《Biomass and Bioenergy》：Where biomethane works: Geospatial and technical drivers of cost-effective deployment at municipal scale
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•空间映射显示葡萄牙生物甲烷的技术潜力为0.225 bcm/年•可实施潜力为0.140–0.183 bcm/年，分布在81–133个市镇地点•最佳现有技术每年可实现1,211 kt CO?eq的温室气体净减排•未受控泄漏将使减排量减半，并导致9%–12%的地点成为净排放源•9
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空间映射显示葡萄牙生物甲烷的技术潜力为0.225 bcm/年
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可实施潜力为0.140–0.183 bcm/年，分布在81–133个市镇地点
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最佳现有技术每年可实现1,211 kt CO?eq的温室气体净减排
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未受控泄漏将使减排量减半，并导致9%–12%的地点成为净排放源
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95欧元/MWh的平准化中位成本在当前碳定价下具有竞争力
引言
向气候中性能源系统的转型需要与电气化互补的解决方案，尤其是在难以减排的部门中。在可再生天然气选项中，由有机残留物生产的生物甲烷越来越多地被认可为一条可行路径，用于减少温室气体（GHG）排放，同时增强能源安全并支持循环经济实践（IEA，2025；IPCC，2022；Martínez-Arce等，2026）。生物甲烷可替代现有基础设施和终端应用中的天然气（NG），为工业供热脱碳、难以电气化的交通以及基于天然气的能源系统提供灵活的解决方案（EBA，2025；INE，2019，2024）。
在整个欧洲，诸如REPowerEU战略和国家生物甲烷行动计划等政策倡议已设定了雄心勃勃的目标，以扩大生物甲烷生产规模，包括到2030年生产35 bcm的目标（EBA，2025；European Commission，2022）。葡萄牙同样将生物甲烷视为其能源转型的战略组成部分，其潜力在于增值利用农业和农工业残留物，同时减少对进口化石燃料的依赖（Governo de Portugal，2024）。根据葡萄牙生物甲烷行动计划（PAB），到2030年，来自有机残留物的生物甲烷产量可达约2.7 TWh（几乎相当于0.27 bcm），对国家能源结构做出重要贡献（Governo de Portugal，2024）。然而，这一潜力受到若干结构性挑战的限制，包括生物质资源空间分布不均、基础设施可及性有限、经济不确定性以及市场条件不成熟。
现有关于生物甲烷来源和生产的研究沿若干条大致独立的路线推进。资源潜力评估已在全国至全球尺度上量化了废弃物生物质的贡献（Adnane等，2025；Feng & Rosa，2024；Marconi & Rosa，2023），但通常依赖于聚合数据集、单一原料类别和均质转化假设。地理空间研究显示（Mesthrige & Kaparaju，2025；Portugal-Pereira等，2018），但这些研究侧重于资源映射而非整合过程、经济和环保绩效。
与此同时，面向过程的研究已证明，农业残留物与农工业副产品的共消化可提高甲烷产量、过程稳定性和养分平衡（Braga等，2026；Negri等，2014；Veeramuthu & Flora，2025；Zamanian等，2026），但通常忽略了空间原料可用性和物流（Zamanian等，2026）。技术经济评估和生命周期评估则确定了工厂规模、升级技术、甲烷泄漏、运输距离和沼渣管理是温室气体减排和成本效益的关键驱动因素（Agostini等，2015；Ardolino等，2018；Gupta & Verma，2015；Tisocco等，2025），但通常基于单个案例研究，缺乏适用于区域规划的空间分辨率。厌氧消化还会产生沼渣，这是一种富含养分的副产品，可部分替代矿物肥料并改善生物甲烷系统的经济可行性（Adnane等，2025），这种协同效益很少被整合到空间评估中（Drosg等，2015；Nkoa，2014）。
总体而言，文献凸显了重要进展，但相当零散。大多数评估单独处理各个维度，如资源可用性、过程建模、空间分布或经济绩效，限制了其对综合部署规划的相关性。特别是，缺乏同时考虑原料多样性、技术配置、基础设施可及性和经济可行性的市镇级评估。部分例外是Fernandes等（2023），该研究为葡萄牙整合了空间、热力学、经济和生命周期评价分析，但依赖于固定过程假设、狭窄的原料范围（主要为粪便），且未提供选址特定的部署信息。因此，仍需要整合型、高分辨率评估，将空间资源分布、技术绩效、基础设施可及性和经济可行性明确联系起来，以支持基于证据的生物甲烷部署。
现有文献中一个关键空白仍未得到解决。生物质资源评估和技术经济分析通常独立进行，将原料丰富的地方和生产经济可行的地方作为单独问题来映射。这种方法论上的割裂忽视了根本性挑战。通常，资源丰富的地理区域与经济可行的生产地理区域相分离。尽管资源潜力和技术经济研究已独立映射了生物质可用之处和生产具有成本竞争力之处，但尚无先期研究检验可实施潜力的地理分布是否系统性地偏离技术潜力的地理分布。特别是，资源-基础设施空间脱耦作为约束部署的限制性因素，及其与碳价轨迹和原料聚合经济性的相互作用，在投资和决策相关的尺度上尚未被量化。
为解决这一空白，本研究开发了一种基于有机残留物厌氧共消化的生物甲烷生产空间显式技术经济评估方法，以葡萄牙大陆为案例，代表了生物质和基础设施禀赋空间异质的地中海农业系统。核心研究问题是：哪些经济上可行的残留物基生物甲烷市镇与同样资源丰富的不可行市镇有何区别，答案对部署策略有何启示？ 考虑了主要农业和农工业原料，包括谷物作物残留物、葡萄园和橄榄树修剪残留物、酒糟和橄榄渣。该框架整合了地理空间数据、过程建模和环境经济评估，在市镇级别量化理论、技术和可用潜力，在全生命周期边界下评估温室气体减排，并估算边际减排成本。它明确考虑了替代技术配置、工厂规模效应以及与生物质运输和天然气网络邻近度相关的空间约束。本文其余部分介绍方法论（第2节）、结果（第3节）、讨论（第4节）和结论（第5节）。
本研究提出了关于从技术潜力到可实施潜力转变的一个假设和两个研究问题。H1是，与之前的可持续回收和转化步骤相比，经济和基础设施筛选器移除了更多的资源，这是止于技术潜力的评估中隐含的假设。RQ1询问可实施潜力的地理分布是否跟随资源地理分布还是偏离它。RQ2询问使资源丰富市镇获得资格的筛选条件是什么，使其与同样资源丰富但不具备资格的市镇区分开来。
章节摘要
方法
本节介绍了用于评估生物甲烷生产潜力、温室气体减排和经济绩效的分析框架。该方法整合了系统边界和范围界定、原料表征、厌氧共消化建模、空间分析以及技术经济和温室气体分析，结构化为四个主要组成部分。
生物质资源分布
葡萄牙大陆七个NUTS II区域农业原料可用性的理论和空间分布呈现在附录C、图C.1中。理论和技术可回收原料总量分别为28,232和16,313 kt·年?1。牛粪占技术原料基数的51.7%，橄榄和葡萄园修剪物占6.1%，合计占全国技术总量的近58%。
讨论
本研究量化了葡萄牙大陆农业和农工业残留物的理论资源基础与可技术实施和实际动员用于生物甲烷生产的比例之间的差距。结果表明存在系统性的资源-基础设施脱耦，经济可行的部署取决于原料密度和与天然气网络的邻近度。生物甲烷可在与欧盟排放交易体系价格范围相当的竞争性成本下实现温室气体减排
结论
本研究量化了农业生物甲烷系统的基本部署约束，即资源-基础设施空间脱耦。开发并应用了一种市镇级、空间显式的技术经济框架到葡萄牙大陆，整合了地理空间资源评估、过程建模、温室气体核算和成本效益分析。该框架追踪了从理论资源可用性（0.643 bcm·年?1）到技术潜力的系统性递减
CRediT作者贡献声明
Aidan Zickmantel：写作 – 审阅与编辑，写作 – 原始草稿，可视化，验证，软件，方法，调查，形式分析，数据整理，概念化。Paulo Ferr?o：写作 – 审阅与编辑。Patricia Baptista：写作 – 审阅与编辑，监督，方法，概念化。Joana Portugal-Pereira：写作 – 审阅与编辑，写作 – 原始草稿，可视化，监督，项目管理，方法，资金获取，
声明在稿件准备过程中使用生成式AI和AI辅助技术
在准备本作品过程中，作者使用Claude（Anthropic）进行语言编辑、代码开发、调试和数据工作流程辅助。所有分析、结果、解释和结论均由作者独立验证。在使用该工具后，作者仔细审阅、验证并根据需要编辑了所有生成内容和代码，对发表文章的内容承担全部责任。
致谢
本工作在Science4Policy 2025（S4P-25）下开发，这是一个年度科学政策项目招标，由公共政策规划与评估中心与科学和技术基金会合作推动，由葡萄牙恢复与韧性计划融资。作者感谢项目编号2022.01729.PTDC下的资助协议，项目为气候变化韧性指标与农业知识创新与技术变革（CRIKIT）
Aidan Zickmantel|Francisco Plácido|Joana Portugal-Pereira|Patricia Baptista|Paulo Ferr?o
