研究概述
将现场有机废物转换为沼气以满足消费者的能源需求，具有实现能源平等和可靠缓解气候变化的潜力。然而，现有方法要么忽视了实时的充分供应，要么在供需不匹配时忽略了甲烷的逸散。本文展示了一种改进的社区沼气生产和分配系统设计，以克服这些问题，并在发展中经济体中实现全面的协同效益。本文以五个现有系统为实证例子，定义了在工厂端和用户端协同调整步调不一致的沼气流量机制，以获得接近1的消费-生产比率，从而满足农村居民的沼气需求。此外，还展示了碳减排及其在普遍的主流气候条件下的可行性。结合粪肥管理优化，中国全国范围内部署该系统将有助于实现全球1.5摄氏度目标的3.77%的减排量。此外，满足他人能源需求亦具有可观的脱碳潜力。
研究发现
①农村社区创新型沼气生产和分配系统（CBPD）中，在生产侧和用户侧启用了分支管路沼气流量协同调节控制机制，使沼气产量与消费量之比接近1，从而在满足农村居民能源需求的同时，避免了甲烷泄漏。
图1 沼气生产和分配系统框架
②CBPD系统部署后，全球平均每户每天的温室气体排放量减少了0.88~0.95kg CO2 eq（千克二氧化碳当量）。这表明，CBPD系统在气候减缓方面具有显著优势。CBPD系统有望在满足全球消费者能源需求、减缓气候变化方面发挥重要作用。
图2室外太阳-空气温度和升级后的CBPD部署的净碳减排贡献
③气象和气候条件在一定程度上对CBPD的碳减排起到关键作用，在气候最热的地区，CBPD的碳减排贡献最高。如果中国全面部署CBPD系统，有可能消除农村居民62.4%的碳排放，加之粪肥管理优化，将为实现全球1.5 ℃目标贡献3.77%的减排。
图3 中国农村地区升级后的CBPD部署的粪便可用性和潜在贡献
原文信息
文章信息：
Luo T, Shen B, Mei Z, et al. Unlocking the potential of biogas systems for energy production and climate solutions in rural communities[J]. Nature Communications, 2024, 15(1): 5900.
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-50091-9
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