生物甲烷可以在使用中取代天然燃料和发动机燃料。生物甲烷的替代性有助于消除我们对化石燃料的依赖，同时将废物转化为有用资源。

《巴黎协定》是世界气候变化舞台上的一个里程碑：它承载着实现碳中和的积极步骤的承诺。在2020年12月12日之后，占全球经济约70%、温室气体排放超过65%的国家同意在2050年前实现净零排放的目标。实现这一目标需要的不仅仅是选择混合可再生能源，还包括生物甲烷等非传统选择都可能是我们需要的碳中和答案。

1、为什么到2050年实现碳中和？

虽然大流行病对排放水平起到了刹车作用，但全球范围内的二氧化碳水平仍然持续上升，包括一些极端天气的指标也是如此，如频繁的风暴、洪水、山体滑坡和创纪录的高温，这使得对于环境的天平倾向于碳中和。碳中和的定义是碳排放与大气中的碳汇吸收之间的平衡，而目前显然缺乏这种平衡。

报告显示，只有在2030年之前每年至少减少6%的化石燃料生产，才能实现欧盟和195个国家承诺的2050年实现碳中和的目标。

在全球范围内，所有国家、行业和人民都在努力实现净零排放的目标。煤厂必须被可再生能源取代，如生物甲烷，因为国际劳工组织已经指出，到2030年，向清洁能源的过渡将提供1800万个新的就业机会。

COVID-19敲响了尖锐的警钟，不能再回到碳密集行为的旧常态，应该做出更安全、更可持续的地球友好选择。法国出台的国家低碳战略，应对气候变化的一个路线图是通过加强能源效率和农业等非相关来源的排放来减少能源消耗，通过可再生和核电方法实现能源生产的完全脱碳，如用生物甲烷替代，并增加碳汇以吸收剩余的排放。

2、万物皆能产生甲烷

众所周知，甲烷是一种温室气体，由特殊微生物产生，例如在奶牛的肠道或稻田中。多年来，科学家们还观察到植物和真菌中甲烷的产生，但没有找到解释。现在，来自海德堡和马尔堡马克斯普朗克陆地微生物研究所的研究人员已经阐明了潜在的机制。他们的发现表明所有生物都会释放甲烷。

甲烷是一种强效温室气体，因此对其自然和人为生物地球化学源和汇的研究具有极大的兴趣。多年来，科学家们认为甲烷只能由称为古生菌的单细胞微生物在没有氧气（厌氧）的情况下分解有机物时产生。

现在，由 Frank Keppler 和 Ilka Bischofs领导的地球和生命科学家的合作表明，酶对于甲烷的形成可能不是必需的，因为该过程也可以通过纯化学机制发生。 “由活性氧引发的甲烷形成最有可能发生在所有生物体中，”进行这项研究的受过跨学科培训的初级研究员伦纳德·恩斯特解释说。科学家们在 30 多种模式生物中验证了活性氧驱动的甲烷形成，从细菌和古细菌到酵母、植物细胞和人类细胞系。

生物甲烷或纯化的沼气是由农业废弃物发酵产生的，可以用于生物燃料生产。模仿天然气，生物甲烷可以在使用中取代天然燃料和发动机燃料，而不需要改变设备设置（因此，目前的天然燃料网很容易适应它的分配），是帮助消除我们对化石燃料依赖的一个伟大替代方案，同时将废物转化为有用的资源。

3、甲烷大规模生产存难点

生物质资源是自然界唯一且大量存在的可再生有机碳资源，富含种类丰富的C-C键和C-O键。

如果能实现生物质中的C-C键和C-O键高选择性断键，就能够获得甲烷、甲醇、乙醇等各种各样的重要能源化学品。

中国是农业大国，可利用的秸秆等植物生物质资源十分丰富。据不完全统计，2015年和2016年的农作物秸秆产量均在7 亿吨以上。然而，目前大量植物生物质资源并没有有效的利用方式，其中一部分被就地焚烧，不仅造成了生物质能源的浪费，而且易引发大气污染等多种环境问题。

甲烷是一种重要燃料，也是一类必不可少的化工原料。将生物质资源在温和条件下高效转化为甲烷，不仅能降低废弃生物质的堆积或焚烧对环境造成的污染，还能作为对天然气工业的一种补充，实现废弃资源的有效利用。近年来，越来越多的科研人员希望能探索出高选择性生物质甲烷化的技术。

传统的生物甲烷制备有两种方式，一是高温催化方法，往往需要两三个步骤串联，包括400摄氏度以上高温下生物质气化过程、300摄氏度以上的混合气体甲烷化，以及最终的甲烷纯化过程等。这一系列步骤的反应条件苛刻，对设备要求较高，能耗较大。另一种方法是生物工程技术，通过厌氧发酵过程产生沼气，其主要成分是甲烷。

目前大规模建设沼气工程仍然存在诸多难点。此外，微生物厌氧发酵产生的沼气通常含有30%~55%的二氧化碳，不仅降低了沼气的热值，而且会对气体运输的管道造成腐蚀。

一般来说，为了满足市场需求，微生物厌氧发酵产生的沼气必须经过气体净化，才能转化成为高纯度的生物甲烷。

4、使用生物甲烷的好处

实际上，生物甲烷可以防止整个价值链的排放，并具有多方面的缓解效果。首先，它通过在工厂处理有机残留物并不允许其自然分解来消除上图中的排放。它还取代化石燃料作为清洁能源，同时通过提供生物肥料消化物减少对碳密集型矿物肥料的需求。

因此，它通过推动回收计划提供经济优势，同时通过直接减少碳排放为多个部门提供动力，它还是一种易于储存的灵活燃料。

2018年，石油和天然气部推出了 "可负担交通的可持续替代方案"（SATAT）计划，目的是通过独立的企业家建立CBG工厂来生产汽车燃料。该计划将在2025年前推出5000家工厂，预计每年生产1500万吨CBG，大约占每年CNG消费量4400万吨的40%。如果考虑到该计划将创造7.5万个就业机会，并制造5千万吨生物肥料，企业家可以单独销售这些，SATAT计划中约17亿卢比的投资只是沧海一粟。

生物甲烷是一种具有前瞻性的脱碳解决方案，它已经存在于我们现有的生态系统中；它只是需要抓住必要的公众心智，以进入人们的视线。它是一种很好的能源替代品，可以实现所有的可持续发展目标，同时又相当容易实现货币化。

文章来源： 碳峰科技，科学有读，中国科学报