美国和巴西的沼气发展

美国和巴西的沼气发展

美国

美国厌氧消化器和垃圾填埋气设施每年捕获200亿立方米沼气。

通常情况下，沼气系统会将产生的气体用于发电、供热，或者用于去除二氧化碳以制取更纯净的甲烷（即可再生天然气/RNG/生物甲烷）。

2019 年，超过 90%的沼气收集系统生产电力（包括电能和热能），8%生产生物天然气。此后，新建的 90%以上的系统都用于生产生物天然气，还有一些电力系统也已进行了改造以生产生物天然气。如今，近四分之一（23%）的沼气收集系统都生产生物天然气。

2024年125 个新启用的沼气系统中，仅有7个利用其产生的沼气来发电或供热（包括三个位于厌氧垃圾处理厂、两个位于食物垃圾处理设施、两个位于农场），其余的全部用于生产生物天然气。

就沼气的总量而言，这种转变更为显著（见下图）。2019 年，17%的沼气转化为可再生天然气，但到 2024 年底，这一比例上升到了 40%。

展望未来，如果美国沼气体制业全面实现扩张，将可能催生超过17,000 个新的沼气体收集系统，潜在的发电量可达到 2.553 亿MWh，相当于 2370 万个家庭的年用电量。如果将所有收集到的沼气全部用于生产可再生天然气，目前 0.466亿MWh可增加到 6.1545亿MWh，足以满足 2740 万个家庭的总能源需求。

据伍德麦肯兹公司（Wood Mackenzie）近期的一项分析显示，北美可再生天然气（RNG）市场呈现出强劲的增长态势，自 2023 年以来增长了 35%，并在 2024 年新增了创纪录的 400万方/日的产量。

伍德麦肯兹公司发布的《生物甲烷（RNG）市场报告：北美》预测， 2025 年生物甲烷再增加 200万方/日的供应量，总产能达 1700万方/日。交通运输领域消耗了 RNG 生产量的超过一半。

在美国各州中，得克萨斯州的生物天然气量最高，达每日210万方，其次是宾夕法尼亚州（每日 150万方）和俄亥俄州（每日 120万方）。加拿大目前的产量为每日 130万方。自 2023 年以来，并购活动包括恩布里奇公司（Enbridge）以 12 亿美元收购莫罗可再生能源公司（Morrow Renewables），主要投资包括阿雷斯（Ares）、高盛（Goldman Sachs）和斯通佩克（Stonepeak）（向清洁能源燃料公司（Clean Energy Fuels）投资 4 亿美元），一家道达尔能源-先锋（TotalEnergies-Vanguard）合资企业以及维托尔（Vitol）、阿波罗（Apollo）和赛格点能源（Sagepoint Energy）的资产收购。

“市场参与者通过增加并购活动，彰显了他们对生物天然气未来发展的信心。预计生物天然气的产量将持续增长，到 2050 年可能超过 2.2亿方/日。”

尽管增长强劲，“高昂的成本仍将是对新进入市场的参与者的一大障碍，而延长的税收优惠则将是推动可再生能源发电项目持续发展的关键因素。”“明确联邦补贴政策，以及在交通领域之外开拓市场需求（主要通过由公用事业和企业减排目标所驱动的自愿市场模式），将对市场的未来发展潜力起到关键作用。”

美国2025年年度能源展望（与沼气和生物甲烷相关部分）

AEO 2025 Trends: Enhanced Decarbonization Opportunities

https://onlocationinc.com/news/2025/07/aeo-2025-trends-enhanced-decarbonization-opportunities/

作为 OnLocation 每周“2025 年能源展望趋势”系列的一部分，本文探讨了美国能源信息署（U.S. Energy Information Administration, EIA）《2025年年度能源展望》（Annual Energy Outlook, AEO）的预测，重点关注改进氢市场、碳捕获技术和工业部门的模型增强功能。AEO 为美国能源系统的预测提供了重要的基准，供各政府机构、研究机构和行业领袖参考。这些预测依赖于国家能源模型系统（National Energy Modeling System, NEMS），这是一个美国能源经济模型，是行业标准，具有详细的数据和对所有能源供应和需求部门的能源市场、政策和技术的详尽描述。作为 EIA 多年努力改进 NEMS 的一部分，新增了几个模块，对其他模块也进行了重大修改，并将其结果纳入了 AEO 2025 的情景中。在我们之前的“2025 年能源展望趋势（AEO 2025 Trends: Oil and Gas Supply）：石油和天然气供应”中，我们讨论了碳氢化合物供应模块（Hydrocarbon Supply Module, HSM），它是石油和天然气供应模块（Oil and Gas Supply Module, OGSM）的替代品。在本文中，我们将探讨 AEO 2025 中的两个新模块，即氢气市场模块（Hydrogen Market Module, HMM）和碳捕获、分配、运输及封存（Carbon Capture, Allocation, Transportation, and Sequestration, CCATS）模块。此外，我们还将回顾美国能源信息署（EIA）对工业模型所做的更新，这些更新进一步推进了其在需求部门更好地体现脱碳努力的目标。本文重点关注这三个模块在 AEO 2025 情景中的关键结果。

美国能源信息署（EIA）为《2025年度能源展望》（AEO 2025）开发的新氢能市场模块同样模拟了燃料转化为氢气的过程，但基于以下三种主要制氢技术：

无碳捕集的天然气蒸汽甲烷重整（steam methane reforming, SMR）：这是目前最常用的制氢方法。

有碳捕集的天然气蒸汽甲烷重整（steam methane reforming with carbon capture, SMR w CCS）：该技术与无碳捕集的蒸汽甲烷重整技术相同，但增加了对天然气燃料排放物的碳捕集环节。《降低通胀法案》（Inflation Reduction Act, IRA）扩大了第45Q条二氧化碳封存税收抵免政策，推动了该技术的应用。

质子交换膜（Proton Exchange Membrane, PEM）电解：该技术将电能转化为氢气，因其启动速度快而备受青睐，适合与可再生能源结合使用，且碳排放较低。《降低通胀法案》第45V条清洁制氢税收抵免政策也对该技术起到了激励作用。

《2025年度能源展望》详细阐述了第45V条生产税收抵免政策的要求。要获得此项税收抵免，电解槽制氢可使用可再生能源的弃电，或在满足可输送性（发电和制氢在同一地区）、新增性（发电装置启动日期在制氢启动日期的3年内）和小时级时间匹配（发电和制氢在同一小时内）等标准的情况下购买能源属性证书（Energy Attribute Certificates, EACs）。

图1 展示了 2025 年美国能源评估（AEO）报告中的基准情景和替代运输情景下的氢气需求情况。氢气需求与化工和炼油行业的工业发货量直接相关，因此在这两种情景中需求保持不变。在基准情景中，运输部门在 2030 年之后需求显著增长，货运卡车的使用量增加。但在替代运输情景中（假设近期要求使用低排放车辆的法规不再生效），这种需求消失。尽管电力部门可以使用氢气涡轮机，但在替代运输情景中，电力部门为新涡轮机预留的建设规模非常小，在基准情景中则完全没有预留，因为更经济的替代技术更受青睐。

图1：2025 年 AEO 中按行业划分的氢气需求（参考运输和替代运输两种情况）

图2 展示了在相同两种情况下，需求对通过特定技术生产氢气的影响。尽管副产品氢气是一个固定投入，但在这两种情况下，天然气蒸汽甲烷重整（SMR）产生的氢气都占据了主导地位，不过在“交通”案例中由于交通运输领域的需求降低，其产量有所下降。需求的降低还导致“交通”案例中带有碳捕获和封存（CCS）技术的 SMR 产量减少，而在“参考”案例中，在中期其产量会增加，之后随着 45Q 信用的到期又会下降。电解槽产生的氢气在“参考”案例中微不足道，在“交通”案例中则完全不存在，尽管后者有 45V 信用可用。

图2：2025 年 美国能源评估中按技术分类的氢气产量（参考运输方案和替代运输方案）

土耳其

https://www.aa.com.tr/en/energy/renewable/biogas-biomethane-can-meet-8-of-turkiye-s-gas-needs-experts-say/50419

废物管理及废物转化为能源生产商协会主席阿里·扎拉·厄纳尔（Ali Rıza Öner, chairman of the Association of Waste Management and Waste-to-Energy Producers）表示，由固体废弃物、动物粪便和农业废弃物制成的沼气，已成为能源和农业领域的重要资源，能够满足土耳其每年约8%的天然气需求。它被用于专门设施中，以产生电能和热能。

土耳其拥有269 座沼气和生物质发电厂。“2024 年，约 31.7 亿千瓦时的电力是由固体废弃物产生的，而沼气和生物质发电设施总共产生了约 86 亿千瓦时的电量。”

“这些数据清楚地表明，国内废弃物对整个基于生物质的电力生产做出了重大贡献。”大约减少了 50 亿吨的碳排放量。土耳其每年平均有 70 亿立方米的生物甲烷潜力，满足该国约 8%的天然气需求，总潜在价值为 36 亿至 42 亿美元。

巴西

巴西的沼气生产主要集中在三个领域：农业、工业和卫生领域。截至2022 年底，总沼气产量达 29 亿立方米，当年新增沼气厂 114 座，较 2021 年增长了 15%（48 座）。在工业领域，沼气原料主要来自工业废水和加工活动产生的有机废弃物。食品和饮料行业拥有最多的在运营沼气厂，而该领域产生的沼气中近 60% 来自糖-乙醇产业。

值得注意的是，巴西沼气的主要用途仍是发电。2022 年，86%的沼气设施用于发电，预计该国沼气总产量的72%被转化为电能。

生物甲烷在巴西的沼气产量中约占22%。到 2023 年，全国共生产了近 7500 万立的生物甲烷，较 2020 年增长了两倍。这一增长在里约热内卢尤为显著，该地区的产量在此期间几乎增长了四倍，使该州成为巴西生物甲烷产量的领先者，到 2023 年约占巴西总产量的 56%。

该国首个重要的生物能源政策——“国家酒精计划”（ProAlcohol）于 1975 年启动，旨在减少对进口石油的依赖并增强能源安全，促进了甘蔗的生产，使生物乙醇成为巴西能源组合中的关键组成部分，并构成了其生物能源领域的核心支柱。2005 年，巴西推出了“生物柴油生产和使用国家计划”（PNPB），将重点从生物乙醇扩展到生物柴油。自 2015 年加入《巴黎协定》以来，巴西加大了对生物能源的承诺力度。两项主要政策处于前沿位置：国家生物燃料政策（RenovaBio）和最近通过的“未来燃料法案”。

国家生物燃料政策（RenovaBio）：巴西的国家生物燃料政策于 2016 年由矿业和能源部推出，并于 2017 年通过第 13576 号法律正式确立。其目标是履行巴西的国际气候承诺、确保生物燃料供应、扩大生物燃料的使用，并通过生命周期评估（LCA）促进能源效率和温室气体（GHG）排放的减少。该计划涵盖的生物燃料包括纤维素乙醇、甘蔗和玉米乙醇、生物柴油、加氢处理可再生柴油（HDRD）、航空生物燃料（SAF）和生物甲烷。该计划基于三个关键机制运作：1. 年度碳强度减排目标：将年度温室气体减排目标转化为燃料分销商的强制性目标，这些目标根据其市场份额而定。2. 生物燃料认证：根据生命周期评估（LCA）中的温室气体减排效率对生物燃料生产商进行认证。认证涉及遵守环境法规和使用注册的农业单位。3.碳减排信用（CBios）：经过认证的生产商和进口商可以发行 CBios，每一份 CBios 代表通过使用生物燃料而避免的 1 吨二氧化碳排放量。超出排放上限的分销商可以在股票市场购买 CBios 以避免处罚，从而形成一种合规的经济激励机制。这一系统对生物燃料生产商有利，因为它通过出售 CBios 产生了额外收入，同时又鼓励了更多的生物燃料使用。自 2017 年推出以来，RenovaBio 已取得显著进展。截至 2024 年 4 月，422 家获得许可的生物燃料工厂中有 333 家在 RenovaBio 认证下获得认证。这包括 291 家乙醇工厂、38 家生物柴油工厂和 4 家生物甲烷工厂。从 2019 年到 2023 年，共发行了超过 1.05 亿份 CBios，避免了 1.05 亿吨二氧化碳当量的排放。2024 年的目标是 3878 万份 CBios。然而，到 2024 年中期，仅完成了目标的 16%，这受到冷却乙醇需求和分销商严重不合规的影响。

《未来燃料法案》（第528/2020 号法律）旨在使国内政策与最新的国家减排目标保持一致。该法律引入了一系列旨在促进可持续燃料生产的措施和计划，包括无水乙醇、生物柴油、SAF（可持续航空燃料）和生物甲烷。该法律对天然气中的生物甲烷混合比例设定了逐步要求，从 2026 年的 1%开始逐步增加至 10%。