生物质能之沼气的发展与利用

生物质能之沼气的发展与利用

摘要:本论文论述了

沼气，是各种有机物质，在隔绝空气（还原条件），并在适宜的温度、湿度下，经过微生物的发酵作用产生的一种无色、有臭、有毒的混合气体。它的成分包括甲烷通常占总体积的60%~70%；二氧化碳约占总体积的25%~40%；其余硫化氢、氮气、氢气和一氧化碳等气体约占总体积的5%左右。

沼气是一些有机物质如秸秆、杂草、人畜粪便、垃圾、污水、有机废料等,在严格的厌氧环境，足够的菌种，合适的碳氮比，适宜的发酵液浓度，适当的pH值，适宜的温度等条件下，经微生物作用而产生的可燃性气体。反应大致分两个阶段：（1）微生物把复杂的有机物质中的糖类、脂肪、蛋白质降解成简单的物质，如低级脂肪酸、醇、醛、二氧化碳、氨、氢气和硫化氢等。（2）由甲烷菌种的作用，使一些有机物转化成甲烷。

沼气除可作为燃料用于炊事、烘干农副产品、供暖、照明和气焊等外，还可作内燃机的燃料以及生产甲醇、福尔马林、四氯化碳等化工原料。经沼气装置发酵后排出的料液和沉渣，含有较丰富的营养物质，可用作肥料和饲料。

发展沼气不但能较好地解决农村能源的短缺问题，而且能改善农村卫生环境，提高土壤肥力，提高大众健康水平，同样在解决城市垃圾和废水，污水处理方面也能发挥重要作用。

中国于20世纪20年代初期由罗国瑞在广东省潮梅地区建成了第一个沼气池,随之成立了中华国瑞瓦斯总行,以推广沼气技术。目前中国农村户用沼气池的数量达 1300万座。而高速率厌氧消化工艺生产性试验装置已在糖厂和酒厂正常运行。

沼气传统利用和综合利用技术

我国的沼气最初主要为农村户用沼气池，20世纪70年代初，为解决的秸秆焚烧污染环境和燃料供应不足的问题，政府在部分农村推广沼气工程，建设户用沼气池，产生的沼气主要用于炊事、照明和取暖。而大中型沼气工程始于1936年，此后，大中型废水、养殖业污水、村镇生物质废弃物、城市垃圾沼气池的建立和推广加快了沼气的发展。随着我国工业、农业、养殖业的发展，发展大废弃物发酵沼气工程是保护环境切实有效的方法。也是实行可持续发展大的重要举措。建立的沼气发酵综合利用技术实行以沼气为纽带，物质循环利用、能量合理流动的高效农产模式，已逐渐成为我国农村地区利用沼气技术促进可持续发展的有效方法。通过沼气发酵综合利用技术，产生沼气用于农户生活用能和农副产品生产、加工，沼液用料、饲料、生物农药、培养料液的生产，沼渣用于肥料的生产，我国北方推广的“四位一体”沼气生态农业模式、

中部地区的生态果园模式、南方建立的“猪一果”模式、以及有些地区因地制宜建立的“养殖一沼气植”、“猪一沼一鱼”和“草一牛一沼” 等模式都是以经济为目的，以沼气为纽带，对能源最大化利用的生态农业模式，沼气发酵综合利用生态农业模式建立使农村沼气和农业生态紧密结合起来，是改善农村环境卫生的有效措施，是发展绿色种植业、养殖业的重要途径，已成为加快农村经济发展的亮点。

沼气发电技术

沼气发电具有广阔的发展前景，具有很高的经济效益。沼气发电在发达国家已受到广泛重视和积极推广。我国沼气发电虽有30多年的历史，但国内沼气发电研究和应用市场都还处于不完善阶段，特别是适用于我国广大农村地区小型沼气发电技术研究更少，我国农村偏远地区还有许多地方严重缺电，如牧区、海岛、偏僻山区等高压输电较为困难，而这些地区却有着丰富的生物质原料。如能因地制宜地发展小沼电站，则可取长补短就地供电。

沼气燃料电池技术

燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能，直接转化为电能的装置。燃料电池具有不受卡诺循环限制，能量转换效率高，污染性极低、噪声低，模块结构、积木性强、比功率高，既可以集中供电，也适合分散供电。燃料电池将是21世纪最有竞争力的高效、清洁的发电方式，它将在洁净煤燃料电站、电动汽车、移动电源、不间断电源、潜艇及空间电源等方面，有着广泛的应用前景和巨大的潜在市场。

沼气燃料电池是新出现的一种清洁、高效、低噪音的电装置，与沼气发电机发电相比，不仅出电效率和能量利用率高，而且振动和噪音小，排出的氮氧化物和硫化物浓度低，因此是很有发展前途的沼气利用工艺。燃料电池的出现与发展，将会给便携式电子设备带来一场深刻的革命，并且还会波及到汽车业、住宅以及社会各方面的集中供电系统。

对于以农业为主的中国，沼气技术在农业领域正发挥着很大的作用，

编辑本段发展前景

近年来，中国沼气事业获得了迅速的发展，沼气池总数已达到1000多万个。在四川、浙江、江苏、广东、上海等省市农村，有些地方除用沼气煮饭、点灯外，还办起了小型沼气发电站，利用沼气能源作动力进行脱粒、加工食料、饲料和制茶等，闯出了用“土”办法解决农村电力问题的新路子。专家们认为，21世纪沼气在农村之所以能够成为主要能源之一，是因为它具有不可比拟的特点，特别是在中国的广大农村，这些特点就更为显著了。首先，沼气能源在中国农村分布广泛，潜力很大，凡是有生物的地方都有可能获得制取沼气的原料，所以沼气是一种取之不尽，用之不竭的再生能源。其次，可以就地取材，节省开支。沼气电站建在农村，发酵原料一般不必外求。兴办一个小型沼气动力站和发电站，设备和技术都比较简单，管理和维修也很方便，大多数农村都能办到。据调查对比，小型沼气电站每千瓦投资只要400元左右，仅为小型水

力电站的1/2－1/3，比风力、潮汐和太阳能发电低得多。小型沼气电站的建设周期短，只要几个月时问就能投产使用，基本上不受自然条件变化的影响。采用沼气与柴油混合燃烧，还可以节省17%的柴油。中国地广人多，生物能资源丰富。研究表明，在21世纪无论在农村还是城镇，都可以根据本地的实际情况，就地利用粪便、秸秆、杂草、废渣、废料等生产的沼气来发电。

编辑本段中国发展沼气产业的现实意义

沼气是可再生的清洁能源，既可替代秸秆、薪柴等传统生物质能源，也可替代煤炭等商品能源，而且能源效率明显高于秸秆、薪柴、煤炭等。

中国农业资源和环境的承载力十分有限，发展农业和农村经济，不能以消耗农业资源、牺牲农业环境为代价。农村沼气把能源建设、生态建设、环境建设、农民增收链接起来，促进了生产发展和生活文明。发展农村沼气，优化广大农村地区能源消费结构，是中国能源战略的重要组成部分，对增加优质能源供应、缓解国家能源压力具有重大的现实意义。沼气知识的普及和应用并非纸上谈兵，是一个任重而道远的过程！

编辑本段相关用途

农村户用沼气池生产的沼气主要用来做生活燃料。修建一个容积为10立方米的沼气池，每天投入相当于4头猪的粪便发酵原料，它所产的沼气就能解决一家3―4口人点灯、做饭的燃料问题。沼气还可以用于农业生产中，如温室保温、烘烤农产品、储备粮食、水果保鲜等。沼气也可发电做农机动力，大、中型沼气工程生产的沼气可用来发电、烧锅炉、加工食品、采暖或供给城市居民使用。沼气还很环保。

编辑本段修建好处

兴办沼气的好处很多，综合起来主要有以下几个方面：

（一）兴办沼气有利于解决农村能源问题。一户3―4口人的家庭，修建一个10立方米的沼气池，只要发酵原料充足，并管理得好，就能解决点灯、煮饭的燃料问题。

（二）兴办沼气有利于促进农业生产发展。兴办起沼气后，大量畜禽粪便加入沼气池发酵，即可生产沼气，又可沤制出大量优质有机肥料，扩大了有机肥料的来源。凡是施用沼肥的作物不仅增强了抗旱防冻的能力，而且提高秧苗的成活率。施用沼肥不但节省化肥、农药的喷施量，也有利于生产绿色无公害食品。

（三）兴办沼气有利于促进畜牧业的发展。办起沼气后，有利于解决“三料”（燃料、饲料和肥料）的矛盾，促进畜牧业的发展。

（四）兴办沼气有利于改善卫生条件。凡是建了沼气池的农民都体会到，利用沼气当燃料，无烟无尘，清洁方便。一些粪便、垃圾、生活污水等都是沼气发酵的好原料，随着这些原料进入沼气池的病菌、寄生虫卵等，在沼气池中密闭发酵而被杀死。从而改善了农村的环境卫生条件，对人畜健康都有好处。