沼气的利用与可持续发展

沼气的利用与可持续性发展报告人：黄刚雷1、沼气的概念沼气是有机质(作物秸秆、人畜粪便、工业有机废物等)在厌氧的条件下，并在适宜的温度、PH值下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。沼气属于二次能源，并且是可再生能源。因为人们最初是从沼泽中发现这种气体的，所以称之为沼气，也有人称之为“瓦斯”。2、发展沼气的重要性全球的能源危机和环境问题使人类将注意力引向清洁可再生能源，如太阳能、风能、地热能、潮汐能和生物质能。目前，从技术和能量角度，有两种最重要的生物质能生物学转化方法:（1）生物质发酵制甲烷；（2）生物质发酵制乙醇。在我国农村发展发酵制甲烷有很多便利的条件，因此发展农村沼气，可以有效缓解我国的能源问题和污染问题，改变了以往农民依靠燃烧秸秆、树木和煤炭的生活方式，减轻了环境压力，保护森林生农村沼气建设可持续发展研究态系统，改善了农户的生活卫生条件，提高了生活质量；同时国家为了缩短城乡差距，实施了新农村建设计划，而发展农村沼气既可以增加农户的收入，又能响应积极建设新型农村建设的国策，可谓一举两得。3、人们对沼气的研究的发展3.1国外对沼气的研究意大利物理学家A.沃尔塔1776年在沼泽地首先发现沼气的存在，1916年第一株甲烷菌由俄国人B.II.奥梅良斯基分离出来，在1980年我国成功分离出甲烷八叠球菌，目前世界上已经分离出的甲烷菌将近20株。1860年法国人L.穆拉将简易的沉淀池改进成世界上第一个沼气发生器；1925年和1926年，德国和美国分别建造了具有加热设施及集气装置的消化池，也就是现代的大中型沼气池的原型。二战之后,沼气发酵工艺在西欧国家虽然得到一定的发展，但是由于当时石油的廉价而受到影响和限制后来由于世界性能源危机的出现,沼气又开始逐渐受到人们的重视，1955年高速率厌氧消化工艺的产生标志了人类对于沼气的掌握进入一个新的台阶，它突破了传统的发酵工艺，大大提高了沼气池的产气率，由原来每立方米池容产0.7一1.5立方米沼气提高到4一8立方米。举例：1、农村户用沼气使用简图2、沼气发电、供热综合利用示意图3.2我沼气的研究发展国3.2.1试验和起步阶段20世纪90年代以前沼气的发展较为缓慢，1930年前后,主要用于家庭、商店照。我国最先研究沼气的是台湾省新竹县罗国瑞，20世纪20年代形成了实用和价值很高的“中华国瑞天然瓦斯库”，并完善了沼气池的应用技术和建造结构。1989年3月24日江泽民同志在谈到主要的节能措施中，特别提到，要加快推动城市煤气化建设进程和农村沼气化进程。3.2.2技术突破和工艺完善经过不断的科研工作和探索阶段，我国沼气池建设无论在技术，还是工艺方面都取得了重大突破。研究出了适应不同气候，不同地理条件的沼气池池型，开发出了使用方便。安全的进出料工艺结构，采用了混凝土浇筑施工的工程工艺，为了解决过去进出料周期短!沼气池寿命短、不安全等技术难题而制定了一系列沼气池建设的国家标准。同时，形成沼气池与农业生产相结合的生态农业循环链结构，如南方的“猪一沼一果”模式、北方的“四位一体”模式、“八五”和“九五”期间平均每年新增沼气池用户36万户和75万户，其中有55%的沼气池完成了沼气的综合利用,如推广北方的“四位一体”能源生态模式和南方“猪一沼一果”能源生态模式,与此同时也建设了大中型畜禽粪便处理的沼气工程。3.2.3快速发展阶段2001一2005年的“十五”期间，我国政府为了稳步推进沼气建设，将农业增产、农民增收和生态环境改善三驾马车相结合；总共建设沼气池357.60万户，累计投入35.34亿元；建造养殖场的大中型沼气工程120处，投资8115万元。到2005年底,全国户用沼气数量达到了1807万户，年产沼气量约为70亿立方米，折合成标准煤约有500万吨。已建的大中型养殖场沼气工程有3556处，年可处理8700万吨畜禽粪便等废弃污染物，年产沼气总量约2.3亿立方米，折合成标准煤约17万吨，增加了经济效益的同时，保护生态环境。国家财政投入2006一2010年，新建农村户用沼气2300万户,其中国家补助投资建设1300万户，平均每年新建450万户。2008年底我国农村沼气池已达2800万户。2008年底不完全统计全国大中型沼气工程约8000处。依据《全国农村沼气工程建设规划(2006一2010)》，2006一2010年，新建大中型沼气工程4000处，平均每年新建800处。4.沼气发酵的原理以及应用4.1沼气发酵的原理4.1.1发酵反应中的微生物①发酵性细菌②产氢产乙酸菌③耗氢产乙酸菌④产甲烷菌（食氢、食乙酸）4.1.2沼气的发酵条件(1)发酵原料的种类及其碳、氮配比；(2)足够的接种物(微生物量)；(3)严格的厌氧环境；(4)适宜的发酵温度；(5)pH值与碱度；(6)毒性化合物。4.1.3发酵反应沼气发酵是一个比较复杂的生物化学变化过程,在此期间有很多微生物参与反应过程,该过程大致分为三个阶段:1、水解、发酵阶段；2、产氢、产乙酸阶段；对乙醇:对丙酸:对丁酸:232232HCOOHCHOHOHCHCH22322332COHCOOHCHOHCOOHCHCH232223222HCOOHCHOHOHCHCHCH3、产甲烷阶段下面是两个典型的产甲烷反应:利用乙酸：利用H2和CO2：243COCHCOOHCHOHCHCOH2422234.2沼气的应用4.2.1“猪-沼-果”模式“猪-沼-果”能源生态模式,以农户为基本单元,利用房前屋后的山地、水面、庭院等场地,主要建设畜禽舍、沼气池和果园等几部分,同时使沼气池的建设与畜禽舍和厕所三结合,构成养殖-沼气-种植三位一体庭院经济格局,形成生态良性循环,增加了农民收入。4.2.2“四位一体”模式“四位一体”能源生态模式是一种庭院经济与生态农业相结合的生产模式,是典型的农村沼气能源生态模式之一。该模式以生态学、经济学、系统工程学为原理,以土地资源为基础,以太阳能为动力,以沼气为纽带,种植业和养殖业相结合,通过生物质能转换技术,在农户的土地上,在全封闭的状态下,将沼气池、猪禽舍、厕所和日光温室等组合在一起,形成生态良性循环。4.2.3“五配套”生态模式其他模式：“单一”模式；“一池三改”模式；“生态家园”模式；“生物链工程”模式；“生活污水净化沼气工程”模式；“大中小型畜牧场沼气工程”模式；5沼气发展可持续性讨论5.1农村沼气发展中存在的问题由于技术、管理、经济、社会发展等原因,沼气产业的发展面临着以下问题:农村社会经济发生了巨变,国家农村沼气的推广方式没有跟上；全国“一刀切”的推广方式脱离实际；虽然形成了3种主要发展模式并有一定规模的发展,却尚未普及；没能真正调动农民的积极性,靠政府的行政手段盲目推进；产业发展极其缓慢,虽国家加大了推进力度,却仍是收效甚微；重建轻管，沼气池使用寿命短、供气不足，并存在极大的安全隐患；农村劳动力转移造成劳动力不足，管护困难；养殖的集约化造成原料短缺等。5.2原因分析：（1）农户自身的原因；（2）技术人员缺乏,管理不到位；（3）经济原因。5.3对策建议加大宣传力度,鼓励农户自愿建设健全机制,完善体系重建重管,加强培训综合利用,科学规划增加投入,促进发展