生物沼气的开发与利用

生物沼气的开发与利用沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种可燃气体。由于这种气体最先是在沼泽中发现的，所以称为沼气。人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内，在厌氧（没有氧气）条件下发酵，即被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化，从而产生沼气。沼气是一种混合气体，可以燃烧。沼气是有机物经微生物厌氧消化而产生的可燃性气体。沼气是多种气体的混合物，一般含甲烷50～70％，其余为二氧化碳和少量的氮、氢和硫化氢等。其特性与天然气相似。空气中如含有8.6～20.8％（按体积计）的沼气时,就会形成爆炸性的混合气体。沼气除直接燃烧用于炊事、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。生物质发酵可产生生物气体（沼气）。沼气（生物气体）发酵又称厌氧消化，是在厌氧环境中微生物分解有机物最终生成沼气的过程，其产品是沼气和发酵残留物（高效的有机肥）。沼气发酵是生物质能转化最重要的技术之一，它不仅能有效处理有机废物，降低化学需氧量（OD），还有杀灭致病菌，减少蚊蝇孪生的功能。此外，沼气发酵作为废物处理的手段，不仅能耗省，还能产生优质的燃料沼气和肥料。严格地说，有机物在一定的条件下，经微生物转化都可转化成沼气，只是物质的分子结构不同，被转化利用的时间存在差异。能转化成沼气的生物质可包括畜禽业污物（牛粪、猪粪、鸡粪、屠宰场污水污物）；工厂废物废水（豆制品厂废水、酒厂废物、肉品加工厂废水）；植物类（青草、水葫芦、作物秸秆）；其它（生活垃圾、废水处理厂污泥）。发展前景　　在千姿百态的生物世界中，存在一种人们肉眼看不见、摸不着的微生物，能为人类提供能源。提起微生物，往往会使人们想起它会使食物腐烂变质，也会使人感染上各种疾病。因此，对它们又害怕、又憎恶。但是，在微生物的家族中，因为种类不同，它们的作用也不尽相同，有的会给人类带来灾难，有的会给人类带来幸福。微生物中，能为人类提供能量的甲烷细菌和酵母菌，它们可以生产出沼气和酒精，为人类作出贡献。说到沼气，顾名思义就是沼泽里的气体。　　人们经常看到，在沼泽地、污水沟或粪池里，有气泡冒出来，如果人们划着火柴，可把它点燃，这就是自然界天然发生的沼气。沼气，是各种有机物质，在隔绝空气（还原条件），并必适宜的温度、湿度下，经过微生物的发酵作用 产生的一种可燃烧气体。沼气的主要成分是甲烷，约占所产生的各种气体的60%一80%。甲烷是一种理想的气体燃料，它无色无味，与适量空气混合后即对燃烧。每立方米纯甲烷的发热最为34000焦耳，每立方米沼气的发热量约为20800－23600焦耳。即1立方米沼气完全燃烧后，能产生相当于0.7千克无烟煤提供的热量。关于沼气发生的基本原理，目前尚在探索之中。沼气的形成过程大致可分为两个阶段，首先将各种复杂的有机物转化为低级脂肪酸，例如丁酸、丙酸、乙酸；然后把上述各类产物继续转化为甲烷和二氧化碳等。目前，世界各国已经开始将沼气用作燃料和用于照明。用沼气代替汽油、柴油，发动机器的效果也很好。将它作为农村的能源，具有许多优点。例如，修建一个平均每人l－1．5平方米的发酵池，就可以基本解决一年四季的燃柴和照明问题；人、畜的粪便以及各种作物秸秆、杂草等，通过发酵后，既产生了沼气，还可作为肥料，而且由于腐熟程度高使肥效更高，粪便等沼气原料经过发酵后，绝大部分寄生虫卵被杀死，可以改善农村卫生条件，减少疾病的传染。现在，沼气的应用正在各国广大农村推广，沼气能源的开发利用的普及等方面，已经取得了较好的成绩。　　世界上一些发达国家，也正在进行利用微生物厌氧消化农场废物、生产甲烷的较大规模试验。英国建立了甲烷的自动化工厂。在厌氧消化器中有三个基本过程：　　第一阶段的水解把不溶解的有机化合物和聚合物，通过酶法转化为可溶解的有机物。　　第二阶段再将上一步转化成的产物如碳水化合物、蛋白质、脂肪类、醇等发酵为有机酸。　　第三阶段由有机酸发酵产生甲烷。据估计，在英国，利用人和动物的各种有机废物，通过微生物厌氧消化所产生的甲烷，可以替代整个英国25％的煤气消耗量。苏格兰已设计出一种小型甲烷发动机，可供村庄、农场或家庭使用。美国一牧场兴建了一座工厂，主体是一个宽30米、长213米的密封池组成的中烷发酵结构，它的任务是把牧场厩肥和其他有机废物，由微生物转变成甲烷、二氧化碳和干燥肥料。这座工厂每天可处理1650吨厩肥，每日可为牧场提供11.3万立方米的甲烷，足够1万户家庭使用。目前美国已拥有24处利用微生物发酵的能量转化工程。从世界范围看，利用各种微生物协同作用生产甲烷的研究和应用，正处于方兴未艾的阶段。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。清洁燃气，已经被世界公认为新世纪可替代能源的第一选择，沼气资源更是由于其实用范围大，我国能源形式短缺严重，生物资源丰富等综合原因成为适合我国国情的最佳未来能源选择。长久以来一直得到了国家政策的有利支持和引导，但是单纯的依靠政府力量就够了吗？很明显，只有在整个社会形成一种内在的推动力，让沼气产业具备成为一个朝阳产业的必要经济条件，才可能使沼气的大规模使用成为现实。市场需要   面对能源价格不断上涨，环保要求的不断高涨，在沉寂了一段时间后，沼气再一次成为了人们解决能源问题的焦点话题之一。沼气是一种混合气体，与空气混合燃烧时，呈蓝色火焰，温度高达1400℃，能够产生大量的热量，每立方米沼气的热值相当于5500大卡原煤3.3公斤，按照目前煤炭的价格，每立方米沼气燃烧相当于人民币3.6元煤炭燃烧带来价值。而煤炭的价格以后乡村户用沼气池每年每户产气量按450m3计算，一年可节约5500大卡原煤为1.5吨，我国现有2.52亿农户，按30%普及率计算，每年可替代5500大卡原煤1.125亿吨。   面对整个农村地区和适合沼气运用的地区，沼气开发的市场潜力非常大，经济效应十分显著国家支持 为了实现可持续发展战略，建设社会主义新农村，国家相继出台了《中国新能源和可再生能源发展优先项目》、《2000-2015年新能源和可再生能源发展规划要点》、《农村沼气建设国债项目管理办法》、《新能源基本建设项目管理的暂行规定》等相关文件，将沼气作为可替代能源的主要突破口，大力支持，计划到2010年，全国沼气池总量达5000万户以上，全国20%的农户可使用沼气；2003-2010年总投资610亿元，中央投资449亿元。中央对投资者的补助标准为：西北、东北地区每户1200元，西南地区每户1000元，其他地区每户800元。从2005年开始，沼气普及工程从中央政策层面开始加速落实到各省、市的执行阶段，是国家为解决中西部落后地区脱贫致富、改善生态环境所采取的重要举措。社会助力   为了将更多的社会力量聚集到沼气推广的事业中来，在有关政府部门的大力支持下，很多社会力量已经在这个事业中显示出了强大的推动力。以北京清大华美环保节能技术研究院为例，它所研制的移动式太阳能沼气发生器是研究院太阳能沼气工程研究课题组研制出的最新专利产品(专利申请号：200720169521.5)由太阳能集热装置和沼气发生器两部分组成，采用干式发酵技术，具有产气速度快、产气量大、使用维护方便等优点，在实际推广中，投资小，风险小，回报大，利润转化高等优点非常适合在广大的农村地区使用。   目前，它所生产的奥格美系列太阳能沼气设备已经开始以技术转让的方式在全国范围内推广，获得了很好的经济和社会效益。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！