生物质燃料沼气

1  引言
物质能(biomass energy ),就是太阳能以保健项链化学能形式贮存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿植物的光合作用,可转化为常规的固态液态气态燃料,取之不尽、用之不竭,是一种可再生能源,同时也是唯一一种可再生的碳源。生物质能的原始能量来源于太阳,所以从广义上讲,生物质能是太阳能声音定位系统的一种表现形式。沼气作为生物质能的其中一类,在缓解能源短缺,解决能源污染上起着重要作用。
2  生物质燃料沼气
生物质燃料沼气是一种新兴的可再生能源,最早是在农村普及。上世纪八九十年代在我国农村开始应用,现如今,我国正开展农村普及沼气计划,用以缓解环境的污染问题。将沼气作为未来我国的主要能源是当前的主要任务。
2.1  沼气概念
沼气是一种新型的可再生能源,如今已在全世界普及、在环境污染日益严重的今天,无污染,清洁能源沼气的应用已变得更加广泛。沼气是有机物质(如秸秆、杂草、人畜粪便、垃
圾、污泥、工业有机废水等)在厌氧环境和一定条件下,经过种类繁多、数量巨大、功能不同的各类厌氧微生物的分解代谢而产生的一种气体,因为人们最早是在沼泽地中发现的,因此称为沼气。
2.2  沼气的理化性质
沼气是一种多组分的混合气体,它的主要成分是甲烷,约占体积的50%~70%;其次是二氧化碳,约占体积的30%~40%;此外,还有少量的一氧化碳、氢气、氧气、硫化氢、氮气等气体组成。沼气中的甲烷、一氧化碳、氢气、硫化氢是可燃气体,氧气是助燃气体,二氧化碳和氮气是惰性气体。未经燃烧的沼气是一种无、有臭味(含有其它气体)、有毒(硫化氢)、比空气轻、易扩散、难溶于水的可燃性混合气体。沼气经过充分燃烧后即变为一种无毒、无臭味、无烟尘的气体。沼气燃烧时最高温度可达1400℃,每立方米沼气热度值为2.13万~2.51万焦耳,因此说沼气是一种比较理想的优质气体燃料。沼气中的主要气体甲烷还是大气层中产生“温室效应”的主要气体,其全球气候变暖的影响率达20%~25%,仅次于二氧化碳气体。沼气与氧气燃烧的体积比为1∶2,在空气中完全燃烧的体积比为1∶10。
2.3  沼气尾气吸收塔生产
沼气的生产过程主要是有机物发酵,其中有发酵性细菌、产氢产乙酸菌、好养产乙酸菌、食氢产甲烷菌等五大类微生物参加发酵。它们在发酵过程中的作用及对生存条件的要求有以下三个阶段:
(1)液化 :在沼气发酵中首先是发酵性细菌利用它所分泌的胞外酶,对微生物进行体外降解,将大分子转化为溶于水的单糖、脂肪、甘油、氨基酸等小分子化合物。这个过程叫做液化阶段。
(2)产酸:这个阶段是三个细胞的联合作用,先由发酵性细菌激昂液化阶段产生的小分子化合物吸收到细胞内,并将其分解成乙酸、丁酸、氢、和二氧化碳等,再由产氢乙酸菌把丙酸、丁酸转化为甲烷菌利用的乙酸、氢、二氧化碳。另外还有好养产乙酸菌,利用氧气和二氧化碳生产乙酸,还嫩代谢糖类产生乙酸,它们能转化多种有机物为乙酸。
(3)产甲烷:在此阶段,产甲烷细菌可以分为事情产甲烷菌和乙酸产甲烷菌两类。它们利用以上不产甲烷的三大菌种分解的甲酸、乙酸、氢气和二氧化碳小分子化合物等生成甲烷、
3  推广利用生物质燃料沼气的意义
编织软管多年来的实践证明,办沼气是一举多得的好事。它能给社会带来许多好处,是我国新农村建设的重要组成部分,也是建设生态园的关键环节,是环保设施的关键设备。发展沼气不但可用于做饭、照明等生活方面,还可直接用于发电和烧锅炉,农业生产,如温室保温、加工和烘烤农产品、防蛀、储备粮食、水果保鲜等。推广利用沼气的意义,概括起来主要有以下几个方面。
3.1  发展沼气是开发替代能源的重要途径之一
随着我国国民经济的飞速发展。能源紧张和环境恶化,国际性争夺能源的形势日益加剧,各国政府都在大力寻和开发替代能源。沼气光是煮饭的燃料。还是发电、开汽车和烧锅炉的清洁能源。办沼气改变了农村传统的烧柴习惯,减少了大量的污染,有利于保护资源和环境。就我国的沼气开发量来说,就蕴藏有几百亿立方米的储量,将它们转化为能源,相当于目前全国年用电量的20%。因此,开发沼气能源有着广阔的前景和意义。
3.2  办沼气是建设新农村的需要
建设社会主义新农村,改善农业生产条件,促进农业生产发展。我国是农业大国,全国13亿人口中,近80%生活在农村。因此,在农村推广利用户用沼气,是一件与数亿人日常生活密切相关的大事,其意义非同小可。目前,我国农村沼气的累计量达3000万口,每年以500万口的数量在递增,沼气的推广得到国家和各级政府的大力支持和重视,一些地方把为农民建沼气当作政府的重要大事来抓,少数地区年推广沼气量从几万口到几十万口。在农村推广沼气好处如下:
(1)可增加大量的优质有机肥料。农村建起沼气后,过去被烧掉的大量农作物秸秆和畜禽粪便加入沼气池密封发酵,既能产气,又沤制成了优质的有机肥料,扩大了有机肥料的来源。同时,人畜粪便、秸秆等经过沼气池密封发酵,提高了肥效,消灭了寄生虫卵等危害人们健康的病原菌。沼气办的好,有机肥料能成倍增加,带动粮食、蔬菜、瓜果连年增产,同时产品的质量也大大提高,生产成本下降。有机废物经沼气化处理后产生的沼渣沼液含有丰富的养料,是很好的有机肥,可以直接用作施种各种农作物。目前,我国农作物施肥主要是依赖化肥,其用量占用肥总量的90%以上。由于大量使用单一化肥,土壤板结、环境退化、作物品质下降的情况十分严重。由于作物品质不符合绿环保的要求,我国每年农产品出口不足总产量的1%。这种发展模式显然是不可持续的。施用沼肥,可以有
效地改良土壤性状,减少化肥用量,改善和提高农作物的产量质量。用沼肥完全取代化肥,还能生产出符合国际市场标准的无公害有机蔬菜。因此,目前提倡多用沼肥不仅是必要的,也是紧迫的。户用沼气的推广利用,使家家户户农民可以将自家产出的沼肥直接用于家庭种植业,为大面积使用有机肥料创造有利的条件,对我国有机农业和生态农业的发展将会产生积极的促进作用。
(2)增强作物抗旱、防冻能力,生产绿食品。凡是施用沼肥的作物均增强了抗旱防冻的能力,提高秧苗的成活率。由于人畜粪便及秸秆经过密封发酵后,在生产沼气的同时,还产生一定量的沼肥,沼肥中因存留丰富的氨基酸、B族维生素、各种水解酶、某些植物激素和对病虫害有明显抑制作用的物质,对各类作物均具有促进生长、增产、抗寒、抗病虫害之功能。使用沼肥不但节省化肥、农药的喷施量,也有利于生产绿产品。
tmch(3)有利于发展畜禽养殖。农村建起沼气后,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
(4)节省劳动力和资金。农村建起沼气后,过去农民拣柴、运煤花费的大量劳动力就能节约下来,投入到农业生产第一线去。同时节省了买柴、买煤、买化肥、买农药花费的资金,
使办沼气的农户减少了日常的经济开支,得到实惠。
(5)有利于保护生态环境。据统计,全球每年因人为活动导致甲烷气体向大气中排放量多达3.3亿吨。农村推广沼气后,把部分人、畜、禽和秸秆所产沼气收集起来并有益地利用,不但能减少向大气中的排放量,有效地减轻大气“温室效应”,保护了生态环境。
(6)提高农民的生活质量和生产效率。用沼气做饭、照明或作动力燃料,开动柴油机(或汽油机)用于抽水、发电、打米、磨面、粉碎饲料等效益也十分显著,深受农民欢迎。柴油机使用沼气的节油率一般为70%~80%。用沼气作动力燃料,清洁无污染,制取方便,成本又低,既能为国家节省石油制品,又能降低作业成本,是实现农业现代化的重要措施。开辟了新的动力资源,是农村一项重要的能源建设。
(7)农村办沼气是卫生环境工作的一项重大变革。消灭血吸虫病、钩虫病等寄生虫病的一项关键措施,就是搞好人、畜粪便管理。办起沼气后,人、畜粪便都投入到沼气池密封发酵,粪便中寄生虫卵可以减少95%左右,农民居住的环境卫生大有改观,控制和消灭寄生虫病,为搞好农村除害灭菌工作到了一条新的途径;有利于减少和控制畜禽疫病的传播。近年来,国内外口蹄疫、禽流感等大规模畜禽疫情频繁发生,拉响了加强畜禽疫病防
控的警报。畜禽疫病有如洪水猛兽,一场大规模的畜禽疫病,往往会造成数亿甚至数十亿元的损失,使许多人多年的努力化为乌有。
控制畜禽疫病必须从多方面入手创造良好的养殖发展环境,其中包括改善家庭的生产经营环境。沼气化处理过程可以杀灭有机废物中的各种致病菌,具有极好的消毒清洁功能。使用沼气池产生的沼液代替清水冲洗畜禽圈舍,也可以达到更好的消毒效果。户用沼气的推广利用,为改善家庭生产、生活小环境创造了条件,因而也为阻断各种畜禽疫病的传播创造了有利条件,是加强畜禽疫病防控工作不可缺少和忽视的重要环节。
3.3  推广沼气是建设节约型社会和环境友好型社会的需要
目前,我国已建大中小型沼气工程约有30000余处,规模从日产几十方沼气到日产几万方沼气不等,目前大中型沼气发电装置容量在1-4MW/处。随着沼气事业的蓬勃发展,大中型沼气工程正发挥出越来越大的作用,并显示出不同寻常的重要意义。推广沼气工程,将城乡生产、生活中产生的各类有机废弃物进行沼气化处理,处理对象可包括有机化工企业、加工企业和规模型养殖企业生产中所排放的有机废水、废物以及城镇的生活垃圾等,规模可从每天产气数百立方到数万立方不等。
发展大中型沼气工程,是治理有机污染物,加强生态环境建设的需要。我国面临的生态环境恶化的压力正日益增大,其中一个重要的原因,就是各种有机废弃物的数量越来越大,造成的污染越来越严重。据统计,我国每年产生的工业有机废水废物多达1亿余吨,养殖业的粪便粪水近20亿吨,城市生活垃圾近2亿吨,农作物秸杆6亿吨以上等有机废物。有机废弃物污染是造成温室效应和气候反常、破坏生态平衡、传播病疫的重要因素之一,如长期得不到有效治理,必将给经济发展以至整个社会带来毁灭性的后果。.实践都充分证明,推广利用沼气化处理技术,发展大中型沼气工程,是规模化治理有机污染有效的途径之一。
发展大中型沼气工程,是改造传统产业结构,建设循环经济的重要环节。贯彻经济社会可持续发展的战略,必须按照建立循环经济的要求,对城乡经济的传统产业结构进行调整和改造。所谓循环经济,就是按照自然生态规律,利用自然资源自身特性、环境条件和技术手段的相互作用,实现经济活动中物质不断循环和再生利用的经济发展模式,即实现“资源-产品-消费-再生资源”的循环转化过程,其本质是物质、能量的梯次和闭路循环使用。然而长期以来,我们所经历的则是一种以牺牲环境为代价,大量消耗有限自然资源的发展模式。这是一条越走越窄、不可持续增长之路,因此这一生产方式必须得到彻底的转变。
实践表明,在种植业、养殖业、食品加工业和有机化工业等大量消耗有机原料的产业领域中,实现资源循环利用是产业发展的必然规律,建设循环经济,沼气工程是纽带、是关键环节。
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