欧洲和中国在沼气转型方面的国家特定路径：技术成熟度、政策体系以及技术经济绩效

《Energy Policy》：Country-specific pathways in Europe's and China's biogas transitions: Technology maturity, policy architecture, and techno-economic performance

　　

余尚|赵婷婷|杨思瑶|徐昭毅|刘伟

中国矿业大学（北京）管理学院

摘要

本研究考察了2015年至2025年间欧洲和中国的沼气行业发展情况，将技术成熟度评估、政策架构比较和技术经济性能基准测试纳入统一的分析框架中。在此期间，欧洲的沼气行业经历了深刻的结构转型，从以发电为主的厌氧消化设施发展为同时服务于天然气电网、重型运输和工业热能市场的综合生物甲烷生产系统。中国则采取了类似的但具有特色的转型路径，从农村家庭用沼气装置转向大规模商业化的沼气和生物甲烷设施，这与中国的双碳目标（2030年前达到碳排放峰值，2060年实现碳中和）以及第十四个五年计划中的可再生能源发展目标相一致。通过对12个欧洲国家和8个中国省份的分析，从多个角度探讨了各国的技术路径、政策工具架构、原料可持续性以及技术经济性能。德国在装机容量（4803兆瓦）和绝对初级能源产量（2024年为239拍焦耳）方面保持欧洲领先地位，而中国在总沼气产量（包括家庭规模系统后超过1400拍焦耳）方面处于全球领先地位，但在升级渗透率和生物甲烷并网方面落后于欧洲。瑞典、丹麦、山东和黑龙江通过系统性地优先使用废弃物和粪便基原料，在循环经济整合和生命周期温室气体（GHG）减排方面表现优异。对先进生产技术的分析显示，技术成熟度范围从商业上成熟的湿式厌氧消化（TRL 9）到用于氢气和可持续航空燃料生产的新兴干式沼气重整（TRL 4–5）不等。六种商业化的生物甲烷升级方法的二氧化碳去除效率在92%至99.5%之间，其中化学胺洗涤法在最低辅助能耗下实现了最高的甲烷纯度。技术经济基准测试表明，基于粪便的沼气在生命周期内的净温室气体排放量为-12克二氧化碳当量/兆焦耳，优于所有评估的化石燃料替代品，并且在2022年后的欧洲市场价格和2024年中国管道天然气价格下，无需额外补贴即可降低成本。对七个欧盟成员国和中国省级政策框架的分析发现，欧洲的政策工具存在碎片化现象，这限制了跨境投资，阻碍了实现REPowerEU提出的2030年350亿立方米生物甲烷目标的进展；而中国中央、省级和县级政策之间的碎片化也导致了类似的部署障碍，尽管存在较强的自上而下的战略协调。综合研究结果提出了六点政策建议，包括原料优先选择、技术投资、碳市场设计、欧盟与中国在标准协调方面的合作，以及对中欧和华东地区以及中国内陆农业原料资源未充分开发地区的生物气市场的针对性支持。

部分摘录

背景与动机

欧盟到2050年加速实现碳中和的目标，以及中华人民共和国承诺在2030年前达到碳排放峰值并在2060年实现碳中和，使沼气从一种小众的农村技术转变为全球两大能源脱碳战略的重要组成部分。2015年至2025年间，欧盟的沼气总产量从约364拍焦耳增长到超过750拍焦耳的初级能源，这一增长趋势得益于……

论文结构与方法论

图1展示了本综述的组织架构，说明了从市场特征分析到国家及省级差异分析、技术评估、碳捕获评估、技术经济基准测试、政策框架审查，直至综合结论的分析流程。这一结构反映了综述的分析层次：市场层面的趋势奠定了实证基础，技术和原料分析……

原料特性与生物甲烷产量性能

原料的选择通过影响特定甲烷产量、工艺化学性质、消化器停留时间和消化物组成，决定了沼气系统的经济效益、环境性能和运行稳定性。表3提供了欧洲和中国沼气厂常用的十种原料的更新后的甲烷产量数据和可持续性评估结果，结合了实验室控制研究的数据和相关可持续性指标……

用于生物甲烷生产的沼气升级技术

沼气升级——即去除二氧化碳、硫化氢、水蒸气和微量污染物，以生产符合天然气电网标准的管道级生物甲烷——是将现场产生的沼气转化为可运输、可互换能源载体的关键步骤。五种升级技术在欧洲和中国市场上占据主导地位：变压吸附（PSA）、化学洗涤（使用胺溶剂）、膜分离和低温处理……

欧盟层面的政策框架：REPowerEU与可再生能源指令III

2022年的REPowerEU计划将生物甲烷提升为欧洲能源安全的关键组成部分，设定了2030年每年350亿立方米的生物甲烷生产目标——是2022年约70亿立方米基线的五倍。这一目标通过修订后的《可再生能源指令》（REDIII）中的强制性措施得到强化，该指令为2030年设定了42.5%的可再生能源份额目标，其中包括生物甲烷可参与的交通运输燃料和工业能源子目标……

跨区域比较：欧洲和中国的沼气行业

整合了欧洲成员国和中国省份的数据集后发现，尽管起始条件和政策路径不同，两地区的行业发展轨迹呈现出趋同趋势。到2015-2024年参考期结束时，两个地区的商业化沼气产业规模均已超过17,000个运营设施——欧盟27国加上英国约有19,000个，中国约有7,200个工业规模设施，同时还有1,800万至2,200万个家庭用沼气装置……

结论与政策建议

本研究首次全面比较了2015-2025年间欧洲和中国的沼气及生物甲烷行业，将生产轨迹、国家和省级市场结构、技术成熟度、技术经济性能、政策工具设计以及生命周期环境性能整合到一个分析框架中。综合证据表明，这两个地区均已从新兴的 niche 行业转型为……

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。