家目標。於是，把能源生產和處理糞便及有機廢物聯繫在一起的沼氣生產成了丹麥的一項主要選擇。
目前，丹麥許多養豬戶和奶農均會使用畜禽糞便生產沼氣，其中大多數生產都是通過農民合作社所有的工業規模沼氣廠進行的。2012年以來，隨著補貼計劃的實施，丹麥沼氣產量迅速增長，2020年總產量達到約20兆焦耳。預計2023年這一可再生天然氣將佔據丹麥天然氣網絡的30%。其每年用於生產沼氣和肥料的生物質超過1100萬噸。
此前，丹麥生產的大部分沼氣都用於電力生產。而如今，越來越多沼氣經過提純淨化後進入了天然氣網絡，代替化石天然氣用於工業、交通運輸、供熱和供電。
丹麥一家沼氣工廠的提純淨化塔。
提純淨化後的沼氣可進入該國天然氣網絡
與此同時，沼氣產量增加以及極低的天然氣價格，大幅提高了補貼計劃的成本，丹麥政府已決定從2020年起停止2012年批准的新沼氣廠補貼計劃。不過，其有望制定並實施一項全新的可再生天然氣計劃，將生物甲烷和氫氣、甲烷氣等其他綠色燃氣都囊括在內。這將有助於確保相關技術在丹麥繼續擴大應用範圍、提高效率。
丹麥之所以更重視可再生天然氣而非直接利用沼氣發電，是因為可再生電力在丹麥的能源系統中佔據了很高比例——其已是世界領先的風能和風力渦輪機生產國家，而且丹麥正逐漸面臨需要利用風能和太陽能以外的其他可再生能源發電的情況。因為按照該國的目標，其將爭取在2050年前實現碳中和（比中國提前了10年），而只有這類綠色氣體才能為需要高溫的重工業供電。
生產應用
丹麥有專門從事沼氣廠設計和沼氣廠組件生產的公司。生物質預處理方案、消化池、攪拌罐和提純淨化設備是沼氣廠的主要組成部分，其設計和功能對沼氣廠的生產效率和經濟效益至關重要。
高溫厭氧消化是丹麥使用最廣泛的沼氣生產技術。糞便固液分離通常是一項獨立的技術，不過許多糞便固液分離機都會與沼氣生產裝置相連，作為消化池處理前或消化池處理後的一道工序。
丹麥生產的沼氣基本都使用了大型集中連續攪拌槽反應器（CSTR），沼氣廠會配備聯合發酵和提純淨化設備，將生產出的可再生天然氣直接輸入天然氣網絡。
專門設計的用於沼渣沼液運輸的卡車
如今丹麥約20%的畜禽糞便被用於能源生產。這一數據表明，丹麥在這個領域處於全球領先，但同時也還有巨大的潛力尚未開發。該國目前使用的肥料已有三分之二為基於畜禽糞便的有機肥。
對於有機農場主來說，他們主要感興趣的可能不是沼氣生產本身，而是有機肥料生產，後者在丹麥也是一種稀缺資源。而無論畜禽糞便是否用於能源生產，業界的目標始終是在既定的生產體系中儘可能地產出高質量的有機肥——有著合適的氮磷比，既滿足相關元素的限量要求，還能帶來更高的土地產出。
沼氣廠的沼渣沼液是一種優良的植物肥料，富含營養物質和有機物質，比未經處理的糞便更容易獲取營養物質。在丹麥和歐洲，未經處理的糞便/泥漿和沼氣廠的沼渣沼液都直接用作農作物肥料，無需進一步加工。
注入式施肥車。丹麥不允許大面積撒播和噴灑施肥，以減少臭氣排放
但為獲得最佳的肥料效果，必須對沼渣沼液進行正確處理。其中施肥前的混合至關重要，因為在泥漿儲罐中，營養物質在儲存過程中會發生分離，特別是乾物質、磷、有機氮和一些微量元素會在底層和浮層中分離並大量積累。
對於沼渣沼液而言，使用防止氨蒸發的技術亦尤為重要，即將其儲存在有蓋的泥漿罐中，並通過注射或帶狀鋪設系統進行撒播。出於健康和環境考慮，大面積撒播液態肥在丹麥是被禁止的。
沼氣廠的沼渣沼液比未經處理的糞便氣味小，肥料價值高。儘管氨蒸發的風險較高，但沼渣沼液的氣味比未經處理的泥漿要小得多，這是因為其粘度較低、更均勻、粒徑更小，因此能更快滲透到土壤中。使用沼渣沼液施肥的農場，由於沼渣沼液中氨氮量的增加，通常在獲得相同施肥效果的情況下，施肥劑量可以減少10%-20%。
技術支撐
丹麥有多所大學和研究所從事沼氣生產方面的研究。其研究的主要目標是找到提高基於糞便的可持續沼氣生產盈利方法，比如通過先進的預處理技術、使用添加劑和酶、優化飼料的混合以及挖掘新底物，尋找例如秸稈或其他廢棄物作為畜禽糞便補充的沼氣生產原料。
丹麥奧胡斯大學擁有世界上最大的沼氣研發工廠
丹麥最為知名的奧胡斯大學便運營著世界上最大的沼氣研發工廠。通過預處理和生產高價值的沼渣沼液產物，該校正在進行一些提高產氣量的試驗。
事實上，沼氣的生產具有規模效應：如果從500萬立方米/年增加到1200萬立方米/年，那麼沼氣發電的生產價格可從6.1元人民幣/立方米降低到4.3元/立方米左右。
根據這項研究，丹麥預計未來幾年其沼氣的生產能力將提高10-16%。研發和創新將在這方面起著重要作用。
丹麥還有大量公司和機構能夠從事沼氣廠設計、規劃、建立和運營方面的業務，並擁有多年的實踐經驗。這其中包括了丹麥農業、食品與生物集群，該機構致力於推動研究和商業之間的合作，服務於丹麥本土公司、國際公司和各類知識型機構。