微型甲烷化：巧用城市厨余垃圾发电
Julien Thual
法国环境和能源管理署（ADEME）甲烷化协调工程师
Anne Trémier
法国国家农业食品与环境研究院（INRAE）有机垃圾回收过程渠道研究主任
生活垃圾中可腐烂的生物废弃物，可以回收再利用。除了堆肥，我们该如何处理这些大量的生物废弃物呢？微型甲烷化有望成为废弃物回收的新方式。什么是微型甲烷化？微型甲烷化的优势是什么？哪些因素限制了微型甲烷化的推广和使用？
每个法国人每年产生的253公斤的垃圾中，32.8%是生物废弃物，可以被回收。
与堆肥类似，微型甲烷化可以成为回收城市废弃物的新方法。
这种方法具备两大优势：自给自足和模块化，因此易于在城市和近郊地区使用。
微型甲烷化装置在欧洲仍然十分罕见，在法国仅有90台。
这主要是因为其投资成本在15万-70万欧元之间，其经济效益并不显著。
平均而言，每个法国人每年会产生253公斤的生活垃圾（指除玻璃和废纸之外的垃圾，通常被置于灰色垃圾箱中）[1]。好消息是，其中可腐烂的生物废弃物占32.8%，生物废弃物包括厨余垃圾和园林垃圾，都可以回收再利用。但是，由于缺乏专门的回收渠道，57%的法国人仍会选择将厨余垃圾与其他家庭垃圾一起扔掉[2]。2020年2月10日，法国政府推出了一项关于减少资源浪费，推广循环经济的法律，要求所有生产商在2024年1月1日前，对生物废弃物进行源头分类。
“微型甲烷化装置易于在城市和近郊地区使用。”
那么，我们该如何处理这些大量的生物废弃物呢？截至目前，堆肥的呼声最高，也最为常见。在法国，堆肥中心高达749个，而对家庭废弃物进行甲烷化的装置则只有17个[3]。对部分城市而言，微型甲烷化有望成为废弃物回收的新方式。
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自给自足，微型甲烷化的优势之一
与甲烷化一样，微型甲烷化主要基于有机物在无氧条件下的发酵，并在此过程中产生甲烷和可用于农业的沼渣。法国国家农业食品与环境研究院（INRAE）食品加工和环境过程优化所（OPAALE）的主任Anne Trémier解释了这一过程的特别之处：“服务大范围片区或者服务农业生产的甲烷化装置每年会处理数万甚至数十万吨的废弃物。而微型甲烷化装置每年处理的废弃物不超过1000吨。”值得一提的是，微型甲烷化装置并没有统一的定义。以Tryon Environnement为首的微型甲烷化企业每年处理的生物废弃物约为1000至8000吨。法国环境和能源管理署（ADEME）废弃物回收部门专家Julien Thual补充道：“当前不存在专门针对微型甲烷化装置的法规。根据ADEME的理解，微型甲烷化的一大特点就是能够实现自给自足。”
自给自足是微型甲烷化的一大优势。例如，在Bee&Co公司的BioBeeBox装置中，沼气可以为热电联产涡轮机提供热量和电力。微型甲烷化装置所产生的沼气完全可以满足自身能源需求，例如为去污池和消化池的加热提供能量。剩余的电力可被输入电网，而热能则可用于住宅烧水。Thual称：“这种自给自足的装置尤为适用于较为偏远的地区。”印度就广泛部署了Puxin的微型甲烷化装置，用于生产家用沼气。
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模块化和微型甲烷化
微型甲烷化的另一个优势是模块化。包括研磨、去污、厌氧消化、热电联产和堆肥在内的所有过程都集成在一个容器中，占地面积只为10平方米左右。Trémier称：“由于占地面积较小，微型甲烷化可以在城市和近郊地区得到规模化应用”。模块化也为微型甲烷化装置带来了灵活性，装置的处理能力可以通过自由添加或移除组件来实现调节。ITM Atlantic公司的研究人员分析了15个国际城市甲烷化项目（几乎所有项目的年处理能力都超过1000吨）[4]。 他们观察到，很多处理装置都被放在了建筑密度较低的新建城区。
图片来源：PI France
然而，甲烷化装置其实更加适用于建筑密度较高的城郊区域，或是已经配备了废弃物管理系统的社区。Trémier称：“在Decisive研究项目中[5]，我们得出了一项结论：微型甲烷化无法取代其他回收解决方案，但能与其相辅相成。在从无到有建立新装置的地区，我们有望重新思考整个回收链的设计，并适应当地的发展需求。但另一些地方已经有现成的甲烷化或堆肥设施，处理能力难以再提高。此时，微型甲烷化装置就能满足额外的回收需求，从源头处理生物垃圾。”此外，Decisive研究中的一个试点项目表明，在人口稀少的地区搭建微型甲烷化装置能够减少生物垃圾的运输。
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微型甲烷化的应用存在哪些障碍？
当前，微型甲烷化装置尚未在欧洲得到大规模推广。德国和荷兰的生态区于21世纪初部署了第一批相关装置[6]，此后，欧洲城市的微型甲烷化主要由英国能源企业SeaB倡导。近几年，该领域才涌现出了几家法国初创公司（如Bee&Co）。Metha's synergie[7]（法国普阿蓝大区负责甲烷化的政府机构和企业组成的联合会）的一份报告列出了2015年欧洲875个农场的微型甲烷化装置，其中有660个在德国， 26个在法国。作者于2020年在法国进行了另一次普查，总共只发现了90个微型甲烷化装置，其中包括3个处理生物废弃物的装置。在法国，微型甲烷化装置主要使用于农业，城市只有少数几个试点装置。
“迄今为止，仍未有任何处理生物废弃物的微型甲烷化装置能创造经济效益。”
微型甲烷化装置的部署何以如此畏首畏尾？最大的原因是其经济效益低下。安装一个处理生物垃圾或食品工业残留物的微型甲烷化装置需要15万-70万欧元，而且该装置的运行需要热量和电力，因此会消耗部分自身产能，导致用于出售的沼气、电力或热能所剩无几。Thual称：“尽管我们已经支持了多个试点项目，但迄今为止，仍未有任何处理生物废弃物的微型甲烷化装置能创造经济效益。之前，我们低估了效益的重要性。从成本而言，社区堆肥设施的确更有优势：技术不昂贵，效益也更高。”为了提升其经济性，研究人员正在探索一些新的回收途径。在Decisive项目中，研究人员尝试以沼渣为基质，生产一种拥有商业化潜力的生物杀虫剂。Trémier称：“该工艺的能源密集度要低于现有工艺。我们认为，这些沼渣所生产的高附加值产品有望助力上述装置实现盈利。”
此外，我们还要考虑监管的影响。微型甲烷化装置与大型甲烷化装置一样，被归类为环境保护装置（ICPE），因此必须安装在离住宅100米以上的地方。Trémier称：“这一要求严重阻碍了微型甲烷化装置的部署，不知日后是否会有专门的法规允许这些装置的近距离安装。”
微型甲烷化能够成为城市垃圾问题的解决之道吗？Thual总结道：“因地制宜很重要：首先要看一个地方有哪些废弃物来源，又有哪些现存设施。微型甲烷化的想法很有吸引力，但它必须首先证明其优越性，包括经济效益。”微型甲烷化也应该像自制堆肥装置一样，在群众中大力宣传推广，提高人们的接受度。Trémier称：“此前有研究表明[8, 9]，家庭堆肥提高了居民垃圾分类的能力，并减少了废弃物的产生。当前，微型甲烷化还未达到这个阶段，但我们希望有一天它也能像堆肥一样走进千家万户。”
作者
Anaïs Marechal
编辑
Meister Xia
1. Ademe (September 2020), Déchets chiffres-clés, 2020 edition.
2. Solagro (October 2021), Biodéchets : du tri à la source jusqu’à la méthanisation, Guide à destination des collectivités pour réussir le tri à la source des biodéchets dès 2024.
3. Website accessed on 4 April 2023: https:// www.sinoe.org/thematiques/consult/ss-theme/29
4. Bautista Angeli, J.R., Morales, A., LeFloc’h, T. et al. Anaerobic digestion and integration at urban scale: feedback and comparative case study. Energ Sustain Soc 8, 29 (2018).
5. See the project website: https://www.decisive2020. eu
6. JR Bautista Angeli (2019), Étude de faisabilité de la micro-méthanisation par co-digestion à l’échelle des quartiers, PhD thesis presented at IMT Atlantique.
7. Métha’Synergie (June 2020), État de l’art micro-méthanisation, développement de la micro-méthanisation en France, available at https:// methasynergie.quai13.fr/wp-content/uploads/ 2020/10/ALE-20_10_Methasynergie_Etat-de-lart-micro-méthanisation-.pdf
8. Evaluation of the impact of composted quantities in individual housing on the household waste collected by the community. Techniques Sciences Méthodes. 9, 50–8 (2013)
9. Mitaftsi, O., Smith, S. R.: Quantifying Household Waste Diversion from Landfill Disposal by Home composting and Kerbside Collection. Imperial College London – Centre for Environmental Control and Waste Management, Department of Civil and Environmental Engineering. 165 p. (2006)
